表示装置及び表示方法
【課題】プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置及び表示方法を提供するを提供する。
【解決手段】第１電極１０と、第２電極２０と、第１電極１０と第２電極２０とに対向して設けられ、可動イオン３１を含むイオン伝導層３０と、第１電極と電気的に接続され、前記第１電極とイオン伝導層３０との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体４０と、を有する光学セル６０を備える表示装置を提供する。第１及び第２電極への異なる電圧の印加によって、ナノ構造体の表面の少なくとも一部において形成され、ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み、イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層の量が異なる。
【解決手段】第１電極１０と、第２電極２０と、第１電極１０と第２電極２０とに対向して設けられ、可動イオン３１を含むイオン伝導層３０と、第１電極と電気的に接続され、前記第１電極とイオン伝導層３０との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体４０と、を有する光学セル６０を備える表示装置を提供する。第１及び第２電極への異なる電圧の印加によって、ナノ構造体の表面の少なくとも一部において形成され、ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み、イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層の量が異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置及び表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非発光型の表示装置として、特定の波長の光を吸収するカラーフィルタと液晶などの光スイッチ層とを組み合わせた表示装置がある。このようなカラーフィルタを用いた表示装置においては、特定の波長の光が常に吸収されるため、光利用効率が低く、明るい表示を得るには限界がある。特に、バックライト等の特定の光源を用いない反射型の表示装置の場合には、この低い光利用効率は深刻な問題となる。
【０００３】
カラーフィルタを使用せずに表示を実現する方法として、光の吸収波長が例えば電気信号によって制御可能な表示装置が期待される。例えば、可視光で励起可能な局在型表面プラズモンを用いることで、外部からの電気信号により共鳴波長をシフトさせ、光の吸収波長を制御して、可視全域の色が表示可能となる。
【０００４】
例えば、印加する電界によって金属イオンの粒子を析出させ、これにより、プラズモン吸収を発生させる表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、異なる極性に耐電するプラズモン発色能を有する粒子を印加する電界によって移動させる画像形成手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これら方法では、粒子の析出や移動に大きなエネルギーが必要であり、また応答速度にも課題がある。
【０００５】
また、プリズムや回折格子等の色分離光学素子と屈折率可変層とプラズモン発生光出射手段とを組み合わせた表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）しかし、この方法は、色分離光学素子を必要としており、構成が複雑である。
【０００６】
一方、陰イオンを含む溶液に金属ナノ粒子を浸漬し、印加電圧による電気泳動によって陰イオンを金属ナノ粒子に吸着させると、金属ナノ粒子の局在型表面プラズモンの共鳴波長がシフトすることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、この方法では、共鳴波長のシフト量は最大でも１０ｎｍ（ナノメートル）程度であり、表示装置として用いるにはシフト量が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４０６８８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９７６８号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７４４１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J. Electrochem. Soc. 146, p628, (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置及び表示方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、を有する光学セルを備え、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層が前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成され、前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加された第１状態と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電圧とは異なる第２電圧が印加された第２状態と、で前記金属化合物層の量が異なることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１１】
本発明の別の一態様によれば、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、を有する光学セルの前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物であって、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層の量を、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させることにより変化させることを特徴とする表示方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置及び表示方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示する電子顕微鏡写真図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示するグラフ図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示する顕微鏡写真図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する別の模式的断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的回路図である。
【図２６】本発明の第４の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２７】本発明の第５の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
なお、同図は、本表示装置における第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とを例示している。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１１０は、光学セル６０を備える。
【００１６】
光学セルは、第１電極１０と、第２電極２０と、イオン伝導層３０と、ナノ構造体４０と、を有する。
【００１７】
第１電極１０と第２電極２０とは、互いに交換可能である。
第１電極１０及び第２電極２０の配置は任意である。
本具体例では、第２電極２０は、イオン伝導層３０の第１電極１０に対向する側とは反対の側に設けられている。すなわち、イオン伝導層３０の一方の主面に第１電極１０が設けられ、他方の主面に第２電極２０が設けられている。そして、さらに、第１電極１０と第２電極２０とは互いに対向して設けられている。
本発明は、これに限らず、第１電極１０と第２電極２０とは互いに対向していなくても良い。第１電極１０及び第２電極２０の配置の変形例については後述する。
【００１８】
イオン伝導層３０は、第１電極１０と第２電極２０とに対向して設けられる。
すなわち、本具体例では、第１電極１０の第１主面１０ｍと、第２電極２０の第２主面２０ｍと、が互いに対向して設けられており、イオン伝導層３０は、第１電極１０と第２電極２０との間に挟まれるように設けられている。なお、この時、第１主面１０ｍと第２主面２０ｍとに垂直な方向が電流経路３２となり、イオン伝導層３０は、電流経路３２となる。
【００１９】
イオン伝導層３０は、可動イオン３１を含む。可動イオン３１は、第１電極１０と第２電極２０との間に電流を通電するために設けられるものであり、任意の材料を用いることができる。可動イオン３１については後述する。
【００２０】
ナノ構造体４０は、第１電極１０と接続される。ただし、ナノ構造体４０は、第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかと電気的に接続されても良い。本具体例では、ナノ構造体４０は、第１電極１０の上に設けられ、第１電極１０と電気的に接続されている。
【００２１】
ナノ構造体４０は、第１電極１０とイオン伝導層３０との間に設けられる。ただし、ナノ構造体４０は、ナノ構造体４０が電気的に接続された第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかと、イオン伝導層３０と、の間に設けられても良い。すなわち、第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とのいずれかにおいて、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部は、イオン伝導層３０に接触している。
【００２２】
ナノ構造体４０は、金属元素を含み、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有する。例えば、ナノ構造体４０は、例えば、金からなり、例えば、粒径が２０〜１００ｎｍ程度の範囲の粒子である。これにより、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長を有する。
【００２３】
ナノ構造体４０に用いられる金属元素、並びに、ナノ構造体４０の形状及び大きさについては後述する。
【００２４】
このような構成の光学セル６０において、第１電極１０と第２電極２０との間に印加される電圧（印加電圧ＶＡ）は可変である。
【００２５】
例えば、光学セル６０は、第１電極１０と第２電極２０との間に第１電圧Ｖ１が印加される第１状態Ｓ１を有する。そして、光学セル６０は、第１電極１０と第２電極２０との間に第２電圧Ｖ２が印加される第２状態Ｓ２とを有する。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる電圧である。すなわち、第２電圧Ｖ２の電圧の絶対値及び電圧の極性の少なくともいずれかは、第１電圧Ｖ１とは異なる。
【００２６】
なお、以下では、第２電極２０の電位を基準にしたときの第１電極１０の電位を、第１電極１０と第２電極２０との間の印加電圧ＶＡとする。
【００２７】
光学セル６０においては、印加電圧ＶＡの印加によって、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に金属化合物層５０が形成される。本具体例では、第２電圧Ｖ２を印加した第２状態Ｓ２において、金属化合物層５０が形成されている。
【００２８】
金属化合物層５０は、ナノ構造体４０に含まれる金属元素を含む金属化合物を含む。例えば、ナノ構造体４０が金の粒子である場合には、金属化合物層５０は、金の化合物である。例えば、金属化合物層５０は、金の酸化物である。
【００２９】
そして、金属化合物層５０の屈折率ｎ１は、イオン伝導層３０の屈折率ｎ０とは異なる。
【００３０】
この金属化合物層５０は、第１電極１０と第２電極２０との間に印加される印加電圧ＶＡによって通電される電流によって発生する、例えば電気化学反応によって形成される。従って、金属化合物層５０の量は、印加電圧ＶＡの極性及び大きさの少なくともいずれかによって、変化する。
【００３１】
すなわち、金属化合物層５０の量は、第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とで異なる。
これにより、ナノ構造体４０の周囲の屈折率（例えば平均的な屈折率）が第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とで変化し、これにより、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長が変化し、光学セル６０の吸収波長が変化する。
【００３２】
例えば、第１電圧Ｖ１を０Ｖとし、第２電圧Ｖ２を５Ｖとする。
この時、図１に例示したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの第１状態Ｓ１では、金属化合物層５０は形成されていない。そして、印加電圧ＶＡが５Ｖの第２状態Ｓ２では、金属化合物層５０が、ナノ構造体４０の表面に形成される。
【００３３】
この時、第１状態Ｓ１においては、ナノ構造体４０の表面は、イオン伝導層３０で覆われるため、ナノ構造体４０の周囲の屈折率は、ｎ０である。そして、第２状態Ｓ２において、ナノ構造体４０の表面の全てが金属化合物層５０によって覆われている場合には、ナノ構造体４０の周囲の屈折率は、ｎ１となる。
【００３４】
ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長は、その周囲の屈折率によって変化するため、周囲の屈折率の変化によってプラズモン共鳴周波数が変化し、結果として光学セル６０における吸収波長が変化する。
【００３５】
例えば、金属化合物層５０の量は、印加電圧ＶＡによって制御可能であるため、結果として、プラズモン共鳴周波数が制御でき、光学セル６０における吸収波長が制御できる。
【００３６】
なお、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の少なくとも一部に設けられ、その形状や厚さは任意であり、各種の形状や厚さの変形が可能である。
【００３７】
本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面に直接金属化合物層５０が形成されるため、プラズモン共鳴周波数の変化は大きい。例えば、非特許文献１に記載されているように、ナノ構造体の表面に陰イオンが吸着する比較例の場合には、微視的にはナノ構造体の金属原子と陰イオンとの間には空間が生じる。このため、比較例においては、プラズモン共鳴周波数の変化は小さい。これに対し、本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面に直接金属化合物層５０が形成され、ナノ構造体４０の金属原子に隣接して金属化合物層５０が配置され、屈折率の変化の効果が効率的に発揮されるので、プラズモン共鳴周波数の変化を拡大できる。
【００３８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、表示装置１１０において、印加電圧ＶＡを変えて吸収スペクトルを測定した結果を例示している。横軸は波長λであり、縦軸は吸光度Ａｂを任意目盛で表示している。
【００３９】
測定に用いた試料は、第１電極１０及び第２電極２０として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用い、ナノ構造体４０には、直径が約４０ｎｍの金からなる粒子が用いられた。ナノ構造体４０は、第１電極１０の上に設けられている。そして、イオン伝導層３０として、クエン酸を、０．０２μｇ／ｍｌで溶解した水溶液を用いた。すなわち、可動イオン３１は、クエン酸である。そして、第１電極１０と第２電極２０との間の印加電圧ＶＡを０Ｖ〜５Ｖまで変化させて、表示装置１１０の分光特性を測定した。
【００４０】
図２に表したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの時は、吸光度Ａｂの吸収ピークの波長λｐは、約５４５ｎｍである。そして、印加電圧ＶＡを２Ｖ以上に上昇させると、吸収ピークの波長λｐは上昇し、例えば印加電圧ＶＡが５Ｖの場合には、吸収ピークの波長λｐは約６００ｎｍである。
【００４１】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、吸収ピークのシフト量Δλｐの印加電圧ＶＡ依存性を表しており、同図の横軸は印加電圧ＶＡであり、縦軸はシフト量Δλｐである。ここで、シフト量Δλｐは、印加電圧ＶＡが０Ｖの時の吸収ピークの波長λｐを基準にしたときのシフト量である。
【００４２】
図３に表したように、印加電圧ＶＡの増大につれて、吸収ピークのシフト量Δλｐは増大している。そして、印加電圧ＶＡが５Ｖの時のシフト量Δλｐは５５ｎｍであった。
【００４３】
このように、表示装置１１０においては、吸収ピークの波長を５５ｎｍの幅でシフトさせることができ、例えば、非特許文献１に記載された方法の１０ｎｍよりも大きな波長シフトを実現できる。表示装置１１０により、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置を提供することができる。
【００４４】
以下に説明する各種の解析結果に基づき、この波長シフトは、ナノ構造体４０の周囲の屈折率が変化することに起因すると発明者は推定した。以下、表示装置１１０に関する解析結果を説明する。
【００４５】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示する電子顕微鏡写真図である。
すなわち、同図（ａ）及び（ｂ）は、第１電極１０上のナノ構造体４０の走査電子顕微鏡写真の像を例示しており、同図（ａ）は、印加電圧ＶＡが０Ｖの時に対応し、同図（ｂ）は、印加電圧ＶＡが５Ｖの特に対応する。図中の明るい粒子状の像がナノ構造体４０に対応する。
【００４６】
図４（ａ）及び（ｂ）に表したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの時と５Ｖの時とで、ナノ構造体４０のサイズ、形及び密度はいずれも変化していない。従って、図２及び図３に例示した印加電圧ＶＡによるピーク波長λｐのシフトは、ナノ構造体４０自体のサイズ、形及び密度のいずれかに起因するものではなく、ナノ構造体４０の周囲の屈折率の変化に起因すると推定された。
【００４７】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、表示装置１１０におけるナノ構造体４０の表面のＸ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscope）解析結果を例示している。横軸は、結合エネルギーＥであり、縦軸は光電子強度Ｉｐを任意目盛で表している。
【００４８】
図５に表したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの時のＸＰＳスペクトルと、印加電圧ＶＡが５Ｖの時のＸＰＳスペクトルと、には明らかな差異が認められた。
【００４９】
すなわち、印加電圧ＶＡが０Ｖのときは、ナノ構造体４０に含まれるＡｕ０の特性が見られ、印加電圧ＶＡが５Ｖのときは、Ａｕ２Ｏ３の特性が見られた。
【００５０】
このことから、金からなるナノ構造体４０の表面に、金の酸化物が形成されていると結論付けられる。
【００５１】
別の比較例として、第１電極１０及び第２電極２０のいずれにもナノ構造体４０を設けない表示装置１１９（図示しない）を作製した。これ以外は、本実施形態に係る表示装置１１０と同様である。すなわち、比較例の表示装置１１０においては、ＩＴＯからなる第１電極１０及び第２電極２０の間に、クエン酸の水溶液からなるイオン伝導層３０が設けられている。
【００５２】
本実施形態に係る表示装置１１０及び比較例の表示装置１１９において、第１電極１０及び第２電極２０との間に印加する印加電圧ＶＡとその時に流れる電流ＩＡとを測定した。
【００５３】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）は表示装置１１０における電流ＩＡの測定結果を例示し、同図（ｂ）は比較例の表示装置１１９における電流ＩＡの測定結果を例示している。
【００５４】
なお、これらの測定においては、印加電圧ＶＡを−１．５Ｖから＋３Ｖの範囲で変化させた。
【００５５】
図６（ｂ）に表したように、比較例の表示装置１１９においては、電流ＩＡに何ら特徴のあるピークは観察されない。
【００５６】
これに対し、図６（ａ）に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０においては、約＋２Ｖの印加電圧ＶＡにおいて酸化のピークＰｏが観察され、約−０．６Ｖの印加電圧において還元のピークＰｒが観察された。
【００５７】
従って、本実施形態にかかる表示装置１１０においては、第１電極１０及び第２電極２０との間に印加された印加電圧ＶＡにより、電気化学反応が発生し、その結果、ナノ構造体４０の表面に、ナノ構造体４０に含まれる金属元素の酸化物が形成されたと推定された。この酸化物が、表示装置１１０における金属化合物層５０に相当する。
【００５８】
そして、金属化合物層５０である金の酸化物の屈折率は、約１．７〜３．３であり、一方、クエン酸の水溶液であるイオン伝導層３０の屈折率は、１．３３である。すなわち、この金属化合物層５０の屈折率は、イオン伝導層３０の屈折率とは異なる。
【００５９】
本発明の第１の実施形態は、以上の解析結果によって得られた新たな知見を基になされたものである。
【００６０】
すなわち、本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に金属化合物層５０が形成される。
【００６１】
そして、金属化合物層５０の量によって、ナノ構造体４０の周囲の屈折率が変化することで、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴周波数が変化する。
【００６２】
以下、ナノ構造体４０の共鳴周波数と周囲の屈折率との関係について説明する。
以下、局在型プラズモンの共鳴波長の理論式について説明する。ここでは、均一媒質中の孤立した金属粒子の局在型表面プラズモンについて取り上げる。このときの振動電磁場はMaxwellの方程式を解くことで完全に記述できるが、粒子サイズが光の波長より十分小さいときは場所による遅延が無視できるため、準静電モデルが成立する。この場合、局在型表面プラズモンは入射光の振動電場によって金属微粒子表面に誘起される分極として表され、静電場における誘電体の理論から分極Ｐが求められる。
【００６３】
まず、周囲媒質が真空の場合、粒子を光電場Ｅ０の中に置くと誘電分極が発生する。この分極が粒子内で一様であるとすると、粒子内の内部電場Ｅは次の数式１で表される。
【数１】
【００６４】
ここでＥ１は光電場Ｅ０によって誘起される表面電荷σがつくる反電場（Ｅ０と逆方向）を表す。粒子の形状が回転楕円体（球、ロッド、ディスクは回転楕円体に含まれる）の場合、分極が一様であれば反電場も一様であり、Ｅ１とＰの関係は次の数式２で表される。
【数２】
【００６５】
ここで、Ｎは反電場係数と呼ばれ、粒子形状に依存した値をとる（例：球ではＮ＝４π／３となる）。また、誘電感受率をχとするとＰと内部電場Ｅとの関係は次の数式３で表される。
【数３】
【００６６】
数式１、数式２、及び数式３式から、ＰとＥ０との関係は次の数式４となる。
【数４】
【００６７】
そして、数式４を粒子の誘電関数ε（ε＝１＋４πχ）で表すと、以下の数式５となる。
【数５】
【００６８】
次に周囲が、誘電率ε１の媒質である場合を考える。
この場合、光照射によって誘起される表面電荷は、周囲媒質の分極に伴い、その一部が打ち消される。その影響を補うため、粒子の誘電率の絶対値がより大きな値を持つ波長で共鳴が起こる。数式５のεをε／ε１で置き換えることで与えられる。さらに粒子の減衰定数γ→０と近似した自由電子のドルーデモデルによると、誘電関数εはプラズマ周波数ωｐを用いて次の数式６で表される。
【数６】
【００６９】
したがって、分極Ｐは次の数式７で表される。
【数７】
【００７０】
この数式７の分母が零のときに分極Ｐは無限大となり、このとき入射光のエネルギーは最も吸収される。この状態が局在型表面プラズモンの共鳴である。
【００７１】
したがって、共鳴周波数ωは次の数式８で表される。
【数８】
【００７２】
ここで、ωと波長λとの間には以下の数式９の関係が成立し、ε１と周囲媒質の屈折率ｎとの間には以下の数式１０の関係が成立する。
【数９】
【数１０】
【００７３】
数式８、数式９及び数式１０から、局在型表面プラズモンの共鳴波長は次の数式１１で表される。
【数１１】
【００７４】
数式１１から、ｎ、Ｎ、またはωｐの変動により、局在型表面プラズモンの共鳴波長はシフトすることが分かる。
【００７５】
このうちＮによる波長シフトでは、凝集時に大きな波長シフトが期待できるものの、一度凝集したナノ粒子を再分散させることが難しく、波長シフトの可逆性に問題がある。
【００７６】
また、ωｐによる波長シフトにおいては、電極から注入された電荷は、ナノ構造体４０とイオン伝導層３０との界面の電気２重層をトンネルして溶液中へと放電されていくため、原理的に大きな波長シフトは期待できない。
【００７７】
本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面に、金属化合物層５０を電気化学的に形成することにより、ピーク波長を大きくシフトさせることを実現している。
【００７８】
以下、ナノ構造体４０の周囲の屈折率が変化することによってナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長がシフトすることに関する実験結果について説明する。
第１電極１０の上に、粒径が約４０ｎｍの金粒子からなるナノ構造体４０の周囲を、空気、水、エチレングリコール、液晶とし、その時のナノ構造体４０の光散乱特性の波長依存性を測定した。また、この時のナノ構造体４０の顕微鏡写真を撮影した。
【００７９】
すなわち、この実験では、ナノ構造体４０の周囲を、空気の屈折率ｎが１の場合、水の屈折率ｎが１．３３の場合、エチレングリコールの屈折率ｎが１．４３の場合、及び、液晶の屈折率ｎが１．６の場合と、変化させている。
【００８０】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）は、光散乱強度スペクトルを表し、横軸は波長λであり、縦軸は散乱強度Ｉｓを任意目盛で表している。
【００８１】
同図（ｂ）は、同図（ａ）から導出されたものであり、散乱強度Ｉｓのピーク波長λｐ１の屈折率ｎ０依存性を表している。ここで、屈折率ｎ０は、空気、水、エチレングリコール、及び液晶の屈折率である。同図（ｂ）の横軸は屈折率ｎ０であり、縦軸はピーク波長λｐ１を表している。
【００８２】
図７（ａ）に表したように、ナノ構造体４０の周囲が空気である場合には、ピーク波長λｐ１は約５４０ｎｍである。そしてナノ構造体４０の周囲が、水（ｎ＝１．３３）、エチレングリコール（ｎ＝１．４３）、及び、液晶（ｎ＝１．６）の場合には、ピーク波長λｐ１は、それぞれ、約５４５ｎｍ、約５５０ｎｍ、約５６２ｎｍである。
【００８３】
図７（ｂ）に表したように、ナノ構造体４０の周囲が空気の場合に対して、水、エチレングリコール及び液晶と変え、屈折率ｎ０が大きくなるにつれ、ピーク波長λｐ１は大きくなっている。
【００８４】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示する顕微鏡写真図である。
すなわち、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、ナノ構造体４０の周囲が、それぞれ、空気、水、エチレングリコール及び液晶の場合の、ナノ構造体４０の暗視野像を例示している。
【００８５】
図８（ａ）〜（ｄ）に表したように、ナノ構造体４０の周囲の材料を変えることにより、ナノ構造体４０における色が変化する。
【００８６】
このように、ナノ構造体４０の周囲の材料を変えて、屈折率を変えることにより、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長が変化し、呈示される色が変化することが確認された。
【００８７】
以上説明した機構によって、本実施形態に係る表示装置１１０は動作する。
図９は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）は、表示装置１１０において印加電圧ＶＡが＋５Ｖのときの特性を例示しており、同図（ｂ）は、印加電圧ＶＡが−５Ｖのときの特性を例示している。これらの図には、印加電圧ＶＡが０Ｖの特性も図示されている。なお、同図（ａ）は、図２において印加電圧ＶＡが５Ｖのときの特性に対応する。
【００８８】
図９（ａ）に表したように、表示装置１１０において、正の印加電圧ＶＡを印加した場合には、印加電圧ＶＡが０Ｖの時に対して、吸光度Ａｂのスペクトルが変化する。これは既に説明したように、正の印加電圧ＶＡによって、ナノ構造体４０の表面に金属化合物層５０が形成され、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴周波数がシフトしたことによる。
【００８９】
一方、図９（ｂ）に表したように、負の印加電圧ＶＡを印加した場合には、印加電圧ＶＡが０Ｖの時の吸光度Ａｂのスペクトルから変化しない。このことは、負の印加電圧ＶＡによっては、金属化合物層５０が形成されないことを示唆しており、電気化学的に金属化合物層５０が形成されていることを示唆している。
【００９０】
逆に、印加電圧ＶＡを負の電圧にすることで、生成された金属化合物層５０を、例えば還元して、ナノ構造体４０の表面を金属にすることを促進することができる。
【００９１】
このように、本実施形態に係る表示装置１１０においては、第１電極１０と第２電極２０との間に印加する印加電圧の大きさと極性の少なくともいずれかを制御することで、ナノ構造体４０を含む光学セル６０の光吸収特性を変化させ、表示色を制御することができる。
【００９２】
以下、本実施形態に係る表示装置１１０の光学セル６０の構成要素について説明する。
【００９３】
ナノ構造体４０は、局在型表面プラズモンによる発色機能を有しており、可視域の所望の波長でプラズモンを共鳴させることで、前記波長成分を吸光させて発色する。
【００９４】
既に説明したように、この共鳴波長は、ナノ構造体４０の表面の周囲の屈折率に依存し、外部からの印加電圧により周囲の屈折率を変調することにより色変化が起こる。
【００９５】
屈折率変化を実現する方法として、表示装置１１０においては、金属ナノ構造体の表面で電気化学反応を起こさせ、反応生成物である金属化合物層５０を析出させ、また、溶解させる。
【００９６】
このプラズモン吸収による発色は電子のプラズマ振動に起因し、ナノ構造中の自由電子が光電場により揺さぶられることで表面に電荷が現れ、非線形分極が生じるためとされている。プラズモンによる発色は寸法が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度のナノ構造において見られるものであり、彩度や光線透過率が高く、耐久性に優れている。
【００９７】
ナノ構造体４０は、複数のナノ構造要素からなる。すなわち、ナノメートルオーダーの形状を有するナノ構造要素が集合して、ナノ構造体４０となる。
【００９８】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的斜視図である。
すなわち、同図（ａ）〜（ｈ）は、ナノ構造体４０のナノ構造要素の各種の形状を例示している。なお、これらの図は、ナノ構造体４０が、第１電極１０の上に設けられる場合として例示しているが、ナノ構造体４０が第２電極２０の上に設けられる場合も同様である。
【００９９】
図１０（ａ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、任意の形状の粒状の形状を有することができる。
また、図１０（ｂ）に表したように、ナノ構造要素４１は、任意の形状の多面体の形状を有することができる。
また、図１０（ｃ）に表したように、ナノ構造要素４１は、球状の形状を有することができる。
また、図１０（ｄ）に表したように、ナノ構造要素４１は、回転楕円体の形状を有することができる。本具体例では、回転楕円体の回転軸方向の長さが回転楕円体の径よりも長い例であるが、回転楕円体の形状は任意である。また、本具体例は、回転楕円体の軸が、第１電極１０の主面に対して垂直である例である。
また、図１０（ｅ）に表したように、ナノ構造要素４１は、回転楕円体の形状を有することができ、この時、回転楕円体の軸が、第１電極１０の主面に対して平行とすることができる。また、回転楕円体の軸が、第１電極１０の主面に対して斜めでも良い。
【０１００】
また、図１０（ｆ）に表したように、ナノ構造要素４１は、柱状（ロッド状）の形状を有することができる。ここで、柱状とは、柱の高さが柱の径よりも大きい（長い）場合とする。本具体例は、柱の高さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して垂直である例である。ただし、柱の高さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して平行でも良く、また、斜めでも良い。また、柱の高さ方向に垂直な平面で切断したときの断面は、円形でも良く多角形でも良く、任意である。
【０１０１】
また、図１０（ｇ）及び（ｈ）に表したように、ナノ構造要素４１は、板状（ディスク状またはフレーク状）の形状を有することができる。ここで、板状とは、板の厚さが板の主面の径以下の場合とする。本具体例は、板の厚さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して垂直である例である。ただし、板の厚さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して平行でも良く、また、斜めでも良い。
また、図１０（ｇ）に表したように、板の厚さ方向に垂直な平面で切断したときの断面の形状は、円形でも良く、また、図１０（ｈ）に表したように、多角形でも良く、任意である。
【０１０２】
この他、ナノ構造要素４１の形状は、各種の凹凸形状（ナノパターン）や各種の膜状等の形状を有することができる。
【０１０３】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）〜（ｅ）は、ナノ構造体４０のナノ構造要素の各種の形状を例示している。なお、これらの図は、ナノ構造体４０が、第１電極１０の上に設けられる場合として例示しているが、ナノ構造体４０が第２電極２０の上に設けられる場合も同様である。
【０１０４】
図１１（ａ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、粒状の核材４１ｎが金属の薄膜で覆われたシェル状の形状（シェル構造）を有することもできる。
【０１０５】
図１１（ｂ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、第１電極１０の主面上に設けることができる。
図１１（ｃ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１の一部は、第１電極１０に埋め込まれることができる。
図１１（ｄ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、第１電極１０に埋め込まれ、第１電極１０の主面と、ナノ構造要素４１の上の面は、実質的に同一の面に配置されることができる。
図１１（ｅ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、第１電極１０に埋め込まれ、ナノ構造要素４１の上の面は、第１電極１０の主面よりも後退して配置されることができる。
【０１０６】
このように、表示装置１１０におけるナノ構造体４０は種々の形状と構成を有することができる。
【０１０７】
なお、ナノ構造体４０において、プラズモン共鳴及びその共鳴波長のシフトの現象は、ナノ構造体４０の表面の近傍におけるナノ構造体４０の特性に依存するので、本願明細書におけるナノ構造体４０に用いる材料等についての記載は、ナノ構造体４０の少なくとも表面にその材料が用いられれば良い、解釈され得る。
【０１０８】
色表示への応用を考慮すると、ナノ構造体４０におけるナノ構造要素４１の寸法のばらつきが小さいことが望ましい。
【０１０９】
ナノ構造体４０のナノ構造要素の体積平均径は、１０ｎｍから１００ｎｍであることが好ましい。すなわち、体積平均径が１０ｎｍよりも小さい、または、１００ｎｍよりも大きいと、呈示される色の彩度が低下する。なお、粒径として体積平均径を用いるのは、ナノ構造体４０が種々の粒径を有する場合には、その粒径のそれぞれの体積に応じた複数の周波数においてプラズモン共鳴が発生し、ナノ構造体４０の全体としては、その複数の周波数の共鳴が合成された共鳴が起きることが考慮されている。
【０１１０】
ナノ構造体４０における周囲の屈折率の変化に対する共鳴周波数の変化の依存性は、ナノ構造体４０を構成する材料や形状、体積平均径に依存する。そのため、これらを制御することにより、所望の波長で発色させることができ、所望のカラー表示を行うことができる。
【０１１１】
ナノ構造体４０において、隣接するナノ構造要素どうしの間の距離がおよそ２００ｎｍより小さくなるとプラズモン間の結合が生じ、新たな吸光波長のピークが発生する。このため、ナノ構造体４０におけるナノ構造要素の配置は、このプラズモン間の結合を考慮して適切に設定される。すなわち、例えば、ナノ構造要素どうしの間の距離は、２００ｎｍ以上に設定される。
【０１１２】
また、ナノ構造体４０において、ナノ構造要素が、形状異方性を有する場合（例えばロッド形状等の場合）には、吸光波長が偏光方向により異なってくるため、ナノ構造要素の配置は、その配列方向も考慮して調整される。
【０１１３】
十分な彩度の色を表示させるには基板上に固定されたナノ構造要素の数を増加させれば良いが、前記プラズモン間の結合を防ぐため、隣接するナノ構造要素どうしの間の距離は体積平均径の２倍以上とされることが望ましい。
【０１１４】
ナノ構造体４０には、貴金属（金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金等）や銅等が挙げられる。また、ナノ構造体４０には、カドミウムセレンなどの半導体材料を用いることもできる。
【０１１５】
すなわち、ナノ構造体４０に含まれる金属元素は、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅及びカドミウムセレンよりなる群から選択された少なくともいずれかとすることができる。
【０１１６】
また、ナノ構造体４０には、上記の前記金属の中でも、金、銀、白金、または、これらのうち少なくとも１種を含む合金を用いることが好ましい。さらに、ナノ構造体４０には、金及び銀の少なくともいずれかを含むことがさらに好ましい。
【０１１７】
ナノ構造体４０は、例えば以下のようにして作製される。例えば、ナノ細孔を有するアルミナメンブレンをマスクにして、金属を蒸着またはスパッタすることでナノ構造体４０を作製することができる。この場合、ナノ構造要素４１の形状と配置とは、ナノ細孔の断面に依存し、高さは金属の成膜時間で制御することができる。
【０１１８】
また、自己組織化的に配列した微小球をマスクにして金属を蒸着またはスパッタした後で微小球を取り除くことで、ナノ構造体４０を作製することができる。この場合、ナノ構造要素４１の平面形状は例えば三角形であり、三角形の寸法と配置は使用する微小球の直径に依存する。高さは金属の成膜時間で制御することができる。
【０１１９】
また、以下に説明するＥＢリソグラフィーによって作製しても良い。すなわち、まず、基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）に金属薄膜を堆積した後、この上にＥＢレジストを塗布して電子線を照射してレジストパターンを作製し、作製したレジストパターンをマスクにして下地の金属薄膜をエッチングする。このようにして得られるナノ構造要素４１は、例えばディスク形状であり、形状と配置はレジスト描画パターンで定義することができ、高さは金属の成膜時間で制御することができる。
【０１２０】
また、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１として、金属または半導体のナノ粒子を用いる場合には、ナノ粒子の分散液を基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）に塗布し、乾燥させることによって基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）へのナノ粒子を物理吸着させる方法を採用できる。
【０１２１】
また、ナノ粒子の周囲で弱く帯電した分散材と、その分散材の帯電とは逆の極性に帯電した官能基を有する、または、ナノ粒子自体と強く化学結合する部位を有する自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Self-Assembling Monolayer）と、を基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）に作製し、このＳＡＭを介してナノ粒子を基板（第１及び第２電極１０及び２０のいずれか）の上に固定する方法を採用することができる。
【０１２２】
なお、上記の場合、ナノ構造要素４１の形状は、使用するナノ粒子の形状に依存し、隣接するナノ構造要素４１どうしの間の距離は、ナノ粒子間に作用する斥力と、基板表面とナノ粒子との吸着力の強さにより決定される。
【０１２３】
ナノ構造要素４１がシェル構造を有する場合は、基板（第１及び第２電極１０及び２０のいずれか）上へ自己組織化的に配列させた誘電体の微小球上に金属を蒸着またはスパッタすることにより、ナノ構造体４０を作製することができる。また、金属を外郭に持つシェル構造を有するナノ粒子を作製し、それを基板（第１及び第２電極１０及び２０のいずれか）上に塗布することにより、ナノ構造体４０を作製することができる。
【０１２４】
なお、ナノ構造体４０におけるプラズモン共鳴のピーク波長、ピーク波長のシフト量、シフト量の電圧依存性（周囲の屈折率の変化依存性）、共鳴特性の急峻性（共鳴特性の反値幅）、及び、駆動電圧などが、ナノ構造要素４１の形状、及び、隣接するナノ構造要素４１どうしの間の距離に依存することを考慮すると、所望の表示特性が出せるよう、形状と配置とを適切に制御できるＥＢリソグラフィー法を採用すると、ナノ構造体４０の精度が向上でき、高い表示性能を提供することが容易となる。
【０１２５】
なお、ナノ構造体４０の作製方法は上記に限らず、任意の方法を用いることができる。
【０１２６】
なお、ナノ構造体４０には、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかと同じ材料を用いることができる。このとき、ナノ構造体４０は、それが設けられる第１電極１０及び第２電極２０に形成された凹凸とすることができる。この場合には、その凹凸の突出部（凸部）がナノ構造体４０と見なされ、突出部よりも後退した部分（凹部）が第１電極１０及び第２電極２０のいずれかと見なされる。
【０１２７】
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する別の模式的断面図である。
すなわち、同図は、金属化合物層５０の各種の構成を例示している。なお、これらの図は、ナノ構造体４０が、第１電極１０の上に設けられる場合として例示しているが、ナノ構造体４０が第２電極２０の上に設けられる場合も同様である。
図１２（ａ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の第１電極１０と接する面を除いて、ナノ構造体４０を覆うように設けることができる。
【０１２８】
図１２（ｂ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面の一部に独立した複数の島状に設けることができる。
【０１２９】
図１２（ｃ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面のうち、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０とは反対の側に設けることができる。
【０１３０】
図１２（ｄ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面のうち、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０の側に設けることができる。
【０１３１】
このように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に設けられれば良く、その形状は任意である。また、金属化合物層５０の厚さも任意である。
【０１３２】
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。 すなわち、同図は、ナノ構造体４０の粒径（ナノ構造要素４１の体積平均径）と吸収ピークのシフト量Δλｐとの関係について調べた実験結果を例示している。同図の横軸は、ナノ構造体４０の粒径ｄであり、縦軸は、吸収ピークのシフト量Δλｐである。
【０１３３】
なお、実験に用いた試料は、第１電極１０及び第２電極２０としてＩＴＯを用い、ナノ構造体４０として、種々の粒径の金からなる粒子を用い、イオン伝導層３０としてクエン酸の水溶液（０．０２μｇ／ｍｌ）を用いた。そして、吸収ピークのシフト量Δλｐは、印加電圧ＶＡが０Ｖの吸収ピークの波長λｐと、印加電圧ＶＡが５Ｖの時の吸収ピークの波長λｐと、の差とした。
【０１３４】
図１３に表したように、ナノ構造体４０の粒径ｄが大きくなるにつれて、吸収ピークのシフト量Δλｐが小さくなっている。
【０１３５】
ナノ構造体４０の粒径は、一定の範囲に制御されることで、吸収ピークのシフト量Δλｐの変動が小さくでき、また、ナノ構造体４０の粒径を小さくすることで吸収ピークのシフト量Δλｐを拡大できる。
【０１３６】
このように、吸収ピークのシフト量Δλｐはナノ構造体４０の粒径ｄの依存性を有し、吸収ピークのシフト量Δλｐが小さくなっていることから、本具体例においては、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の第１電極１０から遠い側よりも近い側において、比較的高い密度で形成されたと推測できる。すなわち、本具体例においては、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０に金属酸化物であるＩＴＯを用い、そして、金属化合物層５０として金属酸化物が形成される系である。このとき、金属酸化物である第１電極１０の近傍において、金属酸化物である金属化合物層５０が形成されやすいものと推測される。
【０１３７】
従って、ナノ構造体４０の形状は、例えば、図１０（ｆ）に例示した高さが径よりも大きい（長い）柱状よりも、図１０（ｇ）及び（ｈ）に例示した厚さが径以下の板状の場合の方が、ナノ構造体４０の全体が、第１電極１０から一定の範囲の距離内に収まり、金属化合物層５０の生成がより促進され、結果として吸収ピークのシフト量Δλｐがより拡大できる。
すなわち、ナノ構造体４０の複数のナノ構造要素４１の高さ（ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０の主面に対して垂直な方向のサイズ、すなわち、平均のサイズ）は、幅（ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０の主面に対して平行な方向のサイズ、すなわち、平均のサイズ）以下であることが望ましい。
【０１３８】
金属化合物層５０は、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属硫化物などであり、ナノ構造体４０に含まれる金属元素を含む金属化合物である。金属化合物層５０の組成は、例えば、ナノ構造体４０に含まれる金属元素、可動イオン３１の材料、イオン伝導層３０の材料、第１電極１０及び第２電極２０の材料、印加される電圧の極性などによって変えられる。金属化合物層５０の屈折率ｎ１が、イオン伝導層３０の屈折率ｎ０とは異なればよく、金属化合物層５０の組成は任意である。
【０１３９】
第１電極１０及び第２電極２０には、導電性の任意の材料を用いることができる。
図１に例示したように、第１電極１０と第２電極２０とが対向して設けられている構成であり、使用者が第２電極２０の側から表示装置１１０を観視する場合には、第２電極２０は、可視光に対して透光性を有する導電膜を用いることが望ましい。これにより、使用者は、第２電極２０の第１電極１０の側に配置されるナノ構造体４０の光吸収の変化を観視することができる。
【０１４０】
可視光に対して透光性を有する導電膜としては、材料自身が可視光に対して透光性を有する、ＩＴＯやＳｎＯ２などのような金属酸化物を用いることができる。また、材料自体は可視光を遮光する材料（たとえ金属）であっても、厚さを十分薄くした金属膜を、可視光に対して透光性を有する導電膜として用いることができる。さらには、適宜開口部を設けた可視光に対して遮光性の材料の膜を、可視光に対して透光性を有する導電膜として用いることができる。
【０１４１】
このような可視光に対して透光性を有する導電膜は、第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかに用いることができる。
【０１４２】
表示装置１１０が反射型の表示装置として用いられる場合において、以下では、第２電極２０の側から使用者が表示装置１１０を観視する場合として説明する。
この場合、観視側でない方の電極、すなわち、第１電極１０に、可視光に対して反射性を持たせることで、外部から表示装置１１０に入射した光を、ナノ構造体４０によって波長特性を変化させた上で、使用者に向けて反射させることができる。
【０１４３】
この場合において、第１電極１０に可視光に対して透光性を有する導電膜を用い、その背面の側（第１電極１０の第２電極２０とは反対の側）に、可視光に対して反射性を有する反射層を設けることができ、この場合も、表示装置１１０に入射した光を、ナノ構造体４０によって波長特性を変化させた上で、使用者に向けて反射させることができる。
【０１４４】
また、表示装置１１０を透過型または投射型として用いる場合は、バックライトまたは投影光源からの光を透過させるように、第１電極１０及び第２電極２０の両方に、可視光に対して透光性を有する導電膜を用い、透過型または投射型の表示を有効にできる。
【０１４５】
また、例えば、第１電極１０の上にナノ構造体４０が設けられ、第２電極２０にはナノ構造体４０を設けない構成の時は、第１電極１０が表示用の電極（画素電極）となり、第２電極２０は駆動のための電流の経路となる。この場合には、第２電極２０の形状と配置は任意であり、例えば、第２電極２０は、第１電極１０の一部と対向して、または、第１電極１０と対向しない任意の場所に任意の形状で設けることができる。この場合には、第２電極２０の光学特性は任意であり、例えば、第２電極２０として、可視光に対して遮光性を有する材料を用いても良い。
【０１４６】
なお、表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面における電気化学的な作用を利用するので、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０には、ＩＴＯやＳｎＯ２などのような金属酸化物の導電膜を用いることが好ましい。これにより、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成される化学的に不安定な金属化合物層５０を安定化させることが容易となる。
【０１４７】
なお、後述するように、光学セル６０が層面に対して垂直方向に積層される場合には、積層される１つ目の光学セル６０の第１及び第２電極１０及び２０のいずれかと、２つ目の光学セル６０の第１及び第２電極１０及び２０のいずれかとの間には、絶縁層を設けることができる。
【０１４８】
イオン伝導層３０には、可動イオン３１を含み、可視光に対して透光性を有する任意の材料を用いることができ、例えば液体でも良く、例えば、固体電界質のような固体でも良い。特に、イオン伝導層３０が液体である場合には、例えば、第１電極１０と第２電極２０とが設けられる空間に安定してイオン伝導層３０が維持されるように、イオン伝導層３０の周囲には、第１電極１０、第２電極２０及び任意の基板やシール材等が設けられる。
【０１４９】
イオン伝導層３０は、例えば、無色透明な水や有機溶剤などを用いることができ、金属化合物層５０を生成するための電気化学的な反応を実現するために、可動イオンを含有する。電気化学反応を発生させるために、可動イオン３１の濃度は、例えば０．０５μｇ／ｍｌ以上に設定されることが望ましい。
【０１５０】
なお、イオン伝導層３０の電気抵抗が低すぎる場合には、第１電極１０と第２電極２０とが電気的にショートしてしまい、第１電極１０と第２電極２０との間に必要な電圧を印加することができないので、イオン伝導層３０の電気抵抗は、第１電極１０と第２電極２０との間に必要な電圧を印加する抵抗値以上に設定される。
【０１５１】
可動イオン３１は、電気化学反応の際に、ナノ構造体４０と電荷授受を行う。可動イオン３１には、陰イオンを用いることができ、例えば、無機の陰イオンでも良く、有機酸イオンでも良い。無機イオンの例としては、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）などを用いることができる。有機酸イオンとしては、カルボキシル基や水酸基を含む、クエン酸やアスコルビン酸などを用いることができる。
【０１５２】
この時、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物層５０が、可逆的に生成され、また、消滅することが必要とされる。このためには、電気化学反応において、印加電圧ＶＡに応じて金属化合物層５０の析出と溶解が制御可能であることが望ましい。
【０１５３】
この条件を満たす可動イオン３１とイオン伝導層３０の組み合わせとしては、たとえば、可動イオン３１としてクエン酸が溶解した水溶液をイオン伝導層３０として用いることができる。
【０１５４】
なお、可動イオン３１としては、表示装置１１０を観視したときに見えないように、目視で確認できない大きさであることが望ましい。
【０１５５】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る別の表示装置１１１及び１１２の構成をそれぞれ例示しており、これらの図においては、第２電圧Ｖ２が印加され、金属化合物層５０が形成される第２状態Ｓ２を例示しており、第１状態Ｓ１は省略されている。
【０１５６】
図１４（ａ）に表したように、表示装置１１１においては、第１電極１０の上にナノ構造体４０ａが設けられ、その表面に金属化合物層５０ａが設けられている。そして、第２電極２０の上にナノ構造体４０ｂが設けられ、その表面に金属化合物層５０ｂが設けられている。
【０１５７】
ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとで、含まれる金属元素、形状、粒径、密度及び配置のいずれかを異ならせることができる。これにより、ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとで、プラズモン共鳴のピーク波長、ピーク波長のシフト量、シフト量の電圧依存性、共鳴特性の急峻性、駆動電圧の少なくともいずれかを異ならせることで、ナノ構造体４０ａにおける色変化とナノ構造体４０ｂにおける色変化の複数の色変化を表示することができる。
【０１５８】
なお、第１電極１０及び第２電極２０の両方に、同じ材料、同じ形状、同じ密度、同じ配置のナノ構造体４０を設けても良い。
【０１５９】
図１４（ｂ）に表したように、表示装置１１２においては、第１電極１０の上にナノ構造体４０ａ及びナノ構造体４０ｂが設けられており、それぞれの表面に金属化合物層５０ａ及び金属化合物層５０ｂが設けられている。
【０１６０】
ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとは、含まれる金属元素、形状、粒径、密度及び配置の少なくともいずれかを異ならせることができる。
このように、同じ基板上に異なる仕様のナノ構造体４０ａ及び４０ｂを設けても良い。
【０１６１】
これにより、ナノ構造体４０ａにおける色変化とナノ構造体４０ｂにおける色変化の複数の色変化を表示することができる。
【０１６２】
また、図１４（ａ）に例示した構成と、図１４（ｂ）に例示した構成と、を組み合わせても良い。すなわち、第１電極１０側に複数の仕様のナノ構造体を設け、第２電極２０の側に第１電極１０に設けたナノ構造体とは異なる仕様の複数の仕様のナノ構造体を設けても良い。
【０１６３】
このように、本実施形態に係る表示装置１１０〜１１２は、各種の変形が可能である。そして、ナノ構造体４０におけるプラズモン共鳴周波数を印加電圧ＶＡによって制御し、任意の色の変化を表示できる。
【０１６４】
例えば、第１状態Ｓ１の時に緑色光を吸収し、第２状態Ｓ２の時に赤色光を吸収するように構成することができる。また、第１状態Ｓ１の時に赤色光を吸収し、第２状態Ｓ２の時に赤外光を吸収するように構成することができる。また、第１状態Ｓ１の時に紫外光を吸収し、第２状態Ｓ２の時に青色光を吸収するように構成することができる。この吸収する光の波長は、ナノ構造体４０に用いる材料、金属元素、形状、粒径、密度及び配置の少なくともいずれか、並びに、イオン伝導層３０の屈折率、可動イオン３１の種類、金属化合物層５０の屈折率などを制御することができ、これにより、任意の色相の色を表示できる。
【０１６５】
また、白色または黒色も表示することができる。例えば、ナノ構造体４０において、例えば、第１状態Ｓ１では可視光領域に共鳴波長を有するようにし、第２状態Ｓ２では、可視光の長波長領域の共鳴波長を赤外域にシフトさせつつ短波長領域の共鳴波長を紫外領域にシフトさせることで、第２状態Ｓ２において可視光を実質的に透過させることで、例えば、光学セル６０の背面に配置される反射層で反射した光を視認でき、これが白色状態に相当する。また、上記の逆が、黒色状態に相当する。さらに、後述するように、異なる波長特性を有する光学セル６０を並置まはた積層することで、任意の表示色を得ることができる。
【０１６６】
なお、本実施形態に係る上記の表示装置１１０〜１１２において、さらに任意の光スイッチ層を備えても良い。光スイッチ層には、例えば、液晶やＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical System）などを用いることができ、例えば、光学セル６０の背面または前面に光スイッチ層を配置し、光の強度を制御することもできる。すなわち、光学セル６０における色変化の制御と、光スイッチ層における光強度の制御と、を組みあわせることで、表示特性の制御範囲がより拡大する。
【０１６７】
図１５は、本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る別の表示装置１２０においては、第１電極１０と第２電極２０とが、第１基板５１の主面５１ｍ上に設けられ、第１基板５１の主面５１ｍに対向して第２基板５２が設けられている。
【０１６８】
すなわち、第２電極２０は、イオン伝導層３０の第１電極１０に対向する側に設けられている。これ以外は、表示装置１１０と同様なので説明を省略する。
【０１６９】
この構成においては、第１基板５１と第２基板５２との間にイオン伝導層３０が設けられている。この場合も、第１電極１０と第２電極２０とに対向してイオン伝導層３０が設けられている。なお、この構成の場合は、第１電極１０と第２電極２０との間に形成される電流経路３２の方向は、第１基板５１の主面５１ｍに配向な平面に含まれる方向を含む。すなわち、この構成においても、イオン伝導層３０は、第１電極１０と第２電極２０との間の電流経路３２となる。
【０１７０】
このような構成を有する表示装置１２０も、表示装置１１０と同様な機構により、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置を提供することができる。
【０１７１】
表示装置１１０、１１１及び１１２に関して説明した各種の変形例を表示装置１２０に適用することもできる。
【０１７２】
以下は、本発明の第１の実施形態に係る実施例について説明する。
（第１の実施例）
図１６は、本発明の第１の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１６に表したように、本発明の第１の実施例に係る表示装置１１０ａは、図１に例示した表示装置１１０と同様の構成を有している。すなわち、表示装置１１０ａにおいては、第１電極１０と第２電極２０とが対向して設けられ、その間にイオン伝導層３０が設けられる。そして、表示装置１１０ａの場合には、第１電極１０は、第１基板５１の上に設けられ、第２電極２０は、第２基板５２の上に設けられている。これ以外は、表示装置１１０と同様の構成とすることができるので、説明を省略する。
【０１７３】
本実施例においては、第１基板５１及び第２基板５２には、透光性のガラス基板が用いられている。また第１電極１０及び第２電極２０には、ＩＴＯが用いられている。ナノ構造体４０には、体積平均径が約４０ｎｍの金粒子が用いられている。ナノ構造体４０は、第１電極１０の上に設けられている。
【０１７４】
第１基板５１の下側（第２基板５２とは反対の側）には、反射層７１が設けられている。反射層７１としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの白色の顔料を含有する層などが用いられる。
【０１７５】
本実施例では、イオン伝導層３０には、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）などの無機イオンを可動イオンとして含有する水溶液が用いられる。
【０１７６】
この場合には、ナノ構造体４０には、この無機イオンに対して化学的に安定で、真空中において紫外域にプラズモン共鳴波長を持つものが好ましく、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金等を用いることができる。
【０１７７】
（第２の実施例）
図１７は、本発明の第２の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１７に表したように、本発明の第１の実施例に係る表示装置１１０ｂにおいては、第１電極１０と第２電極２０とが対向して設けられ、その間にイオン伝導層３０が設けられる。そして第１電極１０は、第１基板５１の上に設けられ、第２電極２０は、第２基板５２の上に設けられている。
【０１７８】
ナノ構造体４０は、第２電極２０の上に設けられている。第２電極２０には、例えばＩＴＯが用いられ、第１電極１０には、反射性の銀が用いられている。イオン伝導層３０及びナノ構造体４０には、例えば表示装置１１０ｂ同様の構成を適用できる。
【０１７９】
表示装置１１０ｂにおいては、第１電極１０に反射性の電極が用いられているので、表示装置１１０ａに関して説明した反射層７１が省略できる。
【０１８０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係る表示装置は、第１の実施形態に関して説明した光学セルを複数備える。
図１８は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１８に表したように、本実施形態に係る表示装置２１０は、要素光学層６１を備える。
【０１８１】
要素光学層６１は、複数の光学セル６０層を有する。複数の光学セル６０は、例えば、互いに積層された光学セル６０ａ及び６０ｂである。
【０１８２】
光学セル６０ａ及び６０ｂは、第１の実施形態に関して説明した光学セル６０と同様の構成を有する。すなわち、光学セル６０ａは、第１電極１０ａと、第２電極２０ａと、可動イオン３１ａを含むイオン伝導層３０ａと、ナノ構造体４０ａと、を有し、電圧の印加によって形成される金属化合物層５０ａの量が可変である。第１電極１０ａ及び第２電極２０ａとは互いに対向している。同様に、光学セル６０ｂは、第１電極１０ｂと、第２電極２０ｂと、可動イオン３１ｂを含むイオン伝導層３０ｂと、ナノ構造体４０ｂと、を有し、電圧の印加によって形成される金属化合物層５０ｂの量が可変である。第１電極１０ｂ及び第２電極２０ｂとは互いに対向している。
【０１８３】
なお、第２電極２０ａと第１電極１０ｂとの間には絶縁層５５が設けられている。
【０１８４】
このように、要素光学セル６１は複数の光学セル６０ａ及び６０ｂを有し、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂのそれぞれの第１電極１０ａ及び１０ｂの第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂが互いに平行であり、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂは、第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂに対して垂直な方向に積層されている。
【０１８５】
このとき、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）のそれぞれのナノ構造体４０ａ及び４０ｂのプラズモン共鳴波長は、互いに異ならせることができる。例えば、光学セル６０ａ及６０ｂとで、ナノ構造体４０に用いる材料、金属元素、形状、粒径、密度及び配置の少なくともいずれか、並びに、イオン伝導層３０の屈折率、可動イオン３１の種類、金属化合物層５０の屈折率の少なくともいずれかを異ならせる。
【０１８６】
これにより、複数の光学セル６０ａと６０ｂとの表示色を混色させることができ、表示できる色が多様化する。
【０１８７】
なお、本具体例では、要素光学層６１が２つの光学セル６０を有するが、要素光学層６１に設けられる光学セル６０の数は任意であり、例えば、３つの光学セル６０を有するように構成しても良い。例えば、この３つの光学セル６０は、それぞれ赤、緑、青の３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良いし、それぞれシアン、マゼンタ、イエローの３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良い。
これにより、任意の色が表示できる。
【０１８８】
（第３の実施例）
図１９は、本発明の第３の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１９に表したように、本発明の第２の実施形態に係る第３の実施例の表示装置２１０ａは、図１８に例示した表示装置２１０と同様の構成を有している。そして、本実施例の場合には、１層目の第１電極１０ａは第１基板５１の上に設けられている。一方、２層目の第２電極２０ｂは、第２基板５２の上に設けられている。
【０１８９】
第１電極１０ａ及び１０ｂ、並びに、第２電極２０ａ及び２０ｂには、ＩＴＯが用いられている。
【０１９０】
１層目のナノ構造体４０ａは、金属化合物層５０の生成によって、紫外域から可視域の短波長領域でプラズモン共鳴のピーク波長をシフトさせるように設計されている。ナノ構造体４０ａには、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金などを用いることができる。１層目のイオン伝導層３０ａには、可動イオン３１ａとして、単価または多価の無機の陰イオンや有機酸イオンを含む水溶液を用いることができる。
【０１９１】
一方、２層目のナノ構造体４０ｂは、金属化合物層５０の生成によって、緑から赤外の長波長領域でプラズモン共鳴のピーク波長をシフトさせるように設計されている。ナノ構造体４０ｂには、例えば金を用いることができる。２層目のイオン伝導層３０ｂに含まれる可動イオン３１ｂとしては、金との親和性が弱い、例えば多価の有機酸イオンが望ましく、例えば、カルボキシル基や水酸基を含む、クエン酸やアスコルビン酸を用いることができる。すなわち、２層目のイオン伝導層３０ｂには、クエン酸やアスコルビン酸の水溶液が用いられる。
【０１９２】
なお、第１基板５１、第２基板５２、絶縁層５５には、可視光に対して透光性のある材料を用いることができる。
【０１９３】
なお、上記の１層目の光学セル６０ａと２層目の光学セル６０ｂとは互いに入れ替えが可能である。
【０１９４】
図２０は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２０に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２１１は、要素光学層６１を備える。
【０１９５】
この場合も、要素光学層６１は、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂを有する。そして、光学セル６０ａ及び６０ｂにおいては、第１電極１０ａ及び第２電極２０ａとは並置され、第１電極１０ｂ及び第２電極２０ｂとは並置されている。すなわち、表示装置２１１は、表示装置１２０を複数積層した構造を有する。
【０１９６】
なお、表示装置２１１においては、１層目の第１電極１０ａ及び第２電極２０ａは１層目の第１基板５１ａの上に設けられ、２層目の第１電極１０ｂ及び第２電極２０ｂは２層目の第１基板５１ｂの上に設けられ、２層目の第１基板５１ｂに対向するように、第２基板５２が設けられている。そして、１層目の第１基板５１ａと２層目の第１基板５１ｂとの間に、１層目のイオン伝導層３０ａが設けられ、２層目の第１基板５１ｂと第２基板５２との間に、２層目のイオン伝導層３０ｂが設けられている。
【０１９７】
この場合も、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）のそれぞれのナノ構造体４０ａ及び４０ｂのプラズモン共鳴波長を、互いに異ならせることで、複数の光学セル６０ａと６０ｂとの表示色を混色させることができ、表示できる色が多様化する。
【０１９８】
なお、本具体例では、要素光学層６１が２つの光学セル６０を有するが、要素光学層６１に設けられる光学セル６０の数は任意であり、例えば、３つの光学セル６０を有するように構成しても良い。例えば、この３つの光学セル６０は、それぞれ赤、緑、青の３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良いし、それぞれシアン、マゼンタ、イエローの３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良い。
これにより、任意の色が表示できる。
【０１９９】
図２１は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２１に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２１２では、表示装置２１１における第２基板５２が省略され、１層目の第１基板５１ａの主面５１ｍａと、２層目の第１基板５１ｂの主面５１ｍｂとが互いに対向して配置されている。
【０２００】
そして、イオン伝導層３０は、１層目の光学セル６０ａと、２層目の光学セル６０ｂと、で共有されている。
【０２０１】
本具体例では、ナノ構造体４０ａが設けられた１層目の第１電極１０ａと、ナノ構造体４０ｂが設けられた２層目の第１電極１０ｂとは、互いに対向している。このとき、１層目の第１電極１０ａと、２層目の第１電極１０ｂと、の電位を実質的に同じに設定しつつ、１層目の第１電極１０ａと第２電極２０ａとの間の電圧を変化させ、また、２層目の第２電極１０ｂと第２電極２０ｂとの間の電圧を変化させすことで、１層目の光学セル６０ａと２層目の光学セル６０ｂとで、独立して色を制御することができる。
【０２０２】
図２２は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２２に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２２０も、要素光学層６１を備える。そして、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）が、層面に平行な平面内で並置される。そして、本具体例では、それぞれの光学セル６０ａ及び６０ｂにおける第１電極と第２電極とが互いに対向して配置され、その間にイオン伝導層３０が設けられている。
【０２０３】
すなわち、要素光学層６１は複数の光学セル６０ａ及び６０ｂを有し、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂのそれぞれの第１電極１０ａ及び１０ｂの第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂが互いに平行であり、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂは、第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂに対して平行な方向に並置されている。
【０２０４】
このときも、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）のそれぞれのナノ構造体４０ａ及び４０ｂのプラズモン共鳴波長は、互いに異ならせることで、複数の光学セル６０ａと６０ｂとの表示色を混色させることができ、表示できる色が多様化する。
【０２０５】
なお、本具体例では、要素光学層６１が２つの光学セル６０を有するが、要素光学層６１に設けられる光学セル６０の数は任意であり、例えば、３つの光学セル６０を有するように構成しても良い。例えば、この３つの光学セル６０は、それぞれ赤、緑、青の３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良いし、それぞれシアン、マゼンタ、イエローの３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良い。
これにより、任意の色が表示できる。
【０２０６】
図２３は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２３（ａ）に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２２１においても、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）が、層面に平行な平面内で並置される。そして、表示装置２２１においては、光学セル６０ａの第１電極１０ａと第２電極２０ａとが互いに並置され、光学セル６０ａの第１電極１０ｂと第２電極２０ｂとが互いに並置されている。
【０２０７】
図２３（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２２２においては、光学セル６０ａと光学セル６０ｂとで、第２電極が共有され、光学セル６０ａに含まれる第２電極２０ａと、光学セル６０ｂに含まれる第２電極２０ｂと、は同一である。
【０２０８】
このように、本実施形態に係る表示装置における構成要素は、種々変形することができる。
【０２０９】
（第３の実施の形態）
図２４は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２４（ａ）に表したように、本発明の第３の実施形態に係る表示装置３１０は、複数の要素光学層６１を備える。すなわち、例えば、要素光学層６１ａ及び６１ｂである。
【０２１０】
複数の要素光学層６１のそれぞれは、第２の実施形態に係る表示装置２１０、２１１、２１２、２２０、２２１及び２１２に関して説明したいずれかの要素光学層である。
【０２１１】
そして、本具体例では、要素光学層６１のそれぞれが３つの光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを有する場合であり、その光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃが積層される場合である。
【０２１２】
ここで、第１電極１０ａの第１主面１０ｍａに平行な面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面内の１つの方向をＸ軸方向とし、ＸＹ平面内においてＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。そして、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０２１３】
すなわち、光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃはＺ軸方向に積層される。
【０２１４】
そして、このような構成の複数の要素光学層６１が、それぞれ１つの画素となり、要素光学層６１の層面に平行な平面内に配置されている。例えば、複数の要素光学層６１が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにマトリクス状に配置される。
【０２１５】
このように、表示装置３１０は、複数の要素光学層６１を備え、前記複数の要素光学層６１は、要素光学層６１に含まれる光学セル６０の第１電極１０の第１主面１０ｍａに対して平行な平面内に並置されている。
【０２１６】
これにより、任意の図形や文字を任意の色で表示できる表示装置を実現することができる。
【０２１７】
図２４（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の表示装置３１１では、要素光学層６１ａ及び６１ｂのそれぞれにおいて、光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃが第１主面１０ｍａに平行な平面内（ＸＹ平面内）で並置されている。
【０２１８】
この場合も、任意の図形や文字を任意の色で表示できる表示装置を実現することができる。
【０２１９】
このように、マトリクス状に並置された複数の要素光学層６１は、例えば、単純マトリクス駆動やアクティブマトリクス駆動などの方法によって駆動させることができる。単純マトリクス駆動の場合には、例えば電圧平均化法を用いることができる。要素光学層６１における光学特性の印加電圧ＶＡ依存性に対して急峻性を必要としないアクティブマトリクス駆動が、表示性能の点では望ましい。アクティブマトリクス駆動の場合には、２端子のスイッチング素子や３端子のスイッチング素子などを用いることができるが、制御性の点で３端子のスイッチング素子を用いることがより望ましい。３端子のスイッチング素子としては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いることができる。
【０２２０】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態に係る表示装置は、アクティブマトリクス駆動の表示装置である。
【０２２１】
図２５は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的回路図である。
図２５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る表示装置４１０は、アクティブマトリクス光学層５０５を備える。
【０２２２】
アクティブマトリクス光学層５０５は、複数の走査線５１０と複数の信号線５２０とを有する。
【０２２３】
複数の走査線５１０は、第１方向（例えばＸ軸方向）に延在し、複数の信号線５２０は、第１方向に対し非平行な第２方向（例えばＹ軸方向）に延在する。第１方向と第２方向とは例えば直交する。
【０２２４】
そして、アクティブマトリクス光学層５０５は、複数の走査線５１０のそれぞれと、複数の信号線５２０のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数のスイッチング素子５３０及び複数の表示要素５４０と、をさらに有する。
【０２２５】
スイッチング素子５３０としては、例えばＴＦＴが用いられる。そして、それぞれのスイッチング素子５３０のゲート電極５３１が、それぞれの走査線５１０に接続されている。そして、スイッチング素子５３０の例えばソース電極５３２のそれぞれが、それぞれの信号線５２０に接続されている。そして、スイッチング素子５３０の例えばドレイン電極５３３のそれぞれが、それぞれの表示要素５４０に接続されている。なお、上記のソース電極５３２とドレイン電極５３３とは互いに入れ替えることができる。
【０２２６】
それぞれの表示要素５４０は、本発明の実施形態に係る光学セル６０を有する。そして、光学セル６０の第１電極１０及び第２電極２０のいずれか一方が上記のドレイン電極５３３に接続され、いずれか他方は、別の電位に設定される。本具体例では、第１電極１０がドレイン電極５３３に接続され、第２電極２０は、対向電位に設定されている。
【０２２７】
これにより、各表示要素５４０の光学セル６０には、スイッチング素子５３０を介して任意の電圧が付与され、各表示要素５４０の光学セル６０は任意の光学特性の変化を示すことができる。
【０２２８】
このようなアクティブマトリクス型の表示装置において、各表示要素５４０は任意の構成を有することができる。
すなわち、マトリクス状に配列した表示要素５４０は、異なる表示色を呈示可能な複数の要素光学層６１の組みが、繰り返し配列した構成とすることができる。
【０２２９】
例えば、図２４（ｂ）に例示した表示装置３１１のように、異なる光学特性を有する光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃがＸＹ平面内で並置され、このような光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを含む要素光学層６１がＸＹ平面内にさらに並置することができる。
【０２３０】
この場合は、ＸＹ平面内に並置された光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを有する要素光学層６１がサブ表示要素となる。
【０２３１】
そして、この場合の表示装置は、複数のサブ表示要素を備え、前記複数のサブ表示要素のそれぞれは、前記複数の表示要素５４０を有し、前記複数のサブ表示要素のそれぞれにおける前記表示要素５４０の光学セル６０のそれぞれのナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長は、互いに異なる。
【０２３２】
また、図２５に例示したアクティブマトリクス光学層５０５を積層することもできる。 この場合には、例えば、図２４（ａ）に例示した表示装置３１０のように、異なる光学特性を有する光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃがＺ軸方向に積層され、このような光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを含む要素光学層６１がＸＹ平面内に並置される。
【０２３３】
この場合の表示装置は、複数のアクティブマトリクス光学層５０５を備え、複数のアクティブマトリクス光学層５０５は、Ｚ軸方向（前記第１の方向と前記第２の方向を含む平面に対して垂直な方向）に積層されている。そして、複数のアクティブマトリクス光学層５０５の複数の表示要素５４０の光学セル６０のそれぞれのナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長は、互いに異なる。
【０２３４】
このように、アクティブマトリクス光学層５０５の構成は任意であり、また、任意の構成でアクティブマトリクス光学層５０５を組み合わせることができる。
【０２３５】
図２６は、本発明の第４の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２６に表したように、本実施形態に係る別の表示装置４２０においては、アクティブマトリクス光学層５０５が積層され、光学セル６０ａと光学セル６０ｂとが積層されている。
【０２３６】
すなわち、１層目のアクティブマトリクス光学層５０５のスイッチング素子５３０ａが１層目の第１基板５１ａの上に設けられている。すなわち、第１基板５１ａの上に、スイッチング素子５３０ａと第１電極１０ａと走査線５１０（図示しない）と信号線５２０（図示しない）とが設けられている。第１電極１０ａの上にはナノ構造体４０ａが設けられ、その表面には印加電圧によって金属化合物層５０ａが形成可能である。
【０２３７】
一方、２層目のアクティブマトリクス光学層５０５のスイッチング素子５３０ｂが２層目の第１基板５１ｂの上に設けられている。すなわち、第１基板５１ｂの上に、スイッチング素子５３０ｂと第１電極１０ｂと走査線５１０（図示しない）と信号線（５２０図示しない）とが設けられている。第２電極１０ｂの上にはナノ構造体４０ｂが設けられ、その表面には印加電圧によって金属化合物層５０ｂが形成可能である。
なお、ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとは互いに光学特性が異なる。
【０２３８】
第１基板５１ａと第１基板５１ｂとは互いに対向して設置され、それらの間に絶縁層５５が設けられ、絶縁層５５の第１基板５１ａの側には、１層目の第２電極２０ａが設けられ、絶縁層５５の第１基板５１ｂの側には、２層目の第２電極２０ｂが設けられている。
【０２３９】
そして、第１電極１０ａと第２電極２０ａとの間に、１層目のイオン伝導層３０ａが設けられ、第１電極１０ｂと第２電極２０ｂとの間に、２層目のイオン伝導層３０ｂが設けられている。なお、イオン伝導層３０ａ及び３０ｂの周囲には、それぞれシール層５９ａ及び５９ｂが設けられている。
【０２４０】
このように、表示装置４２０においては、異なる光学特性を有する光学セル６０ａと光学セル６０ｂとを有する複数のアクティブマトリクス光学層５０５を積層することで、表示色の色相及び明るさの表現範囲を拡大できる。
【０２４１】
なお、上記の絶縁層５５は省略可能であり、１層目の第２電極２０ａと２層目の第２電極２０ｂとは同じ電位に設定しても良い。
【０２４２】
また、本具体例では、第２電極２０ａが第１電極１０ａに対向するように設けられているが、第２電極２０ａは第１電極１０ａの一部に対向して設けても良く、また、第１電極１０ａに対向しなくても良い。
【０２４３】
例えば第２電極２０ａは、第１基板５１ａの上に設けても良い。その場合、第１電極１０ａと第２電極２０ａとは、交叉指形電極（inter digital electrodeまたはmulti-finger electrode）の構造を有しても良い。
【０２４４】
また、上記の１層目の第２電極２０ａと同様に、２層目の第２電極２０ｂも各種の変形が可能である。
【０２４５】
また、本具体例では、アクティブマトリクス光学層５０５が２層積層される場合であるが、アクティブマトリクス光学層５０５は、任意の数積層することができ、例えば、アクティブマトリクス光学層５０５を３層積層することができる。
【０２４６】
なお、本具体例では、アクティブマトリクス光学層５０５が積層される例であるが、積層されなくても良く、この場合において、例えば図２４（ｂ）に例示したように、ＸＹ平面内に並置された複数の光学セル６０を有する要素光学層６１を１つの画素として、さらにＸＹ平面内に並置しても良い。
【０２４７】
（第５の実施の形態）
図２７は、本発明の第５の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
図２７に表したように、本発明の第５の実施形態に係る表示方法は、光学セル６０の第１電極１０と第２電極２０との間に第１電圧Ｖ１を印加して第１状態Ｓ１を形成する（ステップＳ１１０）。光学セル６０は、第１電極１０と、第２電極１０と、第１電極１０と第２電極２０とに対向して設けられ、可動イオン３１を含むイオン伝導層３０と、第１電極１０と電気的に接続され、第１電極１０とイオン伝導層３０との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体４０と、を有する。
【０２４８】
そして、光学セル６０の第１電極１０と第２電極２０との間に第１電圧Ｖ１とは異なる第２電圧Ｖ２を印加して第２状態Ｓ１を形成し、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくともいずれかの印加によって、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成され、ナノ構造体４０に含まれる前記金属元素を含む金属化合物を含み、イオン伝導層３０とは屈折率が異なる金属化合物層５０の量を、第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とで変化させる（ステップＳ１２０）。
【０２４９】
すなわち、光学セル６０の第１電極１０と第２電極２０との間に電圧を印加することによりナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物であって、ナノ構造体４０に含まれる金属元素を含みイオン伝導層３０とは屈折率が異なる金属化合物層５０の量を、第１電極１０と第２電極２０との間に印加する電圧を変化させることにより変化させる。
【０２５０】
これにより、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示方法が提供できる。
【０２５１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置を構成する電極、ナノ構造体、金属化合物、金属化合物層、可動イオン、イオン伝導層、基板、スイッチング素子など各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また製造方法に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０２５２】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置及び表示方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置及び表示方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２５３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２５４】
１０、１０ａ、１０ｂ 第１電極
１０ｍａ、１０ｍｂ 第１主面
２０、２０ａ、２０ｎ 第２電極
２０ｍａ 第２主面
３０、３０ａ、３０ｂ イオン伝導層
３１、３１ａ、３１ｂ 可動イオン
３２ 電流経路
４０、４０ａ、４０ｂ ナノ構造体
４１ ナノ構造要素
４１ｎ 核材
５０、５０ａ、５０ｂ 金属化合物層
５１、５１ａ、５１ｂ 第１基板
５１ｍ、５１ｍａ、５１ｍｂ 主面
５２ 第２基板
５５ 絶縁層
５９ａ、５９ｂ シール層
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 光学セル
６１、６１ａ、６１ｂ 要素光学層
７１ 反射層
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１２、１１９、１２０、２１０、２１０ａ、２１１、２１２、２２０、２２１、２２２、３１０、３１１、４１０、４２０ 表示装置
５０５ アクティブマトリクス光学層
５１０ 走査線
５２０ 信号線
５３０、５３０ａ、５３０ｂ スイッチング素子
５３１ ゲート電極
５３２ ソース電極
５３３ ドレイン電極
５４０ 表示要素
Ｓ１ 第１状態
Ｓ２ 第２状態
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置及び表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非発光型の表示装置として、特定の波長の光を吸収するカラーフィルタと液晶などの光スイッチ層とを組み合わせた表示装置がある。このようなカラーフィルタを用いた表示装置においては、特定の波長の光が常に吸収されるため、光利用効率が低く、明るい表示を得るには限界がある。特に、バックライト等の特定の光源を用いない反射型の表示装置の場合には、この低い光利用効率は深刻な問題となる。
【０００３】
カラーフィルタを使用せずに表示を実現する方法として、光の吸収波長が例えば電気信号によって制御可能な表示装置が期待される。例えば、可視光で励起可能な局在型表面プラズモンを用いることで、外部からの電気信号により共鳴波長をシフトさせ、光の吸収波長を制御して、可視全域の色が表示可能となる。
【０００４】
例えば、印加する電界によって金属イオンの粒子を析出させ、これにより、プラズモン吸収を発生させる表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、異なる極性に耐電するプラズモン発色能を有する粒子を印加する電界によって移動させる画像形成手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これら方法では、粒子の析出や移動に大きなエネルギーが必要であり、また応答速度にも課題がある。
【０００５】
また、プリズムや回折格子等の色分離光学素子と屈折率可変層とプラズモン発生光出射手段とを組み合わせた表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）しかし、この方法は、色分離光学素子を必要としており、構成が複雑である。
【０００６】
一方、陰イオンを含む溶液に金属ナノ粒子を浸漬し、印加電圧による電気泳動によって陰イオンを金属ナノ粒子に吸着させると、金属ナノ粒子の局在型表面プラズモンの共鳴波長がシフトすることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、この方法では、共鳴波長のシフト量は最大でも１０ｎｍ（ナノメートル）程度であり、表示装置として用いるにはシフト量が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４０６８８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９７６８号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７４４１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J. Electrochem. Soc. 146, p628, (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置及び表示方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、を有する光学セルを備え、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層が前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成され、前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加された第１状態と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電圧とは異なる第２電圧が印加された第２状態と、で前記金属化合物層の量が異なることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１１】
本発明の別の一態様によれば、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、を有する光学セルの前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物であって、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層の量を、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させることにより変化させることを特徴とする表示方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置及び表示方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示する電子顕微鏡写真図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示するグラフ図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示する顕微鏡写真図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する別の模式的断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的回路図である。
【図２６】本発明の第４の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２７】本発明の第５の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
なお、同図は、本表示装置における第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とを例示している。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１１０は、光学セル６０を備える。
【００１６】
光学セルは、第１電極１０と、第２電極２０と、イオン伝導層３０と、ナノ構造体４０と、を有する。
【００１７】
第１電極１０と第２電極２０とは、互いに交換可能である。
第１電極１０及び第２電極２０の配置は任意である。
本具体例では、第２電極２０は、イオン伝導層３０の第１電極１０に対向する側とは反対の側に設けられている。すなわち、イオン伝導層３０の一方の主面に第１電極１０が設けられ、他方の主面に第２電極２０が設けられている。そして、さらに、第１電極１０と第２電極２０とは互いに対向して設けられている。
本発明は、これに限らず、第１電極１０と第２電極２０とは互いに対向していなくても良い。第１電極１０及び第２電極２０の配置の変形例については後述する。
【００１８】
イオン伝導層３０は、第１電極１０と第２電極２０とに対向して設けられる。
すなわち、本具体例では、第１電極１０の第１主面１０ｍと、第２電極２０の第２主面２０ｍと、が互いに対向して設けられており、イオン伝導層３０は、第１電極１０と第２電極２０との間に挟まれるように設けられている。なお、この時、第１主面１０ｍと第２主面２０ｍとに垂直な方向が電流経路３２となり、イオン伝導層３０は、電流経路３２となる。
【００１９】
イオン伝導層３０は、可動イオン３１を含む。可動イオン３１は、第１電極１０と第２電極２０との間に電流を通電するために設けられるものであり、任意の材料を用いることができる。可動イオン３１については後述する。
【００２０】
ナノ構造体４０は、第１電極１０と接続される。ただし、ナノ構造体４０は、第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかと電気的に接続されても良い。本具体例では、ナノ構造体４０は、第１電極１０の上に設けられ、第１電極１０と電気的に接続されている。
【００２１】
ナノ構造体４０は、第１電極１０とイオン伝導層３０との間に設けられる。ただし、ナノ構造体４０は、ナノ構造体４０が電気的に接続された第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかと、イオン伝導層３０と、の間に設けられても良い。すなわち、第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とのいずれかにおいて、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部は、イオン伝導層３０に接触している。
【００２２】
ナノ構造体４０は、金属元素を含み、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有する。例えば、ナノ構造体４０は、例えば、金からなり、例えば、粒径が２０〜１００ｎｍ程度の範囲の粒子である。これにより、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長を有する。
【００２３】
ナノ構造体４０に用いられる金属元素、並びに、ナノ構造体４０の形状及び大きさについては後述する。
【００２４】
このような構成の光学セル６０において、第１電極１０と第２電極２０との間に印加される電圧（印加電圧ＶＡ）は可変である。
【００２５】
例えば、光学セル６０は、第１電極１０と第２電極２０との間に第１電圧Ｖ１が印加される第１状態Ｓ１を有する。そして、光学セル６０は、第１電極１０と第２電極２０との間に第２電圧Ｖ２が印加される第２状態Ｓ２とを有する。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる電圧である。すなわち、第２電圧Ｖ２の電圧の絶対値及び電圧の極性の少なくともいずれかは、第１電圧Ｖ１とは異なる。
【００２６】
なお、以下では、第２電極２０の電位を基準にしたときの第１電極１０の電位を、第１電極１０と第２電極２０との間の印加電圧ＶＡとする。
【００２７】
光学セル６０においては、印加電圧ＶＡの印加によって、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に金属化合物層５０が形成される。本具体例では、第２電圧Ｖ２を印加した第２状態Ｓ２において、金属化合物層５０が形成されている。
【００２８】
金属化合物層５０は、ナノ構造体４０に含まれる金属元素を含む金属化合物を含む。例えば、ナノ構造体４０が金の粒子である場合には、金属化合物層５０は、金の化合物である。例えば、金属化合物層５０は、金の酸化物である。
【００２９】
そして、金属化合物層５０の屈折率ｎ１は、イオン伝導層３０の屈折率ｎ０とは異なる。
【００３０】
この金属化合物層５０は、第１電極１０と第２電極２０との間に印加される印加電圧ＶＡによって通電される電流によって発生する、例えば電気化学反応によって形成される。従って、金属化合物層５０の量は、印加電圧ＶＡの極性及び大きさの少なくともいずれかによって、変化する。
【００３１】
すなわち、金属化合物層５０の量は、第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とで異なる。
これにより、ナノ構造体４０の周囲の屈折率（例えば平均的な屈折率）が第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とで変化し、これにより、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長が変化し、光学セル６０の吸収波長が変化する。
【００３２】
例えば、第１電圧Ｖ１を０Ｖとし、第２電圧Ｖ２を５Ｖとする。
この時、図１に例示したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの第１状態Ｓ１では、金属化合物層５０は形成されていない。そして、印加電圧ＶＡが５Ｖの第２状態Ｓ２では、金属化合物層５０が、ナノ構造体４０の表面に形成される。
【００３３】
この時、第１状態Ｓ１においては、ナノ構造体４０の表面は、イオン伝導層３０で覆われるため、ナノ構造体４０の周囲の屈折率は、ｎ０である。そして、第２状態Ｓ２において、ナノ構造体４０の表面の全てが金属化合物層５０によって覆われている場合には、ナノ構造体４０の周囲の屈折率は、ｎ１となる。
【００３４】
ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長は、その周囲の屈折率によって変化するため、周囲の屈折率の変化によってプラズモン共鳴周波数が変化し、結果として光学セル６０における吸収波長が変化する。
【００３５】
例えば、金属化合物層５０の量は、印加電圧ＶＡによって制御可能であるため、結果として、プラズモン共鳴周波数が制御でき、光学セル６０における吸収波長が制御できる。
【００３６】
なお、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の少なくとも一部に設けられ、その形状や厚さは任意であり、各種の形状や厚さの変形が可能である。
【００３７】
本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面に直接金属化合物層５０が形成されるため、プラズモン共鳴周波数の変化は大きい。例えば、非特許文献１に記載されているように、ナノ構造体の表面に陰イオンが吸着する比較例の場合には、微視的にはナノ構造体の金属原子と陰イオンとの間には空間が生じる。このため、比較例においては、プラズモン共鳴周波数の変化は小さい。これに対し、本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面に直接金属化合物層５０が形成され、ナノ構造体４０の金属原子に隣接して金属化合物層５０が配置され、屈折率の変化の効果が効率的に発揮されるので、プラズモン共鳴周波数の変化を拡大できる。
【００３８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、表示装置１１０において、印加電圧ＶＡを変えて吸収スペクトルを測定した結果を例示している。横軸は波長λであり、縦軸は吸光度Ａｂを任意目盛で表示している。
【００３９】
測定に用いた試料は、第１電極１０及び第２電極２０として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用い、ナノ構造体４０には、直径が約４０ｎｍの金からなる粒子が用いられた。ナノ構造体４０は、第１電極１０の上に設けられている。そして、イオン伝導層３０として、クエン酸を、０．０２μｇ／ｍｌで溶解した水溶液を用いた。すなわち、可動イオン３１は、クエン酸である。そして、第１電極１０と第２電極２０との間の印加電圧ＶＡを０Ｖ〜５Ｖまで変化させて、表示装置１１０の分光特性を測定した。
【００４０】
図２に表したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの時は、吸光度Ａｂの吸収ピークの波長λｐは、約５４５ｎｍである。そして、印加電圧ＶＡを２Ｖ以上に上昇させると、吸収ピークの波長λｐは上昇し、例えば印加電圧ＶＡが５Ｖの場合には、吸収ピークの波長λｐは約６００ｎｍである。
【００４１】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、吸収ピークのシフト量Δλｐの印加電圧ＶＡ依存性を表しており、同図の横軸は印加電圧ＶＡであり、縦軸はシフト量Δλｐである。ここで、シフト量Δλｐは、印加電圧ＶＡが０Ｖの時の吸収ピークの波長λｐを基準にしたときのシフト量である。
【００４２】
図３に表したように、印加電圧ＶＡの増大につれて、吸収ピークのシフト量Δλｐは増大している。そして、印加電圧ＶＡが５Ｖの時のシフト量Δλｐは５５ｎｍであった。
【００４３】
このように、表示装置１１０においては、吸収ピークの波長を５５ｎｍの幅でシフトさせることができ、例えば、非特許文献１に記載された方法の１０ｎｍよりも大きな波長シフトを実現できる。表示装置１１０により、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置を提供することができる。
【００４４】
以下に説明する各種の解析結果に基づき、この波長シフトは、ナノ構造体４０の周囲の屈折率が変化することに起因すると発明者は推定した。以下、表示装置１１０に関する解析結果を説明する。
【００４５】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示する電子顕微鏡写真図である。
すなわち、同図（ａ）及び（ｂ）は、第１電極１０上のナノ構造体４０の走査電子顕微鏡写真の像を例示しており、同図（ａ）は、印加電圧ＶＡが０Ｖの時に対応し、同図（ｂ）は、印加電圧ＶＡが５Ｖの特に対応する。図中の明るい粒子状の像がナノ構造体４０に対応する。
【００４６】
図４（ａ）及び（ｂ）に表したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの時と５Ｖの時とで、ナノ構造体４０のサイズ、形及び密度はいずれも変化していない。従って、図２及び図３に例示した印加電圧ＶＡによるピーク波長λｐのシフトは、ナノ構造体４０自体のサイズ、形及び密度のいずれかに起因するものではなく、ナノ構造体４０の周囲の屈折率の変化に起因すると推定された。
【００４７】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する解析結果を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、表示装置１１０におけるナノ構造体４０の表面のＸ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscope）解析結果を例示している。横軸は、結合エネルギーＥであり、縦軸は光電子強度Ｉｐを任意目盛で表している。
【００４８】
図５に表したように、印加電圧ＶＡが０Ｖの時のＸＰＳスペクトルと、印加電圧ＶＡが５Ｖの時のＸＰＳスペクトルと、には明らかな差異が認められた。
【００４９】
すなわち、印加電圧ＶＡが０Ｖのときは、ナノ構造体４０に含まれるＡｕ０の特性が見られ、印加電圧ＶＡが５Ｖのときは、Ａｕ２Ｏ３の特性が見られた。
【００５０】
このことから、金からなるナノ構造体４０の表面に、金の酸化物が形成されていると結論付けられる。
【００５１】
別の比較例として、第１電極１０及び第２電極２０のいずれにもナノ構造体４０を設けない表示装置１１９（図示しない）を作製した。これ以外は、本実施形態に係る表示装置１１０と同様である。すなわち、比較例の表示装置１１０においては、ＩＴＯからなる第１電極１０及び第２電極２０の間に、クエン酸の水溶液からなるイオン伝導層３０が設けられている。
【００５２】
本実施形態に係る表示装置１１０及び比較例の表示装置１１９において、第１電極１０及び第２電極２０との間に印加する印加電圧ＶＡとその時に流れる電流ＩＡとを測定した。
【００５３】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置及び比較例の表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）は表示装置１１０における電流ＩＡの測定結果を例示し、同図（ｂ）は比較例の表示装置１１９における電流ＩＡの測定結果を例示している。
【００５４】
なお、これらの測定においては、印加電圧ＶＡを−１．５Ｖから＋３Ｖの範囲で変化させた。
【００５５】
図６（ｂ）に表したように、比較例の表示装置１１９においては、電流ＩＡに何ら特徴のあるピークは観察されない。
【００５６】
これに対し、図６（ａ）に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０においては、約＋２Ｖの印加電圧ＶＡにおいて酸化のピークＰｏが観察され、約−０．６Ｖの印加電圧において還元のピークＰｒが観察された。
【００５７】
従って、本実施形態にかかる表示装置１１０においては、第１電極１０及び第２電極２０との間に印加された印加電圧ＶＡにより、電気化学反応が発生し、その結果、ナノ構造体４０の表面に、ナノ構造体４０に含まれる金属元素の酸化物が形成されたと推定された。この酸化物が、表示装置１１０における金属化合物層５０に相当する。
【００５８】
そして、金属化合物層５０である金の酸化物の屈折率は、約１．７〜３．３であり、一方、クエン酸の水溶液であるイオン伝導層３０の屈折率は、１．３３である。すなわち、この金属化合物層５０の屈折率は、イオン伝導層３０の屈折率とは異なる。
【００５９】
本発明の第１の実施形態は、以上の解析結果によって得られた新たな知見を基になされたものである。
【００６０】
すなわち、本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に金属化合物層５０が形成される。
【００６１】
そして、金属化合物層５０の量によって、ナノ構造体４０の周囲の屈折率が変化することで、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴周波数が変化する。
【００６２】
以下、ナノ構造体４０の共鳴周波数と周囲の屈折率との関係について説明する。
以下、局在型プラズモンの共鳴波長の理論式について説明する。ここでは、均一媒質中の孤立した金属粒子の局在型表面プラズモンについて取り上げる。このときの振動電磁場はMaxwellの方程式を解くことで完全に記述できるが、粒子サイズが光の波長より十分小さいときは場所による遅延が無視できるため、準静電モデルが成立する。この場合、局在型表面プラズモンは入射光の振動電場によって金属微粒子表面に誘起される分極として表され、静電場における誘電体の理論から分極Ｐが求められる。
【００６３】
まず、周囲媒質が真空の場合、粒子を光電場Ｅ０の中に置くと誘電分極が発生する。この分極が粒子内で一様であるとすると、粒子内の内部電場Ｅは次の数式１で表される。
【数１】
【００６４】
ここでＥ１は光電場Ｅ０によって誘起される表面電荷σがつくる反電場（Ｅ０と逆方向）を表す。粒子の形状が回転楕円体（球、ロッド、ディスクは回転楕円体に含まれる）の場合、分極が一様であれば反電場も一様であり、Ｅ１とＰの関係は次の数式２で表される。
【数２】
【００６５】
ここで、Ｎは反電場係数と呼ばれ、粒子形状に依存した値をとる（例：球ではＮ＝４π／３となる）。また、誘電感受率をχとするとＰと内部電場Ｅとの関係は次の数式３で表される。
【数３】
【００６６】
数式１、数式２、及び数式３式から、ＰとＥ０との関係は次の数式４となる。
【数４】
【００６７】
そして、数式４を粒子の誘電関数ε（ε＝１＋４πχ）で表すと、以下の数式５となる。
【数５】
【００６８】
次に周囲が、誘電率ε１の媒質である場合を考える。
この場合、光照射によって誘起される表面電荷は、周囲媒質の分極に伴い、その一部が打ち消される。その影響を補うため、粒子の誘電率の絶対値がより大きな値を持つ波長で共鳴が起こる。数式５のεをε／ε１で置き換えることで与えられる。さらに粒子の減衰定数γ→０と近似した自由電子のドルーデモデルによると、誘電関数εはプラズマ周波数ωｐを用いて次の数式６で表される。
【数６】
【００６９】
したがって、分極Ｐは次の数式７で表される。
【数７】
【００７０】
この数式７の分母が零のときに分極Ｐは無限大となり、このとき入射光のエネルギーは最も吸収される。この状態が局在型表面プラズモンの共鳴である。
【００７１】
したがって、共鳴周波数ωは次の数式８で表される。
【数８】
【００７２】
ここで、ωと波長λとの間には以下の数式９の関係が成立し、ε１と周囲媒質の屈折率ｎとの間には以下の数式１０の関係が成立する。
【数９】
【数１０】
【００７３】
数式８、数式９及び数式１０から、局在型表面プラズモンの共鳴波長は次の数式１１で表される。
【数１１】
【００７４】
数式１１から、ｎ、Ｎ、またはωｐの変動により、局在型表面プラズモンの共鳴波長はシフトすることが分かる。
【００７５】
このうちＮによる波長シフトでは、凝集時に大きな波長シフトが期待できるものの、一度凝集したナノ粒子を再分散させることが難しく、波長シフトの可逆性に問題がある。
【００７６】
また、ωｐによる波長シフトにおいては、電極から注入された電荷は、ナノ構造体４０とイオン伝導層３０との界面の電気２重層をトンネルして溶液中へと放電されていくため、原理的に大きな波長シフトは期待できない。
【００７７】
本実施形態に係る表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面に、金属化合物層５０を電気化学的に形成することにより、ピーク波長を大きくシフトさせることを実現している。
【００７８】
以下、ナノ構造体４０の周囲の屈折率が変化することによってナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長がシフトすることに関する実験結果について説明する。
第１電極１０の上に、粒径が約４０ｎｍの金粒子からなるナノ構造体４０の周囲を、空気、水、エチレングリコール、液晶とし、その時のナノ構造体４０の光散乱特性の波長依存性を測定した。また、この時のナノ構造体４０の顕微鏡写真を撮影した。
【００７９】
すなわち、この実験では、ナノ構造体４０の周囲を、空気の屈折率ｎが１の場合、水の屈折率ｎが１．３３の場合、エチレングリコールの屈折率ｎが１．４３の場合、及び、液晶の屈折率ｎが１．６の場合と、変化させている。
【００８０】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）は、光散乱強度スペクトルを表し、横軸は波長λであり、縦軸は散乱強度Ｉｓを任意目盛で表している。
【００８１】
同図（ｂ）は、同図（ａ）から導出されたものであり、散乱強度Ｉｓのピーク波長λｐ１の屈折率ｎ０依存性を表している。ここで、屈折率ｎ０は、空気、水、エチレングリコール、及び液晶の屈折率である。同図（ｂ）の横軸は屈折率ｎ０であり、縦軸はピーク波長λｐ１を表している。
【００８２】
図７（ａ）に表したように、ナノ構造体４０の周囲が空気である場合には、ピーク波長λｐ１は約５４０ｎｍである。そしてナノ構造体４０の周囲が、水（ｎ＝１．３３）、エチレングリコール（ｎ＝１．４３）、及び、液晶（ｎ＝１．６）の場合には、ピーク波長λｐ１は、それぞれ、約５４５ｎｍ、約５５０ｎｍ、約５６２ｎｍである。
【００８３】
図７（ｂ）に表したように、ナノ構造体４０の周囲が空気の場合に対して、水、エチレングリコール及び液晶と変え、屈折率ｎ０が大きくなるにつれ、ピーク波長λｐ１は大きくなっている。
【００８４】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置に関する実験結果を例示する顕微鏡写真図である。
すなわち、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、ナノ構造体４０の周囲が、それぞれ、空気、水、エチレングリコール及び液晶の場合の、ナノ構造体４０の暗視野像を例示している。
【００８５】
図８（ａ）〜（ｄ）に表したように、ナノ構造体４０の周囲の材料を変えることにより、ナノ構造体４０における色が変化する。
【００８６】
このように、ナノ構造体４０の周囲の材料を変えて、屈折率を変えることにより、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長が変化し、呈示される色が変化することが確認された。
【００８７】
以上説明した機構によって、本実施形態に係る表示装置１１０は動作する。
図９は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）は、表示装置１１０において印加電圧ＶＡが＋５Ｖのときの特性を例示しており、同図（ｂ）は、印加電圧ＶＡが−５Ｖのときの特性を例示している。これらの図には、印加電圧ＶＡが０Ｖの特性も図示されている。なお、同図（ａ）は、図２において印加電圧ＶＡが５Ｖのときの特性に対応する。
【００８８】
図９（ａ）に表したように、表示装置１１０において、正の印加電圧ＶＡを印加した場合には、印加電圧ＶＡが０Ｖの時に対して、吸光度Ａｂのスペクトルが変化する。これは既に説明したように、正の印加電圧ＶＡによって、ナノ構造体４０の表面に金属化合物層５０が形成され、ナノ構造体４０のプラズモン共鳴周波数がシフトしたことによる。
【００８９】
一方、図９（ｂ）に表したように、負の印加電圧ＶＡを印加した場合には、印加電圧ＶＡが０Ｖの時の吸光度Ａｂのスペクトルから変化しない。このことは、負の印加電圧ＶＡによっては、金属化合物層５０が形成されないことを示唆しており、電気化学的に金属化合物層５０が形成されていることを示唆している。
【００９０】
逆に、印加電圧ＶＡを負の電圧にすることで、生成された金属化合物層５０を、例えば還元して、ナノ構造体４０の表面を金属にすることを促進することができる。
【００９１】
このように、本実施形態に係る表示装置１１０においては、第１電極１０と第２電極２０との間に印加する印加電圧の大きさと極性の少なくともいずれかを制御することで、ナノ構造体４０を含む光学セル６０の光吸収特性を変化させ、表示色を制御することができる。
【００９２】
以下、本実施形態に係る表示装置１１０の光学セル６０の構成要素について説明する。
【００９３】
ナノ構造体４０は、局在型表面プラズモンによる発色機能を有しており、可視域の所望の波長でプラズモンを共鳴させることで、前記波長成分を吸光させて発色する。
【００９４】
既に説明したように、この共鳴波長は、ナノ構造体４０の表面の周囲の屈折率に依存し、外部からの印加電圧により周囲の屈折率を変調することにより色変化が起こる。
【００９５】
屈折率変化を実現する方法として、表示装置１１０においては、金属ナノ構造体の表面で電気化学反応を起こさせ、反応生成物である金属化合物層５０を析出させ、また、溶解させる。
【００９６】
このプラズモン吸収による発色は電子のプラズマ振動に起因し、ナノ構造中の自由電子が光電場により揺さぶられることで表面に電荷が現れ、非線形分極が生じるためとされている。プラズモンによる発色は寸法が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度のナノ構造において見られるものであり、彩度や光線透過率が高く、耐久性に優れている。
【００９７】
ナノ構造体４０は、複数のナノ構造要素からなる。すなわち、ナノメートルオーダーの形状を有するナノ構造要素が集合して、ナノ構造体４０となる。
【００９８】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的斜視図である。
すなわち、同図（ａ）〜（ｈ）は、ナノ構造体４０のナノ構造要素の各種の形状を例示している。なお、これらの図は、ナノ構造体４０が、第１電極１０の上に設けられる場合として例示しているが、ナノ構造体４０が第２電極２０の上に設けられる場合も同様である。
【００９９】
図１０（ａ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、任意の形状の粒状の形状を有することができる。
また、図１０（ｂ）に表したように、ナノ構造要素４１は、任意の形状の多面体の形状を有することができる。
また、図１０（ｃ）に表したように、ナノ構造要素４１は、球状の形状を有することができる。
また、図１０（ｄ）に表したように、ナノ構造要素４１は、回転楕円体の形状を有することができる。本具体例では、回転楕円体の回転軸方向の長さが回転楕円体の径よりも長い例であるが、回転楕円体の形状は任意である。また、本具体例は、回転楕円体の軸が、第１電極１０の主面に対して垂直である例である。
また、図１０（ｅ）に表したように、ナノ構造要素４１は、回転楕円体の形状を有することができ、この時、回転楕円体の軸が、第１電極１０の主面に対して平行とすることができる。また、回転楕円体の軸が、第１電極１０の主面に対して斜めでも良い。
【０１００】
また、図１０（ｆ）に表したように、ナノ構造要素４１は、柱状（ロッド状）の形状を有することができる。ここで、柱状とは、柱の高さが柱の径よりも大きい（長い）場合とする。本具体例は、柱の高さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して垂直である例である。ただし、柱の高さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して平行でも良く、また、斜めでも良い。また、柱の高さ方向に垂直な平面で切断したときの断面は、円形でも良く多角形でも良く、任意である。
【０１０１】
また、図１０（ｇ）及び（ｈ）に表したように、ナノ構造要素４１は、板状（ディスク状またはフレーク状）の形状を有することができる。ここで、板状とは、板の厚さが板の主面の径以下の場合とする。本具体例は、板の厚さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して垂直である例である。ただし、板の厚さ方向の軸が、第１電極１０の主面に対して平行でも良く、また、斜めでも良い。
また、図１０（ｇ）に表したように、板の厚さ方向に垂直な平面で切断したときの断面の形状は、円形でも良く、また、図１０（ｈ）に表したように、多角形でも良く、任意である。
【０１０２】
この他、ナノ構造要素４１の形状は、各種の凹凸形状（ナノパターン）や各種の膜状等の形状を有することができる。
【０１０３】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）〜（ｅ）は、ナノ構造体４０のナノ構造要素の各種の形状を例示している。なお、これらの図は、ナノ構造体４０が、第１電極１０の上に設けられる場合として例示しているが、ナノ構造体４０が第２電極２０の上に設けられる場合も同様である。
【０１０４】
図１１（ａ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、粒状の核材４１ｎが金属の薄膜で覆われたシェル状の形状（シェル構造）を有することもできる。
【０１０５】
図１１（ｂ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、第１電極１０の主面上に設けることができる。
図１１（ｃ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１の一部は、第１電極１０に埋め込まれることができる。
図１１（ｄ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、第１電極１０に埋め込まれ、第１電極１０の主面と、ナノ構造要素４１の上の面は、実質的に同一の面に配置されることができる。
図１１（ｅ）に表したように、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１は、第１電極１０に埋め込まれ、ナノ構造要素４１の上の面は、第１電極１０の主面よりも後退して配置されることができる。
【０１０６】
このように、表示装置１１０におけるナノ構造体４０は種々の形状と構成を有することができる。
【０１０７】
なお、ナノ構造体４０において、プラズモン共鳴及びその共鳴波長のシフトの現象は、ナノ構造体４０の表面の近傍におけるナノ構造体４０の特性に依存するので、本願明細書におけるナノ構造体４０に用いる材料等についての記載は、ナノ構造体４０の少なくとも表面にその材料が用いられれば良い、解釈され得る。
【０１０８】
色表示への応用を考慮すると、ナノ構造体４０におけるナノ構造要素４１の寸法のばらつきが小さいことが望ましい。
【０１０９】
ナノ構造体４０のナノ構造要素の体積平均径は、１０ｎｍから１００ｎｍであることが好ましい。すなわち、体積平均径が１０ｎｍよりも小さい、または、１００ｎｍよりも大きいと、呈示される色の彩度が低下する。なお、粒径として体積平均径を用いるのは、ナノ構造体４０が種々の粒径を有する場合には、その粒径のそれぞれの体積に応じた複数の周波数においてプラズモン共鳴が発生し、ナノ構造体４０の全体としては、その複数の周波数の共鳴が合成された共鳴が起きることが考慮されている。
【０１１０】
ナノ構造体４０における周囲の屈折率の変化に対する共鳴周波数の変化の依存性は、ナノ構造体４０を構成する材料や形状、体積平均径に依存する。そのため、これらを制御することにより、所望の波長で発色させることができ、所望のカラー表示を行うことができる。
【０１１１】
ナノ構造体４０において、隣接するナノ構造要素どうしの間の距離がおよそ２００ｎｍより小さくなるとプラズモン間の結合が生じ、新たな吸光波長のピークが発生する。このため、ナノ構造体４０におけるナノ構造要素の配置は、このプラズモン間の結合を考慮して適切に設定される。すなわち、例えば、ナノ構造要素どうしの間の距離は、２００ｎｍ以上に設定される。
【０１１２】
また、ナノ構造体４０において、ナノ構造要素が、形状異方性を有する場合（例えばロッド形状等の場合）には、吸光波長が偏光方向により異なってくるため、ナノ構造要素の配置は、その配列方向も考慮して調整される。
【０１１３】
十分な彩度の色を表示させるには基板上に固定されたナノ構造要素の数を増加させれば良いが、前記プラズモン間の結合を防ぐため、隣接するナノ構造要素どうしの間の距離は体積平均径の２倍以上とされることが望ましい。
【０１１４】
ナノ構造体４０には、貴金属（金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金等）や銅等が挙げられる。また、ナノ構造体４０には、カドミウムセレンなどの半導体材料を用いることもできる。
【０１１５】
すなわち、ナノ構造体４０に含まれる金属元素は、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅及びカドミウムセレンよりなる群から選択された少なくともいずれかとすることができる。
【０１１６】
また、ナノ構造体４０には、上記の前記金属の中でも、金、銀、白金、または、これらのうち少なくとも１種を含む合金を用いることが好ましい。さらに、ナノ構造体４０には、金及び銀の少なくともいずれかを含むことがさらに好ましい。
【０１１７】
ナノ構造体４０は、例えば以下のようにして作製される。例えば、ナノ細孔を有するアルミナメンブレンをマスクにして、金属を蒸着またはスパッタすることでナノ構造体４０を作製することができる。この場合、ナノ構造要素４１の形状と配置とは、ナノ細孔の断面に依存し、高さは金属の成膜時間で制御することができる。
【０１１８】
また、自己組織化的に配列した微小球をマスクにして金属を蒸着またはスパッタした後で微小球を取り除くことで、ナノ構造体４０を作製することができる。この場合、ナノ構造要素４１の平面形状は例えば三角形であり、三角形の寸法と配置は使用する微小球の直径に依存する。高さは金属の成膜時間で制御することができる。
【０１１９】
また、以下に説明するＥＢリソグラフィーによって作製しても良い。すなわち、まず、基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）に金属薄膜を堆積した後、この上にＥＢレジストを塗布して電子線を照射してレジストパターンを作製し、作製したレジストパターンをマスクにして下地の金属薄膜をエッチングする。このようにして得られるナノ構造要素４１は、例えばディスク形状であり、形状と配置はレジスト描画パターンで定義することができ、高さは金属の成膜時間で制御することができる。
【０１２０】
また、ナノ構造体４０のナノ構造要素４１として、金属または半導体のナノ粒子を用いる場合には、ナノ粒子の分散液を基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）に塗布し、乾燥させることによって基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）へのナノ粒子を物理吸着させる方法を採用できる。
【０１２１】
また、ナノ粒子の周囲で弱く帯電した分散材と、その分散材の帯電とは逆の極性に帯電した官能基を有する、または、ナノ粒子自体と強く化学結合する部位を有する自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Self-Assembling Monolayer）と、を基板上（第１及び第２電極１０及び２０のいずれかの上）に作製し、このＳＡＭを介してナノ粒子を基板（第１及び第２電極１０及び２０のいずれか）の上に固定する方法を採用することができる。
【０１２２】
なお、上記の場合、ナノ構造要素４１の形状は、使用するナノ粒子の形状に依存し、隣接するナノ構造要素４１どうしの間の距離は、ナノ粒子間に作用する斥力と、基板表面とナノ粒子との吸着力の強さにより決定される。
【０１２３】
ナノ構造要素４１がシェル構造を有する場合は、基板（第１及び第２電極１０及び２０のいずれか）上へ自己組織化的に配列させた誘電体の微小球上に金属を蒸着またはスパッタすることにより、ナノ構造体４０を作製することができる。また、金属を外郭に持つシェル構造を有するナノ粒子を作製し、それを基板（第１及び第２電極１０及び２０のいずれか）上に塗布することにより、ナノ構造体４０を作製することができる。
【０１２４】
なお、ナノ構造体４０におけるプラズモン共鳴のピーク波長、ピーク波長のシフト量、シフト量の電圧依存性（周囲の屈折率の変化依存性）、共鳴特性の急峻性（共鳴特性の反値幅）、及び、駆動電圧などが、ナノ構造要素４１の形状、及び、隣接するナノ構造要素４１どうしの間の距離に依存することを考慮すると、所望の表示特性が出せるよう、形状と配置とを適切に制御できるＥＢリソグラフィー法を採用すると、ナノ構造体４０の精度が向上でき、高い表示性能を提供することが容易となる。
【０１２５】
なお、ナノ構造体４０の作製方法は上記に限らず、任意の方法を用いることができる。
【０１２６】
なお、ナノ構造体４０には、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかと同じ材料を用いることができる。このとき、ナノ構造体４０は、それが設けられる第１電極１０及び第２電極２０に形成された凹凸とすることができる。この場合には、その凹凸の突出部（凸部）がナノ構造体４０と見なされ、突出部よりも後退した部分（凹部）が第１電極１０及び第２電極２０のいずれかと見なされる。
【０１２７】
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の要部の構成を例示する別の模式的断面図である。
すなわち、同図は、金属化合物層５０の各種の構成を例示している。なお、これらの図は、ナノ構造体４０が、第１電極１０の上に設けられる場合として例示しているが、ナノ構造体４０が第２電極２０の上に設けられる場合も同様である。
図１２（ａ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の第１電極１０と接する面を除いて、ナノ構造体４０を覆うように設けることができる。
【０１２８】
図１２（ｂ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面の一部に独立した複数の島状に設けることができる。
【０１２９】
図１２（ｃ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面のうち、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０とは反対の側に設けることができる。
【０１３０】
図１２（ｄ）に表したように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面のうち、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０の側に設けることができる。
【０１３１】
このように、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に設けられれば良く、その形状は任意である。また、金属化合物層５０の厚さも任意である。
【０１３２】
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。 すなわち、同図は、ナノ構造体４０の粒径（ナノ構造要素４１の体積平均径）と吸収ピークのシフト量Δλｐとの関係について調べた実験結果を例示している。同図の横軸は、ナノ構造体４０の粒径ｄであり、縦軸は、吸収ピークのシフト量Δλｐである。
【０１３３】
なお、実験に用いた試料は、第１電極１０及び第２電極２０としてＩＴＯを用い、ナノ構造体４０として、種々の粒径の金からなる粒子を用い、イオン伝導層３０としてクエン酸の水溶液（０．０２μｇ／ｍｌ）を用いた。そして、吸収ピークのシフト量Δλｐは、印加電圧ＶＡが０Ｖの吸収ピークの波長λｐと、印加電圧ＶＡが５Ｖの時の吸収ピークの波長λｐと、の差とした。
【０１３４】
図１３に表したように、ナノ構造体４０の粒径ｄが大きくなるにつれて、吸収ピークのシフト量Δλｐが小さくなっている。
【０１３５】
ナノ構造体４０の粒径は、一定の範囲に制御されることで、吸収ピークのシフト量Δλｐの変動が小さくでき、また、ナノ構造体４０の粒径を小さくすることで吸収ピークのシフト量Δλｐを拡大できる。
【０１３６】
このように、吸収ピークのシフト量Δλｐはナノ構造体４０の粒径ｄの依存性を有し、吸収ピークのシフト量Δλｐが小さくなっていることから、本具体例においては、金属化合物層５０は、ナノ構造体４０の第１電極１０から遠い側よりも近い側において、比較的高い密度で形成されたと推測できる。すなわち、本具体例においては、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０に金属酸化物であるＩＴＯを用い、そして、金属化合物層５０として金属酸化物が形成される系である。このとき、金属酸化物である第１電極１０の近傍において、金属酸化物である金属化合物層５０が形成されやすいものと推測される。
【０１３７】
従って、ナノ構造体４０の形状は、例えば、図１０（ｆ）に例示した高さが径よりも大きい（長い）柱状よりも、図１０（ｇ）及び（ｈ）に例示した厚さが径以下の板状の場合の方が、ナノ構造体４０の全体が、第１電極１０から一定の範囲の距離内に収まり、金属化合物層５０の生成がより促進され、結果として吸収ピークのシフト量Δλｐがより拡大できる。
すなわち、ナノ構造体４０の複数のナノ構造要素４１の高さ（ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０の主面に対して垂直な方向のサイズ、すなわち、平均のサイズ）は、幅（ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０の主面に対して平行な方向のサイズ、すなわち、平均のサイズ）以下であることが望ましい。
【０１３８】
金属化合物層５０は、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属硫化物などであり、ナノ構造体４０に含まれる金属元素を含む金属化合物である。金属化合物層５０の組成は、例えば、ナノ構造体４０に含まれる金属元素、可動イオン３１の材料、イオン伝導層３０の材料、第１電極１０及び第２電極２０の材料、印加される電圧の極性などによって変えられる。金属化合物層５０の屈折率ｎ１が、イオン伝導層３０の屈折率ｎ０とは異なればよく、金属化合物層５０の組成は任意である。
【０１３９】
第１電極１０及び第２電極２０には、導電性の任意の材料を用いることができる。
図１に例示したように、第１電極１０と第２電極２０とが対向して設けられている構成であり、使用者が第２電極２０の側から表示装置１１０を観視する場合には、第２電極２０は、可視光に対して透光性を有する導電膜を用いることが望ましい。これにより、使用者は、第２電極２０の第１電極１０の側に配置されるナノ構造体４０の光吸収の変化を観視することができる。
【０１４０】
可視光に対して透光性を有する導電膜としては、材料自身が可視光に対して透光性を有する、ＩＴＯやＳｎＯ２などのような金属酸化物を用いることができる。また、材料自体は可視光を遮光する材料（たとえ金属）であっても、厚さを十分薄くした金属膜を、可視光に対して透光性を有する導電膜として用いることができる。さらには、適宜開口部を設けた可視光に対して遮光性の材料の膜を、可視光に対して透光性を有する導電膜として用いることができる。
【０１４１】
このような可視光に対して透光性を有する導電膜は、第１電極１０及び第２電極２０の少なくともいずれかに用いることができる。
【０１４２】
表示装置１１０が反射型の表示装置として用いられる場合において、以下では、第２電極２０の側から使用者が表示装置１１０を観視する場合として説明する。
この場合、観視側でない方の電極、すなわち、第１電極１０に、可視光に対して反射性を持たせることで、外部から表示装置１１０に入射した光を、ナノ構造体４０によって波長特性を変化させた上で、使用者に向けて反射させることができる。
【０１４３】
この場合において、第１電極１０に可視光に対して透光性を有する導電膜を用い、その背面の側（第１電極１０の第２電極２０とは反対の側）に、可視光に対して反射性を有する反射層を設けることができ、この場合も、表示装置１１０に入射した光を、ナノ構造体４０によって波長特性を変化させた上で、使用者に向けて反射させることができる。
【０１４４】
また、表示装置１１０を透過型または投射型として用いる場合は、バックライトまたは投影光源からの光を透過させるように、第１電極１０及び第２電極２０の両方に、可視光に対して透光性を有する導電膜を用い、透過型または投射型の表示を有効にできる。
【０１４５】
また、例えば、第１電極１０の上にナノ構造体４０が設けられ、第２電極２０にはナノ構造体４０を設けない構成の時は、第１電極１０が表示用の電極（画素電極）となり、第２電極２０は駆動のための電流の経路となる。この場合には、第２電極２０の形状と配置は任意であり、例えば、第２電極２０は、第１電極１０の一部と対向して、または、第１電極１０と対向しない任意の場所に任意の形状で設けることができる。この場合には、第２電極２０の光学特性は任意であり、例えば、第２電極２０として、可視光に対して遮光性を有する材料を用いても良い。
【０１４６】
なお、表示装置１１０においては、ナノ構造体４０の表面における電気化学的な作用を利用するので、ナノ構造体４０が設けられる第１電極１０及び第２電極２０には、ＩＴＯやＳｎＯ２などのような金属酸化物の導電膜を用いることが好ましい。これにより、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成される化学的に不安定な金属化合物層５０を安定化させることが容易となる。
【０１４７】
なお、後述するように、光学セル６０が層面に対して垂直方向に積層される場合には、積層される１つ目の光学セル６０の第１及び第２電極１０及び２０のいずれかと、２つ目の光学セル６０の第１及び第２電極１０及び２０のいずれかとの間には、絶縁層を設けることができる。
【０１４８】
イオン伝導層３０には、可動イオン３１を含み、可視光に対して透光性を有する任意の材料を用いることができ、例えば液体でも良く、例えば、固体電界質のような固体でも良い。特に、イオン伝導層３０が液体である場合には、例えば、第１電極１０と第２電極２０とが設けられる空間に安定してイオン伝導層３０が維持されるように、イオン伝導層３０の周囲には、第１電極１０、第２電極２０及び任意の基板やシール材等が設けられる。
【０１４９】
イオン伝導層３０は、例えば、無色透明な水や有機溶剤などを用いることができ、金属化合物層５０を生成するための電気化学的な反応を実現するために、可動イオンを含有する。電気化学反応を発生させるために、可動イオン３１の濃度は、例えば０．０５μｇ／ｍｌ以上に設定されることが望ましい。
【０１５０】
なお、イオン伝導層３０の電気抵抗が低すぎる場合には、第１電極１０と第２電極２０とが電気的にショートしてしまい、第１電極１０と第２電極２０との間に必要な電圧を印加することができないので、イオン伝導層３０の電気抵抗は、第１電極１０と第２電極２０との間に必要な電圧を印加する抵抗値以上に設定される。
【０１５１】
可動イオン３１は、電気化学反応の際に、ナノ構造体４０と電荷授受を行う。可動イオン３１には、陰イオンを用いることができ、例えば、無機の陰イオンでも良く、有機酸イオンでも良い。無機イオンの例としては、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）などを用いることができる。有機酸イオンとしては、カルボキシル基や水酸基を含む、クエン酸やアスコルビン酸などを用いることができる。
【０１５２】
この時、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物層５０が、可逆的に生成され、また、消滅することが必要とされる。このためには、電気化学反応において、印加電圧ＶＡに応じて金属化合物層５０の析出と溶解が制御可能であることが望ましい。
【０１５３】
この条件を満たす可動イオン３１とイオン伝導層３０の組み合わせとしては、たとえば、可動イオン３１としてクエン酸が溶解した水溶液をイオン伝導層３０として用いることができる。
【０１５４】
なお、可動イオン３１としては、表示装置１１０を観視したときに見えないように、目視で確認できない大きさであることが望ましい。
【０１５５】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る別の表示装置１１１及び１１２の構成をそれぞれ例示しており、これらの図においては、第２電圧Ｖ２が印加され、金属化合物層５０が形成される第２状態Ｓ２を例示しており、第１状態Ｓ１は省略されている。
【０１５６】
図１４（ａ）に表したように、表示装置１１１においては、第１電極１０の上にナノ構造体４０ａが設けられ、その表面に金属化合物層５０ａが設けられている。そして、第２電極２０の上にナノ構造体４０ｂが設けられ、その表面に金属化合物層５０ｂが設けられている。
【０１５７】
ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとで、含まれる金属元素、形状、粒径、密度及び配置のいずれかを異ならせることができる。これにより、ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとで、プラズモン共鳴のピーク波長、ピーク波長のシフト量、シフト量の電圧依存性、共鳴特性の急峻性、駆動電圧の少なくともいずれかを異ならせることで、ナノ構造体４０ａにおける色変化とナノ構造体４０ｂにおける色変化の複数の色変化を表示することができる。
【０１５８】
なお、第１電極１０及び第２電極２０の両方に、同じ材料、同じ形状、同じ密度、同じ配置のナノ構造体４０を設けても良い。
【０１５９】
図１４（ｂ）に表したように、表示装置１１２においては、第１電極１０の上にナノ構造体４０ａ及びナノ構造体４０ｂが設けられており、それぞれの表面に金属化合物層５０ａ及び金属化合物層５０ｂが設けられている。
【０１６０】
ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとは、含まれる金属元素、形状、粒径、密度及び配置の少なくともいずれかを異ならせることができる。
このように、同じ基板上に異なる仕様のナノ構造体４０ａ及び４０ｂを設けても良い。
【０１６１】
これにより、ナノ構造体４０ａにおける色変化とナノ構造体４０ｂにおける色変化の複数の色変化を表示することができる。
【０１６２】
また、図１４（ａ）に例示した構成と、図１４（ｂ）に例示した構成と、を組み合わせても良い。すなわち、第１電極１０側に複数の仕様のナノ構造体を設け、第２電極２０の側に第１電極１０に設けたナノ構造体とは異なる仕様の複数の仕様のナノ構造体を設けても良い。
【０１６３】
このように、本実施形態に係る表示装置１１０〜１１２は、各種の変形が可能である。そして、ナノ構造体４０におけるプラズモン共鳴周波数を印加電圧ＶＡによって制御し、任意の色の変化を表示できる。
【０１６４】
例えば、第１状態Ｓ１の時に緑色光を吸収し、第２状態Ｓ２の時に赤色光を吸収するように構成することができる。また、第１状態Ｓ１の時に赤色光を吸収し、第２状態Ｓ２の時に赤外光を吸収するように構成することができる。また、第１状態Ｓ１の時に紫外光を吸収し、第２状態Ｓ２の時に青色光を吸収するように構成することができる。この吸収する光の波長は、ナノ構造体４０に用いる材料、金属元素、形状、粒径、密度及び配置の少なくともいずれか、並びに、イオン伝導層３０の屈折率、可動イオン３１の種類、金属化合物層５０の屈折率などを制御することができ、これにより、任意の色相の色を表示できる。
【０１６５】
また、白色または黒色も表示することができる。例えば、ナノ構造体４０において、例えば、第１状態Ｓ１では可視光領域に共鳴波長を有するようにし、第２状態Ｓ２では、可視光の長波長領域の共鳴波長を赤外域にシフトさせつつ短波長領域の共鳴波長を紫外領域にシフトさせることで、第２状態Ｓ２において可視光を実質的に透過させることで、例えば、光学セル６０の背面に配置される反射層で反射した光を視認でき、これが白色状態に相当する。また、上記の逆が、黒色状態に相当する。さらに、後述するように、異なる波長特性を有する光学セル６０を並置まはた積層することで、任意の表示色を得ることができる。
【０１６６】
なお、本実施形態に係る上記の表示装置１１０〜１１２において、さらに任意の光スイッチ層を備えても良い。光スイッチ層には、例えば、液晶やＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical System）などを用いることができ、例えば、光学セル６０の背面または前面に光スイッチ層を配置し、光の強度を制御することもできる。すなわち、光学セル６０における色変化の制御と、光スイッチ層における光強度の制御と、を組みあわせることで、表示特性の制御範囲がより拡大する。
【０１６７】
図１５は、本発明の第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る別の表示装置１２０においては、第１電極１０と第２電極２０とが、第１基板５１の主面５１ｍ上に設けられ、第１基板５１の主面５１ｍに対向して第２基板５２が設けられている。
【０１６８】
すなわち、第２電極２０は、イオン伝導層３０の第１電極１０に対向する側に設けられている。これ以外は、表示装置１１０と同様なので説明を省略する。
【０１６９】
この構成においては、第１基板５１と第２基板５２との間にイオン伝導層３０が設けられている。この場合も、第１電極１０と第２電極２０とに対向してイオン伝導層３０が設けられている。なお、この構成の場合は、第１電極１０と第２電極２０との間に形成される電流経路３２の方向は、第１基板５１の主面５１ｍに配向な平面に含まれる方向を含む。すなわち、この構成においても、イオン伝導層３０は、第１電極１０と第２電極２０との間の電流経路３２となる。
【０１７０】
このような構成を有する表示装置１２０も、表示装置１１０と同様な機構により、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示装置を提供することができる。
【０１７１】
表示装置１１０、１１１及び１１２に関して説明した各種の変形例を表示装置１２０に適用することもできる。
【０１７２】
以下は、本発明の第１の実施形態に係る実施例について説明する。
（第１の実施例）
図１６は、本発明の第１の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１６に表したように、本発明の第１の実施例に係る表示装置１１０ａは、図１に例示した表示装置１１０と同様の構成を有している。すなわち、表示装置１１０ａにおいては、第１電極１０と第２電極２０とが対向して設けられ、その間にイオン伝導層３０が設けられる。そして、表示装置１１０ａの場合には、第１電極１０は、第１基板５１の上に設けられ、第２電極２０は、第２基板５２の上に設けられている。これ以外は、表示装置１１０と同様の構成とすることができるので、説明を省略する。
【０１７３】
本実施例においては、第１基板５１及び第２基板５２には、透光性のガラス基板が用いられている。また第１電極１０及び第２電極２０には、ＩＴＯが用いられている。ナノ構造体４０には、体積平均径が約４０ｎｍの金粒子が用いられている。ナノ構造体４０は、第１電極１０の上に設けられている。
【０１７４】
第１基板５１の下側（第２基板５２とは反対の側）には、反射層７１が設けられている。反射層７１としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの白色の顔料を含有する層などが用いられる。
【０１７５】
本実施例では、イオン伝導層３０には、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）などの無機イオンを可動イオンとして含有する水溶液が用いられる。
【０１７６】
この場合には、ナノ構造体４０には、この無機イオンに対して化学的に安定で、真空中において紫外域にプラズモン共鳴波長を持つものが好ましく、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金等を用いることができる。
【０１７７】
（第２の実施例）
図１７は、本発明の第２の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１７に表したように、本発明の第１の実施例に係る表示装置１１０ｂにおいては、第１電極１０と第２電極２０とが対向して設けられ、その間にイオン伝導層３０が設けられる。そして第１電極１０は、第１基板５１の上に設けられ、第２電極２０は、第２基板５２の上に設けられている。
【０１７８】
ナノ構造体４０は、第２電極２０の上に設けられている。第２電極２０には、例えばＩＴＯが用いられ、第１電極１０には、反射性の銀が用いられている。イオン伝導層３０及びナノ構造体４０には、例えば表示装置１１０ｂ同様の構成を適用できる。
【０１７９】
表示装置１１０ｂにおいては、第１電極１０に反射性の電極が用いられているので、表示装置１１０ａに関して説明した反射層７１が省略できる。
【０１８０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係る表示装置は、第１の実施形態に関して説明した光学セルを複数備える。
図１８は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１８に表したように、本実施形態に係る表示装置２１０は、要素光学層６１を備える。
【０１８１】
要素光学層６１は、複数の光学セル６０層を有する。複数の光学セル６０は、例えば、互いに積層された光学セル６０ａ及び６０ｂである。
【０１８２】
光学セル６０ａ及び６０ｂは、第１の実施形態に関して説明した光学セル６０と同様の構成を有する。すなわち、光学セル６０ａは、第１電極１０ａと、第２電極２０ａと、可動イオン３１ａを含むイオン伝導層３０ａと、ナノ構造体４０ａと、を有し、電圧の印加によって形成される金属化合物層５０ａの量が可変である。第１電極１０ａ及び第２電極２０ａとは互いに対向している。同様に、光学セル６０ｂは、第１電極１０ｂと、第２電極２０ｂと、可動イオン３１ｂを含むイオン伝導層３０ｂと、ナノ構造体４０ｂと、を有し、電圧の印加によって形成される金属化合物層５０ｂの量が可変である。第１電極１０ｂ及び第２電極２０ｂとは互いに対向している。
【０１８３】
なお、第２電極２０ａと第１電極１０ｂとの間には絶縁層５５が設けられている。
【０１８４】
このように、要素光学セル６１は複数の光学セル６０ａ及び６０ｂを有し、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂのそれぞれの第１電極１０ａ及び１０ｂの第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂが互いに平行であり、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂは、第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂに対して垂直な方向に積層されている。
【０１８５】
このとき、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）のそれぞれのナノ構造体４０ａ及び４０ｂのプラズモン共鳴波長は、互いに異ならせることができる。例えば、光学セル６０ａ及６０ｂとで、ナノ構造体４０に用いる材料、金属元素、形状、粒径、密度及び配置の少なくともいずれか、並びに、イオン伝導層３０の屈折率、可動イオン３１の種類、金属化合物層５０の屈折率の少なくともいずれかを異ならせる。
【０１８６】
これにより、複数の光学セル６０ａと６０ｂとの表示色を混色させることができ、表示できる色が多様化する。
【０１８７】
なお、本具体例では、要素光学層６１が２つの光学セル６０を有するが、要素光学層６１に設けられる光学セル６０の数は任意であり、例えば、３つの光学セル６０を有するように構成しても良い。例えば、この３つの光学セル６０は、それぞれ赤、緑、青の３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良いし、それぞれシアン、マゼンタ、イエローの３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良い。
これにより、任意の色が表示できる。
【０１８８】
（第３の実施例）
図１９は、本発明の第３の実施例に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１９に表したように、本発明の第２の実施形態に係る第３の実施例の表示装置２１０ａは、図１８に例示した表示装置２１０と同様の構成を有している。そして、本実施例の場合には、１層目の第１電極１０ａは第１基板５１の上に設けられている。一方、２層目の第２電極２０ｂは、第２基板５２の上に設けられている。
【０１８９】
第１電極１０ａ及び１０ｂ、並びに、第２電極２０ａ及び２０ｂには、ＩＴＯが用いられている。
【０１９０】
１層目のナノ構造体４０ａは、金属化合物層５０の生成によって、紫外域から可視域の短波長領域でプラズモン共鳴のピーク波長をシフトさせるように設計されている。ナノ構造体４０ａには、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金などを用いることができる。１層目のイオン伝導層３０ａには、可動イオン３１ａとして、単価または多価の無機の陰イオンや有機酸イオンを含む水溶液を用いることができる。
【０１９１】
一方、２層目のナノ構造体４０ｂは、金属化合物層５０の生成によって、緑から赤外の長波長領域でプラズモン共鳴のピーク波長をシフトさせるように設計されている。ナノ構造体４０ｂには、例えば金を用いることができる。２層目のイオン伝導層３０ｂに含まれる可動イオン３１ｂとしては、金との親和性が弱い、例えば多価の有機酸イオンが望ましく、例えば、カルボキシル基や水酸基を含む、クエン酸やアスコルビン酸を用いることができる。すなわち、２層目のイオン伝導層３０ｂには、クエン酸やアスコルビン酸の水溶液が用いられる。
【０１９２】
なお、第１基板５１、第２基板５２、絶縁層５５には、可視光に対して透光性のある材料を用いることができる。
【０１９３】
なお、上記の１層目の光学セル６０ａと２層目の光学セル６０ｂとは互いに入れ替えが可能である。
【０１９４】
図２０は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２０に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２１１は、要素光学層６１を備える。
【０１９５】
この場合も、要素光学層６１は、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂを有する。そして、光学セル６０ａ及び６０ｂにおいては、第１電極１０ａ及び第２電極２０ａとは並置され、第１電極１０ｂ及び第２電極２０ｂとは並置されている。すなわち、表示装置２１１は、表示装置１２０を複数積層した構造を有する。
【０１９６】
なお、表示装置２１１においては、１層目の第１電極１０ａ及び第２電極２０ａは１層目の第１基板５１ａの上に設けられ、２層目の第１電極１０ｂ及び第２電極２０ｂは２層目の第１基板５１ｂの上に設けられ、２層目の第１基板５１ｂに対向するように、第２基板５２が設けられている。そして、１層目の第１基板５１ａと２層目の第１基板５１ｂとの間に、１層目のイオン伝導層３０ａが設けられ、２層目の第１基板５１ｂと第２基板５２との間に、２層目のイオン伝導層３０ｂが設けられている。
【０１９７】
この場合も、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）のそれぞれのナノ構造体４０ａ及び４０ｂのプラズモン共鳴波長を、互いに異ならせることで、複数の光学セル６０ａと６０ｂとの表示色を混色させることができ、表示できる色が多様化する。
【０１９８】
なお、本具体例では、要素光学層６１が２つの光学セル６０を有するが、要素光学層６１に設けられる光学セル６０の数は任意であり、例えば、３つの光学セル６０を有するように構成しても良い。例えば、この３つの光学セル６０は、それぞれ赤、緑、青の３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良いし、それぞれシアン、マゼンタ、イエローの３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良い。
これにより、任意の色が表示できる。
【０１９９】
図２１は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２１に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２１２では、表示装置２１１における第２基板５２が省略され、１層目の第１基板５１ａの主面５１ｍａと、２層目の第１基板５１ｂの主面５１ｍｂとが互いに対向して配置されている。
【０２００】
そして、イオン伝導層３０は、１層目の光学セル６０ａと、２層目の光学セル６０ｂと、で共有されている。
【０２０１】
本具体例では、ナノ構造体４０ａが設けられた１層目の第１電極１０ａと、ナノ構造体４０ｂが設けられた２層目の第１電極１０ｂとは、互いに対向している。このとき、１層目の第１電極１０ａと、２層目の第１電極１０ｂと、の電位を実質的に同じに設定しつつ、１層目の第１電極１０ａと第２電極２０ａとの間の電圧を変化させ、また、２層目の第２電極１０ｂと第２電極２０ｂとの間の電圧を変化させすことで、１層目の光学セル６０ａと２層目の光学セル６０ｂとで、独立して色を制御することができる。
【０２０２】
図２２は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２２に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２２０も、要素光学層６１を備える。そして、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）が、層面に平行な平面内で並置される。そして、本具体例では、それぞれの光学セル６０ａ及び６０ｂにおける第１電極と第２電極とが互いに対向して配置され、その間にイオン伝導層３０が設けられている。
【０２０３】
すなわち、要素光学層６１は複数の光学セル６０ａ及び６０ｂを有し、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂのそれぞれの第１電極１０ａ及び１０ｂの第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂが互いに平行であり、複数の光学セル６０ａ及び６０ｂは、第１主面１０ｍａ及び１０ｍｂに対して平行な方向に並置されている。
【０２０４】
このときも、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）のそれぞれのナノ構造体４０ａ及び４０ｂのプラズモン共鳴波長は、互いに異ならせることで、複数の光学セル６０ａと６０ｂとの表示色を混色させることができ、表示できる色が多様化する。
【０２０５】
なお、本具体例では、要素光学層６１が２つの光学セル６０を有するが、要素光学層６１に設けられる光学セル６０の数は任意であり、例えば、３つの光学セル６０を有するように構成しても良い。例えば、この３つの光学セル６０は、それぞれ赤、緑、青の３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良いし、それぞれシアン、マゼンタ、イエローの３つの色と他の色との間で色が変化するように構成しても良い。
これにより、任意の色が表示できる。
【０２０６】
図２３は、本発明の第２の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２３（ａ）に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２２１においても、要素光学層６１に含まれる複数の光学セル６０（光学セル６０ａ及び６０ｂ）が、層面に平行な平面内で並置される。そして、表示装置２２１においては、光学セル６０ａの第１電極１０ａと第２電極２０ａとが互いに並置され、光学セル６０ａの第１電極１０ｂと第２電極２０ｂとが互いに並置されている。
【０２０７】
図２３（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の表示装置２２２においては、光学セル６０ａと光学セル６０ｂとで、第２電極が共有され、光学セル６０ａに含まれる第２電極２０ａと、光学セル６０ｂに含まれる第２電極２０ｂと、は同一である。
【０２０８】
このように、本実施形態に係る表示装置における構成要素は、種々変形することができる。
【０２０９】
（第３の実施の形態）
図２４は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２４（ａ）に表したように、本発明の第３の実施形態に係る表示装置３１０は、複数の要素光学層６１を備える。すなわち、例えば、要素光学層６１ａ及び６１ｂである。
【０２１０】
複数の要素光学層６１のそれぞれは、第２の実施形態に係る表示装置２１０、２１１、２１２、２２０、２２１及び２１２に関して説明したいずれかの要素光学層である。
【０２１１】
そして、本具体例では、要素光学層６１のそれぞれが３つの光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを有する場合であり、その光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃが積層される場合である。
【０２１２】
ここで、第１電極１０ａの第１主面１０ｍａに平行な面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面内の１つの方向をＸ軸方向とし、ＸＹ平面内においてＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。そして、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０２１３】
すなわち、光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃはＺ軸方向に積層される。
【０２１４】
そして、このような構成の複数の要素光学層６１が、それぞれ１つの画素となり、要素光学層６１の層面に平行な平面内に配置されている。例えば、複数の要素光学層６１が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにマトリクス状に配置される。
【０２１５】
このように、表示装置３１０は、複数の要素光学層６１を備え、前記複数の要素光学層６１は、要素光学層６１に含まれる光学セル６０の第１電極１０の第１主面１０ｍａに対して平行な平面内に並置されている。
【０２１６】
これにより、任意の図形や文字を任意の色で表示できる表示装置を実現することができる。
【０２１７】
図２４（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の表示装置３１１では、要素光学層６１ａ及び６１ｂのそれぞれにおいて、光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃが第１主面１０ｍａに平行な平面内（ＸＹ平面内）で並置されている。
【０２１８】
この場合も、任意の図形や文字を任意の色で表示できる表示装置を実現することができる。
【０２１９】
このように、マトリクス状に並置された複数の要素光学層６１は、例えば、単純マトリクス駆動やアクティブマトリクス駆動などの方法によって駆動させることができる。単純マトリクス駆動の場合には、例えば電圧平均化法を用いることができる。要素光学層６１における光学特性の印加電圧ＶＡ依存性に対して急峻性を必要としないアクティブマトリクス駆動が、表示性能の点では望ましい。アクティブマトリクス駆動の場合には、２端子のスイッチング素子や３端子のスイッチング素子などを用いることができるが、制御性の点で３端子のスイッチング素子を用いることがより望ましい。３端子のスイッチング素子としては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いることができる。
【０２２０】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態に係る表示装置は、アクティブマトリクス駆動の表示装置である。
【０２２１】
図２５は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的回路図である。
図２５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る表示装置４１０は、アクティブマトリクス光学層５０５を備える。
【０２２２】
アクティブマトリクス光学層５０５は、複数の走査線５１０と複数の信号線５２０とを有する。
【０２２３】
複数の走査線５１０は、第１方向（例えばＸ軸方向）に延在し、複数の信号線５２０は、第１方向に対し非平行な第２方向（例えばＹ軸方向）に延在する。第１方向と第２方向とは例えば直交する。
【０２２４】
そして、アクティブマトリクス光学層５０５は、複数の走査線５１０のそれぞれと、複数の信号線５２０のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数のスイッチング素子５３０及び複数の表示要素５４０と、をさらに有する。
【０２２５】
スイッチング素子５３０としては、例えばＴＦＴが用いられる。そして、それぞれのスイッチング素子５３０のゲート電極５３１が、それぞれの走査線５１０に接続されている。そして、スイッチング素子５３０の例えばソース電極５３２のそれぞれが、それぞれの信号線５２０に接続されている。そして、スイッチング素子５３０の例えばドレイン電極５３３のそれぞれが、それぞれの表示要素５４０に接続されている。なお、上記のソース電極５３２とドレイン電極５３３とは互いに入れ替えることができる。
【０２２６】
それぞれの表示要素５４０は、本発明の実施形態に係る光学セル６０を有する。そして、光学セル６０の第１電極１０及び第２電極２０のいずれか一方が上記のドレイン電極５３３に接続され、いずれか他方は、別の電位に設定される。本具体例では、第１電極１０がドレイン電極５３３に接続され、第２電極２０は、対向電位に設定されている。
【０２２７】
これにより、各表示要素５４０の光学セル６０には、スイッチング素子５３０を介して任意の電圧が付与され、各表示要素５４０の光学セル６０は任意の光学特性の変化を示すことができる。
【０２２８】
このようなアクティブマトリクス型の表示装置において、各表示要素５４０は任意の構成を有することができる。
すなわち、マトリクス状に配列した表示要素５４０は、異なる表示色を呈示可能な複数の要素光学層６１の組みが、繰り返し配列した構成とすることができる。
【０２２９】
例えば、図２４（ｂ）に例示した表示装置３１１のように、異なる光学特性を有する光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃがＸＹ平面内で並置され、このような光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを含む要素光学層６１がＸＹ平面内にさらに並置することができる。
【０２３０】
この場合は、ＸＹ平面内に並置された光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを有する要素光学層６１がサブ表示要素となる。
【０２３１】
そして、この場合の表示装置は、複数のサブ表示要素を備え、前記複数のサブ表示要素のそれぞれは、前記複数の表示要素５４０を有し、前記複数のサブ表示要素のそれぞれにおける前記表示要素５４０の光学セル６０のそれぞれのナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長は、互いに異なる。
【０２３２】
また、図２５に例示したアクティブマトリクス光学層５０５を積層することもできる。 この場合には、例えば、図２４（ａ）に例示した表示装置３１０のように、異なる光学特性を有する光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃがＺ軸方向に積層され、このような光学セル６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを含む要素光学層６１がＸＹ平面内に並置される。
【０２３３】
この場合の表示装置は、複数のアクティブマトリクス光学層５０５を備え、複数のアクティブマトリクス光学層５０５は、Ｚ軸方向（前記第１の方向と前記第２の方向を含む平面に対して垂直な方向）に積層されている。そして、複数のアクティブマトリクス光学層５０５の複数の表示要素５４０の光学セル６０のそれぞれのナノ構造体４０のプラズモン共鳴波長は、互いに異なる。
【０２３４】
このように、アクティブマトリクス光学層５０５の構成は任意であり、また、任意の構成でアクティブマトリクス光学層５０５を組み合わせることができる。
【０２３５】
図２６は、本発明の第４の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２６に表したように、本実施形態に係る別の表示装置４２０においては、アクティブマトリクス光学層５０５が積層され、光学セル６０ａと光学セル６０ｂとが積層されている。
【０２３６】
すなわち、１層目のアクティブマトリクス光学層５０５のスイッチング素子５３０ａが１層目の第１基板５１ａの上に設けられている。すなわち、第１基板５１ａの上に、スイッチング素子５３０ａと第１電極１０ａと走査線５１０（図示しない）と信号線５２０（図示しない）とが設けられている。第１電極１０ａの上にはナノ構造体４０ａが設けられ、その表面には印加電圧によって金属化合物層５０ａが形成可能である。
【０２３７】
一方、２層目のアクティブマトリクス光学層５０５のスイッチング素子５３０ｂが２層目の第１基板５１ｂの上に設けられている。すなわち、第１基板５１ｂの上に、スイッチング素子５３０ｂと第１電極１０ｂと走査線５１０（図示しない）と信号線（５２０図示しない）とが設けられている。第２電極１０ｂの上にはナノ構造体４０ｂが設けられ、その表面には印加電圧によって金属化合物層５０ｂが形成可能である。
なお、ナノ構造体４０ａとナノ構造体４０ｂとは互いに光学特性が異なる。
【０２３８】
第１基板５１ａと第１基板５１ｂとは互いに対向して設置され、それらの間に絶縁層５５が設けられ、絶縁層５５の第１基板５１ａの側には、１層目の第２電極２０ａが設けられ、絶縁層５５の第１基板５１ｂの側には、２層目の第２電極２０ｂが設けられている。
【０２３９】
そして、第１電極１０ａと第２電極２０ａとの間に、１層目のイオン伝導層３０ａが設けられ、第１電極１０ｂと第２電極２０ｂとの間に、２層目のイオン伝導層３０ｂが設けられている。なお、イオン伝導層３０ａ及び３０ｂの周囲には、それぞれシール層５９ａ及び５９ｂが設けられている。
【０２４０】
このように、表示装置４２０においては、異なる光学特性を有する光学セル６０ａと光学セル６０ｂとを有する複数のアクティブマトリクス光学層５０５を積層することで、表示色の色相及び明るさの表現範囲を拡大できる。
【０２４１】
なお、上記の絶縁層５５は省略可能であり、１層目の第２電極２０ａと２層目の第２電極２０ｂとは同じ電位に設定しても良い。
【０２４２】
また、本具体例では、第２電極２０ａが第１電極１０ａに対向するように設けられているが、第２電極２０ａは第１電極１０ａの一部に対向して設けても良く、また、第１電極１０ａに対向しなくても良い。
【０２４３】
例えば第２電極２０ａは、第１基板５１ａの上に設けても良い。その場合、第１電極１０ａと第２電極２０ａとは、交叉指形電極（inter digital electrodeまたはmulti-finger electrode）の構造を有しても良い。
【０２４４】
また、上記の１層目の第２電極２０ａと同様に、２層目の第２電極２０ｂも各種の変形が可能である。
【０２４５】
また、本具体例では、アクティブマトリクス光学層５０５が２層積層される場合であるが、アクティブマトリクス光学層５０５は、任意の数積層することができ、例えば、アクティブマトリクス光学層５０５を３層積層することができる。
【０２４６】
なお、本具体例では、アクティブマトリクス光学層５０５が積層される例であるが、積層されなくても良く、この場合において、例えば図２４（ｂ）に例示したように、ＸＹ平面内に並置された複数の光学セル６０を有する要素光学層６１を１つの画素として、さらにＸＹ平面内に並置しても良い。
【０２４７】
（第５の実施の形態）
図２７は、本発明の第５の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
図２７に表したように、本発明の第５の実施形態に係る表示方法は、光学セル６０の第１電極１０と第２電極２０との間に第１電圧Ｖ１を印加して第１状態Ｓ１を形成する（ステップＳ１１０）。光学セル６０は、第１電極１０と、第２電極１０と、第１電極１０と第２電極２０とに対向して設けられ、可動イオン３１を含むイオン伝導層３０と、第１電極１０と電気的に接続され、第１電極１０とイオン伝導層３０との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体４０と、を有する。
【０２４８】
そして、光学セル６０の第１電極１０と第２電極２０との間に第１電圧Ｖ１とは異なる第２電圧Ｖ２を印加して第２状態Ｓ１を形成し、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくともいずれかの印加によって、ナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成され、ナノ構造体４０に含まれる前記金属元素を含む金属化合物を含み、イオン伝導層３０とは屈折率が異なる金属化合物層５０の量を、第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２とで変化させる（ステップＳ１２０）。
【０２４９】
すなわち、光学セル６０の第１電極１０と第２電極２０との間に電圧を印加することによりナノ構造体４０の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物であって、ナノ構造体４０に含まれる金属元素を含みイオン伝導層３０とは屈折率が異なる金属化合物層５０の量を、第１電極１０と第２電極２０との間に印加する電圧を変化させることにより変化させる。
【０２５０】
これにより、プラズモン共鳴波長のシフト量を拡大し、実用的な表示方法が提供できる。
【０２５１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置を構成する電極、ナノ構造体、金属化合物、金属化合物層、可動イオン、イオン伝導層、基板、スイッチング素子など各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また製造方法に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０２５２】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置及び表示方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置及び表示方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２５３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２５４】
１０、１０ａ、１０ｂ 第１電極
１０ｍａ、１０ｍｂ 第１主面
２０、２０ａ、２０ｎ 第２電極
２０ｍａ 第２主面
３０、３０ａ、３０ｂ イオン伝導層
３１、３１ａ、３１ｂ 可動イオン
３２ 電流経路
４０、４０ａ、４０ｂ ナノ構造体
４１ ナノ構造要素
４１ｎ 核材
５０、５０ａ、５０ｂ 金属化合物層
５１、５１ａ、５１ｂ 第１基板
５１ｍ、５１ｍａ、５１ｍｂ 主面
５２ 第２基板
５５ 絶縁層
５９ａ、５９ｂ シール層
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 光学セル
６１、６１ａ、６１ｂ 要素光学層
７１ 反射層
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１２、１１９、１２０、２１０、２１０ａ、２１１、２１２、２２０、２２１、２２２、３１０、３１１、４１０、４２０ 表示装置
５０５ アクティブマトリクス光学層
５１０ 走査線
５２０ 信号線
５３０、５３０ａ、５３０ｂ スイッチング素子
５３１ ゲート電極
５３２ ソース電極
５３３ ドレイン電極
５４０ 表示要素
Ｓ１ 第１状態
Ｓ２ 第２状態
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、
前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、
を有する光学セルを備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層が前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成され、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加された第１状態と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電圧とは異なる第２電圧が印加された第２状態と、で前記金属化合物層の量が異なることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記金属元素は、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅及びカドミウムセレンよりなる群から選択された少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素の体積平均径は、２０ナノメートル〜１００ナノメートルであることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素どうしの最近接距離の平均は、前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素の体積平均径の２倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素の前記第１電極の主面に対して垂直な方向のサイズが、前記主面に対して平行な方向のサイズ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項６】
前記可動イオンは、陰イオンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
前記金属化合物層は、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含む金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物及び金属硫化物の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
前記第２電極は、前記イオン伝導層の前記第１電極に対向する側とは反対の側に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記第１電極の第１主面と、前記第２電極の第２主面と、は、互いに対向して設けられ、前記イオン伝導層は、前記第１電極と第２電極との間に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第２電極は、前記イオン伝導層の前記第１電極に対向する側に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１１】
複数の前記光学セルを備え、
前記複数の光学セルのそれぞれの前記第１電極の第１主面が互いに平行であり、
前記複数の光学セルは、前記第１主面に対して垂直な方向に積層されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１２】
複数の前記光学セルを備え、
前記複数の光学セルのそれぞれの前記第１電極の第１主面が互いに平行であり、
前記複数の光学セルは、前記第１主面に対して平行な平面内に並置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１３】
前記複数の光学セルのそれぞれの前記ナノ構造体の前記プラズモン共鳴波長は、互いに異なることを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
第１方向に延在する複数の走査線と、
前記第１方向に対して非平行な第２方向に延在する複数の信号線と、
前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の信号線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数のスイッチング素子及び複数の表示要素と、
を有するアクティブマトリクス光学層を備え、
前記複数の表示要素のそれぞれは、前記光学セルを有し、複数の前記光学セルの前記第１電極及び前記第２電極のいずれかは、前記スイッチング素子のそれぞれに接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１５】
複数のサブ表示要素を備え、
前記複数のサブ表示要素のそれぞれは、前記複数の表示要素を有し、
前記複数のサブ表示要素のそれぞれにおける前記表示要素の前記光学セルのそれぞれの前記ナノ構造体の前記プラズモン共鳴波長は、互いに異なることを特徴とする請求項１４記載の表示装置。
【請求項１６】
複数の前記アクティブマトリクス光学層を備え、
前記複数のアクティブマトリクス光学層は、前記第１の方向と前記第２の方向を含む平面に対して垂直な方向に積層され、
前記複数のアクティブマトリクス光学層の前記複数の表示要素の前記光学セルのそれぞれの前記ナノ構造体の前記プラズモン共鳴波長は、互いに異なることを特徴とする請求項１４記載の表示装置。
【請求項１７】
第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、を有する光学セルの前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物であって、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層の量を、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させることにより変化させることを特徴とする表示方法。
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、
前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、
を有する光学セルを備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層が前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成され、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加された第１状態と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電圧とは異なる第２電圧が印加された第２状態と、で前記金属化合物層の量が異なることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記金属元素は、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅及びカドミウムセレンよりなる群から選択された少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素の体積平均径は、２０ナノメートル〜１００ナノメートルであることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素どうしの最近接距離の平均は、前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素の体積平均径の２倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記ナノ構造体の複数のナノ構造要素の前記第１電極の主面に対して垂直な方向のサイズが、前記主面に対して平行な方向のサイズ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項６】
前記可動イオンは、陰イオンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
前記金属化合物層は、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含む金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物及び金属硫化物の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
前記第２電極は、前記イオン伝導層の前記第１電極に対向する側とは反対の側に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記第１電極の第１主面と、前記第２電極の第２主面と、は、互いに対向して設けられ、前記イオン伝導層は、前記第１電極と第２電極との間に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第２電極は、前記イオン伝導層の前記第１電極に対向する側に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１１】
複数の前記光学セルを備え、
前記複数の光学セルのそれぞれの前記第１電極の第１主面が互いに平行であり、
前記複数の光学セルは、前記第１主面に対して垂直な方向に積層されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１２】
複数の前記光学セルを備え、
前記複数の光学セルのそれぞれの前記第１電極の第１主面が互いに平行であり、
前記複数の光学セルは、前記第１主面に対して平行な平面内に並置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１３】
前記複数の光学セルのそれぞれの前記ナノ構造体の前記プラズモン共鳴波長は、互いに異なることを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
第１方向に延在する複数の走査線と、
前記第１方向に対して非平行な第２方向に延在する複数の信号線と、
前記複数の走査線のそれぞれと、前記複数の信号線のそれぞれと、の交差部分に対応して設けられた複数のスイッチング素子及び複数の表示要素と、
を有するアクティブマトリクス光学層を備え、
前記複数の表示要素のそれぞれは、前記光学セルを有し、複数の前記光学セルの前記第１電極及び前記第２電極のいずれかは、前記スイッチング素子のそれぞれに接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１５】
複数のサブ表示要素を備え、
前記複数のサブ表示要素のそれぞれは、前記複数の表示要素を有し、
前記複数のサブ表示要素のそれぞれにおける前記表示要素の前記光学セルのそれぞれの前記ナノ構造体の前記プラズモン共鳴波長は、互いに異なることを特徴とする請求項１４記載の表示装置。
【請求項１６】
複数の前記アクティブマトリクス光学層を備え、
前記複数のアクティブマトリクス光学層は、前記第１の方向と前記第２の方向を含む平面に対して垂直な方向に積層され、
前記複数のアクティブマトリクス光学層の前記複数の表示要素の前記光学セルのそれぞれの前記ナノ構造体の前記プラズモン共鳴波長は、互いに異なることを特徴とする請求項１４記載の表示装置。
【請求項１７】
第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに対向して設けられ、可動イオンを含むイオン伝導層と、前記第１電極と電気的に接続され、前記第１電極と前記イオン伝導層との間に設けられ、可視光帯域のプラズモン共鳴波長を有し、金属元素を含むナノ構造体と、を有する光学セルの前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することにより前記ナノ構造体の表面の少なくとも一部に形成される金属化合物であって、前記ナノ構造体に含まれる前記金属元素を含み前記イオン伝導層とは屈折率が異なる金属化合物層の量を、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させることにより変化させることを特徴とする表示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図４】
【図８】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図４】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８５９７０（Ｐ２０１０−１８５９７０Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８９１９（Ｐ２００９−２８９１９）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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