WO2015152008A1

WO2015152008A1 - 光学装置

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Abstract

　光学装置（１００）は、第１基板（１０）、第２基板（２０）および光学層（３０）を備える。光学層は、液晶材料を含む媒体（３１）と、形状異方性粒子（３２）とを含む。第１基板および第２基板の少なくとも一方は、光学層側に設けられた膜であって、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²以下であるか、純水との接触角が７５°以上であるか、または、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４０°以上である膜を有する。あるいは、第１基板および第２基板の少なくとも一方は、光学層側に設けられた垂直配向膜（１５、２５）を有する。

Description

光学装置

　本発明は、光学装置に関し、特に、形状異方性粒子を含む光学層を備えた光学装置に関する。

　入射光の透過率（あるいは反射率）を制御する光学装置には、高いコントラスト比と高い光利用効率とが求められる。

　電圧の印加により光の透過率を制御する光学装置として、液晶パネルがよく知られている。液晶パネルは、一対の基板と、これらの基板間に設けられた液晶層とを備える。液晶パネルでは、液晶層に印加される電圧の大きさに応じて、液晶層中の液晶分子の配向が変化し、そのことにより、液晶パネルに入射した光の透過率が変化する。液晶パネルは、非常に高いコントラスト比が得られるので、表示装置に広く用いられている。

　しかしながら、液晶パネルの多くは、偏光板を用いる方式であるので、表示に用いられる光の半分以上が偏光板で吸収されてしまう。そのため、光利用効率が低い。そこで、近年、偏光板を必要としない光学装置の開発が進められている。

　非特許文献１には、偏光板を必要としない表示セルが提案されている。非特許文献１に開示されている表示セルは、一対の電極間に、ホスト流体（媒体）と、媒体中に分散されたポリマー（樹脂コート）フレークとが挟持された構成を有する。一対の電極間に電界を印加することにより、ポリマーフレークの配向方向が変化し、それによって表示セルの光学特性（光反射率）が変化する。非特許文献１には、媒体の具体例として、炭酸プロピレンやエポキシ末端ポリジメチルシロキサン（ＤＭＳ－Ｅ０９）が開示されている。

　また、特許文献１には、ポリマーフレークを含む懸濁液層を備えた光学装置が開示されている。この光学装置は、懸濁液層への電界の印加によってポリマーフレークを回転させ、それによって懸濁液層の光学特性を変化させることができる。

　上述した非特許文献１の表示セルや特許文献１の光学装置は、偏光板を必要としないので、液晶パネルに比べ、光利用効率を高くすることができる。

米国特許第６６６５０４２号明細書

G. P. Cox、外５名、「Modeling the Effects of Microencapsulation on the Electro-Optic Behavior of Polymer Cholesteric Liquid Crystal Flakes」、LLE Review、UNIVERSITY OF ROCHESTER LABORATORY FOR LASER ENERGETICS、January-March 2009、volume 118、p. 86-99

　現在、液晶パネルの駆動方式としては、アクティブマトリクス駆動が採用されている。アクティブマトリクス駆動の液晶パネルでは、各画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられる。ある画素への書き込みは、その画素が走査されてＴＦＴがオンとなることによって行われ、その後、その画素が次に走査されるまでＴＦＴはオフとなる。そのため、次回の書き込みまでの間、液晶層への印加電圧が保持される（つまり画素容量で電荷が保持される）ことにより、液晶層中の液晶分子の配向状態が維持される。

　非特許文献１で提案されている表示セルでは、アクティブマトリクス駆動を行うことが難しい。例えば、炭酸プロピレンやＤＭＳ－Ｅ０９を媒体として用いた場合、これらの比抵抗は一般的な液晶材料の比抵抗に比べて数桁低いので（一般的な液晶材料の比抵抗が１×１０¹³Ω・ｃｍ程度であるのに対し、炭酸プロピレンの比抵抗は約１×１０⁴Ω・ｃｍ、ＤＭＳ－Ｅ０９の比抵抗は約１．１×１０⁷Ω・ｃｍである）、画素への書き込み後のＴＦＴがオフである状態において、媒体を介したオフリークによって電圧の保持率が大きく低下してしまう。そのため、本来であれば垂直方向に配向しているべきポリマーフレークが、自重により水平方向（基板面に平行な方向）に傾いてしまう。その結果、画素の輝度が変化してしまうので、アクティブマトリクス駆動を行うことは困難である。

　また、電圧無印加状態において、ポリマーフレークが垂直に配向している状態を維持することはできず、ポリマーフレークが自重で水平方向に向いてしまう。そのため、非特許文献１の表示セルは、いわゆるメモリ性は有しておらず、低消費電力化が困難である。さらに、表示セルが傾いていると、ポリマーフレークが自重でセル内を移動し、表示セルの底辺側に沈降してしまう。

　一方、特許文献１には、懸濁液層の媒体としてネマチック液晶材料を用いた実施例（実施例６）が記載されている。この実施例では、それぞれが透明電極を備えた一対の基板のそれぞれ上に配向膜（ポリイミドコーティング）が形成されている。ポリマーフレークは、懸濁液層に電界が生成されていないときには、基板面に対して平行に配向する。また、ポリマーフレークは、懸濁液層に縦電界が生成されると、基板面に対して垂直に配向しようとする。

　特許文献１の上記実施例では、媒体を介したオフリークに起因した電圧保持率の低下が抑制されると考えられる。しかしながら、この実施例では、実際には、極性の強い配向膜の表面にポリマーフレークが貼り付いてしまうので、懸濁液層に縦電界が生成されても、配向膜近傍のポリマーフレークは配向膜から剥離されない。従って、ほとんどのポリマーフレークは、基板面に平行に配向したままである。そのため、電界印加時と電界無印加時とで、光透過率の差を十分に大きくすることができず、十分に高いコントラスト比を実現することができない。さらに、特許文献１の光学装置では、電界の印加により、ポリマーフレークを基板面に平行な状態から垂直な状態（あるいは垂直な状態から平行な状態）に変化させるが、その逆の変化は、熱分散や重力により行われる。そのため、十分な応答速度が得られず、表示装置に利用することが困難であるという問題もある。

　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクティブマトリクス駆動が可能で、低消費電力性に優れ、高い光利用効率および高いコントラスト比を実現し得る光学装置を提供することにある。

　本発明の実施形態による光学装置は、互いに対向するように設けられた第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間に設けられた光学層と、を備えた光学装置であって、前記光学層は、媒体と、前記媒体中に分散され、形状異方性を有する形状異方性粒子とを含み、前記媒体は、液晶材料を含み、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方は、前記光学層側に設けられた膜であって、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²以下であるか、純水との接触角が７５°以上であるか、または、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４０°以上である膜を有する。

　本発明の他の実施形態による光学装置は、互いに対向するように設けられた第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間に設けられた光学層と、を備えた光学装置であって、前記光学層は、媒体と、前記媒体中に分散され、形状異方性を有する形状異方性粒子とを含み、前記媒体は、液晶材料を含み、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方は、前記光学層側に設けられ、前記液晶材料に含まれる液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜を有する。

　ある実施形態において、前記第１基板は、互いに異なる電位を与えられ得る第１電極および第２電極を有し、前記光学装置は、前記光学層に横電界を印加し得る。

　ある実施形態において、前記第１電極および前記第２電極の一方は、絶縁層を介して他方の上に設けられ、少なくとも１つのスリットを有し、前記他方の電極は、前記少なくとも１つのスリットに対向する部分を有する。

　ある実施形態において、前記第１電極および前記第２電極は、所定の間隙を介して互いに噛合するような形状を有し、前記第１基板は、絶縁層を介して前記第１電極および前記第２電極の下に設けられたさらなる電極を有し、前記さらなる電極は、前記間隙に対向する部分を有する。

　ある実施形態において、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、少なくとも１つの枝部を有し、前記少なくとも１つの枝部の幅ｗおよび前記形状異方性粒子の長さｌは、ｗ＜ｌの関係を満足する。

　ある実施形態において、前記第１電極および前記第２電極は、所定の間隙を介して互いに噛合するような形状を有し、前記間隙の幅ｇおよび前記形状異方性粒子の長さｌは、ｇ＞ｌ・（１／２）の関係を満足する。

　ある実施形態において、前記第２基板は、前記第１電極および前記第２電極に対向する第３電極を有し、前記光学装置は、前記光学層に縦電界を印加し得る。

　ある実施形態において、前記第２基板は、前記第３電極上に設けられた誘電体層をさらに有する。

　ある実施形態において、前記誘電体層の比誘電率εｒおよび厚さｔ［μｍ］は、εｒ・ｔ＞７の関係を満足する。

　ある実施形態において、前記液晶材料は、正の誘電異方性を有する。

　ある実施形態において、前記液晶材料の誘電異方性Δεは、１５を超える。

　ある実施形態において、前記形状異方性粒子の長さｌは、３μｍ以上１０μｍ以下である。

　ある実施形態において、前記光学層における前記形状異方性粒子の含有率Ｃｆ［ｗｔ％］および前記光学層の厚さＤ［μｍ］は、４≦（Ｃｆ・Ｄ）／１０≦１５の関係を満足する。

　ある実施形態において、前記形状異方性粒子は、金属材料から形成されており、且つ、その表面に絶縁層を有する。

　ある実施形態において、前記光学層の厚さＤは、１０μｍ以上２０μｍ以下である。

　ある実施形態において、前記膜または前記垂直配向膜は、ラビング処理を施されていない。

　本発明の実施形態によると、アクティブマトリクス駆動が可能で、低消費電力性に優れ、高い光利用効率および高いコントラスト比を実現し得る光学装置が提供される。

本発明の実施形態による表示装置１１０を模式的に示す断面図である。表示装置１１０が有する第１電極１１および第２電極１２を模式的に示す平面図である。光学層３０に横電界が印加されたときの表示装置１１０を模式的に示す図である。光学層３０に縦電界が印加されたときの表示装置１１０を模式的に示す図である。（ａ）は、光学層３０に印加されている電界を横電界から縦電界に変化させた直後の光学層３０の様子を示す図であり、（ｂ）は、その後十分な時間が経過した後の光学層３０の様子を示す図である。比較例１の光学装置５００を模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層５３０に電界が印加されていないときの光学装置５００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子５３２および液晶分子５３１ａの配向方向を示す図である。（ｃ）は、そのときの光学層５３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｄ）は、そのときの光学装置５００を示す写真である。（ａ）は、光学層５３０に縦電界が印加されているときの光学装置５００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子５３２および液晶分子５３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学層５３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｄ）は、そのときの光学装置５００を示す写真である。（ａ）は、光学層５３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置５００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子５３２および液晶分子５３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学層５３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｄ）は、そのときの光学装置５００を示す写真である。比較例２の光学装置６００を模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層６３０に電界が印加されていないときの光学装置６００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子６３２および液晶分子６３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学層６３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｄ）は、そのときの光学装置６００を示す写真である。（ａ）は、光学層６３０に縦電界が印加されているときの光学装置６００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子６３２および液晶分子６３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学層６３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｄ）は、そのときの光学装置６００を示す写真である。（ａ）は、光学層６３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置６００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子６３２および液晶分子６３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学層６３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｄ）は、そのときの光学装置６００を示す写真である。比較例３の光学装置７００を模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層７３０に電界が印加されていないときの光学装置７００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層７３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置７００を示す写真である。（ａ）は、光学層７３０に縦電界が印加されているときの光学装置７００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層７３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置７００を示す写真である。（ａ）は、光学層７３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置７００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層７３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置７００を示す写真である。（ａ）および（ｂ）は、光学装置７００において垂直配向膜７１５および７２５による配向規制力が弱い場合の形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図であり、（ａ）は、光学層７３０に電界が印加されていないときの配向方向を示し、（ｂ）は、光学層７３０に縦電界が印加されているときの配向方向を示している。実施例１の光学装置１００Ａを模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層３０に電界が印加されていないときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。（ａ）は、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。（ａ）は、光学層３０に印加されている横電界が除去されたときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。（ａ）は、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。（ａ）は、光学層３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。実施例２の光学装置１００Ｂを模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層３０に電界が印加されていないときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学装置１００Ｂを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学装置１００Ｂを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に印加されている横電界が除去されたときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学装置１００Ｂを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学装置１００Ｂを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）は、そのときの光学装置１００Ｂを示す写真である。実施例３の光学装置１００Ｃを模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層３０に電界が印加されていないときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置１００Ｃを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置１００Ｃを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に印加されている横電界が除去されたときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置１００Ｃを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置１００Ｃを示す写真である。（ａ）は、光学層３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、（ｅ）は、そのときの光学装置１００Ｃを示す写真である。（ａ）は、第１電極１１および第２電極１２の枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗが形状異方性粒子３２の長さｌよりも小さい構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、第１電極１１および第２電極１２の枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗが形状異方性粒子３２の長さｌよりも大きい構成を模式的に示す断面図である。（ｃ）は、電極間距離ｇが形状異方性粒子３２の長さｌの半分よりも小さい構成を模式的に示す断面図である。実施例４の光学装置１００Ｄを模式的に示す断面図である。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、光学層３０に電界が印加されていないとき、光学層３０に横電界が印加されているとき、および、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ｄを模式的に示す断面図である。（ａ）および（ｂ）は、比較例４の光学装置８００を模式的に示す断面図である。（ａ）は、光学層８３０に電界が印加されていないときの光学装置８００を示しており、（ｂ）は、光学層８３０に縦電界が印加されているときの光学装置８００を示している。実施例４の光学装置１００Ｄについて、重力による形状異方性粒子３２の沈降の発生を検証した結果を示す図である。比較例５の光学装置９００について、重力による形状異方性粒子３２の沈降の発生を検証した結果を示す図である。実施例５の光学装置１００Ｅを模式的に示す断面図である。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、光学層３０に電界が印加されていないとき、光学層３０に縦電界が印加されているとき、および、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ｅを模式的に示す断面図である。実施例５の光学装置１００Ｅについて、重力による形状異方性粒子３２の沈降の発生を検証した結果を示す図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられていない場合における、光学層３０に横電界が印加されたときの液晶分子３１ａの配向状態のシミュレーション結果を示す図であり、それぞれ印加電圧が０Ｖ、５Ｖ、１０Ｖおよび１５Ｖのときの結果を示している。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられている場合における、光学層３０に横電界が印加されたときの液晶分子３１ａの配向状態のシミュレーション結果を示す図であり、それぞれ印加電圧が０Ｖ、５Ｖ、１０Ｖおよび１５Ｖのときの結果を示している。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示す図であり、それぞれ印加電圧が１５Ｖで光学層３０の厚さＤが２０μｍ、１０μｍおよび５μｍのときの結果を示している。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられている場合のシミュレーション結果を示す図であり、それぞれ印加電圧が１５Ｖで光学層３０の厚さＤが２０μｍ、１０μｍおよび５μｍのときの結果を示している。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ誘電体層２６の比誘電率εｒが２．７、３．７および４．７である場合のシミュレーション結果を示す図であり、（ｄ）は、誘電体層（オーバーコート層）２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示す図である。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ誘電体層２６の厚さｔが３．５μｍ、２．５μｍおよび１．５μｍである場合のシミュレーション結果を示す図であり、（ｄ）は、誘電体層（オーバーコート層）２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが５０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが３０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが２０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが１０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。（ａ）および（ｂ）は、形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆが７．５ｗｔ％の場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。（ａ）および（ｂ）は、形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆが３．０ｗｔ％の場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。（ａ）および（ｂ）は、第１基板１０の電極構造の他の例を示す平面図および断面図である。（ａ）および（ｂ）は、第１基板１０の電極構造の他の例を示す平面図および断面図である。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、図１の電極構造を採用した場合、図５８の電極構造を採用した場合、図５９の電極構造を採用した場合における、縦電界印加時の光学装置１００を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、第１基板１０の電極構造の他の例を示す平面図および断面図である。図６１の電極構造を採用した場合における、縦電界印加時の光学装置１００を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

　図１に、本発明の実施形態による表示装置１１０を示す。図１は、表示装置１１０を模式的に示す断面図である。

　表示装置１１０は、外部から入射する光（周囲光）を用いて反射モードで表示を行うことができる反射型表示装置である。表示装置１１０は、図１に示すように、表示パネル（光学装置）１００を備え、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。

　表示パネル１００は、互いに対向するように設けられた第１基板１０および第２基板２０と、第１基板１０および第２基板２０の間に設けられた光学層（表示媒体層）３０とを備える。以下では、第１基板１０および第２基板２０のうちの、相対的に背面側に位置する第１基板１０を「背面側基板」と呼ぶことがあり、相対的に前面側（つまり観察者側）に位置する第２基板２０を「前面側基板」と呼ぶことがある。

　第１基板（背面側基板）１０は、互いに異なる電位を与えられ得る第１電極１１および第２電極１２を有する。第１電極１１および第２電極１２は、複数の画素のそれぞれに設けられている。第１電極１１および第２電極１２のそれぞれは、複数の枝部１１ａ、１２ａを有する櫛歯状電極である。図２に、第１電極１１および第２電極１２の平面的な構造を示す。

　第１電極１１は、図２に示すように、幹部１１ｂと、幹部１１ｂから延びる複数の枝部１１ａとを有する。第２電極１２は、同様に、幹部１２ｂと、幹部１２ｂから延びる複数の枝部１２ａとを有する。第１電極１１と第２電極１２とは、それぞれの複数の枝部１１ａ、１２ａが所定の間隙を介して噛合するように配置されている。つまり、第１電極１１および第２電極１２は、所定の間隙を介して互いに噛合するような形状を有している。第１電極１１と第２電極１２との間隙の幅ｇを、以下では「電極間距離」と呼ぶこともある。

　第１電極１１の枝部１１ａおよび第２電極１２の枝部１２ａの幅ｗに特に制限はない。また、電極間距離ｇにも特に制限はない。ただし、枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗおよび電極間距離ｇは、後述するように、形状異方性粒子３２の長さｌと所定の関係を満足することが好ましい。

　また、第１基板１０は、アクティブマトリクス基板であり、各画素に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や、各種の配線（ＴＦＴに電気的に接続されたゲート配線、ソース配線など）を有する（いずれもここでは不図示）。

　第１基板１０は、さらに、光を吸収する光吸収層１４を有する。光吸収層１４の材料に特に制限はない。光吸収層１４の材料としては、例えば、液晶表示装置等のブラックマトリクスの材料として用いられる顔料を用いることができる。あるいは、光吸収層１４として、二層構造の低反射クロム膜（クロム層と酸化クロム層とが積層された構造を有する）を用いることもできる。

　第１基板１０の構成要素（上述した第１電極１１、第２電極１２および光吸収層１４など）は、絶縁性を有する基板（例えばガラス基板）１０ａによって支持されている。なお、図１では、光吸収層１４は基板１０ａの背面側に設けられているが、光吸収層１４が基板１０ａの光学層３０側に設けられていてもよい。

　第２基板（前面側基板）２０は、第１電極１１および第２電極１２に対向する第３電極２１を有する。第３電極２１は、スリットや切欠き部が形成されていない、いわゆるべた電極であってよい。また、第３電極２１は、画素ごとに電気的に独立している必要はなく、すべての画素に共通の連続した単一の導電膜（つまり共通電極）であってよい。第３電極２１が、すべての画素に共通のべた電極であると、フォトリソグラフィ技術によるパターニングが不要となるので、製造コストを低減することができる。また、カラー表示を行う場合には、第２基板２０は、カラーフィルタ（不図示）をさらに有する。第２基板２０の構成要素（上述した第３電極２１など）は、絶縁性を有する基板（例えばガラス基板）２０ａによって支持されている。

　第１電極１１、第２電極１２および第３電極２１のそれぞれは、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの透明導電材料から形成されている。これらの電極となる導電膜を堆積する方法に特に制限はなく、スパッタリング法、真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法等、公知の種々の方法を用いることができる。また、櫛歯状電極である第１電極１１および第２電極１２を形成するために導電膜をパターニングする方法にも特に制限はなく、フォトリソグラフィ等の公知のパターニング方法を用いることができる。第１電極１１、第２電極１２および第３電極２１の厚さは、例えば、１００ｎｍである。

　光学層（表示媒体層）３０は、液状の媒体３１と、媒体３１中に分散され、形状異方性を有する粒子（以下では「形状異方性粒子」と呼ぶ）３２とを含む。上述した第１基板１０および第２基板２０は、表示領域を包囲するように形成されたシール部（ここでは不図示）を介して貼り合わされており、媒体３１および形状異方性粒子３２は、シール部に包囲された領域（つまり表示領域）内に封入されている。光学層３０の厚さ（セルギャップ）Ｄに特に制限はない。ただし、後述する理由から、光学層３０の厚さＤは、１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

　ここでは、形状異方性粒子３２は、光反射性を有する。形状異方性粒子３２は、例えばフレーク状（薄片状）である。

　形状異方性粒子３２は、光学層３０に印加された電界の方向に応じて配向方向が変化する。つまり、第１電極１１および第２電極１２と、第３電極２１とによって光学層３０に縦電界が生成された場合と、第１電極１１と第２電極１２とによって光学層３０に横電界が生成された場合とで、形状異方性粒子３２の配向方向が異なる。形状異方性粒子３２は、形状異方性を有しているので、形状異方性粒子３２の配向方向が変化すると、形状異方性粒子３２の基板面（第１基板１０の基板面）への投影面積も変化し、それに伴って、光学層３０の光学特性（ここでは反射率）が変化する。本実施形態の表示装置１１０では、そのことを利用して表示が行われる。形状異方性粒子３２の配向方向が印加電界の方向に応じて変化する理由については、後に詳述する。

　本実施形態の表示装置１１０では、媒体３１は、液晶材料であり、液晶分子３１ａを含んでいる。ここでは、液晶材料は、正の誘電異方性を有する。つまり、媒体３１は、いわゆるポジ型の液晶材料であり、液晶分子３１ａの長軸方向の誘電率ε_//は、短軸方向の誘電率ε_⊥よりも大きい。

　なお、媒体３１は、液晶材料以外の材料を含んでもよい。例えば、形状異方性粒子３２の分散性を向上させるための添加剤が媒体３１に混入されていてもよい。そのような添加剤としては、形状異方性粒子３２をペースト化する溶剤（例えばミネラルスピリット）、界面活性剤、形状異方性粒子３２に対する表面処理剤などが挙げられる。なお、添加剤によっては、液晶材料が媒体３１中で液晶状態とならない（つまりアイソトロピック状態となる）ことがある。

　第１基板１０および第２基板２０のそれぞれは、光学層３０側に設けられた垂直配向膜１５および２５を有する。垂直配向膜１５および２５は、媒体（液晶材料）３１に含まれる液晶分子３１ａを、少なくとも配向膜界面近傍において、垂直配向させる。つまり、垂直配向膜１５および２５は、液晶分子３１ａを基板面（第１基板１０または第２基板２０の基板面）に対して略垂直に配向させる配向規制力を有する。なお、必ずしも第１基板１０および第２基板２０の両方に垂直配向膜が設けられている必要はなく、一方のみ（例えば第１基板１０のみ）に垂直配向膜が設けられていてもよい。また、液晶分子３１ａは、必ずしも光学層３０全体で垂直配向している必要はなく、少なくとも垂直配向膜の界面近傍において垂直配向していればよい。つまり、垂直配向膜の界面近傍以外の領域では、液晶分子３１ａは必ずしも垂直配向している必要はなく、水平配向や傾斜配向していてもよい。勿論、図１に例示しているように、光学層３０全体で液晶分子３１ａが垂直配向していてもよい。

　以下、図３および図４も参照しながら、形状異方性粒子３２の配向方向が印加電界の方向に応じて変化する理由をより具体的に説明する。図３は、光学層３０に横電界が印加されたときの表示装置１１０を模式的に示す図であり、図４は、光学層３０に縦電界が印加されたときの表示装置１１０を模式的に示す図である。なお、図３および図４には、第１電極１１、第２電極１２および第３電極２１の電位の高低を表すために、電源４０やスイッチ５１、５２も示されている。一方のスイッチ５１は、第２電極１２と電源４０との電気的な接続をオン・オフ制御するものとし、他方のスイッチ５２は、第２電極１２とグラウンド（ＧＮＤ）との電気的な接続をオン・オフ制御するものとする。

　光学層３０に電界が印加されていない場合、液晶分子３１ａは、垂直配向膜１５および２５の配向規制力によって、図１に示すように、第１基板１０の基板面に対して略垂直になるように配向している（つまり垂直配向状態をとる）。また、そのことにより、形状異方性粒子３２も、垂直配向状態をとる（つまりその長手方向が第１基板１０の基板面に対して略垂直になるように配向している）。

　図３に示すように、第１電極１１と第２電極１２との間に所定の電圧が印加されると（スイッチ５１がオフ、スイッチ５２がオン）、光学層３０に横電界が生成される。図３には、電界の向きが矢印Ｅで示されている。図３からわかるように、電界の向きＥは、第１基板１０の基板面に対して略平行（光学層３０の厚さ方向に略垂直）である。

　このとき、液晶分子３１ａは、図３に示すように、第１基板１０の基板面に略平行に配向する。また、形状異方性粒子３２も、（その長手方向が）第１基板１０の基板面に略平行になるように配向する（つまり水平配向状態をとる）。この状態において、入射した周囲光Ｌの多くは光学層３０中の形状異方性粒子３２で反射される。つまり、光学層３０は反射状態となり、この状態において、白表示を行うことができる。また、比較的低い電圧を印加することにより、中間調表示を行うこともできる。なお、第２基板２０近傍には、基板面に略垂直に配向したままの形状異方性粒子３２が存在し得るが、問題なく白表示（あるいは中間調表示）を行うことができる。

　一方、図４に示すように、第１電極１１および第２電極１２と、第３電極２１との間に所定の電圧が印加されると（スイッチ５１がオン、スイッチ５２がオフ）、光学層３０に縦電界が生成される。図４には、電界の向きが矢印Ｅで示されている。図４からわかるように、電界の向きＥは、第１基板１０の基板面に対して略垂直（光学層３０の厚さ方向に略平行）である。

　このとき、液晶分子３１ａは、図４に示すように、第１基板１０の基板面に略垂直に配向する。また、形状異方性粒子３２も、（その長手方向が）第１基板１０の基板面に略垂直になるように配向する（つまり垂直配向状態をとる）。この状態において、入射した周囲光Ｌの多くは光学層３０を透過する。つまり、光学層３０は透明状態となる。光学層３０を透過した周囲光は、光吸収層１４で吸収されるので、この状態において、黒表示を行うことができる。

　上述したような形状異方性粒子３２の配向変化は、電界とそれによって誘起された電気双極子モーメントとの相互作用による誘電泳動力に起因している。以下、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、より具体的に説明を行う。図５（ａ）および（ｂ）は、光学層３０に印加されている電界を横電界から縦電界に変化させた直後、およびその後十分な時間が経過した後の、光学層３０の様子（電荷の分布および電気力線）を示す図である。

　形状異方性粒子３２の誘電率と、媒体３１の誘電率とが異なっている場合、光学層３０への印加電界の方向が変化すると、図５（ａ）に示すように、電気力線に大きな歪みが生じる。そのため、形状異方性粒子３２は、図５（ｂ）に示すように、エネルギーが最小となるように回転する。

　一般に、媒体中に分散された粒子に働く誘電泳動力Ｆ_depは、粒子の誘電率をε_p、媒体の誘電率をε_m、粒子の半径をａ、電界の強さをＥとすると、下記式（１）で表される。式（１）中のＲｅは、実部を取り出す演算子である。なお、本実施形態では、媒体３１は、液晶材料であり、誘電異方性を有している。つまり、液晶分子３１ａの長軸方向の誘電率ε_//と短軸方向の誘電率ε_⊥とが異なっており、ε_m＝ε_//－ε_⊥＝Δεに相当すると考えられる。

　また、既に説明したことからもわかるように、上記の誘電泳動力以外に垂直配向膜１５および２５の配向規制力と液晶分子３１ａのサポートとにより形状異方性粒子３２に垂直配向状態を発現させることによって、形状異方性粒子３２の垂直配向動作および水平配向動作の切り替えを好適に行うことができる。

　上述したように、本発明の実施形態による表示装置１１０では、光学層３０に縦電界が生成された状態と、光学層３０に横電界が生成された状態とを切り替えることにより、表示が行われる。前者の状態から後者の状態への変化、および、後者の状態から前者の状態への変化は、いずれも印加電界の方向を変化させることにより行われるので、特許文献１の光学装置とは異なり、十分な応答速度を実現することができる。また、表示装置１１０は、偏光板を必要としないので、高い光利用効率を実現することができる。

　さらに、表示装置１１０では、媒体３１として、液晶材料が用いられている。液晶材料は、一般に、非特許文献１で例示されているような媒体（炭酸プロピレン等）よりも比抵抗が数桁高いので、表示装置１１０では、画素への書き込み後のＴＦＴがオフである状態において、媒体３１を介したオフリークの発生が防止される。そのため、高い電圧保持率が得られ、アクティブマトリクス駆動を好適に行うことができる。また、リーク電流が少ないので、消費電力を低減することができる。表示装置１１０の消費電力Ｐは、表示パネル１００の容量をＣ、光学層３０への印加電圧をＶ、駆動周波数をｆ、リーク電流をＩとすると、下記式（２）で表される。
　Ｐ＝Ｃ・Ｖ・ｆ＋Ｉ・Ｖ　　　　　・・・（２）

　式（２）の右辺における第１項は、画素容量項と呼ぶべきものであり、第２項は、リーク電流項と呼ぶべきものである。つまり、消費電力Ｐは、画素容量成分と、リーク電流成分とに分けて考えることができる。媒体３１の比抵抗が高いと、リーク電流Ｉが減少するので、式（２）からも明らかなように、消費電力Ｐを低減することができる。

　また、表示装置１１０では、第１基板１０および第２基板２０の光学層３０側に垂直配向膜１５および２５が設けられていることにより、形状異方性粒子３２が水平状態のまま配向膜に貼り付いてしまうことが防止されるので、光学層３０に縦電界が生成されたときに、多くの形状異方性粒子３２を垂直配向状態とすることができる。そのため、高いコントラスト比を実現することができる。さらに、垂直配向膜１５および２５の配向規制力により、形状異方性粒子３２が自重によって沈降することが防止される。

　上述したように、本発明の実施形態による表示パネル（光学装置）１００では、媒体３１として液晶材料が用いられるとともに、第１基板１０および第２基板２０の光学層３０側に垂直配向膜１５および２５が設けられており、そのことにより、表示パネル１００は、アクティブマトリクス駆動が可能で、低消費電力性に優れ、高い光利用効率および高いコントラスト比を実現し得る。

　ここで、本願発明者が比較例の光学装置の動作に関して検証を行った結果を説明する。

　まず、図６に示す比較例１の光学装置５００について検証を行った。

　比較例１の光学装置５００は、図６に示すように、背面側基板５１０および前面側基板５２０と、これらの間に設けられた光学層５３０とを備える。

　背面側基板５１０は、背面側電極５１１と、背面側電極５１１上に設けられた水平配向膜５１５とを有する。前面側基板５２０は、前面側電極５２１と、前面側電極５２１上に設けられた水平配向膜５２５とを有する。

　光学層５３０は、媒体５３１と、媒体５３１中に分散された形状異方性粒子５３２とを有する。媒体５３１は、ポジ型の液晶材料である。

　図７、図８および図９に、比較例１の光学装置５００についての検証結果を示す。

　図７（ａ）は、光学層５３０に電界が印加されていないときの光学装置５００を模式的に示す図であり、図７（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子５３２および液晶分子５３１ａの配向方向を示す図である。また、図７（ｃ）は、そのときの光学層５３０（試作パネルの光学装置５３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図７（ｄ）は、そのときの光学装置（試作パネル）５００を示す写真である。

　光学層５３０に電界が印加されていないとき、液晶分子５３１ａは、水平配向膜５１５および５２５の配向規制力によって、図７（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子５３２も、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、図７（ｃ）からも、形状異方性粒子５３２が水平配向状態をとっていることがわかる。さらに、図７（ｄ）から、光学層５３０が反射状態となっていることがわかる。

　図８（ａ）は、光学層５３０に縦電界が印加されているときの光学装置５００を模式的に示す図であり、図８（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子５３２および液晶分子５３１ａの配向方向を示す図である。また、図８（ｃ）は、そのときの光学層５３０（試作パネルの光学層５３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図８（ｄ）は、そのときの光学装置（試作パネル）５００を示す写真である。

　光学層５３０に縦電界が印加されると（つまり背面側電極５１１と前面側電極５２１との間に所定の電圧が印加されると）、液晶分子５３１ａは、図８（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、光学層５３０の中央付近に位置する形状異方性粒子５３２も、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。しかしながら、水平配向膜５１５および５２５近傍の形状異方性粒子５３２は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態で水平配向膜５１５および５２５表面に貼り付いたままであり、印加電圧を高くしていっても、ほとんど剥がれない。本願発明者の検証したところでは、印加電圧をＶｐｐ＝７００［Ｖ］まで高くしても、貼り付いた形状異方性粒子５３２が剥がれることはほとんどなかった。また、図８（ｃ）からも、多くの形状異方性粒子５３２が水平配向状態のままであることがわかる。さらに、図８（ｄ）から、光学層５３０が反射状態のままであることがわかる。

　図９（ａ）は、光学層５３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置５００を模式的に示す図であり、図９（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子５３２および液晶分子５３１ａの配向方向を示す図である。また、図９（ｃ）は、そのときの光学層５３０（試作パネルの光学層５３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図９（ｄ）は、そのときの光学装置（試作パネル）５００を示す写真である。

　光学層５３０に印加されている縦電界が除去されると、液晶分子５３１ａは、図９（ｂ）に示すように、再び水平配向状態をとる。また、このとき、光学層５３０の中央付近に位置する形状異方性粒子５３２も、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。水平配向膜５１５および５２５近傍の形状異方性粒子５３２は、図９（ａ）に示すように、依然として水平配向状態のままである。また、図９（ｃ）からも、形状異方性粒子５３２が水平配向状態をとっていることがわかる。さらに、図９（ｄ）から、光学層５３０が反射状態となっていることがわかる。

　上述したように、比較例１の光学装置５００では、縦電界を印加しても垂直配向状態をとらない形状異方性粒子５３２が多く存在する。そのため、光学層５３０は電界の印加の有無によらず反射状態のままである。当然、十分に高いコントラスト比を実現することはできない。

　次に、図１０に示す比較例２の光学装置６００について検証を行った。比較例２の光学装置６００は、比較例１の光学装置５００の水平配向膜５１５および５２５を省略した構成を有する。

　比較例２の光学装置６００は、図１０に示すように、背面側基板６１０および前面側基板６２０と、これらの間に設けられた光学層６３０とを備える。

　背面側基板６１０は、背面側電極６１１を有し、前面側基板６２０は、前面側電極６２１を有する。背面側基板６１０および前面側基板６２０のいずれも、配向膜を有していない。

　光学層６３０は、媒体６３１と、媒体６３１中に分散された形状異方性粒子６３２とを有する。媒体６３１は、ポジ型の液晶材料である。

　図１１、図１２および図１３に、比較例２の光学装置６００についての検証結果を示す。

　図１１（ａ）は、光学層６３０に電界が印加されていないときの光学装置６００を模式的に示す図であり、図１１（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子６３２および液晶分子６３１ａの配向方向を示す図である。また、図１１（ｃ）は、そのときの光学層６３０（試作パネルの光学層６３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図１１（ｄ）は、そのときの光学装置（試作パネル）６００を示す写真である。

　光学層６３０に電界が印加されていないとき、液晶分子６３１ａは、配向膜による配向規制力が存在していないので、図１１（ｂ）に示すように、ランダムな配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子６３２も、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、ランダムな配向状態をとる。また、図１１（ｃ）からも、形状異方性粒子６３２がランダムな配向状態をとっていることがわかる。さらに、図１１（ｄ）から、光学層６３０が透明状態とはなっていないことがわかる。

　図１２（ａ）は、光学層６３０に縦電界が印加されているときの光学装置６００を模式的に示す図であり、図１２（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子６３２および液晶分子６３１ａの配向方向を示す図である。また、図１２（ｃ）は、そのときの光学層６３０（試作パネルの光学層６３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図１２（ｄ）は、そのときの光学装置（試作パネル）６００を示す写真である。

　光学層６３０に縦電界が印加されると（つまり背面側電極６１１と前面側電極６２１との間に所定の電圧（例えばデューティ比５０％、周波数６０ＨｚでＶｐｐ＝１０［Ｖ］の交流電圧）が印加されると）、液晶分子６３１ａは、図１２（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子６３２も、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、図１２（ｃ）からも、形状異方性粒子６３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図１２（ｄ）から、光学層６３０が透明状態となっていることがわかる。

　図１３（ａ）は、光学層６３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置６００を模式的に示す図であり、図１３（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子６３２および液晶分子６３１ａの配向方向を示す図である。また、図１３（ｃ）は、そのときの光学層６３０（試作パネルの光学層６３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図１３（ｄ）は、そのときの光学装置（試作パネル）６００を示す写真である。

　光学層６３０に印加されている縦電界が除去されると、液晶分子６３１ａは、図１３（ｂ）に示すように、再びランダムな配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子６３２も、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、自重によって非常にゆっくりと再びランダムな配向状態をとる。また、図１３（ｃ）からも、形状異方性粒子６３２がランダムな配向状態をとっていることがわかる。さらに、図１３（ｄ）から、光学層６３０が十分な透明状態とはなっていないことがわかる。

　上述したように、比較例２の光学装置６００では、光学層６３０に電界が印加されていないときに形状異方性粒子６３２がランダムな配向状態をとるので、十分に高い反射率（または透過率）が得られない。そのため、十分に高いコントラスト比を実現することができない。また、形状異方性粒子６３２がパネルの外周近傍に移動し、表示ムラの原因となることがわかった。

　続いて、図１４に示す比較例３の光学装置７００について検証を行った。

　比較例３の光学装置７００は、図１４に示すように、背面側基板７１０および前面側基板７２０と、これらの間に設けられた光学層７３０とを備える。

　背面側基板７１０は、背面側電極７１１と、背面側電極７１１上に設けられた垂直配向膜７１５とを有する。前面側基板７２０は、前面側電極７２１と、前面側電極７２１上に設けられた垂直配向膜７２５とを有する。

　光学層７３０は、媒体７３１と、媒体７３１中に分散された形状異方性粒子７３２とを有する。媒体７３１は、ネガ型の液晶材料である。

　図１５、図１６および図１７に、比較例３の光学装置７００についての検証結果を示す。

　図１５（ａ）は、光学層７３０に電界が印加されていないときの光学装置７００を模式的に示す図であり、図１５（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図である。また、図１５（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層７３０（試作パネルの光学層７３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図１５（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）７００を示す写真である。

　光学層７３０に電界が印加されていないとき、液晶分子７３１ａは、垂直配向膜７１５および７２５の配向規制力によって、図１５（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子７３２も、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、図１５（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子７３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図１５（ｅ）から、光学層７３０が透明状態となっていることがわかる。

　図１６（ａ）は、光学層７３０に縦電界が印加されているときの光学装置７００を模式的に示す図であり、図１６（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図である。また、図１６（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層７３０（試作パネルの光学層７３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図１６（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）７００を示す写真である。

　光学層７３０に縦電界が印加されると（つまり背面側電極７１１と前面側電極７２１との間に所定の電圧が印加されると）、液晶分子７３１ａは、図１６（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子７３２は、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態のままである。つまり、形状異方性粒子７３２は、液晶分子７３１ａの配向方向の変化には追従せず、電界の方向に配向している。また、図１６（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子７３２が垂直配向状態のままであることがわかる。さらに、図１６（ｅ）から、光学層７３０が透明状態のままであることがわかる。

　図１７（ａ）は、光学層７３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置７００を模式的に示す図であり、図１７（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子７３２および液晶分子７３１ａの配向方向を示す図である。また、図１７（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層７３０（試作パネルの光学層７３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図１７（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）７００を示す写真である。

　光学層７３０に印加されている縦電界が除去されると、液晶分子７３１ａは、図１７（ｂ）に示すように、再び垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子７３２は、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、依然として垂直配向状態のままである。また、図１７（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子７３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図１７（ｅ）から、光学層７３０が透明状態のままであることがわかる。

　上述したように、比較例３の光学装置７００では、電界印加時と電界無印加時とで形状異方性粒子７３２の配向状態が変化しないので、光学層７３０は透明状態のままである。そのため、光学層７３０の透明状態と反射状態とを切り替えて表示を行うことはできない（当然、十分に高いコントラスト比を実現することもできない）。

　また、比較例３の光学装置７００において、垂直配向膜７１５および７２５による配向規制力が弱い場合、光学層７３０に電界が印加されていないときには、液晶分子７３１ａおよび形状異方性粒子７３２は、図１８（ａ）に示すように、不完全な垂直配向状態となる。そのため、印加電界の有無により、図１８（ａ）に示したような配向状態と、図１８（ｂ）に示すような、液晶分子７３１ａが水平配向し、形状異方性粒子７３２が垂直配向する配向状態とが切り替わることになる。従って、この場合にも、やはり十分に高いコントラスト比を実現することができない。

　上述したように、比較例１、２および３の光学装置５００、６００および７００のいずれについても、コントラスト比を十分に高くすることはできない。

　これに対し、本発明の実施形態による光学装置１００（表示装置１１０）では、形状異方性粒子３２のスイッチング（垂直配向状態と水平配向状態との切り替え）を好適に行うことができ、十分に高いコントラスト比を実現することができる。

　本願発明者の検討によれば、形状異方性粒子３２のスイッチングを好適に行うためには、下記の３つの配向規制力（第１、第２および第３の配向規制力）を組み合わせるのが好ましいことがわかった。

　第１の配向規制力は、誘電泳動力に起因する配向規制力である。既に説明したように、光学層３０に電界が印加されると、形状異方性粒子３２は、電界の方向に（つまり縦電界の場合は垂直に、横電界の場合には水平に）配向する。

　第２の配向規制力は、液晶材料の配向秩序性に起因する配向規制力である。形状異方性粒子３２は、液晶分子３１ａの配向方向に平行に配向しようとするので、形状異方性粒子３２の配向方向の変化を、液晶分子３１ａによってサポートすることができる。

　第３の配向規制力は、垂直配向膜の配向規制力である。配向膜は、その表面エネルギーが小さいほど、液晶分子を垂直に配向させる傾向が強い。垂直配向性の高い配向膜（つまり表面エネルギーが十分小さい配向膜）は、形状異方性粒子３２を基板に貼り付き難くすることができる。また、媒体３１が液晶材料である場合、液晶材料の配向秩序性に起因する配向規制力も利用することができるので、形状異方性粒子３２の貼り付きをいっそう効果的に抑制することができる。

　なお、垂直配向膜１５および２５に代えて、媒体３１に含まれる液晶分子３１ａを厳密には垂直配向させない膜を用いてもよい。例えば、ポジ型液晶材料で誘電異方性の高いものは、一般に垂直配向膜と呼ばれる配向膜を用いても完全に垂直配向させることが難しい場合があるが、そのような液晶材料を用いる場合でも、表面エネルギーの十分に小さい膜を用いることにより、形状異方性粒子３２の貼り付きを十分に抑制することができる。具体的には、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²以下（好ましくは３７ｍＪ／ｍ²以下）の膜を設けることにより、形状異方性粒子３２の貼り付きを十分に抑制することができる。また、液晶材料は、疎水性と親水性との中間的な性質を示し、膜の表面エネルギーが低くなるほど、液晶材料と膜との接触角が大きくなる。そのため、膜の表面エネルギーの大小（つまり垂直配向性の高低）は、その膜と、純水やＣＨ₂Ｉ₂との接触角によっても規定することができる。本願発明者の検証によれば、純水との接触角が７５°以上である膜や、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４０°以上である膜を設けることにより、形状異方性粒子３２の貼り付きを十分に抑制することができることがわかった。なお、比較例１の光学装置５００が有するような水平配向膜５１５および５２５は、その表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²を超えており、また、純水との接触角およびＣＨ₂Ｉ₂との接触角もそれぞれ７５°未満、４０°未満であるために、形状異方性粒子５３２の貼り付きを抑制することはできない。

　従って、第１基板１０および第２基板２０の少なくとも一方の光学層３０側に、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²以下であるか、純水との接触角が７５°以上であるか、または、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４０°以上である膜（配向膜）を設けることにより、形状異方性粒子３２の基板への貼り付きを抑制し、形状異方性粒子３２のスイッチング動作を好適に行うことができる。

　なお、膜の表面エネルギーは、例えば、協和界面科学株式会社製の全自動接触角計ＣＡ－Ｗにより測定することができる。また、膜の純水やＣＨ₂Ｉ₂との接触角も、上記の全自動接触角計ＣＡ－Ｗにより測定することができる。

　勿論、本発明の実施形態による表示装置１１０のように、第１基板１０および第２基板２０の少なくとも一方の光学層３０側に垂直配向膜１５（あるいは２５）を設けてもよい。ここでいう「垂直配向膜」は、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶表示装置に用いられる液晶材料（ポジ型またはネガ型）を垂直配向させるものである。また、垂直配向膜は、一対の偏光板を用いたクロスニコル観察時とパラレルニコル観察時とのコントラスト比で５以上を実現できるものであることが好ましい。例えば、後述するように垂直配向膜としてポリアミック系垂直配向膜を用い、液晶材料として誘電異方性が正のフッ素含有液晶組成物を用いて試作したパネルでは、セル厚（光学層の厚さ）が３μｍ、１０μｍ、２０μｍおよび５０μｍのときのコントラスト比はそれぞれ２５０、３０、１５および５．７であった。セル厚が大きくなるほどコントラスト比が低下するのは、上下基板の配向膜間の距離が大きくなるので、光学層全体への配向規制力が低下し、液晶分子の垂直配向状態がいくぶん不安定になるからと考えられる。ただし、その場合でも、全体としては配向秩序が維持されている状態であった。

　ここで、本願発明者が実施例の光学装置の動作に関して検証を行った結果を説明する。

　まず、図１９に示す実施例１の光学装置１００Ａについて検証を行った。

　実施例１の光学装置１００Ａは、図１などに示した光学装置１００とほぼ同じ構成を有し、光学層３０に含まれる媒体３１は、ポジ型の液晶材料である。ただし、光学装置１００Ａの第１基板（背面側基板）１０には、光吸収層１４は設けられていない。また、光学装置１００Ａの垂直配向膜１５および２５は、表面エネルギーが３５．０ｍＪ／ｍ²と小さく、液晶分子３１ａを垂直配向させる配向規制力が強い。

　図２０～図２４に、実施例１の光学装置１００Ａについての検証結果を示す。

　図２０（ａ）は、光学層３０に電界が印加されていないときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、図２０（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。

　光学層３０に電界が印加されていないとき、液晶分子３１ａは、垂直配向膜１５および２５の配向規制力によって、図２０（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。

　図２１（ａ）は、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、図２１（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。

　光学層３０に横電界が印加されると（つまり第１電極１１と第２電極１２との間に所定の電圧が印加されると）、液晶分子３１ａは、図２１（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２１（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。なお、第２基板２０近傍には、基板面に略垂直に配向したままの形状異方性粒子３２が存在し得るが、問題なく表示を行うことができる。

　図２２（ａ）は、光学層３０に印加されている横電界が除去されたときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、図２２（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。

　光学層３０に印加されている横電界が除去されると、液晶分子３１ａは、図２２（ｂ）に示すように、再び垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２２（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶分子３１ａの配向方向の変化に追従して垂直配向状態をとる。

　図２３（ａ）は、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、図２３（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。

　光学層３０に縦電界が印加されたとき（つまり第１電極１１および第２電極１２と第３電極２１との間に所定の電圧が印加されたとき）、液晶分子３１ａは、図２３（ｂ）に示すように、垂直配向状態のままである。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２３（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態のままである。

　図２４（ａ）は、光学層３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置１００Ａを模式的に示す図であり、図２４（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。

　光学層３０に印加されている縦電界が除去されたとき、液晶分子３１ａは、図２４（ｂ）に示すように、依然として垂直配向状態のままである。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、依然として垂直配向状態のままである。

　上述したように、実施例１の光学装置１００Ａでは、横電界の印加の有無のみで、形状異方性粒子３２の垂直配向状態と水平配向状態とを切り替えることができる。勿論、水平配向状態から垂直配向状態への切り替え時に光学層３０に縦電界を印加してもよく、それにより、スイッチング速度を向上させることができる。また、縦電界の印加により、水平配向状態において基板に貼り付いた形状異方性粒子３２を強制的に垂直配向状態（初期配向状態）に戻すことができる。

　次に、図２５に示す実施例２の光学装置１００Ｂについて検証を行った。

　実施例２の光学装置１００Ｂは、図１９などに示した実施例１の光学装置１００Ａとほぼ同じ構成を有し、光学層３０に含まれる媒体３１は、ポジ型の液晶材料である。ただし、光学装置１００Ｂの第１基板１０および第２基板２０の光学層３０側に設けられた配向膜１５’および２５’は、表面エネルギーが３８．４ｍＪ／ｍ²であり、液晶分子３１ａを垂直配向させる配向規制力が実施例１の光学装置１００Ａの垂直配向膜１５および２５よりもやや弱い。

　図２６～図３０に、実施例２の光学装置１００Ｂについての検証結果を示す。

　図２６（ａ）は、光学層３０に電界が印加されていないときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、図２６（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図２６（ｃ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｂを示す写真である。

　光学層３０に電界が印加されていないとき、液晶分子３１ａは、図２６（ｂ）に示すように、やや不完全な垂直配向状態をとる。配向膜１５’および２５’の配向規制力がやや弱いからである。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２６（ａ）および（ｂ）に示すように、やや不完全な垂直配向状態をとる。さらに、図２６（ｃ）から、光学層３０がほぼ透明状態となっていることがわかる。

　図２７（ａ）は、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、図２７（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図２７（ｃ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｂを示す写真である。

　光学層３０に横電界が印加されると（つまり第１電極１１と第２電極１２との間に所定の電圧が印加されると）、液晶分子３１ａは、図２７（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２７（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。さらに、図２７（ｃ）から、光学層３０が反射状態であることがわかる。

　図２８（ａ）は、光学層３０に印加されている横電界が除去されたときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、図２８（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図２８（ｃ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｂを示す写真である。

　光学層３０に印加されている横電界が除去されると、液晶分子３１ａは、図２８（ｂ）に示すように、再びやや不完全な垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２は、液晶分子３１ａの垂直配向状態がやや不完全であるために、秩序立った配向をせず、図２８（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態をほぼ維持する。さらに、図２８（ｃ）から、光学層３０がほぼ反射状態であることがわかる。

　図２９（ａ）は、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、図２９（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図２９（ｃ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｂを示す写真である。

　光学層３０に縦電界が印加されると（つまり第１電極１１および第２電極１２と第３電極２１との間に所定の電圧が印加されると）、液晶分子３１ａは、図２９（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図２９（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。さらに、図２９（ｃ）から、光学層３０が透明状態であることがわかる。

　図３０（ａ）は、光学層３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置１００Ｂを模式的に示す図であり、図３０（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図３０（ｃ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｂを示す写真である。

　光学層３０に印加されている縦電界が除去されると、液晶分子３１ａは、図３０（ｂ）に示すように、再びやや不完全な垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２は、液晶分子３１ａの垂直配向状態がやや不完全であるために、秩序立った配向をせず、図３０（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をほぼ維持する。さらに、図３０（ｃ）から、光学層３０がほぼ透明状態であることがわかる。

　上述したように、実施例２の光学装置１００Ｂでは、光学層３０に電界が印加されていない状態では、形状異方性粒子３２の垂直配向状態がやや不完全である。そのため、縦電界の印加によって形状異方性粒子３２の垂直配向状態を実現することが好ましい。

　続いて、図３１に示す実施例３の光学装置１００Ｃについて検証を行った。

　実施例３の光学装置１００Ｃは、光学層３０に含まれる媒体３１がネガ型の液晶材料である点において、実施例２の光学装置１００Ｂと異なっている。

　図３２～図３６に、実施例３の光学装置１００Ｃについての検証結果を示す。

　図３２（ａ）は、光学層３０に電界が印加されていないときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、図３２（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図３２（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０（試作パネルの光学層３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図３２（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｃを示す写真である。なお、図３２（ａ）は、図３２（ｄ）中の３２Ａ－３２Ａ’に沿った断面図である。また、図３２（ｄ）には、第１電極１１の枝部１１ａおよび第２電極１２の枝部１２ａの外形も破線で示されている。

　光学層３０に電界が印加されていないとき、液晶分子３１ａは、配向膜１５’および２５’の配向規制力によって、図３２（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。なお、やや弱い配向規制力の配向膜１５’および２５’を用いているにもかかわらず、液晶分子３１ａが垂直配向状態をとるのは、液晶材料がネガ型だからである。また、このとき、形状異方性粒子３２も、図３２（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、図３２（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図３２（ｅ）から、光学層３０が透明状態となっていることがわかる。

　図３３（ａ）は、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、図３３（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図３３（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０（試作パネルの光学層３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図３３（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｃを示す写真である。

　光学層３０に横電界が印加されたとき（つまり第１電極１１と第２電極１２との間に所定の電圧が印加されたとき）、液晶分子３１ａは、図３３（ｂ）に示すように、垂直配向状態のままである。これに対し、第１基板１０近傍の形状異方性粒子３２は、図３３（ａ）および（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、図３３（ｃ）および（ｄ）からも、第１基板１０近傍の形状異方性粒子３２が水平配向状態をとっていることがわかる。さらに、図３３（ｅ）から、光学層３０がやや不完全ではあるものの反射状態となっていることがわかる。

　図３４（ａ）は、光学層３０に印加されている横電界が除去されたときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、図３４（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図３４（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０（試作パネルの光学層３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図３４（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｃを示す写真である。

　光学層３０に印加されている横電界が除去されたとき、液晶分子３１ａは、図３４（ｂ）に示すように、依然として垂直配向状態のままである。また、このとき、第１基板１０近傍の形状異方性粒子３２は、図３４（ａ）および（ｂ）に示すように、再び垂直配向状態をとる。また、図３４（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図３４（ｅ）から、光学層３０が透明状態となっていることがわかる。

　図３５（ａ）は、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、図３５（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図３５（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０（試作パネルの光学層３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図３５（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｃを示す写真である。

　光学層３０に縦電界が印加されると（つまり第１電極１１および第２電極１２と第３電極２１との間に所定の電圧が印加されると）、液晶分子３１ａは、図３５（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。これに対し、形状異方性粒子３２は、図３５（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直配向状態のままである。また、図３５（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図３５（ｅ）から、光学層３０が透明状態であることがわかる。

　図３６（ａ）は、光学層３０に印加されている縦電界が除去されたときの光学装置１００Ｃを模式的に示す図であり、図３６（ｂ）は、そのときの形状異方性粒子３２および液晶分子３１ａの配向方向を示す図である。また、図３６（ｃ）および（ｄ）は、そのときの光学層３０（試作パネルの光学層３０）を基板面法線方向から観察した光学顕微鏡写真であり、図３６（ｅ）は、そのときの光学装置（試作パネル）１００Ｃを示す写真である。

　光学層３０に印加されている縦電界が除去されると、液晶分子３１ａは、図３６（ｂ）に示すように、再び垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２は、図３６（ａ）および（ｂ）に示すように、依然として垂直配向状態のままである。また、図３６（ｃ）および（ｄ）からも、形状異方性粒子３２が垂直配向状態をとっていることがわかる。さらに、図３６（ｅ）から、光学層３０が透明状態であることがわかる。

　上述したように、実施例３の光学装置１００Ｃでは、横電界の印加の有無のみで、形状異方性粒子３２の垂直配向状態と水平配向状態とを切り替えることができる。勿論、水平配向状態から垂直配向状態への切り替え時に光学層３０に縦電界を印加してもよい。ただし、実施例３の光学装置１００Ｃでは、液晶分子３１ａの回転によって形状異方性粒子３２の配向方向の変化をサポートすることはできないので、スイッチング速度の向上効果や、基板に貼り付いた形状異方性粒子３２を強制的に垂直配向状態（初期配向状態）に戻す効果は、実施例１の光学装置１００Ａの方が高い。

　ここまで説明したように、第１基板１０および第２基板２０の少なくとも一方の光学層３０側に、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²以下であるか、純水との接触角が７５°以上であるか、または、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４０°以上である膜を設けるか、あるいは、垂直配向膜を設けることにより、形状異方性粒子３２の基板への貼り付きを抑制し、形状異方性粒子３２のスイッチング動作を好適に行うことができる。また、形状異方性粒子３２が自重によって沈降することを防止することもできる。

　また、光学装置１００が光学層３０に横電界を印加し得る（つまり第１基板１０に互いに異なる電位を与えられ得る第１電極１１および第２電極１２が設けられている）ことにより、形状異方性粒子３２を垂直配向状態から水平配向状態へとスイッチングすることができる。

　さらに、光学装置１００が光学層３０に縦電界を印加し得る（つまり第２基板２０に、第１電極１１および第２電極１２に対向する第３電極２１が設けられている）ことにより、水平配向状態において基板に貼り付いた形状異方性粒子３２を強制的に垂直配向状態（初期配向状態）に戻すことができる。また、形状異方性粒子３２の水平配向状態から垂直配向状態へのスイッチング速度を向上することができる。

　第１電極１１および第２電極１２の枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗ（図２参照）と、形状異方性粒子３２の長さｌ（図１参照）とは、ｗ＜ｌの関係を満足することが好ましい。つまり、図３７（ａ）に示すような、枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗが形状異方性粒子３２の長さｌよりも小さい構成が、図３７（ｂ）に示すような、枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗが形状異方性粒子３２の長さｌよりも大きい構成よりも好ましい。枝部１１ａおよび１２ａ上の領域Ｒ１は、横電界が印加されない領域となる。そのため、枝部１１ａおよび１２ａの幅ｗを形状異方性粒子３２の長さｌよりも小さくする（つまり横電界が印加されない領域Ｒ１を小さくする）ことにより、形状異方性粒子３２に横電界を有効に作用させることができるので、形状異方性粒子３２のスイッチングを好適に行うことができる。

　また、枝部１１ａおよび１２ａ同士の間隙の幅（電極間距離）ｇと、形状異方性粒子３２の長さｌとは、ｇ＞ｌ・（１／２）の関係を満足することが好ましい。つまり、電極間距離ｇは、形状異方性粒子３２の長さｌの半分よりも大きいことが好ましい。第１電極１１の枝部１１ａと第２電極１２の枝部１２ａとの間の領域Ｒ２は、横電界が印加される領域である。そのため、電極間距離ｇを形状異方性粒子３２の長さｌの半分よりも大きくする（つまり横電界が印加される領域Ｒ２を大きくする）ことにより、形状異方性粒子３２に横電界を有効に作用させることができるので、形状異方性粒子３２のスイッチングを好適に行うことができる。これに対し、図３７（ｃ）に示すように、電極間距離ｇが形状異方性粒子３２の長さｌの半分よりも小さいと、形状異方性粒子３２に横電界を有効に作用させられないことがある。

　媒体３１に含まれる液晶材料は、正の誘電異方性を有する（つまりポジ型である）ことが好ましい。液晶材料がポジ型であると、電界印加時の液晶分子３１ａの配向方向と形状異方性粒子３２の配向方向とが一致するので、スイッチングする形状異方性粒子３２の数を多くすることができ、また、スイッチング速度を向上させることができる。

　また、液晶材料の誘電異方性Δεは、１５を超えることが好ましい。液晶材料の誘電異方性Δεが１５を超えていることにより、誘電泳動力が増加するので、形状異方性粒子３２のスイッチングをいっそう好適に行うことができる。

　ポジ型液晶材料としては、液晶表示装置用の液晶材料を広く好適に用いることができる。例えば、側鎖にフッ素が導入されたフッ素系の液晶材料を好適に用いることができる。フッ素系の液晶材料は、アクティブマトリクス駆動の液晶表示装置によく用いられ、大きな誘電異方性および高い比抵抗を有する。具体的には、例えば、長軸方向の誘電率ε_//が２４．７、短軸方向の誘電率ε_⊥が４．３、比抵抗ρが６×１０¹³Ω・ｃｍの液晶材料を用いることができる。勿論、液晶材料の誘電率や比抵抗は、ここで例示したものに限定されない。媒体３１を介したオフリークの発生を十分に抑制する観点からは、液晶材料の比抵抗は、１×１０¹¹～¹²Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。

　形状異方性粒子３２は、上述したように印加電界の方向に応じて基板面への投影面積が変化する限り、その具体的な形状や材料には、特に制限はない。形状異方性部材３２は、フレーク状（薄片状）であってもよいし、円柱状や楕円球状などであってもよい。高いコントラスト比を実現する観点からは、形状異方性粒子３２は、最大投影面積と最小投影面積との比が２：１以上となるような形状であることが好ましい。

　形状異方性粒子３２の長さｌは、３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。後述するように、本願発明者の検証によれば、光学層３０内で横電界は、第１基板１０側から垂直方向（縦方向）に１０μｍ程度の領域までおよぶことがわかった。そのため、形状異方性粒子３２の長さｌが１０μｍを超えると、横電界が形状異方性粒子３２全体に作用せず、スイッチングを好適に行えないことがある。また、形状異方性粒子３２の長さｌが３μｍ未満であると、反射率が低下することや、製造が容易でないことがある。

　光学層３０における形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆ［ｗｔ％］と、光学層３０の厚さＤ［μｍ］とは、４≦（Ｃｆ・Ｄ）／１０≦１５の関係を満足することが好ましく、５≦（Ｃｆ・Ｄ）／１０≦１３の関係を満足することがさらに好ましい。（Ｃｆ・Ｄ）／１０＜４の場合、形状異方性粒子３２の数が少なすぎて水平配向状態の形状異方性粒子３２で表示面内を十分に覆えないことがある。また、１５＜（Ｃｆ・Ｄ）／１０の場合、形状異方性粒子３２の数が多すぎてスイッチングを好適に行えないことがある。

　形状異方性粒子３２の材料としては、金属材料、半導体材料、誘電体材料およびこれらの複合材料を用いることができる。また、形状異方性粒子３２は、誘電体多層膜であってもよいし、コレステリック樹脂材料から形成されてもよい。

　形状異方性粒子３２として、例えば、金属材料から形成されており、且つ、その表面に絶縁層（誘電体層）を有するものを好適に用いることができる。金属単体の誘電率は虚数であるが、表面に絶縁層（例えば樹脂層や金属酸化物層）を形成することにより、金属材料から形成された形状異方性粒子３２を誘電体として扱うことができる。また、表面に絶縁層が形成されていることにより、金属材料から形成された形状異方性粒子３２同士の接触による導通や、物理的な相互作用による凝集等を防止する効果も得られる。このような形状異方性粒子３２としては、例えば、表面を樹脂材料（例えばアクリル樹脂）で被覆されたアルミニウムフレークを用いることができる。あるいは、表面にＳｉＯ₂層が形成されたアルミニウムフレークや、表面に酸化アルミニウム層が形成されたアルミニウムフレークなどを用いることもできる。勿論、金属材料としてアルミニウム以外の金属材料（例えば銀）を用いてもよい。また、形状異方性粒子３２の表面に、分散性を向上させるための表面処理が施されてもよい。さらに、形状異方性粒子３２は、着色されていてもよい。

　垂直配向膜１５および２５としては、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶表示装置用の垂直配向膜（例えばＪＳＲ社製や日産化学社製などの、ポリイミド系やポリアミック酸系垂直配向膜）を好適に用いることができる。高誘電率のポジ型液晶材料を垂直配向させるためには、アルキル基やフッ素含有基のような疎水構造が比較的多く側鎖に導入された垂直配向膜を用いることが好ましい。

　第１基板１０および第２基板２０の光学層３０側に設けられる垂直配向膜１５および２５（あるいは配向膜１５’および２５’）は、ラビング処理を施されていないことが好ましい。このことにより、製造プロセスを簡略化することができ、製造コストを削減することができる。

　光学層３０の厚さＤは、１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。形状異方性粒子３２の長さｌよりも光学層３０の厚さＤが小さいと、形状異方性粒子３２が上下の基板（第１基板１０および第２基板２０）で引っ掛かって垂直配向状態をとれないことがある。そのため、光学層３０の厚さＤは、１０μｍ以上であることが好ましい。また、光学層３０の厚さＤが大きすぎると、光学層３０内で横電界が有効に印加されない領域が大きくなる。そのため、光学層３０の厚さＤは、２０μｍ以下であることが好ましい。

　第２基板２０は、第３電極２１上に設けられた誘電体層（オーバーコート層）を有することが好ましい。このような誘電体層を設けることにより、光学層３０内の縦電界成分を緩和して横電界成分を大きくすることができ、スイッチングする形状異方性粒子３２の存在確率を高くすることができる。この効果を十分に得る観点からは、誘電体層の比誘電率εｒおよび厚さｔ［μｍ］は、εｒ・ｔ＞７の関係を満足することが好ましい。

　図３８に、このような誘電体層２６が設けられた実施例４の光学装置１００Ｄを示す。以下、実施例４の光学装置１００Ｄを用いて形状異方性粒子３２のスイッチングを検証した結果を説明する。実施例４の光学装置１００Ｄでは、図３８に示すように、第２基板２０は、第３電極２１上（第３電極２１と垂直配向膜２５との間）に設けられた誘電体層２６を有する。誘電体層２６の比誘電率εｒは、３．４であり、厚さｔは、３μｍである。

　ここでは、第１電極１１の枝部１１ａおよび第２電極１２の枝部１２ａの幅ｗは、４μｍであり、枝部１１ａおよび１２ａ同士の間隙ｇは、４μｍである。また、光学層３０の厚さＤは、１０μｍである。形状異方性粒子３２は、表面をアクリル樹脂で被覆されたアルミニウムフレークであり、さらに表面に疎水有機処理が施されている。この形状異方性粒子３２の比誘電率は２．７～４．５であり、光学層３０における形状異方性粒子３２の含有率は、７ｗｔ％である。

　また、液晶材料は、誘電異方性が正のフッ素含有液晶組成物であり、その誘電異方性Δεは２０．４である。垂直配向膜１５および２５は、ポリアミック系垂直配向膜であり、その表面エネルギーは３５．０ｍＪ／ｍ²、純水との接触角は９０．２°、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角は４９．０°である。横電界を印加する際には、周波数６０Ｈｚで±５Ｖの電圧が第１電極１１と第２電極１２との間に与えられる。縦電界を印加する際には、周波数６０Ｈｚで±５Ｖの電圧が第１電極１１および第２電極１２と第３電極２１との間に与えられる。

　図３９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、光学層３０に電界が印加されていないとき、光学層３０に横電界が印加されているとき、および、光学層３０に縦電界が印加されているときの光学装置１００Ｄを模式的に示す断面図である。

　光学層３０に電界が印加されていないとき、液晶分子３１ａは、垂直配向膜１５および２５の配向規制力によって、図３９（ａ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、垂直配向状態をとる。

　光学層３０に横電界が印加されると、液晶分子３１ａは、図３９（ｂ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、水平配向状態をとる。

　光学層３０に縦電界が印加されると、液晶分子３１ａは、図３９（ｃ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、垂直配向状態をとる。

　上述したように、実施例４の光学装置１００Ｄでは、横電界の印加の有無のみで、形状異方性粒子３２の垂直配向状態と水平配向状態とを切り替えることができる。勿論、水平配向状態から垂直配向状態への切り替え時に光学層３０に縦電界を印加してもよく、それにより、スイッチング速度を向上させることができる。また、縦電界の印加により、水平配向状態において基板に貼り付いた形状異方性粒子３２を強制的に垂直配向状態（初期配向状態）に戻すことができる。さらに、実施例４の光学装置１００Ｄでは、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられているので、実施例１の光学装置１００Ａに比べ、横電界が有効に印加される領域を大きくすることができる。

　続いて、図４０に示す比較例４の光学装置８００について検証を行った結果を説明する。

　比較例４の光学装置８００は、図４０（ａ）および（ｂ）に示すように、背面側基板８１０および前面側基板８２０と、これらの間に設けられた光学層８３０とを備える。

　背面側基板８１０は、櫛歯状の第１電極８１１および第２電極８１２と、これらの上に設けられた水平配向膜８１５とを有する。前面側基板８２０は、第３電極８２１と、第３電極８２１上に設けられた誘電体層８２６と、誘電体層８２６上に設けられた水平配向膜８２５とを有する。

　光学層８３０は、媒体８３１と、媒体８３１中に分散された形状異方性粒子８３２とを有する。媒体８３１は、ポジ型の液晶材料である。

　光学層８３０に電界が印加されていないとき、液晶分子８３１ａは、水平配向膜８１５および８２５の配向規制力によって、図４０（ａ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子８３２も、水平配向状態をとる。

　光学層８３０に縦電界が印加されると、液晶分子８３１ａは、図４０（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。しかしながら、形状異方性粒子８３２は、水平配向膜８１５および８２５表面に貼り付いたままである。

　上述したように、比較例４の光学装置８００では、形状異方性粒子８３２のスイッチングを好適に行うことができない。

　図４１に、実施例４の光学装置１００Ｄについて、重力による形状異方性粒子３２の沈降の発生を検証した結果を示す。図４１の左側には、光学層３０の層法線方向が重力の方向に直交するように光学装置１００Ｄを配置（つまり「縦置き」）した直後の状態が示されており、図４１の右側には、その後十分時間が経過した状態が示されている。図４１からわかるように、垂直配向膜１５および２５の配向規制力により、形状異方性粒子３２の沈降が抑制される。

　図４２に、比較例５の光学装置９００について、同様の検証を行った結果を示す。比較例５の光学装置９００は、第１基板１０および第２基板２０の光学層３０側に垂直配向膜が設けられていない点以外は、実施例４の光学装置１００Ｄと同じ構成を有している。図４２の左側には、光学層３０の層法線方向が重力の方向に直交するように光学装置９００を配置（つまり「縦置き」）した直後の状態が示されており、図４２の右側には、その後十分時間が経過した状態が示されている。図４２からわかるように、比較例５の光学装置９００では、時間の経過とともに、形状異方性粒子３２が沈降してしまう。

　次に、図４３に示す実施例５の光学装置１００Ｅについて、形状異方性粒子３２のスイッチングを検証した結果を説明する。

　実施例５の光学装置１００Ｅが有する垂直配向膜１５および２５は、実施例４の光学装置１００Ｄが有する垂直配向膜１５および２５と異なっている。具体的には、実施例５の光学装置１００Ｅでは、垂直配向膜１５および２５として、表面エネルギーが３８．４ｍＪ／ｍ²、純水との接触角が８０．３°、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４５．１°であるものが用いられている。

　図４４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、光学層３０に電界が印加されていないとき、光学層３０に縦電界が印加されているとき、および、光学層３０に横電界が印加されているときの光学装置１００Ｅを模式的に示す断面図である。

　光学層３０に電界が印加されていないとき、液晶分子３１ａは、図４４（ａ）に示すように、垂直配向状態とはなっていない。垂直配向膜１５および２５は、その配向規制力がやや弱く、用いた液晶材料（誘電異方性Δεの大きいポジ型液晶材料）に対して厳密な意味での垂直配向膜として機能しないからである。そのため、形状異方性粒子３２も、垂直配向状態とはなっていない。ただし、一部の液晶分子３１ａは垂直配向しているか、あるいは、垂直配向しようとしている状態であるので、そのことにより、形状異方性粒子３２も垂直配向しようとしているので、形状異方性粒子３２が基板に貼り付き難くなっている。

　光学層３０に縦電界が印加されると、液晶分子３１ａは、図４４（ｂ）に示すように、垂直配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、垂直配向状態をとる。

　光学層３０に横電界が印加されると、液晶分子３１ａは、図４４（ｃ）に示すように、水平配向状態をとる。また、このとき、形状異方性粒子３２も、水平配向状態をとる。

　上述したように、実施例５の光学装置１００Ｅにおいても、形状異方性粒子３２のスイッチングを好適に行うことができる。

　図４５に、実施例５の光学装置１００Ｅについて、重力による形状異方性粒子３２の沈降の発生を検証した結果を示す。図４５の左側には、光学層３０の層法線方向が重力の方向に直交するように光学装置１００Ｅを配置（つまり「縦置き」）した直後の状態が示されており、図４５の右側には、その後十分時間が経過した状態が示されている。図４５からわかるように、液晶分子３１ａは垂直配向状態をとってはいないものの、形状異方性粒子３２の沈降は抑制される。

　ここで、第３電極２１上に誘電体層２６を設けることにより得られる効果をシミュレーションにより検証した結果を説明する。

　図４６および図４７に、光学層３０に横電界が印加されたときの液晶分子３１ａの配向状態のシミュレーション結果を示す。図４６および図４７には、横電界印加時の液晶分子の配向方向（ダイレクタ）および等電位線が示されている。媒体３１に含まれる液晶材料がポジ型である場合、形状異方性粒子３２の配向方向の変化は、液晶分子３１ａの配向方向の変化に追従するので、液晶分子３１ａのダイレクタを形状異方性粒子３２の配向方向と見なすことができる。なお、シミュレーションには、ＪＥＤＡＴ社製のExpert LCDを用いた。また、シミュレーションパラメータは、下記表１に示す通りである。

　図４６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示しており、それぞれ印加電圧が０Ｖ、５Ｖ、１０Ｖおよび１５Ｖのときの結果を示している。また、図４７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられている場合のシミュレーション結果を示しており、それぞれ印加電圧が０Ｖ、５Ｖ、１０Ｖおよび１５Ｖのときの結果を示している。

　図４６および図４７の比較からわかるように、誘電体層２６が設けられていることにより、横電界が有効に印加される領域（図中の破線で囲まれた領域であり、以下では「横電界領域」と呼ぶ）が拡大する。これは、第３電極２１への電圧の引き込みが緩和される（光学層３０の厚さ方向における等電位線の間隔が広くなる）からである。

　次に、図４８および図４９を参照しながら、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられている場合と設けられていない場合とについて、光学層３０の厚さＤと横電界領域の大きさとの関係を検証した結果を説明する。

　図４８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示しており、それぞれ印加電圧が１５Ｖで光学層３０の厚さＤが２０μｍ、１０μｍおよび５μｍのときの結果を示している。また、図４９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられている場合のシミュレーション結果を示しており、それぞれ印加電圧が１５Ｖで光学層３０の厚さＤが２０μｍ、１０μｍおよび５μｍのときの結果を示している。

　図４８および図４９からわかるように、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられていない場合と設けられている場合のいずれについても、光学層３０の厚さＤが小さくなるほど、光学層３０内で横電界領域の占める割合が大きくなる。特に、第３電極２１上に誘電体層２６が設けられている場合には、光学層３０の厚さＤを１０μｍまで小さくすると、光学層３０のほぼ全体に横電界を有効に印加し得ることがわかる。

　続いて、図５０を参照しながら、誘電体層２６の比誘電率εｒの大きさと横電界領域の大きさとの関係を検証した結果を説明する。

　図５０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ誘電体層２６の比誘電率εｒが２．７、３．７および４．７である場合のシミュレーション結果を示しており、図５０（ｄ）は、誘電体層（オーバーコート層）２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示している。図５０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）のいずれについても、誘電体層２６の厚さｔは２．５μｍ、光学層３０の厚さＤは２０μｍ、印加電圧は１５Ｖである。

　図５０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）と、図５０（ｄ）との比較から、誘電体層２６が設けられていることにより、横電界領域が拡大することがわかる。また、図５０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の比較から、誘電体層２６の比誘電率εｒが小さくなるほど、第３電極２１への電圧の引き込みが緩和され（光学層３０の厚さ方向における等電位線の間隔が広くなり）、横電界領域が拡大することがわかる。

　次に、図５１を参照しながら、誘電体層２６の厚さｔと横電界領域の大きさとの関係を検証した結果を説明する。

　図５１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ誘電体層２６の厚さｔが３．５μｍ、２．５μｍおよび１．５μｍである場合のシミュレーション結果を示しており、図５１（ｄ）は、誘電体層（オーバーコート層）２６が設けられていない場合のシミュレーション結果を示している。図５１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）のいずれについても、誘電体層２６の比誘電率εｒは３．７、光学層３０の厚さＤは２０μｍ、印加電圧は１５Ｖである。

　図５１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）と、図５１（ｄ）との比較から、誘電体層２６が設けられていることにより、横電界領域が拡大することがわかる。また、図５１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の比較から、誘電体層２６の厚さｔが大きくなるほど、第３電極２１への電圧の引き込みが緩和され（光学層３０の厚さ方向における等電位線の間隔が広くなり）、横電界領域が拡大することがわかる。

　図５０および図５１を参照しながら説明した検証結果からわかるように、横電界領域の拡大の観点からは、誘電体層２６の比誘電率εｒは小さいことが好ましく、誘電体層２６の厚さｔは大きいことが好ましい。また、現在量産されている低誘電率材料は比誘電率εｒが３．５程度であり、ムラなく塗布できる膜厚が２μｍ程度であることも考慮すると、誘電体層の比誘電率εｒおよび厚さｔ［μｍ］は、εｒ・ｔ＞７の関係を満足することが好ましい。

　続いて、図５２～図５５を参照しながら、光学層３０の厚さＤと、スイッチングされる形状異方性粒子３２の数の多さとの関係を検証した結果を説明する。

　図５２（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが５０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。また、図５３（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが３０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。図５４（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが２０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。また、図５５（ａ）および（ｂ）は、光学層３０の厚さＤが１０μｍの場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。図５２～図５５に示すいずれの場合についても、媒体３１である液晶材料は、誘電異方性が正のフッ素含有液晶組成物（表１に示した物性を有する）であり、光学層３０における形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆは３ｗｔ％である。また、光学層３０への印加電圧は、周波数６０ＨｚでＶｐｐ＝１０［Ｖ］の交流電圧である。

　図５２～図５５からわかるように、光学層３０の厚さＤが小さくなるほど、スイッチングされる形状異方性粒子３２（つまり電界無印加時と横電界印加時とで配向状態が変化する形状異方性粒子３２）の割合が多くなることがわかる。これは、光学層３０の厚さＤが小さくなるほど、横電界領域が拡大する（横電界が有効に印加されない領域が減少する）ためであると考えられる。ただし、光学層３０の厚さＤが１０μｍの場合、電界無印加時に垂直配向しない形状異方性粒子３２がわずかではあるが存在する（図５５（ａ）参照）。これは、一部の形状異方性粒子３２が上下の基板に引っ掛かっているためであり、上下の基板に引っ掛かる形状異方性粒子３２の数は、光学層３０の厚さＤがさらに小さくなると（１０μｍ未満になると）、より多くなると考えられる。これらの理由から、光学層３０の厚さＤは、１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

　次に、図５６および図５７を参照しながら、光学層３０における形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆと、スイッチングされる形状異方性粒子３２の数の多さとの関係を検証した結果を説明する。

　図５６（ａ）および（ｂ）は、形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆが７．５ｗｔ％の場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。また、図５７（ａ）および（ｂ）は、形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆが３．０ｗｔ％の場合における、電界が印加されてないときの光学層３０および横電界が印加されているときの光学層３０の光学顕微鏡写真である。図５６および図５７に示すいずれの場合についても、媒体３１である液晶材料は、誘電異方性が正のフッ素含有液晶組成物（表１に示した物性を有する）であり、光学層３０の厚さＤは２０μｍである。また、光学層３０への印加電圧は、周波数６０ＨｚでＶｐｐ＝１０［Ｖ］の交流電圧である。

　図５６および図５７の比較からわかるように、形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆが７．５ｗｔ％の場合、形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆが３．０ｗｔ％の場合よりも、スイッチングされない形状異方性粒子３２の数が多い。これは、形状異方性粒子３２の数が多すぎるためであると考えられる。本願発明者の検証によれば、光学層３０における形状異方性粒子３２の含有率Ｃｆ［ｗｔ％］と、光学層３０の厚さＤ［μｍ］とは、４≦（Ｃｆ・Ｄ）／１０≦１５の関係を満足することが好ましく、５≦（Ｃｆ・Ｄ）／１０≦１３の関係を満足することがさらに好ましい。

　なお、上記の説明では、アクティブマトリクス基板である第１基板１０が背面側に配置されている構成を例示したが、第１基板１０の配置は、これに限定されるものではない。第１基板１０は、前面側に配置されていてもよい。アクティブマトリクス基板である第１基板１０は、遮光性を有する材料から形成された構成要素を含むので、第１基板１０が背面側に配置されている構成を採用すると、形状異方性粒子３２の反射効果を最大限利用することができる。

　また、上記の説明では、第１電極１１および第２電極１２が同レベルに設けられる（典型的には同一の導電膜から同一の工程で形成される）構成を例示したが、第１電極１１および第２電極１２の構成はこれに限定されるものではない。第１電極１１および第２電極１２の一方が、絶縁層を介して他方の上に設けられる構成を採用してもよい。その場合、相対的に下側に位置する電極は、複数の枝部を有する櫛歯状の電極である必要はなく、いわゆるべた電極であってもよい。このような構成を有する第１基板１０の例を、図５８および図５９に示す。

　図５８（ａ）および（ｂ）に示す例では、第１電極１１は、絶縁層１６を介して第２電極１２の上に設けられている。第１電極１１は、幹部１１ｂと、幹部１１ｂから延びる複数の枝部１１ａとを有する。隣接する２つの枝部１１ｂ間には、スリット１１ｃが形成されている。第２電極１２は、べた電極であり、第１電極１１のスリット１１ｃに対向し、導電膜から形成された部分１２ｄを有する。

　図５９（ａ）および（ｂ）に示す例では、第１電極１１は、絶縁層１６を介して第２電極１２の上に設けられている。第１電極１１は、複数のスリット１１ｃを有する。図５８（ａ）および（ｂ）に示した第１電極１１のスリット１１ｃは、導電膜（幹部１１ｂおよび枝部１１ａ）によって完全には包囲されていないのに対し、図５９（ａ）および（ｂ）に示す第１電極１１のスリット１１ｃは、導電膜によって完全に包囲されている。第２電極１２は、べた電極であり、第１電極１１のスリット１１ｃに対向し、導電膜から形成された部分１２ｄを有する。

　図１などに示した電極構造では、縦電界印加時に、図６０（ａ）に示すように、第１基板１０の表面近傍における、第１電極１１と第２電極１２との間隙上の領域に、縦電界が有効に作用せず、その領域において第１基板１０に貼り付いた形状異方性粒子３２が剥がれにくいおそれがある。

　これに対し、図５８および図５９に示した電極構造を採用すると、縦電界印加時に、図６０（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１電極１１のスリット１１ｃ上にも縦電界を有効に作用させることができ、スリット１１ｃ上で第１基板１０に貼り付いた形状異方性粒子３２をより確実に剥がすことができる。

　なお、図５８および図５９には、それぞれスリット１１ｃが２つの例を示しているが、スリット１１ｃは少なくとも１つ形成されていればよい。また、スリット１１ｃの幅ｇ’（図５８（ａ）および図５９（ａ）参照）は、図１などに示した電極構造における電極間距離ｇと同様に、形状異方性粒子３２の長さｌとｇ’＞ｌ・（１／２）の関係を満足することが好ましい。

　また、図６１に示すような電極構造を採用してもよい。図６１に示す例では、第１電極１１および第２電極１２は、所定の間隙（幅ｇ）を介して互いに噛合するような形状を有する。具体的には、第１電極１１は、幹部１１ｂと、幹部１１ｂから延びる複数の（ここでは２つ）の枝部１１ａを有し、第２電極１２は、幹部１２ｂと、幹部１２ｂから延びる１つの枝部１２ａとを有する。また、図６１に示す例では、第１基板１０は、絶縁層１６を介して第１電極１１および第２電極１２の下に設けられたさらなる電極１７を有する。さらなる電極１７は、べた電極であり、第１電極１１と第２電極１２との間隙に対向し、導電膜から形成された部分１７ｄを有する。

　図６１に示した電極構造を採用した場合も、縦電界印加時に、図６２に示すように、第１電極１１と第２電極１２との間隙上に縦電界を有効に作用させることができ、間隙上で第１基板１０に貼り付いた形状異方性粒子３２をより確実に剥がすことができる。

　なお、図６１に示した例（第２電極１２の枝部１２ａが１つの例）からもわかるように、第１電極１１の枝部１１ａおよび第２電極１２の枝部１２ａのそれぞれの個数は、必ずしも２以上でなくてもよい。第１電極１１は、少なくとも１つの枝部１１ａを有していればよく、第２電極１２も、少なくとも１つの枝部１２ａを有していればよい。

　本発明の実施形態によると、アクティブマトリクス駆動が可能で、低消費電力性に優れ、高い光利用効率および高いコントラスト比を実現し得る光学装置が提供される。本発明の実施形態による光学装置は、表示装置用の表示パネルとして好適に用いられる。また、本発明の実施形態における光学装置は、表示パネル以外の種々の光学装置（光スイッチなど）としても用いられる。

　１０　　第１基板
　１０ａ　　基板
　１１　　第１電極
　１１ａ　　第１電極の枝部
　１１ｂ　　第１電極の幹部
　１１ｃ　　スリット
　１２　　第２電極
　１２ａ　　第２電極の枝部
　１２ｂ　　第２電極の幹部
　１４　　光吸収層
　１５、２５　　垂直配向膜
　１５’、２５’　　配向膜
　１６　　絶縁層
　１７　　さらなる電極
　２０　　第２基板
　２０ａ　　基板
　２１　　第３電極
　２６　　誘電体層
　３０　　光学層（表示媒体層）
　３１　　媒体
　３１ａ　　液晶分子
　３２　　形状異方性粒子
　１００　　表示パネル（光学装置）
　１１０　　表示装置

Claims

　互いに対向するように設けられた第１基板および第２基板と、
　前記第１基板および前記第２基板の間に設けられた光学層と、を備えた光学装置であって、
　前記光学層は、媒体と、前記媒体中に分散され、形状異方性を有する形状異方性粒子とを含み、
　前記媒体は、液晶材料を含み、
　前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方は、前記光学層側に設けられた膜であって、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²以下であるか、純水との接触角が７５°以上であるか、または、ＣＨ₂Ｉ₂との接触角が４０°以上である膜を有する光学装置。
　互いに対向するように設けられた第１基板および第２基板と、
　前記第１基板および前記第２基板の間に設けられた光学層と、を備えた光学装置であって、
　前記光学層は、媒体と、前記媒体中に分散され、形状異方性を有する形状異方性粒子とを含み、
　前記媒体は、液晶材料を含み、
　前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方は、前記光学層側に設けられ、前記液晶材料に含まれる液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜を有する光学装置。
　前記第１基板は、互いに異なる電位を与えられ得る第１電極および第２電極を有し、
　前記光学装置は、前記光学層に横電界を印加し得る請求項１または２に記載の光学装置。
　前記第１電極および前記第２電極の一方は、絶縁層を介して他方の上に設けられ、少なくとも１つのスリットを有し、
　前記他方の電極は、前記少なくとも１つのスリットに対向する部分を有する請求項３に記載の光学装置。
　前記第１電極および前記第２電極は、所定の間隙を介して互いに噛合するような形状を有し、
　前記第１基板は、絶縁層を介して前記第１電極および前記第２電極の下に設けられたさらなる電極を有し、
　前記さらなる電極は、前記間隙に対向する部分を有する請求項３に記載の光学装置。
　前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、少なくとも１つの枝部を有し、
　前記少なくとも１つの枝部の幅ｗおよび前記形状異方性粒子の長さｌは、ｗ＜ｌの関係を満足する請求項３から５のいずれかに記載の光学装置。
　前記第１電極および前記第２電極は、所定の間隙を介して互いに噛合するような形状を有し、
　前記間隙の幅ｇおよび前記形状異方性粒子の長さｌは、ｇ＞ｌ・（１／２）の関係を満足する請求項３から６のいずれかに記載の光学装置。
　前記第２基板は、前記第１電極および前記第２電極に対向する第３電極を有し、
　前記光学装置は、前記光学層に縦電界を印加し得る請求項３から７のいずれかに記載の光学装置。
　前記第２基板は、前記第３電極上に設けられた誘電体層をさらに有する請求項８に記載の光学装置。
　前記誘電体層の比誘電率εｒおよび厚さｔ［μｍ］は、εｒ・ｔ＞７の関係を満足する請求項９に記載の光学装置。
　前記液晶材料は、正の誘電異方性を有する請求項１から１０のいずれかに記載の光学装置。
　前記液晶材料の誘電異方性Δεは、１５を超える請求項１１に記載の光学装置。
　前記形状異方性粒子の長さｌは、３μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から１２のいずれかに記載の光学装置。
　前記光学層における前記形状異方性粒子の含有率Ｃｆ［ｗｔ％］および前記光学層の厚さＤ［μｍ］は、４≦（Ｃｆ・Ｄ）／１０≦１５の関係を満足する請求項１から１３のいずれかに記載の光学装置。
　前記形状異方性粒子は、金属材料から形成されており、且つ、その表面に絶縁層を有する請求項１から１４のいずれかに記載の光学装置。
　前記光学層の厚さＤは、１０μｍ以上２０μｍ以下である請求項１から１５のいずれかに記載の光学装置。
　前記膜または前記垂直配向膜は、ラビング処理を施されていない請求項１から１６のいずれかに記載の光学装置。