WO2012128105A1

WO2012128105A1 - 表示素子、表示装置、および表示方法

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Publication number: WO2012128105A1
Application number: PCT/JP2012/056305
Authority: WO
Inventors: 有史八代
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2011-03-19
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-09-27

Abstract

　第１の電極（１３）と、上記第１の電極（１３）と電気的に接続されている柱状金属電極（１４）と、上記柱状金属電極（１４）の頂部以外の部分、および上記第１の電極（１３）の表面を覆う絶縁膜（１７）と、上記第１の電極（１３）と対向しない位置に配されている第２の電極（１５）と、上記柱状金属電極（１４）の頂部、および上記第２の電極（１５）と電気的に導通し、かつ金属イオンを含む電解液（１６）と、を有している。

Description

表示素子、表示装置、および表示方法

　本発明は、電子ペーパー等に最適な表示素子、表示装置、およびそれらの表示方法に関する。

　近年、紙媒体にかわり文字や写真等を表示する電子ペーパーの開発が盛んに行われている。電子ペーパーと呼ばれる表示装置には、干渉反射方式、電気泳動方式や電子粉流体方式等種々の方式がある。例えば、干渉反射方式は白色反射率が約２７％と比較的高いが、視角依存性が大きい。また、電気泳動方式や電子粉流体方式は白色反射率が約１２％と小さいが、視角依存性が小さい。代表的な反射型表示素子における、一般的な白色反射率と、表示の視野角依存性をまとめた表を図２に示すが、同図が示すように、上記の各方式では白色反射率や視野角依存性等の点において一長一短がある。

　それに対して、金属の析出を利用した反射型表示装置は、カラーフィルターを必要とせずにカラー表示が可能であり、コントラストも高いという利点がある。

　下掲の特許文献１には、析出させる金属の粒径と数を制御することにより、カラー表示を可能とする反射型表示装置が開示されている。

日本国公開特許公報「特開２００７－０８６１８８号公報（２００７年４月５日公開）」

　上記特許文献１に開示された表示装置を図１７に示す。この表示装置１００では、作用電極１１３と対向電極１１４間に電圧を印加することにより、作用電極１１３上に銀粒子を析出させて表示を行っている。表示色は析出した銀粒子の粒子径に依存し、表示濃度は析出した銀粒子の粒子数に依存する。従って、精度のよい表示色、表示濃度を得るためには、精密に制御された電圧を印加する必要がある。

　このため、この表示装置１００ではポテンシャルプログラマー１３１、ポテンシオスタット１３０および参照電極１１６を用いることにより、作用電極１１３および対向電極１１４に印加する電圧パルスの電圧値およびパルス幅を精密に制御している。

　また、作用電極１１３上に銀粒子を析出させる前に２段階の電圧制御を行っている。すなわち、作用電極１１３上に所定の数の銀の結晶核を形成するための核形成パルス電圧を印加するプロセスと、結晶核を成長させ所定の粒径の銀粒子を得るための核成長パルス電圧を印加するプロセスとの２段階の電圧制御を行っている。

　なお、特許文献１には、平均粒径１０ｎｍの銀粒子の析出により、表示装置１００に黄色を表示させる例、および平均粒径４０ｎｍの銀粒子の析出により、表示装置１００に青色を表示させる例が開示されている。

　このように特許文献１に開示された表示装置では、２段階の銀析出工程を必要とし、また銀粒子の粒径で表示色を制御するため、表示色の色再現範囲が狭くなるという問題点がある。

　また、上記問題点に加えて、白色のコロイド粒子のような反射材が電解質に含まれていることにより、特定の色を表示したい場合に上記銀粒子からの特定の色の反射光に加えて、白色のコロイド粒子による白色光が同時に表示される。そのため、色純度の低下を招くという課題がある。加えて、中間階調を含む黒色を表示するための方法が別途必要となる、という問題点を有している。

　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、複雑な金属析出工程を必要とせず、表示可能な色再現範囲の広い表示素子、表示装置および表示方法を提供することを目的としている。

　本発明の一態様に係る表示素子は上記の課題を解決するために、第１の電極と、上記第１の電極と電気的に接続されている少なくとも一つの柱状金属電極と、上記柱状金属電極の頂部以外の部分、および上記第１の電極の表面を覆う絶縁膜と、上記第１の電極と対向しない位置に配されている第２の電極と、上記柱状金属電極の頂部、および上記第２の電極と電気的に接触するように配され、かつ金属イオンを含む電解液と、上記第１の電極、および第２の電極の間に電圧を印加する第１の手段とからなることを特徴とする。

　上記構成により、上記第１の電極側では柱状金属電極の頂部のみが絶縁膜より露出し、上記金属イオンを含む電解液と電気的に接触している。一方、上記第２の電極側は上記電解液と電気的に接触している。

　本発明の一態様に係る表示素子は、上記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する手段を有している。

　例えば、上記第１の電極に正バイアスを、そして、上記第２の電極に負バイアスを印加した場合、電解液に含まれる金属イオンが、電解液と接触した第２電極の表面に析出し、金属膜を形成する。

　一方、上記第１の電極に負バイアスを、そして、上記第２の電極に正バイアスを印加した場合、電解液に含まれる金属イオンが上記柱状金属電極の頂部表面に析出し、金属膜を形成する。

　これらの状態において、上記第１電極と対向する側から外光を表示素子に入射させた場合、表示素子内部において、外光は、柱状金属電極の頂部、または第２の電極の表面に照射される。

　柱状金属電極の頂部に照射された外光は、上記柱状金属電極の頂部最表面において反射される。その反射された光は、柱状金属電極の頂部におけるプラズモン共鳴放射によって、特定の波長に強度のピークを有する特徴的なスペクトルを示す。

　上記プラズモン共鳴放射による反射光のスペクトル、およびピーク波長は、反射する金属種と、上記電解液の誘電率とに大きく依存することが知られている。また、上記反射光のスペクトル、およびピーク波長は、上記反射する金属種の直径、および表面状態にも依存することが知られている。これらは、局所表面プラズモン共鳴の共鳴周波数が、上記反射する金属種、上記反射する金属種の直径および表面状態、そして、上記電解液の誘電率に依存して変化するためである。

　本発明の一態様に係る表示素子は、上述したように印加する電圧の正負を反転させることによって、上記柱状金属電極の頂部に上記金属を析出させたり、上記柱状金属電極の頂部に析出していた金属を電解液中に溶解させたりすることが可能である。

　すなわち、上記電解液の誘電率を変えることなく、柱状金属電極の頂部においてプラズモン共鳴を起こす金属種の表面状態を変化させることが可能であり、異なるスペクトルを持つ反射光を得ることができる。

　このように、本発明の一態様に係る表示素子では、異なるスペクトルを備える反射光を得るために、柱状金属電極の頂部に金属を析出させるか、もしくは上記頂部に析出している金属を溶解させるか、のみを電圧を印加する手段を用いて制御すればよい。析出する金属粒の大きさは柱状金属電極の直径によって自動的に決定されるため、金属粒析出前の核結晶生成密度制御が不要であり、単純なパルス波形による表示素子の駆動が可能である。

　このことにより、周辺回路の簡素化、設計時間の短縮が図れるため、狭額縁化、およびコスト低減が可能となる。

　本発明の一態様に係る表示方法は、外光が入射する面の対向に位置する絶縁膜の表面に局所的に露出し、電解液に電気的に接触している少なくとも１つの局所電極と、上記局所電極とは別の、かつ上記電解液に電気的に接触している第２の電極との間に電圧を印加することによって、上記局所電極の最表面状態を、上記局所電極の頂部に金属を析出させる第１の状態と、上記局所電極の頂部に析出している金属を溶解させる第２の状態との間で変化させ、少なくとも上記第１の状態、および第２の状態に応じた色の表示を行うことを特徴としている。

　上記の方法によって、カラーフィルターを用いることなく、高い白色反射率を有し、さらに高輝度、高精細、かつ高コントラストなカラー表示を可能とする。

　本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

　本発明の一態様に係る表示素子、表示装置、および表示方法は、以上のように、絶縁膜の表面に局在する少なくとも一つの柱状金属電極の頂部、または前記柱状金属電極の頂部に析出させた金属を用いて、外光の少なくとも一部を反射することによって、複数の色表示が行われることを特徴としている。

　それゆえ、印加電圧の複雑な制御を必要とせずに複数の色表示が可能であり、かつ高い白色反射率を有し、高輝度で高精細な色表示を可能とする、という効果を奏する。

本発明の一実施形態における表示素子の構成例を概略的に示す断面図であり、ａは第２の電極表面に金属が析出した状態を示し、ｂは柱状金属電極の頂部に金属が析出した状態を示す。代表的な反射型表示素子における、一般的な白色反射率と、表示の視野角依存性についてまとめた表を示す図である。本発明の一実施形態における表示素子を駆動するための駆動装置の構成を概略的に示す図である。本発明の一実施形態における表示素子において、反射光におけるピーク波長と柱状金属電極の直径依存性との相関関係をシュミレーションにより求めた結果を示す図である。柱状金属電極の頂部に析出させる金属を銀として、三つの異なる誘電率を有する電解液中でのシュミレーション結果をそれぞれ示している。本発明の一実施形態における柱状金属電極の配列例を概略的に示す平面図である。本発明の一実施形態における表示素子の構成例を概略的に示す断面図であり、第３の電極表面に金属が析出した状態を示す。本発明の一実施形態における表示素子を駆動した状態を概略的に示す断面図であり、（ａ）は第１の状態、（ｂ）は第２の状態、（ｃ）は第３の状態をそれぞれ示す。本発明の一実施形態における表示装置の一例として、二つのサブピクセルからなる表示装置の構成例を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態における表示装置を構成する二つのサブピクセルについて、それぞれの表示素子を駆動した状態を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態における表示装置のピクセル配列例を概略的に示す平面図であり、一つのピクセルは二つのサブピクセルから構成されている。本発明の一実施形態における表示装置の別の一例として、三つのサブピクセルからなる表示装置の構成例を概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態における表示装置のピクセル配列例を概略的に示す平面図である。（ａ）は、三つのサブピクセルが１ピクセルを構成する配列例を示し、（ｂ）は、四つのサブピクセルが１ピクセルを構成する配列例を示している。本発明の一実施例における表示装置を構成する二つの表示素子について、それぞれの表示素子を駆動した状態における各反射スペクトルを表にまとめたものを示す図である。これら二つの表示素子は、柱状金属電極に金を、そして電解液中の金属イオンに銀を用いた表示素子である。本発明の別の実施例における表示装置を構成する二つの表示素子について、それぞれの表示素子を駆動した状態における各反射スペクトルを表にまとめたものを示す図である。これら二つの表示素子は、柱状金属電極に銀を、そして電解液中の金属イオンに銅を用いた表示素子である。本発明の更に別の実施例における表示装置として、二つのサブピクセルからなる表示装置の構成例を概略的に示す断面図である。図１５に示す表示装置における柱状金属電極の配列の一例を概略的に示した平面図である。従来の表示素子の構成例を概略的に示す図である。

　本発明の実施の一形態について図面に基づいて説明すれば以下の通りである。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、およびその相対は位置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

　〔実施の形態１〕
　〔１－１．表示素子１の構成〕
　本発明の一実施形態に係る表示素子は、上記表示素子に入射した外光（例えば室内における蛍光灯や白熱灯からの光、および屋外における太陽からの光など）を、粒径が制御された金属粒子の表面において反射する。そして、上記反射光を表示素子外に放射することによって、色を表示するものである。また、上記金属粒子を構成する金属を変化させることによって、異なる色を表示するものである。

　上記の金属粒子から反射される光は、金属粒子の表面におけるプラズモン共鳴放射による光であるため、多くのパラメータにより決定される特徴的なスペクトルを有している。

　上記スペクトルが、特定の色の波長領域にピーク波長を持つように表示素子を設計することによって、上記特定の色の表示を可能とする。本発明に係る表示素子において、表示する色を決定する上で重要なパラメータを以下に示す。
・外光を反射する金属粒子を構成する金属元素
・上記金属粒子の直径
・上記金属粒子が接する電解液の誘電率
　上記表示素子の構成例を、図１に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の一実施形態における表示素子の構成例を概略的に示す断面図であり、（ａ）は第２の電極表面に金属が析出した状態を示し、（ｂ）は柱状金属電極の頂部に金属が析出した状態を示す。

　表示素子１は、電解液１６を２枚の基板で狭持する構成を備えている。そのうちの一方の基板である下部基板１１は、必ずしも透光性を有する必要はないが、ここでは可視光を透過するガラス基板を一例として用いる。用途に応じて、シリコンなどの不透明かつ可撓性を備えた基板を用いることも可能である。

　下部基板１１上には第１の電極１３が形成されており、さらに、上記第１の電極１３の表面には複数の柱状金属電極１４（局所電極）が形成されている。すなわち上記第１の電極１３と柱状金属電極１４とは電気的に接触しており、同電位になっている。なお、第１の電極１３は良好な導電性を有していれば、その透光性を問わないが、本実施の形態においては透明導電膜であるＩＴＯを一例として説明する。

　また、上記第１の電極１３と柱状金属電極１４の各表面のうち、柱状金属電極１４の頂部以外は絶縁膜１７で覆われている。言いかえると、絶縁膜１７の表面に柱状金属電極１４の頂部が局所的に露出している。その結果、上記第１の電極１３と同電位の部分としては、柱状金属電極１４の頂部だけが電解液１６と接触している。

　また、表示素子１において上記柱状金属電極１４の頂部が、外光３１を反射する金属粒子となる。よって、上記柱状金属電極１４を構成する金属は、反射光の色を決定する上で重要なパラメータである。

　また、柱状金属電極１４を構成する金属は、電解液１６に接触し電圧を印加された状態で腐食、または溶解せずに安定しているものが好ましい。別の言い方をすると、柱状金属１４を構成する金属は、電解液１６に含まれる金属イオンよりもイオン化傾向が小さいことが好ましい。このことによって、表示素子１が長期間にわたって安定動作することが可能となる。

　柱状金属電極１４は、金、銀、または白金のいずれかで構成されていることが好ましい。このことによって、柱状金属電極１４の頂部から反射される光のピーク波長を可視光領域内に設定することができる。また、表示素子１が長期間にわたって安定動作することが可能となる。

　また、柱状金属電極１４の直径も反射される光の色を決定する上でパラメータとなる。

　本実施の形態１においては、これらパラメータの一例として柱状金属電極１４を構成する金属種に金を用いる。また、柱状金属電極１４の直径を例えば１００ｎｍとする。柱状金属電極１４の直径として好ましい範囲、およびその根拠については後述する。

　上記のように柱状金属電極１４の頂部が外光３１を反射する金属粒子となるため、外光３１は、上記柱状金属電極１４、および第1の電極１３と対向している面より、表示素子
１の内部に入射する。また、柱状金属電極１４の頂部によって反射された光は、上記柱状金属電極１４、および第1の電極１３と対向している面より、表示素子１の外部へ放射さ
れる。

　上記のように、上記電解液１６を狭持するもう一方の基板である上部基板１２は、外光３１の入射面を形成するため透光性を備える必要がある。本実施の形態１においては、可視光を透過するガラス基板を上部基板１２の一例として用いるが、可撓性を備えた透明樹脂を用いてもよい。したがって、可視光を透過する下部基板１１と上部基板１２とによって、電解液１６は狭持されている。

　図１に示すように、表示素子１において上部基板１２の表面には電極などの構造物はない。そのため、表示素子１の内部から放射される光が上部基板１２を透過する際に伴う吸収を最小限に抑えることができ、表示素子１は輝度の高い表示素子となる。また、構造が単純なため製造工程、およびコストの削減を図ることが可能である。

　また、表示装置１は上記第１の電極１３とは異なる第２の電極１５を有しており、上記第２の電極１５は第１の電極１３と対向しない位置に配されている。第１の電極１３と対
向しない位置であれば、第２の電極１５を配する位置について限定しないが、表示素子１
においては、下部基板１１上に配されており、第1の電極１３と同一平面上に設けられて
いる。なお、上記第2の電極１５の表面と、上記電解液１６とは接触している。

　第２の電極１５を構成する物質は、電解液１６に接触し電圧を印加された状態で腐食、または溶解せずに安定しているものが好ましい。別の言い方をすると、第２の電極１５を構成する原子は、電解液１６に含まれる金属イオンよりもイオン化傾向が小さいことが好ましい。

　このことによって、表示素子１が長期間にわたって安定動作することが可能となる。なお、第２の電極１５は良好な導電性を有していれば、その透光性を問わないが、本実施の形態においては透明導電膜であるＩＴＯを用いている場合について説明する。

　また、上記電解液１６は、溶媒、金属を含む電解質、および溶質によって構成されている。上記溶媒、電解質、および溶質は、用途に応じて適したものを選べばよい。ここでは、溶媒にエチルアルコールを、電解質にＮａＩ、およびＡｇＩを、溶質にポリカーボネートからなる電解液を電解液１６の一例として説明する。上記電解質は、電解液１６中においてイオンの状態で存在している。上記の構成を持つ電解液１６の誘電率の一例は３である。

　上記電解液１６の誘電率を変化させることによって、柱状金属電極１４の頂部から反射される光のピーク波長を変化させることができる。すなわち、表示素子１が表示する色を変化させることができる。図３に、電解液の誘電率を変化させた場合の、柱状金属電極から反射される光におけるピーク波長と、上記柱状金属電極の直径との相関関係について数値計算より得られた結果を示す。

　上記電解液１６の誘電率を変化させることは、溶質を変えることによって実現できる。上記の一例では、溶質にポリカーボネートを用いることで電解質１６の誘電率が３になることを示したが、溶質をポリエチレンオキサイトに変更することによって、電解質１６の誘電率は７．９になる。また、ポリカーボネート、およびポリエチレンオキサイトの混合比を調整することによって、電解液１６の誘電率を３から７．９の範囲内において調整することができる。

　なお、詳しくは後述するが、本発明に係る表示素子では、一つの表示素子１を用いて異なる色（図１に示す第１の色３２および第２の色３３）の表示を行うために、上記電解液１６に含まれる金属イオンを柱状金属電極１４の頂部に金属として析出させる。すなわち、柱状金属電極１４の頂部の状態を変化させることによって異なる色の表示を行う。そのため、柱状金属電極１４を構成する金属と、電解質を構成する金属とは異なることが好ましい。

　さらには、電解質を構成する金属は、銀、銅、または金のいずれかであることが好ましい。このことによって、電解液１６に含まれる金属イオンを柱状金属電極１４の頂部に金属として析出させた際に得られる反射光のピーク波長を可視光領域に設定することが出来る。

　本実施の形態１では、柱状金属電極１４の一例として金を、電解液１６に含まれる金属イオンの一例として銀イオンを用いて説明をする。

　しかし、柱状金属電極１４を構成する金属と、電解液１６に含まれる金属イオンを構成する金属とが同じ場合であっても、異なる色を表示することが可能である。この方法についても後述する。

　また、上記構成に加えて、表示素子１は、第１の電極１３、および第２の電極１５の間に電圧を印加する第１の手段を備えている。

　〔１－２．駆動回路の構成〕
　図４に本実施形態の表示素子１を駆動するための駆動回路のブロック図を示す。駆動回路は、任意パルス発生器３０１、コントローラ３０２、フレームメモリ３０３、およびテーブル３０４からなる。クロック３０５、および表示データ３０６は駆動回路の外部から供給される。

　クロック３０５は、データの送受信時に同期をとるための基準信号である。外部の機器との同期をとるため、外部からの入力信号としているが、駆動回路の内部で発生させても構わない。

　テーブル３０４には、表示素子１が表示する色を上記第１の色３２から第２の色３３へ、または第２の色３３から第１の色３２へ変化させる場合に必要な電圧の極性、電圧値、および電圧の印加時間、すなわちパルス波形をあらかじめ記憶させておく。送信されてきた表示データ３０６は、一旦フレームメモリ３０３に蓄えられる。フレームメモリ３０３には表示素子１が現在表示している表示データも蓄えておく。

　コントローラ３０２は、送信されてきた表示データ３０６および表示素子１が現在表示している表示データをフレームメモリから読み出す。そして、コントローラ３０２は、表示素子１が現在表示している色から、次に表示する色へと変化させるために必要なパルス波形の情報をテーブル３０４から読み出す。次に、コントローラ３０２は、テーブル３０４から読み出した情報に基づき、任意パルス発生器３０６に対して色を変化させるために必要なパルス波形の電圧を発生するよう指示を出す。

　したがって、任意パルス発生器３０６が上記電圧を印加する第１の手段に相当する。任意パルス発生器３０６の出力は表示素子１の第１の電極１３および第２の電極１５に接続されており、コントローラ３０２からの指示に従い、適切なパルス波形を有する電圧を表示素子１に印加する。

　このような駆動方法により、本発明に係る表示素子による第１の色３２、および第２の色３３の表示が可能となる。

　〔１－３．色の表示機構〕
　本発明の一実施形態に係る表示素子では、電解液と電気的に接触している局所電極の最表面状態を変化させることによって、第１の色３２と第２の色３３との表示を行う。言い換えると、柱状金属電極１４の頂部に電解液１６由来の金属１８を析出させたり、析出している金属１８を溶解させることによって、第１の色３２と第２の色３３との表示を行う。その機構について、図１、および図３を用いて以下に説明する。

　図１は、本発明の実施形態における表示素子の構成例を概略的に示す断面図であり、（ａ）は第２の電極表面に金属が析出した状態を示し、（ｂ）は柱状金属電極の頂部に金属が析出した状態を示す。図３は、電解液の誘電率を変化させた場合の、柱状金属電極から反射される光におけるピーク波長と、上記柱状金属電極の直径との相関関係について数値計算より得られた結果を示している。

　電圧を印加する第１の手段を用いて第１の電極１３に正バイアスを、第２の電極１５に負バイアスを印加することによって、電解液１６中に溶解している銀イオンが金属１８となって第２の電極１５の表面に析出する（図１の（ａ））。また、柱状金属電極１４の表面に析出金属はなく、柱状金属電極１４を構成する金が露出した状態となっている。上記柱状金属電極１４の頂部の表面が電解液１６に露出し、第２の電極１５の表面に金属１８が析出している状態を第１の状態とする。

　これに対し、電圧を印加する極性を上記第１の状態とは反転させ、第１の電極１３に負バイアスを、第２の電極１５に正バイアスを印加すると、電解液１６中に溶解している銀イオンが金属１８となって柱状金属電極１４の頂部に析出する。一方、第２の電極１５の表面に析出していた金属１８は銀イオンとなって電解液１６中に溶解する（図１の（ｂ））。上記柱状金属電極１４の頂部に金属１８が析出し、第２の電極１５の表面が電解液１６に露出している状態を第２の状態とする。

　第１の状態において、表示素子１に入射した外光３１の一部は柱状金属電極１４の頂部、または第２の電極１５の表面に析出した金属１８に照射される。

　柱状金属電極１４の頂部に照射された外光３１の一部は、上記柱状金属電極１４の頂部において反射される。上部基板１２側から第１の電極１３側を見た場合、絶縁膜１７内に直径金属粒子が複数存在している状態になっている。上記柱状金属電極１４の直径はナノメートルオーダーなので、ここでは上記金属粒子をナノ金属粒子と呼ぶ。

　上記のようなナノ金属粒子に光が照射された場合、ナノ金属粒子の表面においてプラズモン共鳴が起こり、特定の共鳴波長の光が強く散乱、および反射されることが知られている。上記共鳴波長は、ナノ金属粒子を構成する金属元素、ナノ金属粒子の粒径、および周囲の環境などに依存して変化する。

　このことを利用し、上記のパラメータを適切に設定することによって、特定の波長をピーク波長とする反射光を得ることができる。言い換えれば、上記パラメータを変更することによって、得られる反射光のピーク波長を変更することが可能である。ここで、反射光のピーク波長は、反射光の色と対応している。したがって、表示素子１は、カラーフィルターを用いることなく複数色の色表示を可能とした、カラーチューナブルな反射型の表示素子である。

　上記パラメータの一つであるナノ金属粒子の直径は、２ｎｍから１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。プラズモン共鳴放射による光のピーク波長は、上記ナノ金属粒子の直径だけでは決められないが、上記直径がこの範囲内であることによって、上記ピーク波長が可視領域となる。つまり、上記直径２ｎｍは、プラズモン共鳴波長が可視光の範囲に入る理論限界値の下限であると考えられる。

　一方、上記直径が１００ｎｍより大きくなる場合においても、電解液１６の誘電率などを調整することにより上記ピーク波長を可視領域とすることは可能である。しかしながら、上記直径が１００ｎｍより大きい場合は、可視光の領域の光に対して回折現象がおこるようになる。よって、上記直径は２ｎｍから１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、柱状金属電極１４の断面積に言い換えると約３×１０^－１８ｍ^２から約８×１０^－１５ｍ^２の範囲内であることが好ましい。

　また、図３に示すように、上記直径が２ｎｍから２０ｎｍの範囲においては、上記ピーク波長が上記直径に大きく依存する。このことは、柱状金属電極１４の直径を２ｎｍから２０ｎｍの範囲に設定した場合、柱状金属電極１４の製造過程における直径のばらつきによってピーク波長がばらつくことを意味する。このことは、表示する色の色純度を低下させることになる。

　一方、上記直径が２０ｎｍから１００ｎｍの範囲においては、上記ピーク波長は上記直径にほとんど依存しない。言い換えれば、製造段階において柱状金属電極１４の直径が一定のばらつきを有したとしても、ピーク波長はばらつかないということを意味する。

　また、柱状金属電極１４を作成する部分のパターニングには電子線リソグラフィーを用いている。電子線リソグラフィーを用いることによって、２０ｎｍ以上のパターンを均一性の高い状態で作製することが可能である。

　上記の理由より、柱状金属電極１４の直径は、２０ｎｍから１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、断面積に換算すると上記好ましい範囲は３×１０^－１６ｍ^２から８×１０^－１５ｍ^２となる。

　上記プラズモン共鳴によって特定の色を有した反射光は、上記上部基板１２を透過して表示素子の外部へ放射され、表示装置１は上記特定の色を表示する。図１の（ａ）に示す第１の状態において、絶縁膜１７から露出した柱状金属電極１４の頂部によって反射され、表示装置１から表示される色を上記第１の色３２とした。柱状金属電極１４に金を用いて、誘電率が３の電解液１６を用いた場合、第１の色３２は緑である。

　一方、上記外光３１のうち、第２の電極１５の表面に析出した金属１８に照射された光は、上記第１の色３２に寄与しない。その理由は、以下の通りである。

　上記金属１８を析出させる過程において、電圧を印加する第１の手段は、印加する電圧値とその印加時間によって定められるパルス波形を印加している。つまり、金属粒子が析出する前段階として核結晶生成密度を制御するための困難、かつ煩雑な制御を行っていない。

　よって、第２の電極１５の表面に析出した金属１８の粒径は制御されておらず、それぞれの金属粒子の粒径はランダムである。一般に、金属粒子はその粒径に応じて特定の波長領域の光を強く吸収することが、プラズモン共鳴吸収として知られている。ここで、上記金属１８はランダムな粒径を持つ金属粒子によって構成されているため、おのおのの金属粒子が異なる波長領域の光を強く吸収する。その結果、金属１８としてはすべての波長領域の光を吸収する。すなわち、外光３１のうち第２の電極１５の表面に析出した金属１８に照射された光は金属１８に吸収されるので、第１の色３２には寄与しない。

　なお、第１の電極１３が設けられている領域に照射された光のうち、柱状金属電極１４の頂部に照射されなかった光は、絶縁膜１７、および第１の電極１３を透過し表示に寄与しない光３４となる。

　図１の（ｂ）に示す第２の状態においても、表示素子１に入射した外光３１の一部は柱状金属電極１４の頂部に析出した金属１８、または第２の電極１５の表面に照射される。

　外光３１のうち柱状金属電極１４の頂部に析出した金属１８に照射された光は、上記第１の状態の項で述べた機構と同様に、プラズモン共鳴によって特定の共鳴波長の光が強く散乱、および反射される。柱状金属電極１４を構成する金属によるプラズモン共鳴を利用している第１の状態とは異なり、第２の状態では柱状金属電極１４の頂部に電解液１６中に溶解している金属イオンが析出した金属１８によるプラズモン共鳴を利用している。よって、第２の状態における反射光は、前記第２の色３３を有している。

　上記第２の状態において、柱状金属電極１４の頂部に析出させる金属として銀を用いて、誘電率が３の電解液１６を用いた場合、第２の色３３は青である。

　なお、外光３１のうち第２の電極１５に照射された光、および、第１の電極１３が占める領域のうち柱状金属電極１４の頂部に照射されなかった光は、第２の電極１５、および第１の電極１３を透過するため表示に寄与しない光３４となる。

　上記のように、表示装置１において柱状金属電極１４に金を、電解液１６が含む金属イオンとして銀イオンを、そして電解液１６の誘電率を３に調整したとする。表示素子１は、柱状金属電極１４の頂部が電解液１６に露出している状態と、柱状金属電極１４の頂部に銀が析出している状態とを実現することによって、緑、および青の２色表示を可能とする。

　上記のように、本発明の一実施形態に係る表示素子は柱状金属電極１４の頂部におけるプラズモン共鳴放射を利用しているので、柱状金属電極１４は周期的に配列した状態に形成されることが好ましい。プラズモン共鳴を起こす部分が周期的に配列していることによって、プラズモン共鳴が共振しプラズモン共鳴放射の強度が大きくなるからである。

　周期的に配列した状態とは、たとえば図５の（ａ）に示すような三角格子構造、図５の（ｂ）に示すような正方格子構造である。本実施形態では柱状金属電極１４の断面形状は円形としているが、三角形、四角形等の他の形状でも構わない。製造方法等に応じて最適な形状を選択することができる。

　また、絶縁膜１７から露出している柱状金属電極１４の頂部は、図１に示すように半球面状に形成されていることが好ましい。柱状金属電極１４の頂部が半球面状に形成されていることによって、プラズモン共鳴放射が等方的に起きると考えられ、より視野角依存性の少ない表示素子を実現できると考えられる。

　一方、表示素子の視野角依存性よりも、表示される色の色純度をより重視したい場合には、柱状金属電極１４の頂部を平面、かつ絶縁膜１７の表面と同一面になるように形成することが好ましい。上記形状に柱状金属電極１４の頂部を形成することによって、それぞれの柱状金属電極１４の頂部に析出する金属１８の形状のばらつきが低減されると考えられ、その結果、プラズモン共鳴放射によるスペクトルのばらつきが抑制されるためである。

　なお、柱状金属電極１４を構成する金属種、および電解液１６が含む金属イオンの金属種が同じ場合であっても、異なる第１の色３２、および第２の色３３を表示することが可能である。その機構について、以下に説明する。

　上記の場合の例として、表示素子１の構成は銀からなる柱状金属電極１４と、銀イオンを含む電解液１６とを備えているとする。ここで異なる色を表示するために重要なパラメータとなるのは、入射した光を反射する金属粒子の粒径である。

　銀から成る柱状金属電極１４の直径を１００ｎｍ以下の領域において変化させた時の、反射スペクトルのピーク波長を数値計算より求めた結果を図３に示す。図中の３つのプロットは、それぞれ電解液の誘電率が３、５、７．９の場合を示している。

　図３によれば、柱状金属電極の直径が２０ｎｍ以上の領域においては、反射光のピーク波長は上記直径に対して大きな依存性を示さない。一方、上記直径が２０ｎｍ以下の領域においては、上記ピーク波長は上記直径に対して明確な依存性を示し、上記直径が小さくなることに伴い、上記ピーク波長は短波長側へシフトしていく。

　このことは、入射光を反射する金属粒子の粒径が２０ｎｍ以下の場合、上記粒径に依存してピーク波長が変化する、すなわち表示される色が変わることを示している。電解液の誘電率が７．９の場合を例にすると、上記直径が２０ｎｍの場合は反射光のピーク波長が約６００ｎｍで橙色であるのに対し、上記直径が２ｎｍの場合は上記ピーク波長が黄緑色となる。

　上記のように、同一金属の金属粒子による反射光であっても、特定の誘電率の電解液を選択し、かつその粒径を適切な範囲で変化させることにより、異なる色の表示が可能である。電圧を印加する第１の手段から印加するパルス波形と、上記パルス波形を印加した際に表示される色との相関関係を予め調べテーブルに記憶させておく。このことによって、柱状金属電極１４を構成する金属元素、および電解液１６が含む金属イオンの金属元素が同じ場合であっても、表示素子１は異なる色を表示することが可能である。

　〔１－４．製造方法〕
　本発明の一実施形態に係る表示素子１の製造方法を以下に示す。

　下部基板１１、および上部基板１２として、コーニング社の無アルカリガラス基板（１７３７）を用いる。下部基板１１の表面に第１の電極１３、および第２の電極１５として、ＩＴＯ膜を例えば１５０ｎｍの厚さで形成する。ＩＴＯ膜の形成には一般的な成膜方法を用いることができ、例えば高周波スパッタ法を用いる。酸化錫を１０％含む酸化インジウムの焼結体をターゲットとして用い、スパッタガスには、９５％のアルゴンガスと５％の酸素ガスとからなる混合ガスを用いる。下部基板１１の表面にＩＴＯ膜を形成し、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行うことで電極パターンを形成する。

　柱状金属電極１４を形成するために、まず絶縁膜１７としてＳｉＯ_２膜を例えば２００ｎｍの厚さで形成する。上記ＳｉＯ_２膜の膜厚は、柱状金属電極１４の直径などに応じて、適宜変更すればよい。上記ＳｉＯ_２膜の形成には反応性スパッタ法を用る。ターゲットにはシリコン、スパッタガスには５０％のアルゴンガスと５０％の酸素ガスからなる混合ガスを用いる。

　全面にＳｉＯ_２を形成した後、レジストを塗布し、電子線リソグラフィーにより柱状金属電極１４、および第２の電極１５に相当する部分のレジストを露光、現像し剥離する。ドライエッチング法により柱状金属電極１４を形成する部分のＳｉＯ_２をエッチングし、レジストを剥離する。この時、柱状金属電極１４の直径は例えば１００ｎｍとし、配列は例えば図５ａに示しす三角格子配列とする。

　次に６５℃に加熱した、日立化成工業社製無電解金メッキ液（商品名：ＨＧＳ－５４００）に下部基板１１を１５分間浸すことにより、ＳｉＯ_２膜に形成した穴を金で充填し柱状金属電極１４を形成する。

　エチルアルコール（９０ｍｌ）を溶媒とし、ポリカーボネート（１０ｍｇ）を溶質として混合した。電解質の成分としてはＡｇＩとＮａＩを用いて、Ａｇイオン濃度が１．５×１０^１８個／ｍｌとなるようにした。この時、電解液１６の誘電率は３となった。溶質としてポリエチレンオキサイトを用いると誘電率は７．９となる。また、ポリカーボネートとポリエチレンオキサイトとを混合することによって、電解液１６の誘電率を３から７．９の範囲において調整することが可能である。

　次に、表示素子１の形状に沿ってリブを形成する。上部リブの形成には、プラズマディスプレイなどで用いられている既存の方法を適用することができる。

　形成したリブの内側に、インクジェット法などを用いて電解液１６を充填した後、上部基板１２を貼り合わせ、下部基板１１と上部基板１２との側面を封止することによって表示素子１が完成する。

　なお、電解液１６をインクジェット法にてリブ内に充填する場合、リブに撥水性を持たせることが好ましい。液滴の着弾点がずれた場合でも、リブが撥水性を有していることにより、当所予定していた表示素子１に隣接する表示素子に侵入することを防ぐことができる。リブの撥水加工は、例えばＣＦ_４等のフッ素を含むガスのプラズマに基板を晒し、リブ表面にフッ素を含む層を形成することにより行える。

　〔実施の形態２〕
　本発明に係る別の実施の形態について、図６、および図７に基づいて以下の通り説明する。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有している部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

　図６は、表示素子１０の構成を概略的に示す断面図である。図７は、表示素子１０を駆動した状態を概略的に示す断面図である。

　〔２－１．表示素子１０の構成〕
　表示素子１０の構成を図６に示す。実施の形態１に記載の表示素子１との違いは以下の通りである。
・第２の電極１５が第１の電極１３とは異なる面上に配され、さらには、表示素子１０内部の側壁のうち、少なくとも一面に配されていること。
・上部基板１２の表示素子内部側の表面に第３の電極１９が配されていること。
・第１の電極１３、および第３の電極１９の間に電圧を印加する第２の手段と、第２の電極１５、および第３の電極１９の間に電圧を印加する第３の手段を備えていること。
・第１の電極１３における柱状金属電極１４が形成されている表面に対向する裏面の側に光吸収層２０を備えていること。

　表示素子１０において、第２の電極１５は上記表示素子１０内部の側面のうち、少なくとも一面に配されており、図６においては、左右両側面に配されている。また、上記第２の電極１５が上記側面に配されることによって、下部基板１１の表面に形成される第１の電極１３、および柱状金属電極１４を配する面積を広げることが可能となる。このことにより、表示素子１０に照射される外光３１のうち柱状金属電極１４の頂部において反射される光が増えるので、外光３１を効率良く表示に用いることができる。

　なお、この時、上記側面が下部基板１１に対してなす角度は限定されない。

　上記第２の電極１５が電解液１６に接触し、かつ電圧を印加された状態で安定した物質からなることが好ましいことを実施の形態１において記載している。表示素子１０においては、上記の要件に加えて、第２の電極１５を構成する物質が金属であることが好ましい。

　表示素子１０の内部側壁に配され、かつ安定な金属からなる第２の電極１５は、光を透過しないので、柱状金属電極１４の頂部において等方的に反射された光が隣接する表示素子に漏れること防ぐ。したがって、ブラックマトリクスとして機能し、高精細な表示を可能とする。この観点から言うと、表示素子１０の内部側壁のすべての面に第２の電極１５が配されていることが好ましい。

　表示素子１０は、さらに上部基板１２の表示素子内部側の表面全面に第３の電極１９を備えている。第３の電極１９は、外光３１の入射面である上部基板１２に形成されているため、透光性を備えている必要があり、透明であればさらに好ましい。本実施の形態においては、透明物質として、透明導電膜であるＩＴＯ膜を一例として用いている。

　電圧を印加する第２の手段、または電圧を印加する第３の手段を用いて第３の電極１９に負バイアスを印加した場合、第３の電極１９の表面全面に電解液１６に溶解している金属イオンが金属１８として析出する。

　この際、電圧を印加する第２の手段、または電圧を印加する第３の手段は、印加する電圧値と、電圧を印加する時間から定められるパルス波形を用いて電圧を印加する。したがって、金属粒子析出前の核結晶性精密度などの制御は行っていないため、第３の電極１９の表面全面に析出する金属１８の粒径はランダムである。

　このようにして析出した金属粒は、その粒径に応じて異なる波長領域の光を強く吸収し、様々な粒径の金属粒が存在する。その結果、金属１８は可視域全域の光を吸収する。したがって、十分に膜厚の厚い金属１８を第３の電極１９の表面全面に析出させることによって、外光３１は金属１８にすべて吸収され、表示素子１０は黒色の表示を行うことができる。

　一方、析出する金属１８の膜厚を薄くした場合、その膜厚に応じて金属１８は外光３１を可視域全域にわたって吸収する。したがって、柱状金属電極１４の頂部において反射される光量は減少する。さらに、柱状金属電極１４の頂部において反射された光は、表示素子１０の外部へ放射される際に、再度、第３の電極１９の表面全面に析出した金属１８の層を透過する。この過程において、反射された光はさらに金属１８に吸収されることになり、表示される色の輝度は下がる。

　言い換えれば、第３の電極１９の表面に析出する金属１８の膜厚を制御することによって、第１の色３２、および第２の色３３の輝度を任意に変化させ、中間調を表示することが可能となる。

　また、表示素子１０は、第１の電極１３における柱状金属電極１４が形成されている表面に対向する裏面の側に光吸収層２０を備えている（図６）。表示素子１０の素子内部に入射した光のうち柱状金属電極１４の頂部に照射されなかった光は絶縁膜１７、第１の電極１３、および下部基板１１を透過して光吸収層２０に達する。

　光吸収層２０を設けてあることによって、表示素子１（図１）においては表示に寄与しない光３４として下部基板側より表示素子１の外部へ透過していた光を、表示素子１０（図６）においては吸収される光３５として吸収することができる。

　表示に寄与しない光３４は、表示素子１の外部において散乱、または反射されることによって、再び表示素子１の内部に入射し上部基板１２より素子外部へ放射される可能性がある。このように表示に寄与しない光３４は迷光の原因となり、コントラストの低下を招く。

　表示素子１０においては、光吸収層２０を設けることによって色の表示に寄与しない光を吸収することによって、コントラストを向上させることができる。

　上記光吸収層２０は、図６に示すように下部基板１１の表示素子外部の表面に形成されていてもよいし、下部基板１１と第１の電極１３との間に形成されていてもよい。また、光吸収層２０を形成する材料としては、液晶ディスプレイ用高遮光性樹脂ブラック材料が使用可能である。また、用途に応じては太陽電池を光吸収層２０として用いても良い。

　〔２－２．色の表示方法〕
　以下に、黒色を表示する方法、および第１の色３２と第２の色３３の輝度を変化させる方法を説明する。

　電圧を印加する第２の手段を用いて、第１の電極１３に正バイアスを、第３の電極１９に負バイアスを印加することによって、第３の電極１９の表面全面に金属１８が析出する（図６）。この状態を第３の状態とする。

　あらかじめ電圧を印加する第２の手段から印加するパルス波形と、第３の電極１９の表面全面に析出する金属１８の膜厚の相関関係を調べておき、その情報はテーブル３０４に記憶されている。よって、上記情報に基づいたパルス波形を印加することによって、任意の膜厚の金属１８を形成することが可能である。

　黒色を表示するためには、外光３１を完全に吸収するのに十分な膜厚の金属１８を形成する必要があるが、外光３１の強度は表示素子１０を使用する環境に応じて変化する。日中の屋外で使用すれば外光３１の強度は非常に強いと考えられるし、暗い屋内で使用すれば外光３１の強度は弱いと考えられる。

　このように外光３１の強度が変化する場合に黒色表示を実現するためには、いくつかの方法が考えられる。

　最も単純な方法は、非常に膜厚の厚い金属１８を形成することである。この方法の場合、駆動回路などの構成を簡素化することは可能であるが、非常に膜厚の厚い金属１８を形成するために、高電圧、および長い電圧印加時間が必要となる。また、黒色を表示している第３の状態から第１の状態、または第２の状態へ変化させる際にも、非常に厚い膜厚の金属１８を電解液１６中に溶解させる必要があるので、同様に高電圧、および長い電圧印加時間が必要となる。

　別の方法は、複数の外光３１の強度に対して最適と考えられる金属１８の膜厚をあらかじめ調べておき、その情報をプリセット値としてテーブル３０４に保存しておく方法である。たとえば、メーカ側で外光３１が強い場合から弱い場合まで、５段階のプリセット値をテーブル３０４に保存しておくとする。ユーザは使用に際して、外光３１の強度、およびユーザの好みに応じてプリセット値を選ぶことにより、黒のコントラストを調整することが可能となる。また、過剰に厚い膜厚の金属１８を析出させる必要もない。

　更に別の方法は、駆動回路の一部が外光３１の強度をモニターする光センサーを備えていて、上記光センサーが検出した外光３１の強度に応じて、金属１８の膜厚を調整する。上記光センサーが検出した光量と、金属１８の膜厚との相関は、メーカー側があらかじめ設定しテーブル３０４に保存しておけば良い。また、出荷時にテーブル３０４に保存された相関を基に、ユーザが好みに応じて微調整出来るようになっていてもよい。

　次に、表示色を第１の色３２、および第２の色３３の間で変化させるとともに、第１の色３２、および第２の色３３の輝度を変化させる方法について、図７に基づいて説明する。まず、輝度の最も高い第１の色３２、または第２の色３３を表示する状態にする。これらの状態は、第１の状態、または第２の状態に対応する。

　第１の状態にするためには、図７の（ａ）に示すように電圧を印加する第３の手段を用いて、第２の電極１５を負バイアスに、第３の電極１９を正バイアスにする。この状態で、テーブル３０４に保存されている情報に従い、パルス波形を印加することにより、第２の電極１５の表面に金属１８が析出し、柱状金属電極１４の頂部、および第３の電極１９の表面には金属１８のない状態、すなわち第１の状態となる。

　また、電圧を印加する第１の手段を用いて、第２の電極１５を負バイアスに、第１の電極を正バイアスにし、パルス波形を印加することによっても第１の状態とすることができる。第１の状態とするために、電圧を印加する第２の手段、および電圧を印加する第３の手段のいずれの手段を用いるかは、表示素子１０の直前状態に依存する。

　表示素子１０を、上記のいずれかの方法により第１の状態とした後、電圧を印加する第３の手段を用いて、第３の電極１９を負バイアスに、第２の電極１５を正バイアスにしパルス波形を印加する。このパルス波形印加により、柱状金属電極１４の頂部は露出した状態のまま、第３の電極１９の表面に金属１８を析出させることができる。

　ここで、上記析出させる金属１８の膜厚に応じて第１の色３２の輝度は変化する。上記金属１８の膜厚と、第１の色３２の輝度との相関は予め調べてありテーブル３０４に保存されているので、その情報に基づいたパルス波形を印加することによって、第１の色３２を任意の輝度で表示することが可能となる。

　一方、第２の状態にするためには、図７の（ｂ）に示すように電圧を印加する第１の手段を用いて、第１の電極１３を負バイアスに、第２の電極１５を正バイアスにしパルス波形を印加する。このパルス波形印加により、柱状金属電極１４の上部には金属１８が析出し、第３の電極１９には金属１８のない状態、すなわち第２の状態となる。

　また、電圧を印加する第２の手段を用いて、第１の電極１３を負バイアスに、第３の電極１９を正バイアスにしパルス波形を印加することによっても第２の状態とすることができる。第２の状態とするために、電圧を印加する第１の手段、および電圧を印加する第２の手段のいずれの手段を用いるかは、表示素子１０の直前状態に依存する。

　表示素子１０を、上記のいずれかの方法により第２の状態とした後、電圧を印加する第３の手段を用いて、第３の電極１９を負バイアスに、第２の電極１５を正バイアスにしパルス波形を印加する。このパルス波形印加により、柱状金属電極１４の頂部には金属１８が析出した状態のまま、第３の電極１９の表面に金属１８を析出させることができる。

　ここで、上記析出させる金属１８の膜厚に応じて第２の色３３の輝度は変化する。上記金属１８の膜厚と、第２の色３３の輝度との相関は予め調べてありテーブル３０４に保存されているので、その情報に基づいたパルス波形を印加することによって、第２の色３３を任意の輝度で表示することが可能となる。

　〔実施の形態３〕
　本発明に係るさらに別の実施の形態について、図８から図１０に基づいて以下の通り説明する。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態１、および２の図面に示した部材と同一の機能を有している部材についてはその説明を省略する。

　図８は、２つの表示素子をサブピクセルとして用いる表示装置２００の構成を概略的に示した断面図である。図９は、表示装置２００の各サブピクセルについて、それぞれのサブピクセルを駆動した状態を概略的に示した断面図である。図１０は、二つのサブピクセルによって１ピクセルを構成する表示装置２００における、サブピクセルの配列例を示した図である。

　二つの表示素子をサブピクセルとして用いて１ピクセルを構成し、複数個のピクセルからなる表示装置２００の概略図を図８に示す。上記表示装置２００を構成する表示素子２００ａと表示素子２００ｂとは、図６に示す表示素子１０と基本的に同じ構成を有している。すなわち、下部基板２１１、上部基板２１２、第１の電極２１３、柱状金属電極２１４、絶縁膜２１７、第２の電極２１５、第３の電極２１９、および光吸収層２２０から構成される。ここで、表示素子２００ａと表示素子２００ｂとが独立に備える構成に関しては、次のように区別する。第１の電極２１３を例にすれば、表示素子２００ａが備える第１の電極２１３を第１の電極２１３ａ、そして、表示素子２００ｂが備える第１の電極を第１の電極２１３ｂと表記する。

　表示素子２００ａと、表示素子２００ｂとにおける構成の違いは、誘電率の異なる電解液２１６ａ、および電解液２１６ｂを備えていることである。柱状金属電極２１４ａ、および２１４ｂは同一の金属、たとえば金から構成されており、電解液２１６ａ、および２１６ｂに含まれている金属イオン（たとえば銀イオン）も同一である。

　電解液２１６ａ、および電解液２１６ｂの誘電率は、溶媒中に溶解させる溶質の材質によって調整する。たとえば、溶媒にエチルアルコール、溶質としてポリカーボネート、そして金属イオンとして銀イオンを用いた場合、上記電解液の誘電率は３となる。一方、電解液の構成のうち、溶質をポリエチレンオキサイトに変更することによって、上記電解液の誘電率は７．９となる。

　また、上記溶質を、ポリカーボネート、およびポリエチレンオキサイトの混合物とし、その混合比を調整することによって、上記電解液の誘電率を任意に調整することが可能である。

　実施の形態２の項において、表示素子１０における反射光のピーク波長は、電解液１６の誘電率に依存して変化することを述べた。たとえば図３に、柱状金属電極の頂部に、銀を析出させた場合に得られる反射光のピーク波長を、異なる三つの誘電率を有する電解液についてプロットしてある。

　たとえば直径が１００ｎｍの柱状金属電極の頂部に銀を析出させた場合、上記電解液の誘電率を変化させることによって、上記ピーク波長を４３０ｎｍから６００ｎｍ程度の範囲内、すなわち色で表現すると青から橙、もしくは赤の範囲内で変化させることが可能である。つまり、表示したい色のピーク波長に応じて上記電解液の誘電率を調整することによって、可視域のほぼ全域にわたる色を表示することが可能である。

　このことを利用して、表示素子２００による複数色表示の方法を示す。なお、上記表示素子２００の構成例として、柱状金属電極２１４ａ、および２１４ｂを構成する金属として金を、また電解液２１６ａ、および２１６ｂを構成する金属イオンとして銀イオンを用いた場合について述べる。電解液２１６ａは溶質としてポリカーボネートを含み、その誘電率は３である。また、電解液２１６ｂは溶質としてポリカーボネートとポリエチレンオキサイトの混合物を含み、その誘電率は６．５である。

　表示素子２００ａについて、第１の状態、第２の状態、および第３の状態を、図９の（ａ）に示す。同様に、表示素子２００ｂについて第１の状態、第２の状態、および第３の状態を、図９の（ｂ）に示す。

　表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂのそれぞれについて、電圧を印加する第１の手段、電圧を印加する第２の手段、および電圧を印加する第３の手段を用いることによって、第１の状態、第２の状態、および第３の状態をそれぞれ実現できることは実施の形態２で述べたとおりである。

　第１の状態においては、柱状金属電極２１４の頂部が露出しているので、金によるプラズモン共鳴放射による反射光が表示されることとなる。この場合、電解液２１６ａの誘電率が３である表示素子２００ａは、緑色を表示する。一方、電解液２１６ｂの誘電率が６．５である表示素子２００ｂは、赤色を表示する。

　第２の状態においては、柱状金属電極２１４の頂部に銀が析出しているので、銀によるプラズモン共鳴放射による反射光が表示されることとなる。この場合、表示素子２００ａと表示素子２００ｂとは、青色と緑色とを表示する。

　なお、表示素子２００ａの第１の状態において表示される緑色と、表示素子２００ｂの題意の状態において表示される緑色は、それぞれの色のスペクトル、およびピーク波長が異なっているので、異なる色である。

　上記のように、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂが、第１の状態、および第２の状態を取り得るために、それぞれの状態で表示される色を組み合わせることによって、表示装置２００は複数色を表示することが可能である。

　上記のように表示装置２００は、二つのサブピクセルからなる表示装置である。しかし、柱状金属電極２１４を構成する金属、電解液２１６が含む金属イオン、および電解液２１６ａと電解液２１６ｂとの誘電率を適宜選択することによって、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂの各表示色の混色を白色とすることができる。白色では、いうまでもなく、強度が、可視光領域の全波長について同程度になっている。

　第３の状態は、上部電極２１９ａ、および上部電極２１９ｂの表面に電解液２１６に含まれる金属イオンが金属２１８として析出した状態である。この場合に析出した金属２１８の粒径はランダムなので、金属２１８の膜厚を十分に厚くすることによって、外光はすべて金属２１８に吸収される。すなわち、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂから反射される光はなく、黒色表示を行うことが可能である。

　上記のように、表示素子２００は白色、および黒色を含む複数色を表示することが可能である。

　また、表示装置２００は、表示する各色の輝度、または黒色の階調を制御することが可能である。そのためには、まず、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂにおいて、第１の状態、または第２の状態を形成する。上記、第１の状態、または第２の状態を形成した後に、上部電極２１２ａ、および２１２ｂの表面に金属２１８を析出させることによって、表示素子に入射する外光強度と、柱状金属電極の頂部による反射光の吸収率を制御することができる。したがって、表示色の輝度を任意に変化させることが可能である。

　なお、第１の状態、または第２の状態を形成した後に、輝度を制御するために電圧印加を行う際には、電圧を印加する第３の手段を用いて、第３の電極２１９に負バイアスを、第２の電極２１５に正バイアスを印加する。電圧を印加する第３の手段を用いることによって、柱状金属電極２１４には電圧が印加されない、すなわち予め形成した第１の状態、または第２の状態が維持される。よって、表示色が変化することなく、輝度のみを制御することが可能となる。

　黒色の中間階調を表示するためには、まず、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂの表示色を組み合わせることによって白色表示を行う状態にする。その上で、上記の方法を用いて第３の電極２１９に適切な膜厚の金属２１８を析出させることによって、白色から黒色までの中間階調を含む任意の無彩色を表示することが可能となる。

　また、表示装置２００は図１０に示すように、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂからなる二つのサブピクセルによって１ピクセルを構成することが可能である。このことによって、三つのサブピクセルを１ピクセルとして用いる一般的な表示装置と比較した場合、単位面積あたりのピクセル数を増やすことが可能である。すなわち、高解像度化を実現できる。

　以上のように、表示装置２００は、二つの表示素子１０をサブピクセルとして備えることによって、白色、および黒色を含む複数色を表示することが可能であり、さらには上記複数色の輝度、または中間階調色の表示が可能な反射型の表示装置である。

　〔実施の形態４〕
　上記実施の形態３においては、図６に示す表示素子１０をサブピクセルとして用い、１ピクセルが二つのサブピクセルから構成される表示装置について説明した。しかし、本発明に係る表示装置では、一つの表示素子１０をサブピクセルとして用い、複数個のピクセルからなる表示装置を構成することも可能である。

　その一例として、柱状金属電極１４として金を、そして電解液１６含む金属イオンとして銀イオンを用い、上記電解液１６の誘電率を６．５に調整した場合について説明する。

　電圧を印加する第１の手段、電圧を印加する第２の手段、および電圧を印加する第３の手段を用いて、第１の状態、および第２の状態を形成することは、これまでの実施の形態において述べたとおりである。

　上記構成による表示装置において、第１の状態では赤色を、第２の状態では緑色をそれぞれ表示する。それに加えて、電圧を印加する第３の手段を用いて第３の電極１９の表面に十分な膜厚の金属１８を析出させることによって、黒色を表示することができる。また、第１の状態、または第２の状態を予め形成した後に、第３の電極１９の表面に適切な膜厚の金属１８を析出させることによって、表示する赤色、または緑色の輝度を変化させることが可能である。

　また、１ピクセルを一つの表示素子１０によって構成するので、実施の形態３に示した表示装置２００と比較して、単位面積あたりのピクセル数を更に増加させることが可能であり、高解像度化を実現する。

　本実施の形態に係る表示装置は、黒色を含む複数色の表示が可能であり、かつ表示色の輝度を制御することが可能な反射型の表示装置である。

　〔実施の形態５〕
　実施の形態３において、１ピクセルを二つのサブピクセルによって構成する表示装置２００について説明した。本実施の形態に係る表示装置では、１ピクセルが三つ、または四つのサブピクセルからなる表示装置について図１１、および図１２を用いて説明する。

　図１１に示すのは、１ピクセルを三つのサブピクセルから構成し、複数のピクセルからなる表示装置４００である。上記三つのサブピクセルである表示素子４０１ａ、表示素子４０１ｂ、および表示素子ｃは、その基本構成を表示素子１０（図６）と同じくする。

　また、図１２には、１ピクセルが三つ、または四つのサブピクセルからなる表示素子における、ピクセル配列例を示す図である。

　柱状金属電極４１４を構成する金属と、電解液４１６が含む金属イオンと、上記電解液４１６の誘電率と適宜選択をすることによって、赤、緑、および青の３色を表示する構成になっており、フルカラー表示を可能とする。

　表示装置４００における表示素子４００ａ、表示素子４００ｂ、および表示素子４０１ｃが赤、緑、および青の３色を表示するためには、例えば以下のような構成とればよい。柱状金属電極４１４を構成する金属は金とし、電解液４１６が含む金属イオンは銀とする。また、各表示素子における電解液４１６ａ、ｂ、およびｃの誘電率を、それぞれ、７．９、５、３とする。上記誘電率は、電解液４１６ａ、ｂ、およびｃを構成する溶質を適宜選択することによって、３から７．９の範囲で調整することができる。

　上記構成を有する表示素子４００ａ、表示素子４００ｂ、および表示素子４００ｃをすべて第２の状態、すなわち柱状金属電極４１４の頂部に銀が析出した状態にする。このことによって、表示素子４００ａは表示色のピーク波長が６００ｎｍとなり赤を、表示素子４００ｂは上記ピーク波長が５１０ｎｍとなり緑を、そして表示素子４００ｃは上記ピーク波長が４４０ｎｍとなり青を表示することになる。

　表示素子４００ａ、表示素子４００ｂ、および表示素子４００ｃをサブピクセルとして、たとえば図１２の（ａ）に示すように、同色のサブピクセルをストライプ状に配列する。この構成によって、本発明に係る表示素子を用いたフルカラー表示が可能な表示装置が実現される。

　上記赤、緑、および青色は、それぞれの表示素子４００ａ、４００ｂ、および４００ｃを第２の状態とすることによって実現している。さらに、おのおのの表示素子を第１の状態とすることによって、第２の状態とは異なるピーク波長を有する反射光を表示することが可能である。したがって、表示装置４００は広い色範囲を表示することが可能な表示装置となる。

　また、上述したように第３の電極４１９の表面に制御した膜厚の金属を析出させることによって、黒色表示、および各色の輝度を制御することができる。

　ここまで、１ピクセルを三つのサブピクセルによって構成する表示装置４００について説明してきたが、１ピクセルは四つのサブピクセルによって構成されていてもよい。上記三つの表示素子４００ａ、４００ｂ、および４００ｃに加えて、例えば黄色を表示可能とする表示素子をサブピクセルとして用いることによって（図１２の（ｂ））、さらに色再現能力を高めることが可能である。

　なお、図１２の（ｂ）に示すサブピクセルの配置では、同色のサブピクセルが隣り合うことのないように、４色のサブピクセルが交互に配置されている。

　上記のように、本発明の一実施形態に係る表示素子を三つ、または四つ用いて１ピクセルを構成することによって、白色、および黒色を含むフルカラー表示が可能であり、さらには上記複数色の輝度、または中間階調色の表示が可能な反射型の表示装置を実現することができる。

　〔実施例１〕
　本発明に係る一実施例として、１ピクセルを二つのサブピクセルによって構成する表示装置を作製した。本表示装置は、図８に示す表示装置２００に準ずる表示装置である。ここでは図８に示した部材番号を用いて、作製した表示装置について説明する。

　製造方法は実施の形態１で記載した製造方法に準じている。しかし、上部電極２１２が第３の電極２１９を備えている点と、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂが異なる誘電率を持つ電解液を備えている点とにおいて、実施の形態１に記載した製造方法と異なる。

　上部基板が備える第３の電極は、下部基板が備える第１の電極と同様に、高周波スパッタ法を用いて膜厚が１５０ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。その後、フォトリソグラフィー法を用いて、電極の形にパターニングを行った。

　また、それぞれのサブピクセルを隔てるリブ２２１の側面に、第２の電極を形成した。上記第２の電極には、膜厚が１００ｎｍのイリジウムを用い高周波スパッタ法にて成膜した。

　誘電率の異なる電解液２１６ａと電解液２１６ｂは、後述するようにそれぞれの電解液が含む溶質が異なるだけである。インクジェット法を用いて、リブ２２１で隔てられたそれぞれの表示素子内に電解液２１６を充填する方法も、実施の形態１に記載した方法と同様である。

　本実施例では、柱状金属電極２１４に金を用い、電解液２１６が含む金属イオンに銀を用いた。なお、柱状金属電極２１４の直径は１００ｎｍとし、その周期配列は図５の（ａ）に示す三角格子配列とした。

　また、電解液２１６の溶媒にはエチルアルコールを用い、溶質にはポリカーボネート（電解液２１６ａ）、およびポリカーボネートとポリエチレンオキサイトの混合物（電解液２１６ｂ）を用いた。その結果、電解液２１６ａ、および電解液２１６ｂの誘電率は、それぞれ３、および６．５となった。

　上記の構成から成る表示装置２００の表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂについて反射スペクトルを測定した結果を図１３に示す。なお、表示素子２００に外光３２として照射する光源にはハロゲン光源、およびタングステン白色光源を用いた。

　表示素子２００ａの第１の状態（柱状金属電極２１４の頂部が露出した状態）において、金によるプラズモン共鳴放射による反射スペクトルのピーク波長は５８０ｎｍであった。また、５００ｎｍ以下の波長領域において、波長が短くなるに伴い反射率が高くなった。その結果、表示素子２００ａの第１の状態は黄緑色を表示した。

　表示素子２００ｂの第１の状態において、金によるプラズモン共鳴放射による反射スペクトルのピーク波長は６５０ｎｍであり、表示素子２００ｂは赤色を表示した。

　一方、第２の状態（電解液２１６に含まれる銀イオンが金属として析出した状態）において、銀によるプラズモン共鳴放射による反射スペクトルのピーク波長は、表示素子２００ａにおいて４２０ｎｍ、そして表示素子２００ｂにおいて５２０ｎｍであった。すなわち、表示素子２００ａは青色を、表示素子２００ｂは緑色をそれぞれ表示した。

　上記のように、金の柱状金属電極、および銀イオンを含む電解液を用いたことによって、表示装置２００が黄、赤、青、および緑色を表示可能なことを確認した。また、表示素子２００ａにおける第２の状態と、表示素子２００ｂにおける第１の状態とを組み合わせることにより白色表示が可能であり、白色反射率が３７％に達することを確認した。よって、本発明の一実施例に係る表示装置は、他方式の反射型ディスプレイと比較して、高い白色反射率を有していることを確認した。

　〔実施例２〕
　本発明に係る別の実施例として、１ピクセルを二つのサブピクセルによって構成する表示装置を作成した。本表示装置は、図８に示す表示装置２００に準ずる表示装置である。ここでは図８に示した部材番号を用いて、作製した表示装置について説明する。製造方法は、実施の形態１、および実施例１に記載の方法と同様のため省略する。

　本実施例に係る表示装置は、銀から成る柱状金属電極２１４と、電解質ＣｕＩに由来する銅イオンを含む電解液２１６を備えている。なお、柱状金属電極２１４の直径は１００ｎｍとし、その周期配列は図５の（ａ）に示す三角格子配列とした。また、表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂが備える電解液２１６ａ、および電解液２１６ｂの誘電率は、それぞれ３と６．５とに調整されている。

　上記の構成から成る表示装置２００の表示素子２００ａ、および表示素子２００ｂについて反射スペクトルを測定した結果を図１４に示す。なお、表示素子２００に外光３２として照射する光源にはハロゲン光源、およびタングステン白色光源を用いた。

　第１の状態（柱状金属電極２１４の頂部が露出した状態）において、銀によるプラズモン共鳴放射による反射スペクトルのピーク波長は、表示素子２００ａにおいて４２０ｎｍ、そして表示素子２００ｂにおいて５２０ｎｍであった。すなわち、表示素子２００ａは青色を、表示素子２００ｂは緑色をそれぞれ表示した。

　一方、第２の状態（電解液２１６に含まれる銅イオンが金属として析出した状態）において、銅によるプラズモン共鳴放射による反射スペクトルのピーク波長は、表示素子２００ａにおいて５４０ｎｍ、そして表示素子２００ｂにおいて６４０ｎｍであった。すなわち、表示素子２００ａは緑色を、表示素子２００ｂは赤色をそれぞれ表示した。

　上記のように、銀の柱状金属電極、および銅イオンを含む電解液を用いたことによって、表示装置２００が青、緑、および赤色を表示可能なことを確認した。また、表示素子２００ａにおける第２の状態と、表示素子２００ｂにおける第２の状態とを組み合わせることにより白色表示が可能であり、２５％の白色反射率を示すことを確認した。よって、本発明に係る表示装置は、反射型ディスプレイとして高い白色反射率を有していることを確認した。

　〔実施例３〕
　本発明に係るさらに別の実施例として、図１５に示す１ピクセルを二つのサブピクセルによって構成する表示装置５００を作成した。本表示装置は、図８に示す表示装置２００に準ずる表示装置であるが、柱状金属電極５１４の配列が表示装置２００のような周期配列（図５）を持たず、ランダムなパターン（図１６）からなる表示装置である。

　上記柱状金属電極５１４がランダムなパターンを有している以外は、本実施例に係る表示装置５００は、実施例１に記載の表示装置と同様の構成を持つ。すなわち、直径が１００ｎｍである金の柱状金属電極５１４と、銀イオンを含む電解液５１６を備えている。表示素子ａ、および表示素子ｂが備える電解液５１６ａ、および電解液５１６ｂの誘電率は、それぞれ３、および６．５である。

　実施例１と同様に、本実施例に係る表示装置５００の反射スペクトルを測定したところ、図１３に示した反射スペクトルと同様の傾向を持つ反射スペクトルを得たが、その反射率は実施例１と比較して約２割低下していた。

　実施例１の表示装置と、本実施例の表示装置とにおける反射率の違いは、柱状金属電極の配列パターンの違いに起因すると考えられる。本実施例の結果より、柱状金属電極が周期的に配列していることによって、プラズモン共鳴の共振が起こり、プラズモン共鳴放射の強度が増していると理解できる。

　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係る表示素子は、第１の電極と、上記第１の電極と電気的に接続されている少なくとも一つの柱状金属電極と、上記柱状金属電極の頂部以外の部分、および上記第１の電極の表面を覆う絶縁膜と、上記第１の電極と対向しない位置に配されている第２の電極と、上記柱状金属電極の頂部、および上記第２の電極と電気的に接触するように配され、かつ金属イオンを含む電解液と、上記第１の電極、および第２の電極の間に電圧を印加する第１の手段とからなることを特徴とする。

　以下においては、柱状金属電極の頂部表面によって反射されて表示素子外に放射される光を第１の色とし、柱状金属電極の頂部に析出した金属によって反射され表示素子外に放射される光を第２の色とする。

　柱状金属電極の頂部表面、または頂部に析出した金属から反射される光は等方的であり指向性を持たないため、本発明の一態様に係る表示素子は視野角度に依存しない表示特性を有する。

　また、本発明の一態様に係る表示素子では、柱状金属電極の頂部に金属を析出させるか、もしくは上記頂部に析出している金属を溶解させるか、のみを電圧を印加する手段を用いて制御すればよい。析出する金属粒の大きさは柱状金属電極の直径によって自動的に決定されるため、金属粒析出前の核結晶生成密度制御が不要であり、単純なパルス波形による表示素子の駆動が可能である。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記柱状金属電極を構成する金属元素と、上記金属イオンを構成する金属元素とが異なることが好ましい。

　上記構成をとることによって、上記柱状金属電極の頂部が露出している場合、および、上記金属イオンが金属として上記柱状金属電極の頂部に析出した場合において、上記柱状金属電極の頂部の最表面は異なる金属種によって構成されることになる。

　よって、上記第１の光と、第２の光とは、異なるスペクトル、およびピーク波長を有する。言い換えると、柱状金属電極の頂部表面が露出している場合と、柱状金属電極頂部に金属が析出している場合とで、異なる２色の反射光を表示素子外に放射することを可能とする。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記第１の電極と対向する位置に配される透光性材料からなる第３の電極と、上記第１の電極と上記第３の電極との間に電圧を印加する第２の手段、または上記第２の電極と上記第３の電極との間に電圧を印加する第３の手段とを備えることが好ましい。

　上記構成をとることによって、上記第３の電極に負バイアスを、そして、上記第１の電極、または第２の電極に正バイアスを印加することが可能となり、上記第３の電極の表面に、上記電解液に含まれる金属イオンを金属として析出させることが可能となる。

　上記第３の電極の表面全面に、十分な膜厚の金属を析出させた場合、第３の電極側から表示素子に照射された外光は、上記第３の電極を透過し析出した金属膜に達する。

　上記金属を析出させる課程において、金属粒析出前の核結晶生成密度等の制御は行っていないので、ここで析出している金属粒の粒径はランダムである。金属粒によって吸収される光の吸収スペクトルは、金属粒の粒径に依存することが知られているが、本発明の一態様に係る表示素子において上記粒径はランダムなため、可視領域全域の光を吸収する。よって、黒色を表示することが可能である。

　また、印加する電圧値、および電圧を印加する時間（以下においてパルス幅とする）を制御することによって、上記第３の電極の表面全面に析出する金属膜の厚みを制御することが可能である。上記金属膜の厚みが透光性を有する程度に薄い場合には、金属膜は外光の一部を吸収する事に加えて、上記柱状金属電極の頂部によって反射された光の一部も吸収する。上記外光および反射された光を吸収する程度は、金属膜の厚みに依存して変化する。したがって、本発明の一態様に係る表示素子では、上記第１の色、および第２の色における輝度を任意に制御することができる。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記柱状金属電極、および第２の電極が、上記電解液に接触し、かつ電圧を印加された状態において、安定である物質からなることが好ましい。

　上記構成によって、上記柱状金属電極、および第２の電極が、上記電解液中において腐食、および溶解することなく、長期間にわたって安定した動作を可能とする。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記電解液は、表示する色のピーク波長に応じて誘電率が調整されていることが好ましい。

　金属粒によって反射される光のスペクトルは、金属粒を構成する元素と、電解質の誘電率とに大きく依存していることが知られている。

　上記構成をとることによって、外光を反射する上記柱状金属電極の頂部最表面を構成する金属が同一の表示素子であっても、上記電解質の誘電率を調整することによって、広い範囲で表示色を調整することができる。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記柱状金属電極は、周期的に配列していることが好ましい。

　上記構成をとることによって、上記柱状金属電極の頂部におけるプラズモン共鳴放射が強められるので、より反射率が高い、言い換えれば輝度の高い表示素子を実現する。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記第２の電極は、上記第１の電極とは異なる面上に配されていることが好ましい。

　上記構成をとることによって、上記第１の電極の面積を本発明に係る表示素子の面積とほぼ同程度に設定することが可能になる。すなわち、外光を受光する面積を大きくし、上記第１の電極上に配する上記柱状金属電極の数を増やすことが出来るので、より反射率が高い、言い換えれば輝度の高い表示素子を実現する。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記第２の電極は、表示素子内部の側面のうち、少なくとも一面に配されていることが好ましい。

　上記構成をとることによって、本発明の一態様に係る表示素子の輝度を損なうことなく、上記第２の電極の面積を高い自由度をもって決定することが可能となる。

　なお、このとき上記第１の電極を配する面に対する、上記側面のなす角度は限定されない。また、上記側面の形状も限定されない。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記第２の電極は、表示素子内部の側面のうち、少なくとも一面に配されていることが好ましく、かつ金属からなることが好ましい。また、上記金属は、上記電解液に接触し、かつ電圧を印加された状態において、安定である金属が好ましい。

　表示素子内部の側面に形成する第２の電極を、透光性のない金属とすることによって、第１の色、第２の色、および本発明に係る表示素子に入射した外光が隣接した表示素子へ漏れることを防ぐことが出来る。すなわち、上記金属からなる第２の電極はブラックマトリクスとして作用し、高精彩な表示を可能とする。

　なお、上記金属が、上記電解液中、そして電圧を印加された状態において安定であることによって、腐食、および溶解することなく、長期間にわたって安定した動作を可能とする。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記第１の電極における上記表面に対向する裏面の側に光吸収層を備えていることが好ましい。

　上記構成をとることによって、本発明の一態様に係る表示素子に入射した外光のうち、上記柱状金属電極の頂部、または上記柱状金属電極の頂部に析出した金属によって反射されなかった光、すなわち色の表示に寄与しない光を吸収することができる。このことによって、上記第１の色、または第２の色以外の光は表示素子の外部に放射されることがないので、コントラストを向上させることが可能となる。

　本発明の一態様に係る表示素子において、前記柱状金属電極の直径は３×１０^－１８ｍ^２から８×１０^－１５ｍ^２であることが好ましい。

　金属粒によって反射される光のスペクトル、およびピーク波長は、前記金属粒の粒径に依存する。本発明の一態様に係る表示素子において、上記金属粒の粒径は上記柱状金属電極の直径によって自動的に決まるため、上記柱状金属電極の直径を上記範囲とすることによって、第１の色、および第２の色の光のピーク波長を可視領域内に設定することができる。

　上記下限値３×１０^－１８ｍ^２は、金属粒による反射光の波長を可視領域内に設定できる粒径の理論的な下限値と考えられる。一方、上記上限値８×１０^－１５ｍ^２を上回ると、可視光領域の光に対して回折現象を起こす原因となるため、好ましくない。なお、本願明細書において、数値範囲の下限値および上限値は、その数値範囲に含まれている。

　本発明の一態様に係る表示素子において、前記柱状金属電極の直径は３×１０^－１６ｍ^２から８×１０^－１５ｍ^２であることが好ましい。

　上述したように、金属による外光の反射を利用する表示素子において、表示される色のスペクトルは、外光を反射する金属の面積、および配置形状などに依存している。そのため、外光を反射する金属の面積、および配置形状がばらつきを有する場合、表示される色のスペクトルにもばらつきが生じる。

　本発明の一態様に係る表示素子では外光を反射する金属粒として、柱状金属電極の頂部、または柱状金属電極の頂部に析出した金属を用いている。柱状金属電極の頂部の形状、および配置形状は、製造過程におけるパターニングのプロセスにおいて決定される。

　上記柱状電極の直径を３×１０^－１６ｍ^２以上にすることによって、製造時における柱状金属電極の直径のばらつきを小さくすることができる。従って、上記金属粒の粒径と電解質の誘電率で決定されるプラズモン共鳴放射のピーク波長のばらつきが小さくなり、表示素子の色純度が高くなる。

　外光を反射する金属粒の数は柱状金属電極の数で決定され、上記金属粒の粒径は柱状金属電極の直径により決定される。従って、本発明に係る表示素子では、複雑な析出工程を経ることなく、数と粒径が精度よく制御された金属粒を外光の反射に用いることができる。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記柱状金属電極が金、銀、または白金で形成されていることが好ましい。

　上記構成によって、プラズモン共鳴放射による上記第１の色のピーク波長を、可視光領域に設定することができる。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記金属イオンは銀、銅、または金から選ばれた金属のイオンであることが好ましい。

　上記構成によって、プラズモン共鳴放射による上記第２の色のピーク波長を、可視光領域に設定することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置において、上記表示素子をサブピクセルとして備えており、少なくとも一つの前記サブピクセルから構成されるピクセルを、複数個含んでいることを特徴としている。

　上記構成をとることによって、黒色を含む少なくとも三色の色を、高解像度で表示することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置において、上記表示素子をサブピクセルとして備えており、二つの前記サブピクセルから構成されるピクセルを、複数個含んでいることと、前記ピクセルを構成する二つのサブピクセルは、表示する色のピーク波長に応じて、それぞれに異なる誘電率に調整された前記電解液を備えていることとが好ましい。

　上記構成をとることによって、ピクセルを構成する二つのサブピクセルは、それぞれ異なった第１の色、および第２の色を表示することができる。上記第１の色、および第２の色が適切なピーク波長を有するようにそれぞれのサブピクセルの電解液の誘電率を調整することによって、二つのサブピクセルを用いる表示ながら、広い範囲のカラー表示を可能とし白色表示も可能となる。

　上記のように、ピクセルは二つのサブピクセルからなるので、三つのサブピクセルによってピクセルを構成する場合と比較して、単位面積あたりのピクセル数を増やせるため、高解像度を実現できる。

　また、本発明の一態様に係る表示装置はカラーフィルターを必要とせず、二つのサブピクセルの色の組み合わせにより白色表示を行った場合、高い白色反射率を実現することができる。

　上記のように白色を表示している状態で、上記第３の電極に析出させる金属の膜厚を任意に制御することによって、中間階調を含む黒色の表示を可能とする。

　本発明の一態様に係る表示素子において、上記素子をサブピクセルとして備えており、少なくとも三つの前記サブピクセルから構成されるピクセルを、複数個含んでいることと、前記ピクセルを構成する少なくとも三つのサブピクセルは、表示する色のピーク波長に応じて、それぞれに異なる誘電率に調整された前記電解液を備えていることとが望ましい。

　上記構成をとることによって、上記ピクセルを構成する少なくとも三つのサブピクセルは、表示する色のピーク波長に応じて、それぞれ異なった誘電率に調整された電解質を備えているので、少なくとも三つの異なる色の表示が可能となる。

　たとえば、ピクセルが三つのサブピクセルから構成される場合、上記第１の色、および第２の色に加えて、第３の色を表示することが可能となる。また、ピクセルが四つのサブピクセルから構成される場合、さらに第４の色を表示することが可能となる。

　これら３色、または４色の色を組み合わせることによって、フルカラー表示が可能となる。また、３色、または４色の色の組み合わせによって白色表示を行った場合、第１の色および第２の色の組み合わせによって白色表示を行う場合と比較して、白色の純度を容易に向上させることができる。

　本発明は上述した実施形態および実施例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、上記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他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

　本発明は、反射型表示装置に好適に用いることができる。

　１、１０　表示素子
　１１、２１１、４１１、５１１　下部基板
　１２、２１２、４１２、５１２　上部基板
　１３、２１３、４１３、５１３　第１の電極
　１４、２１４、４１４、５１４　柱状金属電極
　１５、２１５、４１５、５１５　第２の電極
　１６、２１６、４１６、５１６　電解液
　１７、２１７、４１７、５１７　絶縁膜
　１８、２１８　金属
　１９、２１９、４１９、５１９　第3の電極
　２０、２２０、４２０、５２０　吸収層
　２１、２２１、４２１、５２１　リブ
　３１　外光
　３２　第１の色
　３３　第２の色
　２００、４００、５００　表示装置
　２００ａ、５００ａ　表示素子
　２００ｂ、５００ｂ　表示素子
　３００　電圧を印加する手段
　４００ａ、４００ｂ、４００ｃ　表示素子

Claims

　第１の電極と、上記第１の電極と電気的に接続されている少なくとも一つの柱状金属電極と、
　上記柱状金属電極の頂部以外の部分、および上記第１の電極の表面を覆う絶縁膜と、
　上記第１の電極と対向しない位置に配されている第２の電極と、
　上記柱状金属電極の頂部、および上記第２の電極と電気的に接触するように配され、かつ金属イオンを含む電解液と、
　上記第１の電極、および第２の電極の間に電圧を印加する第１の手段とからなることを特徴とする表示素子。
　上記柱状金属電極を構成する金属元素と、上記金属イオンを構成する金属元素が異なることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
　上記第１の電極と対向する位置に配される透明物質からなる第３の電極と、
　上記第１の電極と上記第３の電極との間に電圧を印加する第２の手段、または上記第２の電極と上記第３の電極との間に電圧を印加する第３の手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
　上記柱状金属電極、および第２の電極は、上記電解液に接触し、かつ電圧を印加された状態において、安定である物質からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表示素子。
　上記電解液は、表示する色のピーク波長に応じて誘電率が調整されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の表示素子。
　上記柱状金属電極は、周期的に配列していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の表示素子。
　上記第２の電極は、上記第１の電極とは異なる面上に配されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の表示素子。
　上記第２の電極は、表示素子内部の側壁のうち、少なくとも一面に配されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表示素子。
　上記第２の電極は、上記電解液に接触し、かつ電圧を印加された状態において、安定である金属からなることを特徴とする請求項８に記載の表示素子。
　上記第１の電極における上記表面に対向する裏面の側に光吸収層を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の表示素子。
　前記柱状金属電極の断面積は３×１０^－１８ｍ^２から８×１０^－１５ｍ^２であることを特徴とする請求項１から１０いずれか一項に記載の表示素子。
　前記柱状金属電極の断面積は３×１０^－１６ｍ^２から８×１０^－１５ｍ^２であることを特徴とする請求項１から１１いずれか一項に記載の表示素子。
　上記柱状金属電極が金、銀、または白金で形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の表示素子。
　上記金属イオンは銀、銅、または金から選ばれた金属のイオンであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の表示素子。
　請求項１から１４のいずれか一項に記載した表示素子をサブピクセルとして備えており、少なくとも一つの前記サブピクセルから構成されるピクセルを、複数個含んでいることを特徴とする表示装置。
　請求項１から１４のいずれか一項に記載した表示素子をサブピクセルとして備えており、二つの前記サブピクセルから構成されるピクセルを、複数個含んでいることと、
　前記ピクセルを構成する二つのサブピクセルは、表示する色のピーク波長に応じて、それぞれに異なる誘電率に調整された前記電解液を備えていることとを特徴とする表示装置。
　請求項１から１４のいずれか一項に記載した表示素子をサブピクセルとして備えており、少なくとも三つの前記サブピクセルから構成されるピクセルを、複数個含んでいることと、
　前記ピクセルを構成する少なくとも三つのサブピクセルは、表示する色のピーク波長に応じて、それぞれに異なる誘電率に調整された前記電解液を備えていることとを特徴とする表示装置。
　外光が入射する面の対向に位置する絶縁膜の表面に局所的に露出し、電解液に電気的に接触している少なくとも１つの局所電極と、
　上記局所電極とは別の、かつ上記電解液に電気的に接触している第２の電極との間に電圧を印加することによって、
　上記局所電極の最表面状態を、上記局所電極の頂部に金属を析出させる第１の状態と、上記局所電極の頂部に析出している金属を溶解させる第２の状態との間で変化させ、
　少なくとも上記第１の状態、および第２の状態に応じた色の表示を行うことを特徴とする表示方法。