CN1641426A - 显示元件和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有高速响应和广视野的显示性能的显示元件和显示装置。在二块基板的一方的面上分别设有电极，在基板的另一方的面上分别设有偏光板。使基板形成电极的面相对、将在负型液晶性化合物中添加了手性试剂的媒质，注入夹持在二个基板上的区域的介电性物质层中。

Description

显示元件和显示装置
技术领域
本发明涉及具有高速响应和广视野的显示性能的显示元件和显示装置。
背景技术
液晶显示元件在各种显示元件中具有厚度薄、重量轻和消耗电力少的优点。因此，广泛用于包括电视或显示器等图像显示装置，和文字处理器、个人电脑等办公自动化(OA)设备、摄像机、数码相机、移动电话等信息终端等的图像显示装置中。
作为液晶显示元件的液晶显示方式，以往，使用向列型液晶的扭转向列(TN)模式或使用铁电液晶(FLC)或反铁电液晶(AFLC)的显示模式、高分子分散型显示模式等都是已知的。
在这些液晶显示方式中，例如TN模式的液晶显示元件已经实用化了。但是，在使用TN模式的液晶显示元件中，具有响应缓慢、视野角狭窄等缺点，这些缺点对于其超过CRT(cathode ray tube，阴极射线管)造成很大的妨碍。
使用FLC或AFLC的显示模式具有响应迅速、视野角广阔的优点，可是在耐冲击性能和温度特性等方面存在着很大的缺点，使之不能广泛地实用化。
利用光散射的高分子分散型液晶显示模式，无须偏光板就有可能进行高辉度的显示，但由于实质上不能通过相位片进行视角控制，在响应特性上具有问题，相对于TN模式的优势不大。
这些显示方式中的任何一种，由于在液晶分子处于一定方向整齐排列的状态下，从相对于液晶分子不同角度的观察都是不同的，所以其视角是有限制的。而这些显示方式中的任何一种，都利用通过施加电场使液晶分子旋转的性能，由于液晶分子保持排列一齐旋转，所以响应是需要时间的。在使用FLC或AFLC的显示模式情况下，在响应速度或视野角方面是有利的，但通过外力对取向产生不可逆的破坏成为问题。
另外，与利用通过施加电压使液晶分子旋转的显示方式不同，提出过利用2次电光效应的电子极化的显示方式。
所谓电光效应是物质的折射率受到外部电场的影响而变化的现象。在电光效应中，有与电场的1次方成比例的效应和与2次方成比例的效应，分别称为Pockels效应和Kerr效应。特别是作为2次电光效应的Kerr效应，在高速光学光闸中的应用很早已取得了迅速的进展，在特殊的计量设备中已经实用化。
Kerr效应是J.Kerr在1875年发现的，迄今为止，作为显示出Kerr效应的材料，已知有硝基苯或二硫化碳等有机液体。这些材料应用于比如上述的光学光闸、光调谐元件、光偏振元件或电力电缆等高电场强度的测定等。
其后，液晶材料显示出具有比较大的Kerr常数，对在光调谐元件、光偏振元件，特别是在光集成电路中的应用进行了基础的研究，已经报告了显示出超过硝基苯200倍Kerr常数的液晶化合物。
在这样的状况下，开始对Kerr效应在显示装置中的应用进行了研究。由于Kerr效应是与电场的2次方成比例的，与和电场的一次方成比例的Pockels效应相比，能够预见在相对低电压进行驱动，并且实质上显示出几个微秒到几个毫秒的响应特性，所以预期在高速响应的显示装置上具有应用。
由于Kerr效应在显示元件上展开了应用，在实用上的一个大问题是其驱动电压要高于现有的液晶显示元件。针对这个问题，在比如日本专利公报中的特开2001-249,363号公报(公开日期2001年9月14日，以下称为专利文献1)中，提出了对使具有负型液晶性的分子取向的显示元件，在基板表面上预先施加取向处理，制成容易显现Kerr效应的方法。
在上述专利文献1所述的显示元件中，在一对基板之间夹持具有负型液晶性的分子。所谓负型是指介电各向异性为负的类型。另外，在两个基板内侧分别形成电极，在电极表面上，形成经过磨擦处理的取向膜。另外，在两个基板的外侧设置偏光板，使吸收轴互相重直。另外，在两个电极的表面上形成的取向膜的磨擦方向形成为互相反向平行或平行，而且与偏光板的吸收轴形成45°的角度。
在这样构成的上述专利文献1的显示元件中，当在二个电极间施加电场(电压)，在基板法线方向产生电场时，具有负型液晶性的分子的极化在电场方向取向，同时，分子的长轴方向，与磨擦方向平行取向。这样，利用上述专利文献1的显示元件，通过施加电场(电压)，可发挥透过率上升的光学响应性。
然而，在上述专利文献1所示的方式中，容易显现Kerr效果的范围限制在基板界面附近。即：利用上述专利文献1的技术，只能使进行了取向处理的基板界面附近的分子取向。因此，利用上述专利文献1的技术，只能略微降低驱动电压。
这是由于通过施加电场发生的分子取向，即由于Kerr效应造成的分子取向，其远距离的秩序是很小的。也就是说，在比如TN模式等的液晶显示装置中，在基板的法线方向上，几乎全部的液晶分子的取向方向都变化了，而在使用Kerr效应的液晶显示装置中，在基板附近的分子取向秩序很难向单元(cell)内部(主体(bulk)区域)内传播。因此，按照上述专利文献1的方式得到的降低驱动电压的效果，还不能解决实用上的问题。
在使通过在基板法线方向上产生电场而具有负型液晶性的分子取向的显示元件中，在适用上述专利文献1的技术的情况下，在主体区域，分子长轴的方向的方位不能定在一个方向上就是个问题。这就是说，在实施了摩擦处理的基板附近，由于施加电场使液晶分子在摩擦方向上配置排列，但在远离基板的主体区域内，分子的长轴方向的方位向着基板面内的所有方向。这是由于，即使分子的极化被配置排列，极化大致是存在于分子的短轴方向上的。这就是说，即使通过施加电场使极化取向，当从正面方向(基板面法线方向)观察主体区域时，在光学上为各向同性，无助于光学响应。从而，即使对此显示元件使用上述专利文献1的技术，以实用水平的电压得到的光学响应也只是在基板附近，除非施加远高于实用水平的驱动电压，否则在主体区域就不能得到光学响应。
另外，利用上述专利文献1所示的显示元件，存在当不施加电场时产生光泄漏，引起对比度降低的问题。施加电场时，带有近似黄色，产生带色现象的问题。
发明内容
本发明的目的是在通过控制分子取向秩序，改变透过率的显示元件和显示装置中，将驱动电压隆低至实用水平，同时，提高对比度，减少带色现象。
为了达到上述目的，本发明的显示元件，它具有至少一个为透明的一对基板和夹持在上述两基板间的物质层(例如，介电性物质层)，在通过将外场(优选为电场)加在上述两基板之间进行显示，同时，其特征在于，上述物质层包含通过施加外场光学各向异性的程度发生变化的媒质；而且在光学各向异性显现的状态下的上述媒质中的分子的取向方向成为一个方向的掌性的扭转结构。
另外，在本发明中，所谓在光学各向异性显现的状态下的上述媒质中的分子的取向方向，仅形成一个方向的掌性的扭转结构，指的是上述媒质中的分子取向，在光学各向异性显现状态下，形成产生一个方向的旋光性的扭转结构。即：上述媒质中的分子在光学各向异性显现的状态下，仅形成右扭转或左扭转中任何一种扭转结构(扭曲结构)，(更严密地说，产生形成上述扭转结构的簇(分子小集团)，而产生旋光性。
在本发明中，所谓通过施加外场(电场)光学各向异性的程度发生变化是指随着施加外场，光学各向异性的大小变化，更具体地说是随着施加外场，折射率椭圆体的形状变化。即：在本发明的显示元件中，通过利用不施加外场和施加外场时折射率椭圆体形状的变化，可以实现不同的显示状态。
即：一般物质中的折射率不是各向同性的，随着方向不同而不同。该折射率的各向异性，即上述物质的光学各向异性，通常用折射率椭圆体表示。一般地，对于在任意方向行进的光，通过原点，与光波行进方向重直的面认为是折射率椭圆体的切口。该椭圆的主轴方向为光波的偏光的成分方向，主轴长度的一半相当于该方向的折射率。因此，如果由这种折射率随圆体捕捉光学各向异性，则在现有的液晶显示装置中，不施加外场和施加外场时(对现有的液晶显示装置的驱动方式而言，施加电场时和不施加电场时)，液晶分子的折射率椭圆体的形状(折射率椭圆体切口形状)为椭圆形而不变化，利用长轴方向的方向变化(旋转)，实现不同的显示状态。而在本发明中，利用不施加外场和施加外场时，构成上述媒质的分子折射率椭圆体的形状(折射率椭圆体的切口形状)的变化，实现不同的显示状态。
这样，现有的液晶显示元件仅利用随着施加电场液晶分子的旋转造成的取向方向变化，进行显示。由于液晶分子在一定方向排列的状态下一致地旋转，因此液晶固有的粘度对响应速度影响大。与此相对，采用本发明，利用媒质的光学各向异性程度的变化进行显示。因此，利用本发明，没有如现有的液晶显示元件那样的、液晶固有粘度对响应速度影响大的问题，从而可以实现高速响应。由于本发明的显示元件具有高速响应性，可以在场序制彩色方式的显示装置中利用。
另外，现有的液晶显示元件中，驱动温度范围受液晶相的相转移点附近的温度的限制，必需极高精度的温度控制。与此相对，而用本发明，由于将上述媒质保持在通过施加外场，光学各向异性的程度发生变化状态的温度下，因此容易进行温度控制。
另外，采用本发明，由于利用媒质的光学各向异性的变化进行显式比改变液晶分子的取向方向进行显示的现有的液晶显示元件，可以实现广视野角特性。
采用上述结构，上述物质层中含有的媒质的分子的取向方向为一个方向的掌性，即仅为右扭转或左扭转中的任何一种的扭转结构。因此，各个扭转结构互相的方位不相关，具有一定的稳光性。由于这样，作为上述物质层全体，可以显现出大的旋光性。这样，可在低电压下得到最大的透过率，可将驱动电压降低至实用水平。
另外，采用上述结构，由于不需取向膜，不会产生如现有的显示元件那样，由经磨擦后的取向膜产生的相位差或在取向膜上吸附的分子产生的相位差引起的光泄漏。另外，采用上述结构，没有如在存在由左扭转和右扭转的扭转结构构成的多区域的情况那样，在区域的边界上透过率降低的问题，可以提高透过率。因此，采用上述结构，可得到高的对比度。
采用上述结构，由于分子取向状态为扭转结构，难以受到波长分散的影响，因此可减少带色现象。
在本发明中，上述外场，即作为在上述显示元件中显现光学各向异性的装置，有电场，磁界，光等。其中，电场由于在上述显示元件的设计和进行驱动控制上容易而优选。优选在上述两个基板上，分别形成用于将电场施加在上述两基板间的电极。从电子学观点来看，电场驱动是最一般的驱动方法，由于可以原样利用通用的IC(集成电路，integrated circuit)、LSI(大规模集成电路，large-scale integration)、驱动电路、电子零件等，制造成本方面非常有利。
由于在上述两基板上分别形成上述电极，可以在上述一对基板的基板面法线方向产生电场。这样，上述电极通过在上述一对基板的基板面法线方向产生电场，可以不牺牲电极面积部分，将基板上的全部区域作为显示区域，可实现开口率的提高、透过率的提高、以及驱动电压的低电压化。采用上述结构，不限于上述物质层的与两基板的界面的附近，可以促进从两基板离开的区域中光学各向异性的显现。另外，关于驱动电压，与利用梳齿电极，使电极间隔成为狭小间隙的情况比较，可以作成狭小的间隙。
在本发明中，作为上述物质层，优选使用由介电性物质构成的介电性物质层。另外，上述媒质可以为施加电场或不施加电场时，显示光学各向同性的物质。在用电场驱动上述显示元件时，例如使用液晶那样的介电性物质，利用电光效果进行显示，从该显示元件的寿命和可靠性观点来看较好。
即：本发明的显示元件，它具有至少一个为透明的一对基板，夹持在上述两个基板间的物质层具体地为介电性物质层，以及分别在上述两基板上形成、用于将电场施加在上述介电性物质层上的电极，通过施加外场在上述物质层(介电性物质层)上，进行显示，同时，其特征在于，上述物质层(介电性物质层)包含施加外场时和不施加外场显示光学光学同性，通过施加外场光学各向异性的程度发生变化的媒质；而且光学各向异性显现的状态下的上述媒质中的分子的取向方向成为一个方向的掌性的扭转结构。
另外，为了达到上述目的，本发明显示装置具有上述任何一种结构的本发明的显示元件。
采用上述结构，在通过控制分子的取向秩序，改变透过率的显示装置中，具有驱动温度范围广、广视野角特性和高速响应特性，且可以实现在将驱动电压降低至实用水平的同时，提高对比度，减少带色现象的显示装置。
如上所述，由于本发明的上述显示元件具有高速响应性，本发明的显示装置利用这种高速响应性，可在场序制彩色方式的显示装置中利用。
本发明的其他目的，特征和优点，由以下所述可以清楚地了解。另外，本发明的效果从参照附图的下列说明中可以了解。
附图说明
图1(a)为说明施加电场时，本发明的一个实施例的显示元件的分子取向状态的截面示意图；
图1(b)为说明不施加电场时，本发明的一个实施例的显示元件的分子取向状态的截面示意图；
图2为表示比较用的显示元件的大概结构的示意图；
图3为表示比较用的显示元件的取向膜的摩擦方向和偏光板的吸收轴方向的说明图；
图4(a)为说明施加电场时，比较用显示元件的分子取向状态的截面示意图；
图4(b)为说明不施加电场时，比较用显示元件的分子取向状态的截面示意图；
图5为表示使用本发明的一个实施例的显示元件的显示装置的主要部分的大概结构的方框图；
图6为表示图5所示的显示装置所用的显示元件的周边的大致结构的示意图；
图7为表示本发明的一个实施例的显示元件的偏光板的吸收轴方向和施加电场方向的关系的说明图；
图8为表示本发明的一个实施例的显示元件的大概结构的另一个例子的截面示意图；
图9为表示测定本发明的一个实施例的单元(1)、(2)和比较用单元(1)的电压-透过率特性的结果的图形；
图10为表示在图9所示的各个单元(1)、(2)和比较用单元(1)和上述各个单元(1)、(2)中，由封入改变手性试剂添加浓度构成的单元(3)中的各个介电性物质的向列-各向同性的相转移温度得出的温度ΔTe、与从各个温度ΔTe下的电压-透过率特性估计的施加电压VOP的关系的图形；
图11为用于说蓝色相的图；
图12为表示蓝色相的DTC(Double Twist Cylinder，双扭曲圆筒)结构的示意图；
图13为表示蓝色相的体心立方结构的示意图；
图14为用于说明光学活性的机理的图；
图15(a)为示意地表示不施加电场时，现有的TN方式的液晶显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(b)为示意地表示施加电场时，现有的TN方式的液晶显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(c)为示意地表示不施加电场时，现有的VA方式的液晶显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(d)为示意地表示施加电场时，现有的VA方式的液晶显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(e)为示意地表示不施加电场时，现有的IPS方式的液晶显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(f)为示意地表示施加电场时，现有的IPS方式的液晶显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(g)为示意地表示不施加电场时，本实施例的显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图15(h)为示意地表示施加电场时，本实施例的显示元件的媒质的平均折射率椭圆体的形状的截面图；
图16为表示本发明的一个实施例的单元(4)和比较用单元(2)、(3)的施加电压VOP与折射率各向异性Δn和介电常数各向异性Δε的绝对值的积(Δn×|Δε|)的关系的图形；
图17为表示施加电场时，本发明的一个实施例的显示元件的一个分子的折射率椭圆体的形状的示意图；
具体实施方式
现根据图1～图17说明本发明的一个实施例。图1(a)和图1(b)为表示本实施例的显示元件的大概结构的截面示意图。图1(a)表示电场施加在基板间的状态，图1(b)表示不施加电场的状态。另外，图5为表示使用本实施例的显示元件的显示装置主要部分的大概结构的方框图，图6为表示图5所示的显示装置中的显示元件周边的大致结构的示意图。
本实施例的显示元件，将驱动电路或信号线(数据信号线)，扫描线(扫描信号线)，开关元件等一起配置在显示装置中。
如图5所示，本实施例的显示装置100具有像素10…成矩阵状配置的显示面板102，作为驱动电路的源极驱动器103和栅极驱动器104，电源电路106等。
如图6所示，在上述各个像素10中，设有后述的、本实施例的显示元件20和开关元件21。
另外，在上述显示面板102上设置多根数据信号线SL1～SLn(n表示2以上的任意整数)和分别与各个数据信号线SL1-SLn交叉的多根扫描信号线GL1-GLm(m表示2以上的任意整数)、上述像素10…设在数据信号线SL1～SLn和扫描信号线GL1～GLm的每一个组合上。
上述电源电路106将在上述显示面板102上进行显示用的电压供给至上述源极驱动器103和栅极驱动器104，这样，上述源极驱动器103驱动上述显示面板102的数据信号线SL1～SLn，栅极驱动器104驱动显示面板102的扫描信号线GL1～GLm。
作为上述开关元件21使用FET(电场效果型晶体管)或TFT(薄膜晶体管)等。上述开关元件21的栅极22与扫描信号线GLi连接，源极23与数据信号线SLi连接，漏极24与显示元件20连接。另外，显示元件20的另一端与全部像素10…都是共同的图中没有示出的共通电极线连接。这样，在上述各个像素10中，当选择扫描信号线GLi(i为1以上的任意整数)时，开关元件21导通，根据以图中没有示出的控制器输入的显示数据信号决定的信号电压，通过数据信号线SLi(i为1以上的任意整数)，由源极驱动器103施加在显示元件20上。当上述扫描信号线GLi的选择期间结束，开关元件21遮断时，显示元件20理想地以继续保持遮断时的电压。
在本实施例中，上述显示元件20使用施加电场(电压)时或不施加电场(电压)时显示光学各向同性(宏观的具体地说，可见光波长区域，即以可视光波长尺度或比它大的尺度看的各向同性也可以)的媒质(液晶性媒质(液晶材料)，介电性物质)进行显示。
现参照图1(a)和图1(b)详细说明本实施例的显示元件20的结构的一个例子。
如图1(a)和图1(b)所示，本实施例的显示元件20具有在至少一个为透明的相对的二块基板13、14(电极基板)之间，夹持介电性物质层(介电性液体层)3作为光学调制层(物质层)的结构。如图1(a)和图1(b)所示，上述基板13、14分别具有玻璃基板等透明的基板1、2(透明基板)。该基板1、2的互相相对的表面(内侧)上，分别配置作为将电场施加在介电性物质层3上的施加电场装置的电极(透明电极)4、5。另外，在与基板1、2的互相相对的面相反一侧的面(外侧)上，分别具有偏光板6、7。
在本实施例中，上述显示元件20的基板13、14之间的间隔，即形成有上述电极4、5的基板1、2之间的介电性物质层3的厚度为5μm。另外，在电极4、5上使用由ITO(铟锡氧化物)构成的透明电极。又如图7所示，偏光板6、7的吸收轴6a、7a互相垂直配置。
在介电性物质层3中封入添加手性试剂的负型液晶性混合物(媒质，液晶材料)作为夹持在上述基板1、2之间的物质。该负型液晶性混合物由用下述结构式(1)
Figure A20051000569000161
表示的化合物1-1(30重量％(wt％))、用下述结构式(2)
Figure A20051000569000162
表示的化合物1-2(40重量％(wt％))、和用下结构式(3)
表示的化合物1-3(30重量％(wt％))构成。
以下参照图1(a)、(b)说明本实施例的上述显示元件20的制造方法。
首先，在基板1和基板2的表面上分别形成电极4和电极5。两个电极4、5的形成方法，可以使用与现有的液晶显示元件的制造方法相同的方法。
其次，如上所述，在基板1、2的表面上，形成电极4、5。通过塑料小球等隔离物(图中没有示出)调整作为电极基板的基板13、14，使两者的间隔(介电性物质层3的厚度)为5μm，用密封件(图中没有示出)密封周围和固定。这时，成为以后注入的介电性物质(介电性液体)的注入口(图中没有示出)的部分不密封，敞开。另外隔离物和密封件的材质没有特别限制，可以使用现有的液晶显示元件的材质。
这样，在贴紧基板13、14后，通过在上述媒质，即由化合物1-1(30重量％)、化合物1-2(40重量％)、和化合物1-3(30重量％)构成的负型液晶性混合物(负型液晶性混合物(1))中，添加注入手性试剂，在该基板13、14之间(即，在表面上形成电极4、5的基板1、2之间)，形成包含上述媒质(负型液晶性混合物1)的介电性物质层3。
然后，密封上述注入口，分别将偏光板6、7贴紧在基板1和2的与形成上述电极4、5的面相反的面，即上述基板13、14的外侧上。这时，如图7所示，贴紧偏光板6、7使吸收轴6a、7a相互垂直。
另外，上述负型液晶性混合物(1)在113℃下显示向列液晶相，超过该温度，显示各向同性相。
另外，使用“ZLI-4572”(商品名Merck公司制)作为上述手性试剂。添加上述手性试剂，使上述负型液晶性混合物(1)和上述手性试剂的总量中的上述手性试剂的比例为30重量％。即：在本实施例中，作为构成上述介电性物质层3的介电性物质(介电性液体)，使用在上述负型液晶性混合物(1)中添加上述手性试剂“ZLI-4572”构成的添加手性试剂的液晶材料(添加手性试剂的液晶材料(1))。
利用外部加温装置，将这样得到的显示元件20保持在向列-各向同性相的相转移点(相转移温度Tni)以上附近的温度(比上述Tni稍高的温度，例如Tni+0.1K)，通过在两个电极4、5之间施加电场(电压)，可以改变透过率。即：通过将封入介电性物质层3中的媒质保持在比该媒质的液晶相一各向同性相的相转移点(Tni)稍高的温度下，成为各向同性状态，再通过将电场(电压)施加在两个电极4、5之间，可以改变介电性物质层3的透过率。当加70V电压时得到本显示元件20的最大透过率。本显示元件20的最大对比度为500。这里，所谓最大对比度为用最低透过率(不施加电场时的透过率)除最大透率的值，即：最大对比度＝最大透过率/最低透过率。另外，在本显示元件20中，几乎没有带色现象。
另一方面，为了与本显示元件20比较，准备了如图2所示的比较用的显示元件50。该比较用的显示元件50的基板13、14(电极基板)具有在基板1、2的表面上形成的电极4、5的表面上，具有形成进行了摩擦处理的取向膜8、9的结构。
图3为表示该比较用显示元件50的取向膜8的摩擦方向A和取向膜9的摩擦方向B，偏光板6、7的吸收轴方向，电场施加在电极4、5上的方向的关系的说明图。如图2和图3所示，配置上述电极4、5，使得可在上述基板1、2的基板面的法线方向上产生电场。又如图3所示，偏光板6、7的吸收轴6a、7a互相垂直地设置。如图2和图3所示，取向膜8、9的磨擦方向A、B相互相反的平行(平行而且方向相反)，并且与上述偏光板6、7的吸收轴6a、7a(吸收轴方向)成45°角度。
另外，在上述比较用的显示元件50的介电性物质层3中封入上述负型液晶性混合物(1)，而添加手性试剂。
利用外部加温装置，将这样得到的上述比较用显示元件保持在向列-各向同性相的相转移点(Tni)以上附近的温度(比上述比较用的显示元件的Tni稍高的温度，例如Tni+0.1K)，通过在两个电极4、5之间加电场(电压)，加110V电压时，可得到最大透过率。该比较用显示元件50的最大对比度为200。另外，在上述比较用显示元件50中，通过施加电场(电压)，显示面上可看到有近似黄色的带色现象。
如上所述，利用本实施例的显示元件20，可以用比上述比较用显示元件50低的驱动电压，得到最大的透过率。这是由于，如下所示，在上述比较用显示元件50中，进行取向处理的基板13、14界面附近的分子在低电压取向，而离开基板13、14的区域(主体区域)的分子，在低电压不能取向。
图4(a)和图4(b)为表示施加电场和不施加电场时，上述比较用的显示元件50的分子11(即上述负型液晶性混合物(1)的分子(液晶分子))的取向状态的截面示意图。在图4(a)和图4(b)中，在分子11中，分别表示构成封入上述介电性物质层3中的媒质的一个液晶分子。如图4(b)所示，当不施加电场时，通过对取向膜8、9进行摩擦处理(取向处理)，基板13和基板14的界面上的分子11沿着摩擦方向A、B(取向处理方向)取向。即：摩擦方向A、B的互相反向平行地形成的取向膜8、9的影响，可使基板13和基板14的界面上的分子11成为在一个方向取向的均匀的结构。又如图4(b)所示，在离开上述基板13、14的界面的主体区域中，分子11向着所有方向显示出各向同性性质。
如图4(a)所示，当将电场施加在该比较用的显示元件50的两个电极4、5上时，基板13和基板14的界面附近的分子11，由于与由摩擦处理取向的分子11之间的分子间相互作用，向着摩擦方向取向。但是，离开基板13、14界面附近的主体区域的分子11由于电场作用而取向极化，该分子11的长轴方向，向着与基板13、14表面平行的方向，因此分子11的取向方向向着基板13、14的面内的所有方向。
这是由于在比较用显示元件50的分子11的取向中，没有现有的液晶显示装置中所用的液晶那样的长距离秩序。即这是由于没有不施加电场时分子11在给定方向取向，而通过施加电场使在维持该取向秩序的条件下，使取向方向一齐变化的结构那样的长距离秩序。由于这样，在比较用显示元件50中，进行了取向处理(摩擦处理)的基板13、14界面附近的分子11在低电压下取向，该基板13、14附近的分子取向秩序，不向单元(比较用显示元件50)内部传播，因此，主体区域的分子11不能在低电压下取向。
另外，在比较用显示元件50中，在离开基板13、14的主体区域中，即使分子11取向极化，也大概是在分子短轴方向极化。由于这样，如上所述，上述分子11的长轴向着基板面内的所有方位，而上述长轴所向的方向(方位)不固定在一个方向上。结果，即使由于加电场，上述分子11取向极化，当从正面方向(基板14的基板面法线方向)看主体区域时，它是光学中各向同性的，对光学响应没有帮助。
因此，在该比较用显示元件50中，利用实用水平的电压得到的光学响应只是在基板13、14附近，不施加远超过实用水平的驱动电压，则在主体区域中，得不到光学响应。
另一方面，在本实施例的显示元件20中，上述负型液晶性混合物(1)的分子11(参见图1(a)(b))给出最高透过率(最大透过率)的电压，比上述比较用显示元件50低。这是由于在本实施例的上述显示元件20中，作为簇12(分子的小集团)产生具有一个方向的掌性，即仅在右扭转或左扭转中的任何一种扭转结构(扭曲结构)的簇(分子为集团)，从而产生旋光性。
如上所述，图1(a)和图1(b)为表示施加电场和不施加电场时，本实施的显示元件20的上述分子11的取向状态的截面示意图。如，图1(b)所示，当不施加电场时，构成封入介电性物质层3中的媒质(负型液晶性混合物(1))的分子11向着所有方向，具有光学各向同性性质。
然而，当在上述显示元件20的电极4、5之间加电场时，如图1(a)所示，利用加电场产生的短距离分子相互作用，产生具有扭曲结构的簇12…(分子小集团)。这些簇12产生旋光性。另外，在本实施例中，由于在上述媒质(负型液晶性混合物(1))中添加手性试剂，换句话说，由于除了上述媒质以外，构成上述介电性物质层3的介电性物质(介电性液体)含有手性试剂，因此，上述扭曲结构的掌性只是右扭转或左扭转的一个方向。即：光学各向异性显现的状态的分子11的取向方向为仅一个方向的掌性的扭转结构。
因此，在本显示元件20中，各个簇12…(各个扭转结构)的方位之间不相关，具有一定的旋光性，因此作为全体，可显现大的旋光性。由于这样，得到最大透过率的电压，比上述比较用显示元件50低。另外，如图4(a)所示，在上述比较50中，产生簇12…，产生双折射性。但由于不添加手性试剂，簇12…的方位零零散散。因此，产生双折射性互相抵消。
由于这个理由，在本实施例中，在通过控制分子11的取向秩序，改变透过率的显示元件和显示装置(具体的是，上述显示元件20和显示装置100)中，可将驱动电压降低至实用水平。
另外，在本实施例的上述显示元件20中，可以得到比比较用显示元件50高的对比度。这是由于比较用显示元件50的最低透过率(不施加电场(电压)时的透过率)比上述显示元件20高，不施加电场(电压)时产生漏光。即：在比较用显示元件50中，由以下二个原因引起不施加电场的光泄漏，因此使对比度降低。
1.在经摩擦后的取向膜8、9之间产生的相位差，
2.在吸附在取向膜8、9上的分子11、11之间产生的相位差。
另一方面，在上述显示元件20中，不设置取向膜，也不进行摩擦处理，因此没有由上述相位差引起的光泄漏。因此，采用上述显示元件20可得到比上述比较用显示元件50高的对比度。
另外，在上述比较用显示元件50中可看见带色现象，而在本实施例的显示元件20中，带色现象不引人注意。这是由于比较用的显示元件50的分子11的取向状态为分子11在一个方向取向的均匀结构，而本显示元件20的分子11的取向状态为扭曲结构。即：带色现象是由上述分子11具有的折射率的波长分散引起的，如本显示元件20那样，在分子11的取向状态为扭曲结构的情况下，与如上述比较用显示元件50那样的均匀结构情况相比，难以受到波长分散的影响。
其次，参照图7～图10，详细说明作为实施的一个例子的本实施例的显示元件结构的另一个例子。
在本实施例中，使用图8所示的显示元件H作为本实施例的显示元件20。因此，本实施例的显示装置100中(参照图5、6)，作为显示元件20，具有上述显示元件H。
图8为表示本实施例的显示元件20的大致结构的另一个例子的截面图。更具体是说，它示意性地表示施加电场时，以下所示实施例的元件H的截面的大致结构。
本实施例的显示元件20(即显示元件H)，具有与图1(a)、(b)所示的上述显示元件20相同的结构。即：如图8所示，本实施例的显示元件H具有由设有电极4、5的基板1、2构成的、作为电极基板的基板13、14之间夹持作为光学调制层的介电性物质层(介电性液体层)3，在上述基板13、14的外侧，即与上述基板1、2的电极形成面相反一侧的面上，分别设有偏光板6、7的结构。
在本实施例中也使用玻璃基板作为上述基板1、2。另外，在上述电极4、5上使用由ITO构成的透明电极。又如图7所示，上述偏光板6、7的吸收轴6a、7a互相垂直配置。
但是，在本实施例中，上述显示元件H的基板13、14之间的间隔(即形成上述电极4、5的基板1、2之间的介电性物质层3的厚度)为1.3μm，作为封入上述介电性物质层3中的媒质，不使用上述负型液晶性混合物(1)，而使用由下述结构式(4)
表示的化合物2-1，和由下述结构式(5)
Figure A20051000569000222
表示的化合物2-2构成的负型混晶性混合物(负型液晶性混合物(2))。在结构式(5)中，R1和R2分别表示独立为碳数为1～7的烷基。
在本实施例中，由上述结构式(4)表示的化合物的向列相状态的折射率各向异性Δn(测定波长为550nm，测定温度为25℃(＝0.89Tni))为0.155，同样的向列相状态的介电常数各向异性Δε(测定频率为1kHz，测定温度25℃(＝0.89Tni))为-4.0，相同条件下的上述结构式(5)表示的化合物的介电常数各向异性Δε为-18，相同条件下的上述负型液晶性混合物(2)的向列相状态的折射率各向异性Δn为0.14，介电常数各向异性Δε为-14。即：在本实施例中，在向列相状态下的上述折射率各向异性Δn＝0.14，介电常数各向异性Δε＝-14的组合中，使用由上述结构式(4)和(5)表示的化合物配合制成的负型液晶性混合物(2)。上述负型液晶性混合物(2)的向列-各向同性相转移温度(Tni)为62℃。
上述折射率各向异性Δn(Δn＝ne-no，ne为分子长轴方向的折射率(异常光折射率)，no为分子短轴方向的折射率(正常光折射率))的测定中，使用阿贝折射仪(ATAGO制造“4T”(商品名))。另外，在上述介电常数各向异性Δε(Δε＝εe-εo，εe为分子长轴方向的介电常数，εo为分子短轴方向的介电常数)的测定中，使用阻抗分析器(东洋技术公司制造“SI1260(商品名)”)。
在本实施例中，作为手性试剂，不使用上述的“ZLI-4572”(商品名，Merck公司制)，而使用由下述结构式(6)
Figure A20051000569000231
表示的手性试剂“S811”(商品名，E.Merck公司制)。即：在本实施例中，作为构成上述介电性物质层(3)的介电性物质(介电性液体)，不使用添加手性试剂的液晶材料(1)，而使用在上述负型液晶性混合物(2)中添加上述手性试剂“S811”的添加手性试剂的液晶材料。另外，在上述结构式(6)中，“*C”表示不对称碳原子(手性中心)。
在本实施例中，上述手性试剂“S811”在上述负型液晶性混合物(2)和该手性试剂“S811”的总量中该手性试剂“S811”的比例(即上述添加手性试剂的液晶材料(2)中的上述手性试剂“S811”的比例(手性试剂添加浓度))分别调整为8重量％、15重量％、30重量％来进行添加。以下分别将添加上述手性试剂，使其手性异物添加浓度为8重量％、15重量％、30重量％构成的添加手性试剂的液晶材料称为添加手性试剂液晶材料(2)，添加手性试剂液晶材料(3)和添加手性试剂液晶材料(4)。
测定由上述手性试剂“S811”和负型液晶性混合物(2)构成的上述添加手性试剂液晶材料(2)～(4)的向列-各向同性相转移温度(Tni)，得到添加手性试剂液晶材料(2)为55.6℃，添加手性试剂液晶材料(3)为51℃，添加手性试剂液晶材料(4)为38℃。
如上所述，由于负型液晶性混合物(2)的向列-各向同性相转移温度(Tni)为62℃，当在该负型液晶性混合物(2)中添加上述手性试剂“S811”时，产生凝固点下降的现象，结果，使上述向列-各向同性相转移温度(Tni)降低。
又图1和图8所示，手性试剂，利用扭转力(螺旋扭曲功能)，使构成液晶性物质的液晶分子(分子11)彼此结合，形成在该液晶分子(分子11)排列的每个平面内，具有分子长轴角度偏离的扭曲(螺旋)结构的胆甾相(胆甾型液晶相(手性向列液晶相))。
在本实施例的显示元件H中，在上述介电性物质层3内，在上述Tni(38℃)以下时，为胆甾型液晶相。
为了检查该添加手性试剂液晶材料(2)～(4)的自发的扭转量(自然手性间距(p))，将添加上述手性试剂的液晶材料(2)～(4)注入楔型单元(Wedge cell)中，利用所谓楔单元法，外插或直接估计该添加手性试剂液晶材料(2)～(4)的自然手性间距(p)，得到添加手性试剂液晶材料(2)中p＝0.78μm，在添加手性试剂液晶材料(3)中，p＝0.42μm，在添加手性液晶材料(4)中p＝0.21μm.国际照明委员会CIE(Commission Internationale del’Eclairage)将人类眼睛不能识别的波长定为380nm以下。因此从上述结果可看出，添加手性试剂液晶材料(2)、(3)具有可见光波段的间距，添加手性试剂的液晶材料(4)具有可见光波段以下的间距。
一般地，上述自然手性间距(p)和手性试剂浓度(c)具有下述关系式(I)表示的关系：
        p＝1/kc.....(I)
在上述关系式(I)中，k为比例常数，为表示手性试剂的扭转力(HTP：Helical Twist Power)的指标。
从上述关系式(I)可看出，增加手性试剂添加浓度，手性间距缩短。k值因手性试剂的种类而不同，为材料固有的性质，也因混合对方的液晶材料(主液晶材料)的不同而不同。
现在来定量地评价上述显示元件H的光电特性，实测电压-透过率(以下记为V-Tr)特性。作为测定单元，准备使用在上述负型液晶性混合物(2)中添加上述手性试剂“S811”使添加上述手性试剂的液晶材料(2)中的上述手性试剂“S811”的含有比例(手性试剂添加浓度)为30重量％的添加手性试剂液晶材料(4)的显示元件H(单元(1)透明平板电极单元)；除了使用上述手性试剂(S811)的手性试剂添加浓度为15重量％的添加手性试剂的液晶材料(3)以外，与上述单元(1)完全相同的结构的显示元件(单元(2))；和除了完全不添加手性试剂以外，与上述单元(1)完全相同结构的比较用显示元件(比较用单元(1))。
利用外部加热装置，将这些单元保持在比向列-各向同性相转移温度(Tni)稍高的温度(Te＝Tni+0.2K、ΔTe＝Te-Tni＝0.2K)下，将电场(电压)施加在上述电极4、5之间，测定电压-透过率特性(V-Tr特性)。结果如图9所示的图9中，纵轴表示透过率(任意单位(a.u.))，横轴表示所加的电压(V)。
如图9所示，在不添加手性试剂的上述比较用单元(1)中，当不加40V以上的电压时，V-Tr曲线(即，由图9所示的V-Tr特性表示的曲线)不会上升。
与此相对，在添加上述手性试剂“S811”，使上述手性试剂添加浓度为15重量％的单元(2)中，得不到上述手性试剂添加浓度为30重量％的单元(1)的高的透过率，从超过10V开始V-Tr曲线上升。在述单元(1)中，在10v以下，V-Tr曲线急剧上升，同时在20V时，达到最大透过率。利用该单元(1)可实现在低电压下驱动，同时光的利用效率高。
如上所述，利用上述关系式(I)可知，在上述单元(1)中所用的手性试剂添加浓度为30重量％的添加手性试剂的液晶材料(4)的自然手性间距(p)为0.21μm，比可见光波长小；另外，在上述单元(2)中使用的手性试剂添加浓度为15重量％的添加手性试剂的液晶材料(3)的自然手性间距(p)为0.42μm。在所有情况下，这都是在可见光波段内或比可见光波长小的间距(可见光波段以下的间距)。
与此相对，在上述比较用单元(1)中使用的不添加手性试剂的液晶材料(比较用液晶材料)的自然手性间距(p)为无限大(∞)，经可见光波长长。
从上述结果可看出，设定上述添加手性试剂液晶材料的扭转量，即扭转间距(自然手性间距(p)，使它在可见光波长区域内或比可见光波长小，则可以实现用低电压驱动和使透过率大。
当上述扭转的间距(自然手性间距(p))在可见光波长区域内或比可见光波长小时，利用由施加电场在上述媒质中产生的，由手性试剂的自发的扭转方向上引起的一个方向的扭转，可使入射光中产生旋光性，可以效率好地取出光。结果，可在低的电压下得到最大透过率，可以实现驱动电压低，光的利用效率好的显示元件H(显示元件20)。为了利用添加手性试剂液晶的光学活性物质，使偏振面旋转现象明显，希望一个方向的掌性的扭转间距(自然手性间距(p))满足上述条件。
当上述添加手性试剂液晶材料的自然手性间距(p)在可见光波段内或比可见光波长小时，可以有效地使手性试剂具有的扭转力(HelicalTwist Power)作用在上述媒质中的分子11(液晶分子)上，使近距离的相互作用(short-range-order)波及上述分子11、11之间。或者，可以在上述媒质中显现后述的蓝色相。
由于这样，通过控制相对上述液晶性媒质的手性试剂的添加比例，如上所述，可以将扭转间距控制在可见光波长区域内或比可见光波长小。另外，采用上述结构，由于在不施加电场时具有光学各向同性的上述媒质中，可以通过施加电场使上述媒质中的分子11作为该分子11的小集团(簇12)响应，因此可以在更广的温度范围内显现现有的只有在非常狭窄的温度范围内才可以显现的光学各向异性。
另外，上述扭转的间距下限值因显示元件20的特性，越短越好。但是，如上所述，使用上述添加手性试剂的液晶材料作为上述媒质的情况下(即在液晶的物质中添加手性试剂的情况)，当手性试剂的添加量太多时，作为全体的介电性物质层3的液晶性降低。液晶性降低与加电场时的光学各向异性的发生程度低有联系。因此，作为显示元件的功能降低。因此，为了发挥作为显示元件的功能，必需从介电性物质层3作为全体至少有液晶性的要求出发来决定上述手性试剂的添加浓度的上限值。根据本申请的发明者的分析可知，优选介电性物质层3中的液晶性物质的比例为20重量％以上，当该液晶性物质的比例小于20重量％时，得不到很好的光电效果。即，根据本申请的发明者等的分析，上述手性试剂添加浓度的上限浓度为80重量％。
另外，适用上述手性试剂浓度(手性浓度)的上限值(就扭转间距而言为下限值)的情况，如上所述，只限于在液晶性媒质(液晶性物质)中添加手性试剂的情况，不使用手性试剂那样的添加物质，媒质已经具有一个方向的掌性的媒质中，上述手性浓度的上限值(扭转间距的下限值)不适用。
其次，评价上述手性添加浓度不同的显示元件的温度特性。在上述单元(1)，(2)以外，除了使用手性试剂“S811”的手性添加浓度为8重量％的添加手性试剂的液晶材料(2)，准备与上述单元(1)(2)结构完全相同的显示元件(单元(3))。利用外部加热装置，与比较用单元(1)一起，在以封入各个单元中的介电性物质(液晶材料)的向列-各相同性相转移温度(Tni，单元(1)为38℃，单元(2)为51℃，单元(3)为55.6℃，比较用单元(1)为62℃)为基准的温度Tc(Te＝Tni+ΔTe)下保温，实测各个温度下的V-Tr特性。将从该数据估计的驱动电压(达到最大透过率的90％的电压(施加电压))Vop(op：operation)和离开上述Tni点的温度ΔTe的关系作成图形，如图10所示，在图10中，纵轴表示Vop(V)、横轴表示ΔTe(K)，“◆”表示从上述单元(1)，“■”表示从上述单元(2)，“▲”表示从上述单元(3)，“○”表示从上述比较用单元(1)的V-Tr特性估计的驱动电压与温度的依存性。
从图10所示的结果可看出，在完全不添加手性试剂的上述比较用单元(1)中，完全不存在驱动电压为平的温度区域。另一方面，在上述手性添加浓度为30重量％的单元(1)中，在Tni(38℃)～Tni+0.5K的温度区域中，驱动电压大致为平的。另外，在上述手性添加浓度为8重量％的单元(3)中，不存在驱动电压为平的温度区域。当与上述单元(1)比较时，可看出驱动电压对温度的依存开始减小(对于ΔTe开始变成平)。因此，从上述结果可看出，为了缓和驱动电压与温度的依存性，手性添加浓度最低应为8重量％。该8重量％的浓度，就间距而言相当于0.78μm，大致相当于可见光波长区域的上限。
即：从表示偏差Tni的温度ΔTe和所加电压Vop的关系的图10中可看出，手性添加浓度的下限值8重量％为随着ΔTe的上升的Vop的变化(即Vop对温度的依存性开始减小)的温度。利用本实施例的主液晶和手性试剂的组合，为自然手性间距在可见光区域内或比可见光波长小的条件。另外，手性添加浓度30重量％为在上述图10中，随着ΔTe的上升，Vop的变化为一定的温度区域开始存在的浓度。
因此，从图9和图10所示的结果可看出，利用本实施例，优选在上述媒质中，添加手性试剂的浓度在8重量％(手性添加浓度)以上。换句话说，通过使上述媒质的扭转间距(自然手性间距(p))在可见光波长以下(即在可见光波长区域内或比可见光波长小)，可得到驱动温度区域扩大的倾向。因此优选，通过上述媒质中添加30重量％(手性浓度)以上的手性试剂，这样，除了扩大驱动温度区域以外，还可以实现降低驱动电压和提高光的利用效率，可以通过施加电场，有效地改变光学各向异性的程度。
又如图8所示，添加手性试剂可在光学各向同性的媒质中形成通过施加电场可使手性试剂的扭转力发挥影响的区域(簇12)。该簇12对温度上升比较稳定存在，可以在更广泛的范围内，显现光学各向异性。另外，该驱动电压为平的温度范围可通过增加手性试剂的添加量而扩大。
这样，为了减小上述驱动电压对温度的依存性，通过本实施例的手性试剂“S811”和负型液晶性混合物(2)的组合，使手性试剂添加浓度在8重量％以上，30重量％以上更好。当作为添加手性试剂的液晶材料的扭转量(即添加有手性试剂的负型液晶性混合物(2)的分子11的扭转间距(自然手性间距(p))看时，必需在可见光波长区域内或小于可见光波长。
但是，由于手性添加浓度根据使用的手性试剂的种类和使用的主液晶的种类而变化，因此，手性试剂的添加浓度的数值不是绝对的因素。在实现低电压驱动，高透过率和温度范围广的显示元件时，作为添加手性试剂的液晶材料的自然扭转量(手性间距)是更重要的因素。通过使该自发的扭转量(手性间距)在可见光波长区域内或比可见光波长小，可以实现低电压驱动，高透过率和温度范围广的显示文件。
手性试剂形成为相邻的液晶分子，即与封入上述介电性物质层3中的媒质(液晶性媒质，液晶材料)的分子11相互扭转的结构。结果，上述媒质的分子11、11之间的相互作用能量降低，上述媒质自发的采取扭转结构，使结构稳定。
另外，在チヤンドラセカ-ル著，木村初男、山下护共译的“液晶物理学(原书第二版)吉冈书店，1995年p330”(以下称为“非专利文献11”)中说明了，在大量添加手性试剂的液晶材料中，呈现蓝色层(BP相：Blue Phase(蓝色相))。
如图11所示，蓝色相(BPI，BPII，BPIII)是作为各向同性相和胆甾相之间的相显现的，在显现上述蓝色相时与手性试剂关系大，自然手性间距(p)减小。当在临界间距以下时，显现蓝色相，关于蓝色相，学术上正积极进行分析，依然未知的部分还多。在蓝色相中还存在几个相。这些相，以低温侧开始称为BPI，BPII，BPIII。
蓝色相具有作用在接近分子11(液晶分子)之间，通过由上述手性试剂产生的邻近的扭转力，在该扭转力波及的区域内称为DTC(Double twist Cylinder，双扭曲圆筒)结构的如图12所示的筒状结构15(圆筒)。该筒状结构15由手性试剂的扭转力和与分子11(液晶分子)的连续取向有联系的连续弹性性质的对抗产生的，对于温度等外部刺激比较稳定。
另外，上述筒状结构15的外侧为手性试剂的扭转力不能波及的区域，其中存在取向缺陷(向错，desclination)。通过X射线分析等可以看出，该筒状结构15(圆筒)，在蓝色相中，形成图13所示的体心立方结构16和面心立方结构等三维周期结构。
在本实施例的显示元件20中，在详细分析相结构前，不能实施。构成上述显示元件20的介电性物质层3的媒质有可能呈上述非专利文献11中所述的蓝色相。该蓝色相是在一定温度范围内显示的相，在该温度内具有一定的光学特性(例如，阈值一定或达到最大透过率的电压一定等)。
在本实施例的显示元件20中，上述媒质即使呈现蓝色相，但在广的温度范围内还可得到光学特性，其起源即使有蓝色相也完全没关系。另外，在本实施例中，上述蓝色相为用手性向列相(胆甾相)表示的胆甾蓝相，也可以为用近晶相表示的近晶蓝相。另外，上述起源即使是由上述的手性试剂大量添加带来的簇12的形成产生的也没关系。
即：上述显示元件20包含构成上述介电性物质层3的介电性物质显示蓝色相(例如胆甾蓝相或近晶蓝相)的媒质(即通过添加手性试剂显示上述蓝色相的媒质)也可以。换句话说，构成上述介电性物质的媒质包含显示上述蓝色相的媒质，或者由显示上述蓝色相的媒质构成(即由显示蓝色相的分子构成)，也可以。
上述胆甾蓝相为当温度上升时，在温度比手性向列相高的区域中可看见的相。当不施加电场时，显示光学各向同性，当加电场时显示光学各向异性。
上述胆甾蓝相为在将用下述结构式(7)，(8)，(9)，(10)，(11)
Figure A20051000569000301
表示的液晶性化合物，以上述结构的顺序，按45重量％，16重量％，11重量％，16重量％。12重量％的比例配合构成的液晶材料(BDH(British Drug House)公司的向列型液晶“E8”(商品名))中，将作为手性试剂，用下述结构式(12)
Figure A20051000569000302
表示的化合物(“CB15”(商品名，Marck公司制)按42.5重量％的比例添加而构成的材料系(介电性物质)来显现。在上述结构式(12)中，“*C”表示不对称碳原子(手性中心)。
上述材料系(介电性物质)的手性间距(自然手性间距(p))，即显示上述胆甾蓝相的媒质(即利用上述手性试剂，将螺旋导入分子中的状态的“E8”)的扭转间距为0.53μm，在可见光波长范围内。
本申请的发明者等考察在上述显示元件20中，取出光的理由(机理，原理)的结果，到达以下所示的结论。图14表示该机理(光学活性的机理)。
作为上述显示元件20的介电性物质(媒质)使用的，添加大量手性试剂的液晶材料等，一般称为光学活性物质(参照“物理学词典编集委员会编：“物理学词典”，培风馆出版，1992年p633”(以下称为“非专利文献12”)。作为光学活性物质的例子已知有具有不对称碳原子的有机化合物，具有螺旋结构的生物高分子，和胆甾液晶等。
如图14所示，考察直线偏光入射在作为上述物质层由上述的光学活性物质构成的厚度为d(单元厚度)的光学活性物质层17上的情况，直线偏光可以由左旋转的圆偏光18和右旋转的圆偏光19分解为相位和振幅一致的左右圆偏光18、19，在图14中，用Rin表示入射时的直线偏光方位，用Rout表示射出时的直线偏光方位。当上述圆偏光18、19入射在上述光学活性物质层17上时，光学活性物质，由于该光学活性物质本身固有地具有的结晶结构或扭转(螺旋)结构，对于左右圆偏光18、19的折射率(右旋转的圆偏光19的折射率n+不等于左旋转的圆偏光的折射率n-)不同。这样，当上述左右的圆偏光18、19从光学活性物质层17射出时，则偏光方位以上述右旋转的圆偏光19的折射率n+和左旋转的圆偏光的折射率n_之差与由上述光学活性物质层17的厚度d决定的角度γ进行旋转，左右圆偏光18、19的相位互相偏移。当合成该射出时的左右圆偏光18、19时，与入射时的直线偏光的偏光方位Rin的比较，正好为偏光方位以上述角度旋转的直线偏光。结果，如上述显示元件20一样垂直配置(交叉尼科耳棱镜配置)上下偏光板6、7则光能透过。通过本申请发明者的研究可知，在上述显示元件20中，利用这种机理光取出。
如上所述，在上述显示元件20中，当将电场施加在电极4、5之间时，由于加电场产生的短距离分子间相互作用，产生具有一个方向掌性，即右扭转或左扭转中任何一种的扭转结构(扭曲结构)的簇12，产生旋光性。即：上述显示元件20的显现光学各向异性的状态下的分子11(液晶分子)的取向方向成为仅一个方向掌性的扭转结构。
因此，即使各个簇12(各个扭转结构)的方位没有相关性，由于上述显示元件20具有一定的旋光性，因此作为全体，可以显现大的旋光性。因此，得到最大透过率的电压比现有的进一步降低。
在这种情况下，特别是如上所述，在上述媒质(液晶材料)中添加手性试剂时，可使上述媒质中的分子11的取向方向可靠地成为仅一个方向掌性的扭转结构。
即，如上所述，手性试剂使相邻的分子11(液晶分子)彼此取相互扭转的结构，通过添加了手性试剂的媒质自发地取扭转结构，分子间相互作用的能量减少，结构稳定。
另外，作为在本实施例中使用的手性试剂，除了上述的″ZLI-4572″“S811”“CB15”以外，还有“MLC-6248”(商品名，Merck公司制)，“C15”(商品名，Merck公司制)，“CN”(商品名，Merck公司制)“CB15”(商品名，Merk公司制)等，但不是只限于这些例示的手性试剂。
即：在使用添加手性试剂的液晶材料作为上述介电性物质的情况下，上述添加手性试剂液晶材料的手性试剂浓度，只要是可使上述手性试剂的液晶材料的媒质(液晶性媒质，液晶材料)的结构稳定即可，没有特别的限制。如上所述，可以根据使用的手性试剂的种类，显示元件的结构或设计等适当地设定，可以设定上述添加手性试剂液晶材料的扭转量(即添加了手性试剂的媒质的扭转间距)，使它在可见光波长区域内或小于可见光波长。例如，如上所述，从实现低电压驱动，和高透过率来看，优选上述手性试剂添加浓度在30重量％以上。利用本发明，可以实现降低用于显示的必要的驱动电压的显示装置(显示装置100)，还可实现温度范围广的显示装置(显示装置100)。
在上述说明中，当准备显示一个方向掌性的媒质时，在成为主要的媒质(液晶性媒质(液晶性化合物)、液晶材料)中添加手性试剂等，如上述，但本发明不是仅限于此。
即：在上显示元件20中，只要将添加了手性试剂的媒质封入介电性物质层3中即可，本发明不是仅限于这种结构，加电场时或不施加电场时的分子11，只要该分子11的取向方向为一个方向掌性的扭转结构即可。例如，使用不加手性试剂，本身具有手征性的手性物质，作为封入介电性物质层3中的媒质也可以。即：封入介电性物质层3中的媒质，通过添加手性试剂，显示手征性也可以，媒质本身显示手征性也可以。在所有情况下，都可以引起仅一方向的掌性的扭转结构(扭曲结构)。
在使用该媒质本身为有手征性的(光学活性的)手性物质作为具有上述仅一个方向的掌性的媒质的情况下，上述介电性物质由上述手性物质构成或者在使用包含上述手性物质的媒质构成的介电性物质的情况下，由于上述媒质为光学活性的，所以媒质本射可自发地取扭转结构，成为稳定状态。作为具有手征性的手性物质，可以为分子中具有不对称碳原子(手性中心)化合物(液晶性化合物)。
另外，作为显示上述一个方向掌性的媒质，也可以包含例如香蕉型(弯曲型)液晶那样，本身不具有不对称碳原子(即分子本身不具有手征性)，但利用分子形状的各同异性和堆积(packing)结构，作为系统手征性发生的分子的媒质。
作为这种香蕉型(变曲型)液晶，有如下述结构式(13)所示的
化合物(クラリアント公司制的“P8PIMB”(简称))，但不是仅限于此。
上述“P8PIMB”按顺序将该“P8PIMB”、“ZLI-2293”(商品名，Merck公司制的混合液晶)、“MLC-6248”(商品名)，按15％、67.1％、17.9％的比例混合，该混合物在77.2℃～82.1℃的温度范围内显示胆甾蓝相。
另外，香蕉型(弯曲型)的液晶材料(香蕉型(弯曲型)液晶)的弯曲部分(结合部分)，除了亚苯基等苯环以外，由萘环或亚甲基链等形成也可以。在上述弯曲部分(结合部分)中，包含偶氮基也可以。
作为上述香蕉型(弯曲型)液晶，除了上述“P8PIMB”以外，还有以下述结构式(14)
表示的化合物“AZO-80”(简称，クラリアント公司制)，用下述结构式(15)
Figure A20051000569000342
表示的化合物(“8Am5”，(简称)クラリアント公司制)；同下述结构式(16)
Figure A20051000569000343
表示的化合物“140Am5”(简称)，但不是仅限于这些化合物。
另外，上述香蕉型(弯曲型)液晶(即用上述结构式(13)～(16)表示的化合物)都是在弯曲部分(结合部分)的左右具有对称的化学结构，但在上述弯曲部分的左右具非对称的化学结构也可以。作为这种香蕉型(弯曲型)液晶，有用下述结构式(17)
表示化合物等。
另外，上述香蕉型(弯曲型)液晶的液晶分子没有不对称的碳原子(手性碳)，但上述香蕉型(弯曲型)液晶不是仅限于这种化合物，在一个分子中具有一个或多个不对称碳原子也可以。作为这种香蕉型(弯曲型)液晶，有用下述结构式(18)
Figure A20051000569000351
表示的化合物等。在上述结构式(18)中，“*C”表示不对称碳原子(手性中心)。
封入介电性物质层3中的媒质，用单一化合物显示液晶性也可以，用多种物质混合显示液晶性也可以。或者将其他非液晶性物质混入它们中也可以。
封入上述介电性物质层3中的媒质的显示液晶性的物质(媒质)，即液晶性媒质(液晶性化合物及其混合物或用多种物质混合显示液晶性混合物等的比例，在20重量％以上优选，更优选为50重量％以上。
另外，在本实施例中，封入上述介电性物质层3中的媒质不是仅限于上述例示的媒质。希望封入介电性物质层3中的媒质为具有负的介电各向异性的棒状分子。即：希望封入介电性物质层3中的媒质为分子长轴方向的介电常数比分子短轴方向的介电常数小的一棒状分子(分子长轴方向的介电常数＜分子短轴方向的介电常数)。
即：封入上述介电性物质层3中的媒质为负型液晶材料，例如，由负型液晶性化合物或其混合物构成的媒质，或包含负型液晶性化合物或其混合物的媒质更优选。所谓负型液晶性化合物为在低温时出现向列相或近晶相的液晶相的化合物。
这样，作为介电各向异性为负的媒质(负型液晶材料)，采用在上述专利文献1中所述的液晶性物质中，称为“3HPFF”的1，2-二氟-4-[反-4-(反-4-n-丙基环己基)环己基]苯；称为“5HPFF”的1，2-二氟-4-[反-4-(反-4-n-戊基环己基)环己基]苯；和称为“7HPFF”的1，2-二氟-4-[反-4-(反-4-n-庚基环己基)环己基]苯构成的混合物的混合物(以下称为负型液晶性混合物(3))。
另外，封入介电性物质层3中的媒质也可以为通过施加电场，光学各向异性程度发生变化，加电场或不施加电场时光学上大致为各向同性(可见光以上的尺度的取向有序度≈0(大致为零))，通过施加电场产生光学调制(即通过施加电场显示光学各向异性)的媒质。另外，因为随着加电场，分子11或分子集合体(簇12)，在可见光以上的尺度下的取向有序度上升(从产生光学调制的状态(可见光以上的尺度的取向有序度＞0)，可见光以上的尺度的分子11的取向有序度上升)的物质(媒质)。另外，上述媒质也可以为随着加电场，与加电场前比较，可见光以上尺度下的分子11的取向有序度(光学各向异性的程度)降低的媒质，例如也可以为从通过施加电场显示光学各向异性状态(可见光以上的尺度的取向有序度＞0)向显示光学各向同性状态(可见光以上尺度下的取向有序度≈0)变化的媒质。
在本发明中，所谓加电场时或不施加电场时显示光学各向同性是指如上所述，宏观的具体地说，在可见光的波长尺度成比它大的尺度下可看见的各向同性，例如胆甾兰蓝相层那样，即使没有完全的各向同性相也没关系。上述胆甾蓝相在不施加电场时不是完全的各向同性相，在可见光波长以下的尺寸，显示三维的周期结构。
本发明希望采用通过施加电场，主要由电子极化或取向极化显现光学各向异性(特别希望通过施加电场，双折射上升)的媒体(介电性物质)进行显示。
在本实施例的显示元件20中，上述介电性物质，特别是可作为上述媒质使用的物质，可在施加电场或不施加电场时，在显示光学各向同性的同时，取向方向变化，光学各向异性的程度发生变化，而且在显现光学各向异性状态下的上述分子11的取向方向形成仅一个方向的掌性的扭转结构。例如显示Kerr效果的物质可以，显示Pockels效果的物质也可以。其他的极性分子等也可以。
特别是，显现的折射率变化与电场的二次方成比例具有响应速度快的优点。由于这样，折射率与电场的二次方成比例变化的媒质，即使用显示Kerr效果的媒质(液晶性物质)的介电性物质层3通过施加电场分子11(液晶分子)的取向方向变化，通过控制一个分子内的电子偏移，可以改变随机排列的各个分子11单个旋转的方向，因此，如上所述，不但响应速度非常快，而且由于构成上述媒质的各个分子11无秩序排列，因此视角不受限制。因此，采用上述结构，可以实现高速响应性和广视进野特性优越的显示元件20。另外，在这种情况下，可以大大减小驱动电压，因此实用价值极高。
通过将含有极性分子的媒质封入上述介电性物质层3中，由于通过施加电场，可使上述有极性分子极化，可以进一步促进上述有极性分子的取向，因此可以更低的电压显现光学各向异性。
另外，上述介电性物质不是仅为上述媒质，优选是在施加电场时或不施加电场时，具有可见光波长以下的有序结构(取向秩序)。如果有序结构为小于可见光波长，则显示光学各向同性。因此，通过使用施加电场或不施加电场时有序结构为可见光波长以下的介电性物质，特别地通过使用这种媒质，可确实使施加电场或不施加电场时显示状态不同。
在本发明中，作为封入上述介电性物质层3中的媒质，可以采用具有可见光波长以下的有序结构，可见到光学各向同性的液晶相中，介电性各向异性为负的媒质。或者，可以采用分子11(液晶分子)被在可光波长以下尺寸下呈放射状取向的集合体弃填的、可见到光学各向同性的系统。通过在这些分子加电场，使分子11或分子集合体(簇12)的微细结构产生变形，可诱发光学调制。
在通常的TN方式等液晶显示装置中，预先使分子(液晶分子)向一个方向取向，通过施加电场，使分子取向成为一致状态，可以一齐改变其方向，与此相对，使用上述媒质的显示元件和显示装置，由于在上述媒质显示光学各向同性状态下，分子具有可见光波长以下的尺度秩序(有序结构，取向秩序)，可以显示光学各向同性。宏观的，具体地说，如果以可见光波长区域即可见光波长尺度或比它大的尺度看，则可以为上述分子向着所有方向。即：在使用上述媒质的结构(取向状态)在可见光波长尺度或比它大的尺度下，与分子向着所有方向的状态(结构)等价。另外，这电场的变化，可使可见光波长以下的尺度的有序结构产生变形，显现光学各向异性。这时，分子的各个取向方向变化。即：在上述结构和通常的液晶显示装置中，最初的取向状态(显示光学各向同性的状态的取向状态)和取向产生的光学各向异性的程度的变化方式不同，因此在上述结构中，当显现光学各向异性时，各个分子的取向方向变化。
作为这种媒质，可以使用3HPFF和5HPFF与7HPFF的混合系(即上述的负型液晶性混合物(3))。该混合系(负型液晶性混合物(3))具有负的介电各向异性。
如上所述，由于有序结构为可见光波长以下，因此，3HPFF和5HPFF与7HPFF的混合系(负型液晶性混合物(3))为透明的。即：不施加电场时，显示光学各向同性。因此，在本实施例的上述显示元件20中采用该混合系(负型液晶性混合物(3))的情况下，在正交尼科耳
Figure A20051000569000381
镜下，可以进行良好的黑色显示。
另一方面，当在不施加电场时，将上述混合系(负型液晶性混合物(3))控制在显示光学各向同性的温度范围内，并将电场(电压)施加在电极4、5之间时，在显示光学各向同性的结构上产生变形，显现光学各向异性。即：上述混合系(负型液晶性混合物(3))在不施加电场的状态下，为光学各向同性，通过施加电场，显现光学各向异性。
这样，在上述结构的显示元件和采用该显示元件的显示装置中，由于通过施加电场，在显示光学各向同性的结构上产生变形，产生双折射，因此可进行良好的白色显示。另外，产生双折射的方向一定，其大小通过施加电场而变化。表示施加在电极4、5之间的电压和透过率关系的电压透过率曲线为稳定的曲线。即：在上述结构的显示元件和显示装置中，可以得到在不施加电场(电压)时，显示光学各向同性的温度范围上稳定的电压透过率曲线，温度控制极容易。
现在说明如上述混合系(负型液晶性混合物(3))那样，使用通过施加电场分子的光学各向异性的程度发生变化的媒质的本实施体的显示元件20和现有的显示方式的液晶显示元件的显示原理的不同点。
在以下的说明中，以使用透过型上述显示元件作为上述显示元件，使用不施加电场时光学上大致为各向同性，优选为各向同性，而加电场可以显现光学各向异性的物质的情况作为例子，但本发明不是仅限于此。
图15(a)-(h)为用于说明使用上述混合系时的本实施例的显示元件20，和现有的显示方式的液晶显示元件的显示原理的不同的说明图；它示意性地表示施加电场时和不施加电场时折射率椭圆体的形状和方向。在图15(a)-(f)中，表示作为现有的显示方式的TN(TwistedNematic，扭曲向列)方式、VA(Vertical Alignment，垂直取向)方式，IPS(In Plane Switchig，面内响应)方式的显示原理。图15(g)、(h)表示在本实施例的显示元件20中，在介电性物质层中封入负型液晶性混合物(3)时的显示原理。即：图15(a)-(h)为示意性地表示本实施例的显示元件20和现有的液晶显示装置的显示原理的不同，在不施加电场时(断开状态)和加电场时(接通状态)在主轴方向上的媒质的平均的折射率椭圆体形状(表示成折射率椭圆体的切口的形状)的截面图。图15(a)-(h)为顺序地表示现有的TN方式的液晶显示元件的不施加电场时的截面图，加电场时的该TN方式的液晶显示元件的截面图，不施加电场时的现有的VA方式的液晶显示元件截面图，加电场时的该VA方式液晶显示元件的截面图，不施加电场时现有的IPS方式的液晶显示元件的截面图，加电场时该IPS方式的液晶显示元件的截面图，不施加电场时本实施例的显示元件20的截面图和加电场时该显示元件20的截面图。
一般地，物质中的折射率，根据不是各向同性的方向不同而不同。该折射率的各向异性，采用以和基板面平行而且在图15(a)-(h)的左右方向，与基板面平行而在图15(a)-(h)  的纵深方向(即与基板面平行而且与图15(a)-(h)的左右方向垂直的方向)，与基板面垂直的方向作为x、y、z方向的任意的垂直坐标系(X1，X2，X3)，用由下式(II)
Σ ij ( 1 n ij 2 ) X i X j = 1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( II )
(nji＝nij，i，j＝1、2、3)
表示的椭圆体(折射率椭圆体)表示(参考“山本凉一，等1名”有机电光学材料”National Technical Report，1976年12月，vol.22，No.6，p826-834(以下称为“非专利文献13”)。当使用椭圆体的主轴方向的坐标系(Y1，Y2，Y3)改写上述式(II)时，可用下式(III)
Y 1 2 n 1 2 + Y 2 2 n 2 2 + Y 3 3 n 3 3 = 1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( III )
表示。n1，n2，n3(以下记为nx，ny，nz)称为主折射率，相当于椭圆体三根主轴长度的一半。当考虑从原点在与Y3＝0的面垂直的方向行进的光波时，该光波具有在Y1，Y2方向上的偏光成分，各个成分的折射率分别为nx，ny。一般地，对于在任意方向行进的光，通过原点，与光波行进方向垂直的面认为是折射率椭圆体的切口，该椭圆的主轴方向为光波的偏光的成分方向，主轴长度的一半相当于该方向的折射率。
首先，以TN方式，VA方式，IPS方式作为现有的液晶显示元件的例子，说明本实施例的显示元件20和现有的液晶显示元件的显示原理的不同。
如图15(a)，(b)所示，现有的TN方式的液晶显示元件，在相对的基板201、202之间夹持液晶层205，在两个基板201、202上分别具有透明电极203，204(电极)。当不施加电场时，液晶层205的液晶分子的长轴方向成螺旋状扭曲取向，而加电场时，液晶分子的长轴方向沿着电场方向取向。这时的平均折射率椭圆体205a，如图15(a)所示，在不施加电场时，其主轴方向(长轴方向)向着与基板面平行的方向(基板面内方向)，当加电场时，则如图15(b)所示，上述长轴方向向着基板面的法线方向。即：不施加电场时和加电场时，折射率椭圆体205a的形状为椭圆，通过施加电场，其长轴方向(主轴方向为折射率椭圆体205a的方向)变化。即：折射率椭圆体105a转动。另外，不施加电场(电压)时和加电场时，折射率椭圆体105a的形状和大小，不变化。
又如图15(c)～(d)所示，现有的VA方式的液晶显示元件与TN方式同样，在相对的基板251、252之间夹持液晶层255，在二个基板251、252上分别具有透明电极253，254(电极)。在VA方式的液晶显示元件中，不施加电场时，液晶层255的液晶分子的长轴方向在与基板面大致垂直的方向上取向，而加电场时，液晶分子的长轴方向在与电场垂直的方向上取向。如图15(c)所示，这时的平均的折射率椭圆体255a，在不施加电场时，其主轴方向(长轴方向)向着基板面的法线方向，而加电场时，如图15(d)所示，长轴方向向着与基板面平行的方向。即：不施加电场时和加电场时，折射率椭圆体255a的形状为椭圆，通过施加电场，其长轴方向变化(折射率椭圆体255a转动)。另外，不施加电场时和加电场时，折射率椭圆体255a的形状和大小大致不变化。
又如图15(e)～(f)所示，IPS方式的液晶显示元件在一个基板301上具有相对的一对电极302，303。通过利用上述电极302，303将电场(电压)施加在夹持在图中没有示出的相对的基板之间的液晶层上，可以改变液晶分子取向方向(折射率椭圆体305a的主轴方向(长轴方向))；因此，在不施加电场和加电场时，可以实现不同的显示状态。这样，在IPS方式的液晶显示元件中，与TN方式和VA方式的液晶显示元件同样，在如图15(e)所示的不施加电场时和图15(f)所示的加电场时，折射率椭圆体305a的形状和大小不变化(即仍为椭圆形)，通过施加电场可以改变其方向(主轴方向)(折射率椭圆体305a转动)。
这样，利用现有的显示方式的液晶显示元件，不施加电场时，液晶分子可在任何方向(典型的是一个方向)上取向，通过施加电场，在各个分子的取向方向一致的状态下，可以一齐改变其取向方向，进行显示(透过率调制)。即：不施加电场(电压)时和加电场时，保持折射率椭圆体的形状和大小不变(即仍为椭圆形)，只是利用折射率椭圆体的主轴(长轴)方向由施加电场而转动(变化)，进行显示。因此，折射率椭圆体的长轴方向不限于总是与加电场方向垂直或平行。即：在现有的显示方式的液晶显示元件中，液晶分子的取向有序度大致一定，通过改变取向方向进行显示。即：在现有的液晶显示元件中，通过施加电场，取向有序度大致一定，取向的轴方向容易变化。
在使用上述负型液晶性混合物(3)(3HPFF和5HPFF与7HPFF的混合系)的本实施的显示元件20(本显示元件)中，对于这些显示方式不施加电场时，分子(即上述分子11)向着所有方向。由于这些分子具有小于可见光波长的尺度的秩序，因此不能显现光学各向异性(在可见光波长以上的尺度下的取向有序度≈0(大致为零))。如图15(g)所示，折射率椭圆体11e的形状为球形。
又如图15(h)所示，当加电场时，各个分子(分子11)具有负的介电各向异性，取向状态变化，向着基板面内方向(与基板面平行的方向)。这时，在可见光波长以下的有序结构中产生变形，显现光学各向异性(可见光波长以上的尺度下的取向有序度＞0)，折射率椭圆体11a成为椭圆(显示光学各向异性)。这时，折射率椭圆体11a的长轴方向与电场方向垂直。即：在介电性物质的介电各向异性为负(负型液晶)的情况下，在全部电压值上折射率椭圆体11a的长轴方向与电场方向垂直(正交状态)；而在介电各向异性为正(正型液晶)的情况下，在全部电压值上，折射率椭圆体11a的长轴方向与电场方向平行。在本发明中，电场方向和折射率椭圆体11a的主轴方向中至少一个总是平行或垂直的。在本发明中，可见光波长以上的尺度下，取向有序度≈0(取向有序度几乎没有)意味着，在比可见光小的比例看时，液晶分子等在一个方向上并列的比例多(存在取向秩序)；而当在比可见光大的比例下看时，取向方面被平均化，几乎没有取向秩序。即：取向有序度小到对可见光波段和比可见光波段大的波长的光没有影响的程度。例如，表示在交叉尼科耳棱镜下实现黑色显示的状态。另一方面，在本发明中，所谓可见光波长以上的尺度下的取向有序度＞0表示在可见光波长以上的尺度下的取向有序度比大致零的状态大，例如，表示在交叉尼利耳棱镜下实现白色显示的状态。(这种情况包含灰度等级显示的灰色)。另外，折射率椭圆体11a的主轴方向(长轴方向)向着与基板面平行的方向，同时，从上述基板1、2的一块基板向另一块基板扭转(扭曲)。
即：在使用上述混合系的本显示元件20中，不施加电场时，分子11向着所有方向。  但由于这些分子11具有可见光波长尺度以下的秩序(有序结构，取向秩序)，因此不能显现光学各向异性(在可见光波长以上的尺度下的取向有序度≈0)。如图15(g)所示，折射率椭圆体11a的形状为球形。又如图15(h)所示，当加电场时，由于各个分子11具有负的介电各向异性，所以取向状态变化，向着面内方向(与基板面平行的方向)。另外，这时，在可见光波长以下的有序结构中产生变形，显现光学各向异性(可见光波长以上尺度下的取向有序度＞0)。
这样，在使用上述混合系的本显示元件20中，当不施加电场时，折射率椭圆体11a的形状为各向同性(nx＝ny＝nz)，通过施加电场，在折射率椭圆体11a的形状的各向异性(下界面(即图15(h)中，与下侧基板1的界面)附近，nx＞ny，在上界面(即图15(h)中，与上侧基板2的界面)附近，ny＞nx)例如如此显现。即：在本实施例的显示元件20中，加电场可使折射率椭圆体11a的形状和大小变化。上述nx、ny、nz分别表示与基板面平行(基板面内方向)且在图15(a)-(h)左右方向、与基板面平行且在图15(a)-(h)的深度方向、与基板面垂直方向(基板法线方向的)折射率(主折射率)。
图17为表示施加电场时，本显示元件20的上述媒质的一个分子(分子11)的折射率椭圆体11a的形状的示意图。这样，上述折射率椭圆体11a的形状为以通过原点，与光波行进方向垂直的面作为切口的折射率椭圆体(椭圆)的切口形状。如上所述，椭圆的主轴方向为光波的偏光成分方向，主轴长度的一半相当于该方向的折射率。
如上所述，本实施例的上述媒质，在不施加电场时，显示光学各向同性(各向同性相)，通过施加电场，显现光学各向异性。因此，不施加电场时的折射率椭圆体11a的形状为球形(即光学各向同性)，通过施加电场，可显现各向异性。
如图17所示，当由与电场方向垂直的方向的折射率表示的，显现光学各向异性的加电场时的椭圆的主轴方向(即光波偏光成分的方向)的折射率(即上述分子11的折射率椭圆体11a的长轴方向的折射率(异常光折射率)为ne；与上述折射率椭圆体11a的长轴方向垂直的方向的折射率(即上述折射率椭圆体11a的短轴方向的折射率(正常光折射率)为no时，如上所述，上述折射率的各向异性(Δn)(双折射变化)用Δn＝ne-no表示。
即在本发明中，上述折射率各向异性(Δn)具有由Δn＝ne-no(ne为异常光折射率，no为正常光折射率)显示的双折射变化。对于本发明的上述ne和no的变化，现有的液晶显示装置的上述ne和no不变化。
上述加电场时的折射率椭圆体11a的长轴方向与电场方向平行(在介电各向异性为正的媒质情况下)，或者成为垂直(使用介电各向异性为负的媒质的情况)。
与此相对，在现有的液晶显示元件中，由于通过施加电场，使折射率椭圆体的长轴方向转动，进行显示，因此折射率椭圆体的长轴方向不限于总是与电场方向平行或垂直。
在使用上述负型液晶性混合物(3)(3HPFF，5HPFF和7HPFF的混合系)的本显示元件20中，光学各向异性的方向一定(加电场的方向不变化)，通过调制在可见光波长以上的尺度下的取向有序度，进行显示。即：在使用上述混合系(上述负型液晶性混合物(3))的本显示元件20中，可改变媒质的光学各向异性(例如，在可见光波长以上的尺度下的取向秩序)的程度。因此，使用上述混合系(上述负型液晶性混合物(3))的本显示元件20的显示原理，与其他显示方式的液晶显示元件有很大的不同。
这样，本实施例的显示元件20的光学各向异性的方向一定(加电场方向不变化)，通过调制可见光波长以上的尺度的取向有序度，进行显示，可改变媒质自身的光学各向异性(例如可见光波长以上的尺度的取向秩序)的程度。因此，与现有的液晶显示元件的显示原理表很大的不同。
另外，封入上述介电物质层3中的媒质可以通过施加电场，光学各向异性的程度发生变化。也可为在加电压时在或不加电压时，大致为光学各向同性(可见光以上的尺度的取向有序度≈0)，通过施加电场引起光学调制(即由施加电场显示光学各向异性)的媒质。另外，上述媒质为随着施加电场，分子11或分子集合体(簇12)的可见光以上尺度的取向秩序度上升(从已经引起光学调制状态(可见光以上的尺度下的取向有序度＞0)，可见光以上的尺度的分子11的取向有序度再上升)的物质(媒质)。另外，上述媒质为随着加电场，与加电场前比较，可见光以上的尺度的分子11的取向有序度(光学各向异性的程度)降低的媒质也可以，例如，通过施加电场，从显示光学中向异性的状态(可见光以上尺度的取向有序度＞0)，向着显示光学的各向同性状态(可见光以上尺度下的取向有序度≈0)变化的媒质也可以。
在本发明中，如上所述，所谓通过施加电场媒质的光学各向异性的程度发生变化，是随着加电场，显示折射率椭圆体11a的形状变化，如上所述，在不施加电场时，显示光学各向同性，加电场使光学各向异性的程度发生变化的情况下，即通过施加电场，显现光学各向异性的情况，折射率椭圆体11a的形状，通过施加电场，从球形变化为椭圆。另外，在上述媒质不施加电场时，显示光学各向异性，施加电场时，显示光学各向同性的情况下，折射率椭圆体11a的形状，通过施加电场，从椭圆变化为球形。另外，在上述媒质不施加电场时显示光学各向异性，通过施加电场，与加电场前比较，光学各向异性的程度变大或变小的情况下，折射率椭圆体11a的长轴方向或短轴方向的长度，因加电场而伸缩，加电场前后，长轴和短轴的比例变化(结果，例如曲率变化)。在施加电场后，光学各向异性的程度更大的情况下，通过施加电场，成为比加电场前(不施加电场时)，长轴方向的长度与短轴方向的长度的比率更大的椭圆。另外，在施加电场后，光学各向异性的程度更小的情况下，通过施加电场，与加电场前(不施加电场时)比较，长轴方向的长度与短轴方向的长度的比率成为较小的椭圆(即上述比率接近1(包含大致球形)。
在使用上述混合系(上述负型液晶性混合物(3))的本显示元件20中，由于利用在显示光学各向同性的结构上产生变形(即利用媒质的光学各向异性的程度的变化)进行显示，与使液晶分子的取向方向变化，进行显示的现有的显示方式的液晶元件比较，可实现广视野角特性。在使用上述混合系(上述负型液晶性混合物(3))的本显示元件20中，由于双折射的产生方向一定，光轴方向不变化，与改变液晶分子的取向方向进行显示的现有的液晶元件比较，可实现更广的视野角特性。
另外，在使用上述混合系(上述负型液晶性混合物(3))的本显示元件20中，利用通过使微小区域的结构(结晶的格子)变形显现的各向异性进行显示。因此，没有如现有方式的显示原理那样，液晶固有和粘度对响应速度有大的影响的问题，可以实现1ms左右的高速响应。即：在现有方式的显示原理中，利用随着加电场，仅液晶分子的旋转造成的取向方向的变化进行显示，液晶分子在一定方向排列的状态下，一致地旋转，因此液晶固有的粘度对响应速度影响大，而在使用上述混合系(上述负型液晶性混合物(3))的本显示元件20中，由于利用微小区域结构的变形，液晶固有的粘度影响小，可以实现高速响应。
本显示元件20由于利用上述显示方式，具有高速响应性，因此可在场序制彩色方式的显色装置中利用。
另外，在现有的液晶显示元件中，驱动温度范围受液晶相的相转移点附近的温度的限制，需要极高精度的温度控制。而利用本显示元件20，由于将上述媒质保持在通过施加电场，光学各向异性的程度发生变化的状态的温度下，因此可以容易地进行温度控制。
本显示元件20可以在基板面法线方向加电场的结构(纵电场)，使用负型液晶作为封入介电性物质层3中的媒质的结构(负型液晶)，和添加手向异构剂在封入介电性物质层3中的媒质中的结构(手性试剂)作为基本结构。
通过使用本显示元件20，形成本实施例的显示装置100，可以提供在利用通过施加电场，物质的光学各向异性程度发生变化的现象(例如由外部电场造成物质折射率变化的现象(电光学效果))的显示元件中，可提高对比度，抑制带色现象的显示装置。另外，使用本显示元件20，没有如在存在由左扭转和右扭转的扭转结构构成的多个区域的情况那样，在区域的边界上透过率降低的问题，可以提高透过率。
另外，通过将本发明在利用kerr效果的显示装置100中使用在得到高速响应性的同时，可大大提高对比度，抑制带色现象，因此，本显示元件20的实用价值极高。
另外，本发明还涉及在高速响应下，具有广视野的显示性能的显示元件。
在上述显示元件20中，基板1和基板2由玻璃基板构成，但不是仅限于此，至少一块为透明基板也可以。另外，上述显示元件20的两个基板13、14之间的间隔(即设有上述电极4、5的基板1、2之间的间隔)为5μm或1.3μm，但不是仅限于此，可以任意设定。另外，电极4、5由ITO构成，但不是仅限于此，至少一个为透明材料也可以。
偏光板6、7的材质没有特别的限制，可以使用现有熟知的材质。另外，偏光板6、7不是必需具有的。
其次，将使用上述图8所述的显示元件H作为本实施例的单元(4)，测定该单元(4)(显示元件H)的媒质的向列相状态的折射率各向异性Δn和向列相状态的介电常数各向异性Δε的结果，并将其积Δn×|Δε|，和使用使该单元(4)中封入介电性物质层3中的媒质(主液晶材料)从上述负型液晶性混合物(2)变更为以下所示的负型液晶材料以外，具有与上述单元(4)同样的结构的比较单元(2)，(3)测定该比较单元(2)(3)的媒质的向列相状态的折射率各向异性Δn和向列相状态的介电常数各向异性Δε的结果，和其积进行归纳，表示在表1中。
单元(4)和比较用单元(2)、(3)的单元厚度d都为1.3μm，使用上述“S811”作为上述媒层(注液晶材料)的手性试剂。手性添加浓度都为30重量％。
在上述比较用单元(2)中，使用下述结构式(19)
表示的化合物(负型液晶材料(i))作为上述媒质(主液晶材质)。另外，在上述比较用单元(3)中，使用由下述结构式(20)。
表示的化合物(负型液晶材料(ii)作为上述媒质(主液晶材料)。
上述负型液晶性混合物(2)和负型液晶材料(i)、(ii)的上述折射率各向异性Δn和介电常数各向异性Δε的测定条件都如上述一样，在测定上述折射率各向异性Δn时，使用上述阿贝折射仪(ATAGO制造“4T”(商品名))。上述折射率各向异性Δn的测定都在测定波长为550nm、测定温度为25℃(＝0.89Tni)下进行。在测定上述介电常数各向异性Δε时，使用上述阻抗分析仪(东洋技术公司制造“SI1260(商品名)”)。上述在测定上述介电常数各向异性Δε测定在测定频率为1kHz，测定温度为25℃(＝0.89Tni)下进行。
在本实施例中，使用将上述结构式(4)和(5)表示的化合物2-1、2-2与向列相状态下的上述折射率各向异性Δn为0.14，介电常数各向异性Δε为-14的组合配合构成的负型液晶性混合物作为上述负型液晶性混合物(2)。
在上述测定条件下测定的，向列相状态下的上述负型液晶材料(i)的折射率各向异性Δn为0.1280，介电常数各向异性Δε为-4.9。在上述测定条件下测定的，向列相状态下的上述负型液晶材料(ii)的折射率各向异性Δn为0.1107，介电常数各向异性Δε为-4.3。
表1
  媒质     Δn     Δε   Δn×|Δε|
  单元(4)   负型液晶性混合物(2)     0.14     -14   1.96
  比较用单元(2)   负型液晶材料(i)     0.1280     -4.9   0.63
  比较用单元(3)   负型液晶材料(ii)     0.1107     -4.3   0.48
在上述单元(4)中，如上所述，由上述手性试剂“S811”和负型液晶性混合物(2)构成的添加手性试剂的液晶材料(2)的向列-各向同性相转移温度(Tni)为38℃，同样测定的比较用单元(2)，(3)的由上述手性试剂“S811”和由负型液晶材料(i)或负型液晶材料(ii)构成的添加手性试剂的液晶材料的向列-各向同性相转移温度(Tni)，在比较用单元(2)中为43℃，在单元(3)中为50℃。
其次，利用外部加温装置将这些单元(4)和比较用单元(2)，(3)保持在以上述向列-各向同性相转移温度(Tni)为基准的温度Te(Te＝Tni+ΔTe)下，将电场(电压)施加在电极4、5上，实测电压-透过率特性(V-Tr特性)。
将从该数据(V-Tr特性)估计的驱动电压(达到最大透过率的90％的电压(所加电压))Vop(op：operation)和在上述各个单元中使用的媒质(主液晶材料)的折射各向异性Δn与介电常数各向异性Δε绝对值的积(Δn×|Δε|)的关系作成图形表示在图16中，图16中，纵轴表示Vop(V)，横轴表示Δn×|Δε|，图16中“◆”表示单元(4)“□”表示比较用单元(2)，“Δ”表示比较用单元(3)。
图16中所示的曲线，为所加电压Vop与Δn×|Δε|的平方根 成反比例作出的理论曲线(拟合曲线)，用下述式(IV)表示，
Vop ∝ 1 Δn | Δϵ | · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( IV )
其理由叙述如下。
首先，当令ρ为分子数密度(单位为无量纲)，α为Landau展开时的系数(单位为V2/K·μm2)，E为电场强度(单位为V/μm)，T为(绝对)温度(单位为K)，T*为临界温度(假设向列一各向同性相转移为二次相转移时的转移温度，比Tni低一些)(单位为K)，Δε为介电常数各向异性(单位为无量纲)时，根据统计力学的Landan理论，当将电场施加在各向同性相液晶上时显现的秩序参数Q(E)，可用下式(V)
Q ( E ) = ρΔϵ · E 2 12 πα ( T - T * ) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( V )
表示。
另外，当令Δn(E)为施加电场时显现的双折射(单位为无量纲)，λ为光的波长(观察波长)(单位为μm)，B为Kerr常数(单位为μm/V2)，E为如上所述的电场强度(单位为V/μm)时，Kerr效果(Δn(E)与电场强度E的二次方成比例)，可用下式(VI)
Δn(E)＝λBE2………………(VI)
表示。
利用液晶分子固有的折射率各向异性Δn(单位为无量纲)，上式Δn(E)可用下式(VII)
Δn(E)＝Δn·Q(E)…………………(VII)
表示。
因此，利用上式(V)-(VII)，Kerr常数B可用下式(VIII)
B = Δn ( E ) λE 2 = ΔnQ ( E ) λ E 2 = ρΔnΔϵ 12 λπα ( T - T * ) · · · · · · · · · · · · · · · · ( VIII )
表示。
如上所述，当令V为所加电压(单位为V)，d为单元厚度(电极4、5之间的间隔)(单位为μm)，λ为上述光的波长(观察波长)(单位为μm)，Δn(E)为加电场时显现的双折射(单位为无量纲)，B为Kerr常数(单位为μm/V2)时，透过率Tr(单位为无量纲)可用下式(IX)
Tr = sin 2 ( π λ Δn ( E ) d ) = sin 2 ( πB V 2 d ) · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( IX )
表示。在半波长条件下，如上所述，当令所加电压为Vop(单位为V)，d为单元厚度(电极4、5之间的间隔)(单位为μm)，B为Kerr常数(单位为μm/V2)时，所加电压Vop可用下式(X)
πB = Vop 2 d = π 2 · · · · · · · · · · · · · · · · ( X )
表示。这时所加电压Vop，从式(VIII-X)可用下式(XI)
Vop = d 2 B ∝ dΔT ΔnΔϵ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( XI )
表示。这样，推导出上述式(IV)。
从图16可看出，为了使驱动电压在24V以下，上述Δn×|Δε|必须比0.63大，本申请的发明者等将24V的驱动电压作为第一目标的理由如下。
在使作为上述开关元件21的TFT元件的栅极的膜厚和膜质为最优的情况下，测定施加在栅极上的可能的耐压为63V。这里，从该耐压扣除栅极电位为High(即栅极接通)时的电压10V和栅极电位为Low(即栅极断开)时的电压-5V的48Vpp(63-10-5＝48Vpp(峰值至峰值，peak-to-peak)，为可以施加在介电层物质层3上的最大限度的电压值。如果就有效值(rms：root-mean-square)而言，该电压值为±24V，成为本申请发明者等的第一个电压值。
当驱动电压在10V以下时，优选是使用通用的TFT元件，降低电压至可以驱动的范围，从图16的理论曲线可知，为使所加电压Vop在10V以下的条件为Δn×|Δε|≥3.3。
一般地，在液晶材料中，只极大地增大折射率各向异性Δn，只极大地增大介电常数各向异性Δε很困难，本申请发明者等深入研究的结果显现，为了使上述折射率各向异性Δn和介电常数各向异性Δε平衡，达到Δn×|Δε|＞0.63，优选使Δn＞0.128，|Δε|＞4.9。为了使上述折射率各向异性Δn和介电常数各向异性Δε平衡，达到Δn×|Δε|≥3.3，优选Δn≥0.183，|Δε|≥18。
如图16所示，所加电压Vop(V)与上述参数Δn×|Δε|有强关联，如上所述，利用式(IV)所示的曲线可推论出来。折射率各向异性Δn和介电常数各向异性|Δε|的绝对值|Δε|越大，对降低电压越有帮助。
在本发明中，规定液晶材料的参数的数值范围时，规定了将单元厚度(d)固定在1.3μm，当单元厚度比1.3μm厚时，驱动电压必然上升。由于这样，当单元厚度比1.3μm厚时，Δn×|Δε|必需再增大，必然进入本发明的数值范围内。
另一方面，存在单元厚度(d)比1.3μm薄的情况，利用目前的制造方法，下限可达1μm左右。因此，用1.3μm估计，没有问题。  然而，将来制造方法进步，制造单元厚度(d)小于1μm的显示元件也有可能。然而，即使实现小于1μm的单元厚度(d)，使用通用的TFT元件和驱动器，要使显示元件成本不提高，液晶材料必需满足的参数的下限值为上述的值。
又如上所述，如上述折射率各向异性(Δn)和介电常数各向异性(|Δε|)的测定温度(Te)为表示上述液晶材料(即显示向列液晶相的液晶性媒质)的向列相状态的温度，则没有特别的限制，优选在Te＝0.5Tni～0.95Tni的温度范围内。
Te的单位为绝对温度(K(开尔文))。即：在本实施例中，优选上述液晶材料在550nm以下向列相状态的折射率各向异性Δn和1kHz下向列相状态的介电常数各向异性的绝对值|Δε|的积(Δn×|Δε|)比0.63大，而在测定温度为0.5Tni～0.95Tni，测定波长为550nm下的折射率各向异性Δn和测定温度为0.5Tni～0.95Tni，测定频率为1kHz下的介电常数各向异性的绝对值|Δε|的积(Δn×|Δε|)比0.63大。
在本实施例中，如上所述，为了达到低电压驱动的目的，则优选上述参数Δn×|Δε|的值大，驱动电压降低。然而，在通用的TFT元件和驱动电路，IC(集成电路)中，存在电压值偏差。因此，在将该偏差值的电压值作为驱动电压的情况下，灰度等级显示不确定。这种偏差值最大估计为0.2V左右。因此，如果上述参数Δn×|Δε|的值则越大越好，使用通用的TFT元件和驱动电路、IC，要实现成本不提高的显示元件，则要考虑上述偏差，实际使用上希望所加电压Vop(V)比上述偏差大，通过使所加电压Vop(V)比偏差值的估计最大值0.2V更大，可以进行稳定的灰度等级显示。从将单元厚度(d)固定为1.3μm情况下的图16的曲线外插估计的结果看，上述参数Δn×|Δε|在24以下(即0.63＜Δn×|Δε|≤24)，特别是3.3≤Δn×|Δε|≤24)优选，在20以下(即0.63＜Δn×|Δε|≤20，特别是3.3≤Δn×|Δε|≤20)为更优选。
其次，在上述图1所示的显示元件20中，在使用用下述结构式(21)
Figure A20051000569000521
表示的透明的介电性物质(“ANBC-22″(4′-n-烷氧基-3′-硝基联苯-4-羧酸类)式中，q为任意整数，具体地是q＝22)中添加上述手性试剂“S811”，使手性添加浓度为30重量％构成的混合系媒质的同时，除了使封入介电物质层3*中的物质单元厚度d为4μm以外，制造具有与图1所示的显示元件20相同结构的显示元件，利用外部加温装置，将该显示元件保持在近晶C相-立方晶相的相转移附近的温度(相转移温度的低温侧10K左右以下)，进行施加电场(电压)(50V左右的交流电场(比0大的数百kHz以下)。结果，可使透过率变化。
即，不施加电场时，上述显示元件的上述混合系媒质显示一个方向掌性，作为相结构，呈现为近晶C*相。由于这样，这样得出的显示元件在比近晶C*相-立方晶相的相转移温度低的低温侧的温度下，成为近晶C*相。近晶C*相在不施加电场状态下具有一个方向的掌性，有光学各向异性。另外，采用本实施例，不加电压时，变化为具有光学各向异性的近晶C*相(亮的状态)，通过施加电场，变化为各向同性的立方晶相(暗的状态)。
在施加电场的立方晶相状态下的晶格常数大，在数十nm以下(例如11-18nm)，具有小于可见光波长的秩序(取向秩序，有序结构)。因此，在可见光波长区域中，上述混合系媒质为光学各向同性。
这样，作为封入本实施例的显示元件20的介电介物质层3中的媒质，可以使用不施加电场的具有光学各向异性，通过施加电场光学各向异性消失，具有光学各向同性的媒质。
另外，在上述本实施例中，作为改变上述媒质的光学各向异性程度的方法，主要说明施加电场的例子，但本发明不是仅限于此，不施加电场，加磁场也可以。加磁场时和不加磁场时，光学各向异性的程度变化也可。
即：在上述显示元件中，作为产生光学各向异性的方法，可以利用电场以外的外场。
在这种情况下，如上所述，作为上述外场，可与电场同样，利用磁场。为了通过加磁场改变媒质的光学各向异性的程度，可以利用媒质的磁性各向异性。因此，在这种情况下，作为上述媒质，磁化率的各向异性大的较好。在有机分子的情况下，对磁化率有帮助的大部分为反磁性磁化率引起的，在通过磁场的变化，使π电子在分子内呈环状运动的情况下，其绝对值变大。因此，在分子内有芳香环的情况下，当芳香环(芳香环的列，含有芳香环链)垂直地向着磁场方向时磁化率的绝对值大。这时，由于芳香环的水平面方向的磁化率的绝对值比垂直方向的磁化率小，磁化率的各向异性大。因此，作为上述媒质，优选分子内具有6员环(例如苯环)等环状结构。另外，为了提高磁化率的各向异性，优选使媒质内的电子旋转配置排列。通过在分子内导入N、O、NO等游离基(原子团)的电子旋转，可使分子具有稳定的旋转。在这种情况，通过层叠平面上的共轭系分子，可以平行地配置旋转。在这种情况下，作为上述媒质，优选为中心的核心部分层叠，形成列的碟状液晶。
在使用磁场作为上述外场的情况下，可以采用不在上述电极4、5等上施加加电场构件，而在上述单元的外侧(例如上述显示元件20的外表面等)上设置电磁铁等磁场发生构件等的方法。这样，通过在上述媒质上加磁场，代替加上述电场，可以进行与上述相同的驱动。
另外，可以利用光作为上述外场。在这种情况下，作为光的波长没有特别的限制。例如，在Nd:YAG(yttrium aluminum garnet)激光中，通过使532nm的光激振，照射在上述媒质上，可以改变光学各向异性的程度。
作为可以在这种情况下使用的媒质，没有特别的限制，这时，为了利用光的Kerr效果，优选是通过光照射可改变光学各向异性的程度的媒质。作为上述媒质，可以使用与使用电场作为外场情况同样的媒质(具体地是上述媒质(液晶材料))
另外，在使用光作为上述外场的情况下，优选在上述媒质中含有少量色素。通过在上述媒质(具体地是上述液晶材料)中添加少量色素，与添加色素前比较，光学各向异性的程度发生变化大。上述媒质中的色素含有量优选为0.01重量％以上，小于5重量％。当上述含有量量小于0.01重量％时，色素量少，不能很好地发挥其效果。另一方面，当上述含有量在5重量％以上时，励起光被色素吸收。
在这种情况下，作为上述媒质，有上述结构式(7)表示的化合物(液晶性物质)。作为媒质，使用该液晶性物质本身就可以，也可以在该液晶性物质中加入色素。
作为上述色素没有特别的限制，优选使色素的吸收带在励起光的波长内。例如，可以加入用下述结构式(22)
表示的化合物(1-氨基-蒽醌(1-amino-anthroquinone)(以下称为“1AAQ”)Aldrich公司制)。
通过将上述“1AAQ”添加至由上述结构式(7)表示的化合物“5CB”(戊基氰基联二苯)，使由“5CB”和“1AAQ”构成媒质中的含有量为0.03重量％，则光励起引起的光学各向异性的程度的变化，与添加上述“1AAQ”前比较增大了10倍左右。
即：本发明的显示元件具有至少一个为透明的一对基板和夹持在上述二个基板间的物质层。在通过将外场施加在上述两基板间进行显示的同时，上述物质层(光学调制层，例如介电性物质层(更具体地说为光学活性物质层))包含由施加外场光学各向异性的程度发生变化的媒质，而且在光学各向异性的状态显现下的上述媒质中的分子的取向方向成在一个方向的掌性的扭转结构。
根据本发明，可提供上述物质层包含通过施加外场光学各向异性的程度发生变化的媒质，通过在上述二基板间施加外场来进行显示，驱动温度范围广，具有广视野角特性和高速响应特性的显示元件。
另外，采用上述结构，上述物质层(介电性物质层)中含有的媒质中的分子的取向方向成为仅为右扭转或左扭转中任何一种的扭转结构。因此，作为物质层全体，可以显现大的旋光性，可将驱动电压减少至实用水平。
另外，由于不需要取向膜，不会产生如现有的显示元件那样，由摩擦产生的取向膜相位差或吸附在取向膜上的分子产生的相位差或相引起光泄漏，可得到高的对比度。
又由于分子的取向状态为扭转结构，难以受波长分散的影响，因此可减少带色现象。
又如上所示，上述显示元件中封入上述物质层中的物质(媒质)，在施加电场或不施加电场时显示光学各向同性。具体地说，上述显示元件在不施加外场时，显示光学各向同性，当施加外场时，显示光学各向异性也可以。在这种情况下，不施加外场时，折射率椭圆体的形状为球形，通过施加外场变化为椭圆。另外，上述媒质在不施加外场时显示光学各向异性，施加外场时显示光学各向同性也可以。在这种情况下，折射率椭圆体的形状，在不施加外场时为椭圆，通过施加外场变化为球形。另外，上述媒质，在不施加外场时的显示光学各向异性，通过施加外场，在显现光学各向异性的状态下，使光学各向异性的程度发生变化也可以。在这种情况下，折射率椭圆体的形状，在施加外场前后，椭圆的长轴和短轴的比例变化(作为上述椭圆大致的球形也可以)。
在上述任何一种结构中，通过施加外场，可使不施加外场和施加外场时，上述媒质的折射率椭圆体形状变化。可以在光学各向异性的方向一定的条件下，利用改变光学各向异性(取向有序度，折射率)的程度进行显示。因此，在上述任何一种结构中，不施加外场和施加外场时的显示状态不同，因此可实现驱动温度范围广，具有广视野角特性和高速响应特性的显示元件。
在上述显示元件中，希望上述扭转结构的扭转间距，为在可见光波长区域内或小于可见光波长的间距。
当上述扭转间距为可见光波长区域内或小于可见光波长的间距时，通过施加外场，在上述物质层中(具体地是在上述介电性物质层所含的上述媒质中)产生一个方向的扭转，这样，在入射光中产生旋光性，可以取出效率好的光。因此，采用上述结构，可在低电压下得到最大透过率，可以实现驱动电压低而且光的利用效率好的显示元件。
采用本发明，通过在上述媒质中添加手性试剂，使上述扭转间距成为在可见光波长区域内或小于可见光波长的间距，则在显现光学各向异性时不需要取向膜等取向辅助件。可以在广的温度范围内显现施加外场时的光学各向异性。
即：本发明的显示元件，可在上述膜质中添加手性试剂，或者该媒质本身为显示手征性的手性物质也可以。
采用上述任何一种结构可以可靠地使上述分子的取向方向仅为一个方向的掌性的扭转结构。
在上述媒质中添加手性试剂的情况下，上述媒质和手性试剂的总量中的上述手性试剂的比例，希望在8重量％以上，80重量％以下范围内，优选在30重量％以上、80重量％以下范围内。
当上述媒质和手性试剂的总量中的上述手性试剂的比例在8重量％以上时，驱动电压对温度的依存性开始减小。结果，可得到驱动温度区域扩大的倾向。另外，上述8重量％的浓度相当于上述扭转间距为0.78μm，与可见光波长区域的上限相当。因此，当上述手性试剂的比例在8重量％以上时，可使上述媒质的扭转间距在可见光波长以下(即在可见光波长区域内或小于可见光波长)。
当上述媒质和手性试剂的总量中的上述手性试剂的比例在30重量％以上时，手性试剂具有的扭转力(Helical twist power)有效地作用在上述媒质中的分子上，可使近距离的相互作用(short-range-order)波及上述分子间。或者，可在上述媒质中显现蓝色相。由于这样，如上所述，通过控制对上述媒质的手性试剂的添加比例，可将上述扭转间距控制在可见光波长区域内或小于可见光波长。另外，采用上述结构，在不施加外场时具有光学各向同性的媒质中，由于通过施加外场，可作为该分子的小集团(簇)响应上述媒质中的分子，因此，可以更广的温度范围内显现以往只在非常狭小的温度范围可显现的光学各向异性。即，采用上述结构，可在广的温度范围内，显现施加外场时的光学各向异性。
另外，根据上述显示元件的特性，上述扭转间距的下限值越小越好。但如上所述，在上述媒质中添加手性试剂的情况下，当手性试剂的添加量太多时，作为物质层全体，液晶性降低。液晶性欠缺，则施加外场时的光学各向异性显现程度低，显示元件的功能降低。因此，为了发挥显示元件的功能，必需从作为物质层全体至少要呈现液晶性的要求来决定上述手性试剂的添加浓度的上限值。根据本申请发明者的分析，该上限浓度为80重量％。
另外，如上述媒质为媒质自身具有的手性的物质也可以。在这种情况下由于另外添加手性试剂时的浓度没有限制，因此，可提高材料的自由度。
上述媒质为包含具有负的介电各向异性的棒状分子也可以。所谓棒状分子为分子形状结构上具有各向异性，并存在分子的长轴方向和短轴方向，其长度不同的分子。
上述媒质也可含有负型液晶性化合物。负型液晶性化合物为在取该构成负型液晶性化合物的液晶分子的长轴方向的折射率(异常光折射率)、和介电常数分别为ne、εe，上述液晶分子短轴方向的折射率(正常光折射率)，和介电常数分别为no、εo的情况下，Δn＝ne-no＞0，Δε＝εe-εo＜0。特别是这样，上述Δε为负，即：当在分子长轴方向的介电常数比分子短轴方向的介电常数小(分子长轴方向的介电常数＜分子短轴方向的介电常数)的负型液晶性媒质上加电场时，上述媒质的各个分子向着基板面内方向(与基板面平行的方向)的取向状态变化，产生光学调制，可以更有效地显现光学各向异性。
当在550nm下，上述负型液晶性化合物的的向列相状态的折射率各向异性为Δn，1kHz下的介电常数各向异性的绝对值为|Δε|时，优选Δn×|Δε|比0.63大。在这种情况下，优选上述Δn和|Δε|满足Δn＞0.128，|Δε|＞4.9。
上述Δn×|Δε|优选为3.3以上。在这种情况下，优选上述Δn和|Δε|满足Δn≥0.183，|Δε|≥18。
这样，通过使用上述Δn×|Δε|比0.63大的负型液晶性化合物，该显示元件的驱动电压可达到可以施加在上述物质层上的最大限度的电压值的有效值。
另外，通过使用上述Δn×|Δε|为3.3以上的负型液晶性化合物，可在施加外场时(即施加外场加必要的电压的施加时)可以更低的电压有效地显现光学各向异性。由于使用通用的TFT元件，可将电压降低至可驱动的范围，因此在通过的TFT元件可驱动的电压下，可不提高驱动器等的成本而实用化。
在上述各种情况下，上述Δn和|Δε|优选为Δn＞0.128，|Δε|＞4.9，更优选满足Δn≥0.183，|Δε|≥18，因此不需仅极大地增大Δn或Δε的任何一个，可以实现低电压驱动，这样，作为液晶材料开发指针的自由度可增大。
采用上述结构，可以实现响应速度快，驱动的电压低，而且可在广的温度范围内驱动的显示元件。因此，采用上述各种结构可以大大打开本质通向具有高速响应特性和广视野角特性的显示元件的实用化的道路。
另外，上述介电性物质层为包含含有极性分子的媒质。通过施加外场，可以显现上述有极性分子的极化。由于可以更促进上述有极性分子的取向，因此在低电压下可以显现光学各向异性。
如上所述，上述媒质不施加外场时显示光学各向同性，通过施加外场，可显现光学各向异性也可以；不施加外场时，显示光学各向异性，通过施加外场光学各向异性消失，显示光学各向同性也可以，采用本发明，利用外场(例如电场(电压))的变化，在构成封入上述介电性物质层中的媒质的分子的有序结构中产生变形，可使该媒质的光学各向异性的程度发生变化。即：采用上述显示元件，由于施加外场或不施加外场时，具有小于可见光波长尺度的秩序(有序结构，取向秩序)，因此可通过改变外场，各个分子从显示光学各向同性的状态向着特定的方向(典型的是施加外场的方向，更具体地是电场方向或磁场方向等)，因此，上述有序结构变化，可显现光学各向异性。因此，在不施加外场和施加外场时，可以实现不同的显示状态。
在上述任何一种结构中，可以实现不施加外场时和施加外场时显示状态不同，驱动温度范围广、具有广视野特性和高速响应特性的显示元件。
另外，优选上述媒质在施加外场或不施加外场时具有小于光学波长的有序结构。在本发明中，所谓有序结构小于光学波长表示取立方晶相或蓝色相为例，每单位结构的单位晶格的长度(晶格常数)小于光学波长。即，小于可见光波长时，没有液晶体的各向同性相，优选具有微米级的上述秩序(有序结构，取向秩序)。如果有序结构小于光学波长，则显示光学各向同性。因此，通过使用不施加外场或者施加外场时有序结构小于光学波长的媒质，在不施加外场时和施加外场时，可以可靠地使显示状态不同。
在通常的TN方式等的液晶显示装置中，分子预先在一个方向取向，通过施加外场(这时为电场)，分子取向成为一致状态，一齐在该方向上改变。与此相对，在上述结构中，由于具有在显示光学各向同性状态下，可见光波长尺度以下的秩序(有序结构和取向秩序)，因此显示光学各向同性，与在可见光波长尺度以上时，分子向着所有方向等价。另外，通过外场的变化，在可见光波长尺度以下的有序结构中产生变形，显现光学各向异性。这时，各个分子的取向方向也变化，即：在上述结构和通常的液晶显示装置中，显示光学各向同性状态的取向状态和取向产生的光学各向异性的变化方式不同。在上述结构中，显现光学各向异性时，各个分子的取向方向也变化。
利用上述结构，可利用构成媒质的分子的光学各向异性程度的变化(即构成媒质的分子的有序结构上产生的变形)进行显示。因此，液晶固有的粘度对响应速度的影响小，可以实现高速响应。另外，通过施加外场，在分子的有序结构中产生的变形受温度影响小，温度控制容易。另外，利用上述结构，由于利用媒质中的分子的光学各向异性程度的变化进行显示，比只改变液晶分子的取向方向进行显示的情况比较，可实现广视野角特性。
另外，上述媒质包含显示胆甾蓝相分子也可以，包含显示近晶蓝相的分子也可以。
由于上述媒质包含显示胆甾蓝相或近晶蓝相的分子，可以在上述介电性物质层中(例如，不施加外场时显示光学各向同性的上述媒质中)形成由手性试剂向一个方向的扭转引起的三维有序结构(胆甾蓝相或近晶蓝相)，因此与没有预先形成该秩序的情况比较，可以抑制降低显现形成该有序结构的光学各向异性的电压(即施加外场所需要的电压)。同时，由于上述有序结构对温度比较稳定，因此可实现更广温度范围的显示元件。
上述显示元件的该显示元件本身具有大致与上述基板重直，优选为垂直(即，基板法线方向)地将外场施加在上述二个基板之间的施加外场装置。上述施加外场装置与上述显示元件另外设置，通过外部的施加外场装置，如上所述，将外场施加在上述显示元件上，上述媒质的光学各向异性程度发生变化，同时，显现光学各向异性状态的上述媒质中的分子的取向方向形成仅为一个方向掌性的扭转结构。
在本发明中，如上所述，上述外场作为在上述显示元件中产生上述光学各向异性的方法，有电场，磁场，光等。如上所述，在其中，从上述显示元件的设计和驱动控制来说，电场较为容易而为优选。
因此，上述显示元件具有电极等施加电场装置或电磁铁等施加磁场装置等作为施加外场装置。从上述显示元件的设计和驱动控制来说，优选是以施加电场装置作为上述施加外场装置。即：在上述显示元件中，优选在上述两个基板上分别形成将电场施加在上述两基板之间的电极。
由于在上述两基板上分别形成上述电极，因此可在上述一对基板的基板面法线方面产生电场。由于上述电极在上述一对基板的基板面法线方向产生电场，因此可以不牺牡电极面积部分，将在基板上的全部区域作为显示区域，实现提高开口率，提高透过率，和降低驱动电压。采用上述结构，不仅限于与上述物质层的两基板的界面附近，而且在离开两基板的区域上，可以促进显现光学各向异性。关于驱动电压，与利用梳齿电极使电极间隔成为狭小间隙的情况比较，也可以作成狭小的间隙。
另外，上述媒质也可使折射率与电场的二次方成比例变化。
这样，具有折射率与电场的二次方成比例变化的媒质的物质层，通过施加电场，其分子取向方向变化，通过控制一个分子内的电子偏移，随机排列的各个分子可以个别地旋转，改变方向，这样不但可使响应速度非常快而且由于分子无序地排列，所以没有视角限制。因此采用上述结构，可以实现高速响应性和广视野特性好的显示元件。
在本发明中优选使用由介电性物质构成的介电性物质层作为上述物质层。
因此，本发明的显示元件具有至少一个为透明的一对基板，夹持在上述两个基板间的物质层(具体地是介电性物质层)，分别在上述两基板上形成的、将电场施加在上述介电性物质层上的电极。通过将电场作为外场施加在上述物质层(介电性物质层)上进行显示，同时，上述物质层(介电性物质层)包含在施加外场(电场)或不施加外场(电场)时显示光学各向异性的程度发生变化的媒质，并且在显现光学各向异性的状态下，上述媒质中的分子的取向方向成为仅为一方面掌性的扭转结构。
另外，本发明的显示装置具有本发明的、具有上述任何一种结构的显示元件。因此可实现具有驱动温度范围广，广视野角特性和高速响应特性。并可通过控制的取向秩序改变透过率，可将显示所需要驱动电压降低至实用水平，温度范围广的显示装置。另外，对比度提高，带色现象减少。
另外，在本发明中，作为上述施加外场装置只要能在施加外场前后，上述媒质的光学各向异性变化即可、没有特别的限制。作为上述施加外场装置，除了电极等施加电场的装置或电磁铁等施加磁场的装置以外，还可使用激光装置(例如上述Nd:YAG激光等的光照射装置(励起光生成装置))。
因此，在本发明中，上述施加外场装置，可以具有上述显示元件本身，也可以与上述显示元件另外设置。
即：本发明的显示装置为具设置上述施加外场装置的显示元件也可以，具有与上述显示元件另外设置的上述施加外场装置也可以。换句话说，上述显示装置的结构为具有上述显示元件，和将外场施加在该显示元件的媒质上的施加外场装置。
在上述说明中，说明的本实施例的显示元件20为“本显示元件20为以在基板面法线方向加电场的结构(纵电场)，使用负型液晶作为封入介电性物质层3中的媒质的结构(负型液晶)，在封入介电性物质层3的媒质中添加手性试剂的结构(手性试剂)为基本结构进行显示”。上述显示元件20，可以高效率地显现在显现光学各向异性状态下，上述媒质中的分子11的一个方向的掌性。除了上述结构以外，也可以利用高分子网络(聚合物网络)预先进行稳定化。以下说明利用该高分子网络的显示元件20(以下为了说明方便称为显示元件L)的一个具体例子。
本具体例的显示元件20(显示元件L)具有在介电性物质层3中封入添加手性试剂的负型液晶性混合物(媒质，液晶材料)(即添加手性试剂的液晶材料)，具有液晶性的单体(液晶性单体，Liquid Crystallinemonomer)，交联剂(Cross-linker)、聚合引发剂(Photo-initiator)作为夹持在上述基板1、2之间的物质的结构。
更具体地说，在本具体例子中，作为支持在上述基板1、2之间的物质(即构成上述介电性物质层3的物质)，在上述化合物1-1(30重量％)，化合物1-2(40重量％)和化合物1-3(30重量％)构成的负型液晶性混合物(1)中，添加手性试剂“S811”，调整手性试剂添加浓度为10重量％的添加手性液晶材料(以下称为添加手性液晶材料(5))中，作为液晶单体，使用由下述结构式(23)
Figure A20051000569000621
表示的化合物(50重量％)和与用下述结构式(24)
Figure A20051000569000622
表示的化合物(50重量％)的等量(等重量)混合物“UCL001”(商品名DIC(大日本化学)，作为交联剂用下述结构式(25)
Figure A20051000569000623
表示的“RM257”(商品名，Merck公司制的ジワクリ-ト单体)，作为聚合引发剂，用下述结构式(26)
Figure A20051000569000624
表示的“DMPAP”(2，2-二甲氮基-乙-戊基乙酰苯，Aldrich公司制)；按下述表2所示比例(组成)混合的混合物。
(表2)
    添加手性试剂的液晶材料(5)     95.8重量％
    UCL001     3.0重量％
    RM257     1.0重量％
    DMPAP     0.2重量％
将该物质(即如上所述混合的液晶材料和单体等的混合系)注入与本实施例所述的单元同样的单元中。使单元厚度为5μm。上述添加手性试剂的液晶材料(5)的Tni(向列-各向同性相的相转移温度)为103℃，比液晶单独情况(113℃)低。另外，在该添加手性试剂的液晶材料(5)中再添加上述液晶性单体、交联剂、聚合引发剂，上述混合系的Tni(向列-各向同性相的相转移温度)几乎不变化，为103℃。在比103℃低的温度下，介电性物质层呈现具有由手性试剂“S811”的自发扭转力引起的一个方向掌性的手性向列相(胆甾相)状态。
更具体地说，将该手性向列相(胆甾相)状态的上述介电性物质层3在保持在93℃(T＝Tni-10(K))的温度的状态下，进行紫外线照射。紫外线的照度，在365nm波长下为1.0mW/cm2，照射时间为20分钟。
然后，在比103℃高的温度的各向同性温度域上，测定上述显示元件L的电光学特性。结果在完全不进行上述的高分子稳定化的显示元件20中，透过率只能在大约1K的狭窄的温度范围内变化，而在进行上述高分子稳定化的显示元件L中，在直到大约5K左右可检测出透过率变化。因此可以由高分子网络形成更易显现加电场时的光学各向异性(一个方向掌性)的环境。
另外，在本实施例中，举出了上述液晶材料和单体等的混合系的混合比率和作为主料用的上述液晶材料和添加的单体等的种类为单一的例子。也可以根据使用的物质，适当设定上述混合比，使成为适当的混合比，不是仅限于上述数值。
作为本发明的一个实施例举出了不施加电场时显示光学各向同性，加电场时，可显现光学向各向异性(一个方向掌性)，这样进行切换的情况的例子。优选设定上述液晶性单体的添加量，使得不加上述电场时，上述高分子网络(聚合物网络)对可见光没有影响，从这个要求出发设定单体添加量。
本发明不是仅限于上述实施例，在权利要求所示的范围内，可作各种变更。即在权利要求范围内适当变更的技术装置组合所得出的实施例也包含在本发明的技术范围内。
另外，本发明的详细说明中的具体实施例或实施例只是为了说明本发明的技术内容，而不是仅限于狭义地解析该具体例子。在本发明的精神和下述的权利要求的范围内，可作各种变更来进行实施。

Claims (42)

1.一种显示元件(20)，它具有至少一个为透明的一对基板(1、2)和夹持在所述两个基板间的物质层(3)，其特征在于，
所述特质层包含通过施加外场光学各向异性的程度发生变化的媒质；而且
光学各向异性显现的状态下的所述媒质中的分子(11)的取向方向仅为一个方向的掌性的扭转结构。
2.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述扭转结构的扭转间距为在可见光波长区域内或小于可见光波长的间距。
3.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，在所述媒质中添加手性试剂。
4.如权利要求3所述的显示元件，其特征在于，所述媒质和手性试剂的总量中的所述手性试剂的比例在8重量％(包含8重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范围内。
5.如权利要求3所述的显示元件，其特征在于，所述媒质和手性试剂的总量中的所述手性试剂的比例在30重量％(包含30重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范围内。
6.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质为该媒质本身显现手征性的手性物质。
7.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质含有具有负的介电各向异性的棒状分子。
8.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质含有负型液晶性化合物。
9.如权利要求8所述的显示元件，其特征在于，如果所述负型液晶性化合物的向列相状态下、在550nm下的折射率各向异性为Δn，1kHz下的介电常数各向异性的绝对值为|Δε|，则Δn×|Δε|大于0.63。
10.如权利要求9所述的显示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|满足Δn＞0.128、|Δε|＞4.9。
11.如权利要求9所述的显示元件，其特征在于，所述Δn×|Δε|为3.3以上(含3.3)。
12.如权利要求11所述的显示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|满足Δn≥0.183、|Δε|≥18。
13.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质含有极性分子。
14.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质在不施加外场时显示光学各向同性，通过施加外场，可显现光学各向异性。
15.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质不施加外场时显示光学各向异性，通过施加外场，光学各向异性消失，显示光学各向同性。
16.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，构成所述媒质的分子在施加外场或不施加外场时，具有小于可见光波长的尺度下的有序结构，通过施加外场，该有序结构发生变化。
17.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质包含显示胆甾蓝相的分子。
18.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述媒质包含显示近晶蓝相的分子。
19.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述物质层为由介电性物质构成的介电性物质层。
20.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，具有将外场施加在所述两基板之间的施加外场装置(4、5)。
21.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于，所述外场为电场，在所述两基板上分别形成用于将电场施加在所述两基板之间的电极(4、5)。
22.如权利要求21所述的显示元件，其特征在于，在施加电场或不施加电场时，显示光学各向同性。
23.如权利要求22所述的显示元件，其特征在于，所述物质层为由介电性物质构成的介电性物质层。
24.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述扭转结构的扭转间距为在可见光波长区域内或小于可见光波长的间距。
25.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，在所述媒质中添加手性试剂。
26.如权利要求25所述的显示元件，其特征在于，所述媒质和手性试剂的总量中所述手性试剂比例在8重量％(包含8重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范围内。
27.如权利要求25所述的显示元件，其特征在于，所述媒质和手性试剂的总量中所述手性试剂比例在30重量％(包含30重量％)以上，80重量％以下(含80重量％)的范围内。
28.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质为该媒质本身显示手征性的手性物质。
29.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质含有具有负的介电各向异性的棒状分子。
30.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质含有负型液晶性化合物。
31.如权利要求30所述的显示元件，其特征在于，如果所述负型液晶性化合物的向列相状态下、在550nm下的折射率各向异性为Δn，1kHz下的介电常数各向异性的绝对值为|Δε|，则Δn×|Δε|大于0.63。
32.如权利要求31所述的显示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|满足Δn＞0.128、|Δε|＞4.9。
33.如权利要求31所述的显示元件，其特征在于，所述Δn×|Δε|为3.3以上。
34.如权利要求33所述的显示元件，其特征在于，所述Δn和|Δε|满足Δn≥0.183、|Δε|≥18。
35.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质的折射率与电场的二次方成比例变化。
36.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质含有极性分子。
37.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质在不施加电场时显示光学各向同性，通过施加电场，可显现光学各向异性。
38.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质不施加电场时显示光学各向异性，通过施加电场，光学各向异性消失，显示光学各向同性。
39.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，构成所述媒质的分子在施加电场或不施加电场时，具有小于可见光波长的尺度下的有序结构，通过施加电场，该有序结构发生变化。
40.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质包含显示胆甾蓝相的分子。
41.如权利要求23所述的显示元件，其特征在于，所述媒质包含显示近晶蓝相的分子。
42.一种显示装置(100)，其特征在于，它具有权利要求1-41中任何一项所述的显示元件。
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