JP2002062493A - 干渉性変調素子を用いる表示素子 - Google Patents
干渉性変調素子を用いる表示素子Info
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- G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
Abstract
素子の色再現性を向上させ、消費電力を低減する。 【解決手段】 TFT107が選択(導通)状態のと
き、映像信号がTFT電極108を通して光吸収膜12
2に送られ、その信号レベルと反射電極105電位間で
の静電力により、反射電極が可動し、明(図1実線10
5)または暗(図1点線105)状態表示を行う。従来
のIMOD素子との違いは、静電力により変形する反射
電極の電位を複数の画素で共通の電位Vcom203と
している点である。これによって、表示色の変動が抑制
される。又、従来の単純マトリクスに比べ、電極の取り
出し数が激減し実装コストの大幅な削減が可能となる。
また、同様の理由により、素子全体の容積が減少する。
Description
絶縁層の少なくとも3層をこの順に透明基板上に積層し
た光入射部と、可動反射膜とを、空気層を介して対峙さ
せ、前記導体層と前記反射膜に電圧を印加して前記可動
反射膜を変形させる干渉性変調(IMOD)素子を使用
する表示素子に関する。
を以下に説明する。
ferometric display device
s (Transducers '99, 1999,
p804−807)を開示している。これは、電圧を
印加することで、ハーフミラーが基板側に移動し、基板
側からの反射光がハーフミラーからの反射光と干渉し、
これより反射光の明るさを変調するものである。
り、ファブリ・ペロー干渉計の原理を応用した表示装置
が提案されている(SID '00 Digest,
2000, p32−34)。これは、可動ミラーとi
nduced absorberを有する干渉型共振器
との間での多重光束干渉により入射する多色光(自然
光)の特定波長領域の光のみを反射しカラー表示を可能
とするものである。
利用した反射型表示装置(United States
Patent No. 4,403,248)が開示
されている。
光源からの光を光変調し光変調器から射出される光を、
光変調器に対向配置した蛍光体照射する表示装置(特開
平11−258558号公報)が開示されている。
なり偏光板が不要であり、光源から光変調器に入射する
光の利用効率を飛躍的に上げることが期待できる。デー
タプロジェクタや映画用表示装置では画面サイズが大き
く、高輝度化の要望が特に大きい。投影型表示装置への
応用が期待される。
を使用する表示素子は、単純マトリクス駆動であった。
一般に、単純マトリクス駆動で問題となるクロストーク
が、IMOD素子についても問題となる。
基本的に、ヒステリシス特性をもつ光学的には2値の表
示デバイスである。表示動作点は、暗状態(高電圧印
加)と明状態(低電圧印加)の2点である。
トリクス駆動するためのタイミングチャートである。図
中に例示した電圧値は選択線、信号線に印加される電圧
であり、クロストーク電位は、3.75V±0.75V
としてある。
では、上述の表示動作点に電圧が固定される。しかしな
がら、非選択期間では、他の選択線を駆動している関係
上、選択されていない画素に対しても、信号線の信号が
クロストーク電圧として印加されることになる。
どの程度影響するかを見積もってみる。
5Vとすると、信号線電圧振幅±0.75V程度のクロ
ストーク電圧が非選択期間に各画素に印加される。この
電圧変動によるIMOD素子のAIRギャップの変動量
は、もともとが明状態表示の場合、およそ+4%、−8
%の変動量になる。
動は、色の変化となって現れる。たとえば、青(B)を
表示しようとした場合、AIRギャップは、ほぼ325
nmに設定されるが、これが、クロストークの影響で、
340nm〜300nmの振れを生じるようになる。こ
の結果、その画素は、純粋なB表示ができなくなる。具
体的には、長ギャップでは、緑(G)がかった色にな
り、狭ギャップでは、赤(R)味がかる。
動の影響は、明状態表示で起こる。これは、IMODの
動作原理が、2枚の電極間の静電力と反射膜すなわち反
射電極の弾性力によって動作するためである。静電力
は、2枚の電極間距離をL、電圧をVとすると、 F=(1/2)×ε×A×(V2/L2) ここで、εは誘電率、Aは電極面積である。
モデルを仮定すると、弾性率kに比例する。
ところで、ギャップが決まる。この結果、明状態では、
実際のヒステリシス曲線は、第4図中点線で示したよう
になだらかな変化を示すようになる。
の積層膜に接触しているため、クロストークにより画素
電圧が振られ静電力が多少変化しても、接触は保たれ、
ギャップ自体は変化しない。
影響は、パネルの消費電力に現れる。
みなせる。明状態では、AIRギャップによる容量と光
入射部の積層膜すなわち干渉膜による容量の直列容量と
みなすことができ、その容量値は小さい。一方、暗状態
では、反射電極が干渉膜に接触しているため、IMOD
素子の等価容量は干渉膜の容量のみとなり、容量は非常
に大きくなる。
容量の充放電電流となり、これは、非選択期間、すなわ
ち、ほぼ、フィールド期間消費されることになる。たと
えば、表示対角2インチでQuarter Video
Graphics Arrays(QVGA)(32
0×3×240)の解像度を想定した場合、選択期間に
消費される電力は、約3mWと非常に小さいのに対し
て、非選択期間のクロストークによる消費電力は、約2
0mWにもなり、全体としての消費電力は、クロストー
クがない場合に比べ、非常に大きくなる。
る表示素子の色再現性を向上させ、消費電力を低減する
ことを課題としている。
の本発明は、絶縁層/導体層/絶縁層の少なくとも3層
をこの順に透明基板上に積層した光入射部と、可動反射
膜とを、空気層を介して対峙させ、前記導体層と前記反
射膜に電圧を印加して前記可動反射膜を変形させる干渉
性変調(IMOD)素子と、マトリクス状に配置された
複数の走査線及び複数の信号線と、前記複数の走査線及
び複数の信号線のそれぞれの交点に配置されたアクティ
ブ素子とを備え、前記IMOD素子の前記導体層を前記
アクティブ素子に接続し、前記アクティブ素子によっ
て、前記IMOD素子を駆動するようにしている。
子には、たとえば、液晶表示素子があり、TN液晶を用
いて、フラットパネルディスプレイとして、あるいは、
プロジェクションテレビとして商品化されている。薄膜
トランジスタ(TFT)やダイオード素子、および、M
IM(メタル・インシュレータ・メタル)素子などに代
表される上記アクティブマトリクス素子は、そのスイッ
チング特性により、比較的応答の遅い上記TN液晶に対
し実質ライン選択周期より長い間電圧印加状態を保持す
ることにより液晶の光学スイッチ応答を助け、また、上
記TN液晶などのようにメモリ性(自己保持性)がない
液晶に対して、上記電圧印加状態保持により1フレーム
間の実質的メモリ状態をもたらすものである。あるい
は、各ライン間、画素間に対して原理的にはクロストー
クを与えず、良好な表示特性を与える特徴がある。
に用いられてきたアクティブマトリクス駆動をIMOD
素子に適用することにより、より高性能な表示素子を提
供する。
実施の形態について説明する。
面図である。図1において、101はガラス基板、10
4はAIRギャップ、105は反射電極、107は薄膜
トランジスタ(TFT)である。
縁膜121,123と、光吸収用導体膜122のサンド
イッチ構造である。具体的には、121は酸化ジルコニ
ウム膜54.46nm(ZrO膜)123は酸化シリコ
ン膜50.00nm(SiO膜)、122はタングステ
ン(W)14.49nmを用いることができる。干渉膜
は、4層以上の多層膜であってもよい。
Tである。IMOD素子は基本的に2値表示素子である
ため、階調表現のためには、画素分割による面積諧調
や、時間的に発光期間を制御するパルス幅変調(PW
M)による時分割諧調が用いられる。特に、時分割階調
には、解像度と階調数にもよるが、高速の駆動回路が要
求される。そのため、本実施形態では、高速駆動が可能
なポリシリコンTFTを用いた。面積諧調や、低解像度
の表示素子においては、アモルファスシリコンTFTも
用いることが可能である。
るいはドレイン電極材料108を光吸収膜として用いて
いるタングステン122と同時に形成している。これに
より特別な工程を増やすことなくTFTとIMOD素子
とのマッチングが可能となる。タングステンだけでTF
T回路の配線を形成しても良いが、より高速駆動を実現
するため、本実施形態では、さらに、タングステン
(W)より1桁以上抵抗の低いアルミニウム(Al)を
積層してTFT配線材料として使用している。
TFT107が選択(導通)状態のとき、映像信号がT
FT電極108を通して光吸収膜122に送られ、その
信号レベルと反射電極105電位間での静電力により、
反射電極が可動し、明(図1実線105)または暗(図
1点線105)状態表示を行う。
ある。
より変形する反射電極の電位を複数の画素で共通の電位
Vcom203としている点である。従来の単純マトリ
クスに比べ、電極の取り出し数が激減し実装コストの大
幅な削減が可能となる。また、同様の理由により、素子
全体の容積が減少する。
グチャートである。(a)〜(c)は、図2の走査線2
01を選択する走査線選択パルスである。又、(d)
は、図2の信号202の信号パルスでありPWM波形で
ある。又、(e)は、図2の共通電極信号Vcom20
3である。
に接続されている各画素にDigital信号(ed)
をTFTを介して転送する。そのとき、共通信号線の電
位は、一定としている。これは、先に説明したように、
TFTによるアクティブマトリクス駆動においては、非
選択期間においても信号電圧が基本的に保持され、ま
た、クロストークもないため、共通電極電位を変動させ
る必要がないためである。
ストークの防止のためには、これに限ったものではな
い。たとえば、MIM(Metal−Insulato
r−Metal)素子をアクティブ素子として用いても
よい。又、MIM素子の場合は、一方のメタル電極を光
吸収金属と共通化もしくは電気的に接続すればよい。
素子とTFTのようなアクティブ素子との組合せによっ
て、クロストークがなく、結果として、色再現性の良
い、消費電力の少ないIMOD表示素子を提供すること
が可能となった。
Modulation:IMOD)素子の特性図
タイミングチャート
Claims (5)
- 【請求項1】 絶縁層/導体層/絶縁層の少なくとも3
層をこの順に透明基板上に積層した光入射部と、可動反
射膜とを、空気層を介して対峙させ、前記導体層と前記
反射膜に電圧を印加して前記可動反射膜を変形させる干
渉性変調素子と、 マトリクス状に配置された複数の走査線及び複数の信号
線と、 前記複数の走査線及び複数の信号線のそれぞれの交点に
配置されたアクティブ素子とを備え、 前記干渉性変調素子の前記導体層を前記アクティブ素子
の各々に接続し、 前記アクティブ素子によって、前記干渉性変調素子を駆
動することを特徴とする表示素子。 - 【請求項2】 前記アクティブ素子は、薄膜トランジス
タであることを特徴とする請求項1記載の表示素子。 - 【請求項3】 前記薄膜トランジスタのソース又はドレ
イン電極の一方が、前記導体層と電気的に接続している
ことを特徴とする請求項1、2のいずれか一つに記載さ
れた表示素子。 - 【請求項4】 前記薄膜トランジスタのソース又はドレ
イン電極の少なくとも一部の材料は、前記導体層と同じ
材料であることを特徴とする請求項2、3のいずれか一
つに記載された表示素子。 - 【請求項5】 前記反射膜の電位を共通化することを特
徴とする請求項1記載の表示素子。
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