JP2004518159A - アクティブマトリクスエレクトロクロミック表示装置 - Google Patents

Abstract

エレクトロクロミック光スイッチング素子を含むエレクトロクロミックアクティブマトリクス表示装置。これら光スイッチング素子は、反射状態と透過状態又は吸収状態との間で可逆的にスイッチング可能である。各素子は、水素の濃度を変えることによりスイッチングをなす材料のスイッチング層（３）を含む。各素子はまた、２つの相補型スイッチング素子（ＴＦＴ３１，３２，３１′，３２′）による２つの直列接続構成部を有する駆動回路（２１）をさらに含む。構成部間には、当該素子が接続される。回路にはスイッチング素子を制御する選択及び蓄積手段（ＴＦＴ３４＋キャパシタ３３）も含まれる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも光を反射する第１状態と光の吸収状態又は透過状態に相当する第２状態との間で可逆的にスイッチ可能な光スイッチング装置に関する。かかる装置は、当該装置の第１状態から第２状態への切り換えを起こす光学的スイッチングの可能な物質のスイッチ可能層を含む積層構造体を有する。特に、かかる物質は、水素の濃度を変化させることによりスイッチングをなすものである。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許公報第５，９０５，５９０号には、マグネシウム以外の３価金属を伴うマグネシウムの水素化物を含むスイッチング膜を有するスイッチング装置が記述されている。このスイッチング膜は、水素の交換により、透明状態から中間の黒の吸収状態を経て全く透過しない鏡のような（全反射又は拡散）状態へ可逆的に切り換わることが可能である。このスイッチング膜は、透明基板上に堆積された積層構造に構成されている。かかる光学作用によって、この装置は、例えば可変ビームスプリッタや光学シャッタのような光学スイッチング素子としてまた発光体における光ビームの照度又は形状を制御するために用いることが可能である。このスイッチング装置は、データ記憶用の他、光学計算用や、建築関係のガラス、像制御ガラス、サンルーフ及びバックミラーなどの応用技術に用いることができる。スイッチング膜にパターンを形成し、そのパターンの施されたスイッチング膜に透明電極を設けることによって、薄型ディスプレイを製造することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このタイプの装置の問題は、当該スイッチング作用の速度が水素の輸送によって決まるので、比較的に遅い装置になってしまうことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、速度の向上したスイッチング装置を提供することである。この目的のため、本発明は、請求項１による表示装置を提供する。
【０００５】
本発明は、画素をアドレス指定するのに必要なチャージ量を、後の多数のアドレス指定期間において画素にロードすることができない程に大なるものとする反面、その画素は再チャージ可能なバッテリに匹敵する、という認識に基づいている。このスイッチングミラー装置においては、Ｈ（水素）イオンが１つのＨ（水素）含有層から他の層又は膜へと拡散するとともに、電流が当該装置中を流れる。その光学特性は、この水素バッテリのチャージ状態に依存する。当該供給電圧の極性を変更することによって、かかるＨイオンは、逆流することになる。
【０００６】
本発明においては、２つの電圧ノード間に２つの相補型スイッチによる第１の直列接続構成部を各画素エレメントにつき導入し、その直列接続構成部の共通接続点を当該画素エレメントの第１接続部に接続し、当該画素エレメントの第２接続部に中間電圧を供給し、当該相補型スイッチが蓄積手段により制御されるようにすることによって、双方向に大なる電流を導入することができ、もって当該画素の高速スイッチングを可能としている。
【０００７】
第１の実施例においては、当該表示装置が、当該２つの電圧ノード間において２つの相補型スイッチの前記第１の直列接続構成部に対して逆に配された２つの相補型スイッチの第２の直列接続構成部を有し、前記画素エレメントの前記第２接続部は、前記第２の直列接続構成部の当該共通接続点に接続され、前記第２の直列接続構成部の相補型スイッチは、前記蓄積手段により制御されるようにしている。
【０００８】
他の実施例においては、前記画素エレメントの前記第２接続部は、固定の基準電圧としている。この方法においては、２つの相補型スイッチの第２の直列接続構成部が省略可能となり、透過モードにおいて高い開口率を達成することになる。
【０００９】
好ましくは、前記蓄積手段は、前記第１の直列接続構成部の相補型スイッチの当該共通接続点に接続された容量要素を有するようにするのが良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の上述した態様その他の態様を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図面は、概略的なものであり、一律の尺度で描いたものではない。概して同様の参照符号は同等の構成要素を識別している。
【００１２】
図１Ａ及び１Ｂは、スイッチングミラー装置の断面を示している。この装置は、透明なガラス板１を有し、その上に、真空蒸着、スパッタリング、レーザアブレーション、化学蒸着又は電気めっきなどの従来の方法により積層構造体が堆積されている。かかる積層構造体は、スイッチング膜として厚さ約２００ｎｍのＬＭｇＨｘ（ＬはＳｃ、Ｙ若しくはＮｉ又は元素周期表のランタン系列の元素を表す）の層３と、厚さ約５ｎｍのパラジウム層５と、厚さ０．１から１０μｍの範囲のイオン伝導電解質層７と、水素貯蔵層９とを有する。
【００１３】
ＧｄＭｇＨｘは、光学特性及びスイッチング時間に関する限り非常に適切なスイッチング物質であるが、他のマグネシウム−ランタニド合金も用いうる。スイッチング膜３は、低水素組成と高水素組成との間で、可逆的にスイッチすることが可能である。中間のＨ（水素）組成において、この膜は色々な程度で吸収する。これら種々の組成は、異なる光学特性を持っている。低水素含有のとき、この膜は金属のような性質を呈し不透明となる。このときの膜は鏡のように反射する。高水素含有のとき膜３は半導性となり透明になるとともに、中間の水素濃度のときはスイッチング膜は吸収性となる。
【００１４】
パラジウム層５は水素化又は脱水素化のレートを増大させ、スイッチング速度を増大させる働きがある。白金又はニッケルなどの他の電気触媒の金属又は合金を用いてもよい。また、この金属層は、その下層のスイッチング膜３の電解質による腐食を防止する。パラジウム層５は、２ないし２５ｎｍの範囲の厚さを有することができる。但し、当該膜の厚さがスイッチング装置の最大透過率を決定するため、厚さ２ないし１０ｎｍの薄い層が好適である。
【００１５】
適切に機能するためには、水素貯蔵層９及び水素イオン伝導電解質層７も必要である。水素イオン良導性電解質としてはＺｒＯ_{２ ＋ ｘ}Ｈ_ｙがある。かかる電解質は、イオン良導体でなければならないが、当該装置の自己放電を防止するため電子の絶縁体でなければならない。装置の簡素化のためには透明な固体電解質を用いるのが極めて好ましく、封入又は封止の問題を防ぎ、装置の取り扱いがより容易となる。
【００１６】
スイッチングミラーの透明状態が必要であれば、当該貯蔵層の好適候補としてＷＯ_３がある。
【００１７】
積層構造体は、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）の透明な２つの導電性電極層の１１と１３との間に挟持されている。電極層１１及び１３は、（外部の）電流源（図示せず）に接続されている。直流電流を供給することにより、低水素の鏡様組成が、透明で中性灰色の高水素組成に変換される。これにより装置は、図１Ａ中の点線で示されるように、透明な窓としての働きをもつようになる。電流の流れを逆にすると、スイッチング膜３は、図１Ｂに示されるように鏡様の不透明な低水素状態に戻る。このスイッチング時間は、従来型のエレクトロクロミック装置に匹敵する。本装置は、室温で動作可能である。その鏡（状態）が所望の光学状態に達すると、この装置には殆ど電流は流れなくなる。これは、当該ディスプレイが極めて低い電力で情報を保持することになることを意味している。さらに、電流源を用いることによって、当該装置に対する高電圧は回避され、当該スイッチングミラー装置の劣化が避けられる。
【００１８】
図２は、ｍ個の行電極（選択電極）２２とｎ個の列電極（データ電極）２３との交差する領域において表示回路要素２１のマトリクスを有する表示装置２０の一部を示している。行電極２２は、行ドライバ２４によって選択される一方で、列電極２３は、列ドライバ２５によりデータ電圧が供給される。入力のデータ信号２６は、必要に応じてプロセッサ２７において処理される。制御ライン２８によって相互の同期がなされる。
【００１９】
以下、本発明による表示回路要素２１の一実施例を図３を参照して説明する。要素２１は、図１Ａ及び図１Ｂに基づいて説明したようなスイッチングミラー装置３０を有しているが、説明を簡潔とするため、キャパシタによって表されている。本例における一方の透明導電性電極層１１は、電圧ライン２９により供給される固定の基準電圧（本例では０Ｖ）に結合される。他方の透明導電性電極層１３は、相補型スイッチの直列接続構成部の共通接続点に接続されており、本例におけるそのスイッチ構成部は、正電圧ライン３５と負電圧ライン３６との間のｎ型電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）３１及びｐ型電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）３２である。ｎ型ＴＦＴ３１とｐ型ＴＦＴ３２のゲート接続部は相互接続され、同時にキャパシタ３３の一方の電極に接続される。かかるキャパシタは、蓄積キャパシタとして機能し、ｍ個の行電極（選択電極）２２とｎ個の列電極（データ電極）２３とによりＴＦＴ３４によりアドレス指定される。キャパシタの他方の電極は、負電圧ライン３６に接続される。
【００２０】
電極２２による行の選択の間、データ電極２３により供給されるデータ電圧は、ｎ型ＴＦＴ３１及びｐ型ＴＦＴ３２のゲート（ノード又は接続点３７）に伝達される。電界効果型トランジスタの（当該データ電圧の極性による）どちらか一方は、導通し始め電流源として動作するとともに、当該データ電圧の極性に応じてスイッチングミラー素子３０をチャージ（矢印３８）又はディスチャージ（矢印３９）し始める。
【００２１】
当該保持時間中に、そのディスプレイの残りの行が選択される。蓄積キャパシタ３３（これはＴＦＴ３１独自のゲート−ドレイン容量によっても形成可能である）によって、この保持時間において当該電流源がそのスイッチングミラー素子３０をスイッチングするのに必要な電流を出力し続けることが確実になる。これは、１フレーム期間（全てのラインが１度選択される時間）の間行われうるが、（当該ディスプレイのサイズ、当該ミラー及びＴＦＴの大きさに応じて）数フレーム回数分持続しうるものでもある。（例えば電流検出器により測定されるまで）そのチャージが終了した後は、当該電流はオフに切り換えられ、スイッチングミラー素子３０は、それが呈している状態を維持することになる。
【００２２】
これとは別に、ｎ型及びｐ型トランジスタは、（他の蓄積キャパシタを加える一方で）２つの別個の選択ラインによりアドレス指定されうる。
【００２３】
図４は、追加のｎ型電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）３１′と追加のｐ型電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）３２′という手段によって図３の電圧ライン２９を省略した実施例を示している。２つの相補型スイッチ（ＴＦＴ３１′，３２′）の第２の直列接続構成は、２つの電圧ライン３５，３６間において２つの相補型スイッチ（ＴＦＴ３１，３２）の第１の直列接続構成に対して逆に構成されている。透明導電性電極層１１は、ここではＴＦＴ３１′，３２′の直列接続構成の共通接続点に接続される。接続点３７に伝達されるデータ電圧に応じて、ＴＦＴ３１，３１′がスイッチングミラー素子３０の導電及びチャージ（矢印３８）を開始するか、又はＴＦＴ３２，ＴＦＴ３２′がスイッチングミラー素子３０の導電及びディスチャージ（矢印３９）を開始する。図４の他の参照符号は、図３におけるものと同じ意味を示すものである。
【００２４】
本発明の保護範囲は、これまで述べた実施例に限定されるものではない。例えば、光学的スイッチング層が水素、リチウム又は酸素イオンの濃度の変化の生じさせるようなエレクトロクロミック装置に適用することもできる。本発明は、新規な特徴的事項のそれぞれ皆に、そして特徴的事項の組み合わせのそれぞれ皆に存するものである。特許請求の範囲において付されうる参照符号は、各請求項の保護範囲を限定するものではない。「有する」なる動詞及びその活用形の使用は、当該請求項に記載されているもの以外の構成要素の存在を排除するものではない。構成要素の単数表現は、そのような構成要素が複数存在することを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術によるスイッチングミラーディスプレイの一態様を示す積層構造断面図。
【図１Ｂ】従来技術によるスイッチングミラーディスプレイの他の態様を示す積層構造断面図。
【図２】本発明によるスイッチングミラー装置の画素エレメントのマトリクスの一部を示す図。
【図３】本発明による装置の一実施例を概略的に示す図。
【図４】本発明による装置の他の実施例を概略的に示す図。

Claims (9)

1. 反射モード又は透過モードにおいて動作可能であり光を変調するための画素エレメントを有する表示装置であって、
   前記画素エレメントの各々は、第１状態から第２状態へ当該画素エレメントを切り換える光学的スイッチング可能な材料のスイッチング層を含む積層構造体を有し、前記第２状態は、前記第１状態と異なり、前記第１状態及び前記第２状態は、反射若しくは拡散状態、透過状態又は吸収状態のうちの１つであり、前記画素エレメントの各々はまた、反射状態から非反射状態へ切り換えることにより前記反射モードにおいて光を変調し、透過状態から非透過状態へ切り換えることにより前記透過モードにおいて光を変調する光変調手段を含み、前記非反射状態は、前記透過状態又は前記吸収状態であり、前記非透過状態は、前記反射若しくは拡散状態又は前記吸収状態であり、
   前記光変調手段は、画素エレメント毎に、２つの電圧結合部間において２つの相補型スイッチの第１直列接続構成部を有し、前記直列接続構成部の共通接続点は、前記画素エレメントの第１接続部に接続され、前記画素エレメントの第２接続部には、中間電圧が供給され、前記相補型スイッチは、蓄積手段により制御され、当該表示装置は、前記蓄積手段を制御する制御手段を有する、
   表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、前記光学スイッチング層は、水素の濃度を変えることによりスイッチングを行う、表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置であって、前記画素エレメントの前記第２接続部は、固定の基準電圧である、表示装置。
4. 請求項１に記載の表示装置であって、当該２つの電圧の間において２つの相補型スイッチの前記第１の直列接続構成部に対して逆に配された２つの相補型スイッチの第２の直列接続構成部を有し、前記画素エレメントの前記第２接続部は、前記第２の直列接続構成部の当該共通接続点に接続され、前記第２の直列接続構成部の相補型スイッチは、前記蓄積手段により制御される、表示装置。
5. 請求項１に記載の表示装置であって、前記蓄積手段は、前記第１の直列接続構成部の相補型スイッチの当該共通接続点に接続された容量要素を有する、表示装置。
6. 請求項４に記載の表示装置であって、前記蓄積手段は、前記第１及び第２の直列接続構成部の相補型スイッチの当該共通接続点に接続された容量要素を有する、表示装置。
7. 請求項１に記載の表示装置であって、前記画素エレメントは、マトリクス構造に設けられ、前記制御手段は、選択ラインにより制御され、データラインを通じてデータが供給される選択スイッチを有する、表示装置。
8. 請求項４又は７に記載の表示装置であって、前記相補型トランジスタは、分離した選択スイッチを有する、表示装置。
9. 請求項１に記載の表示装置であって、前記スイッチは、薄膜トランジスタを有する、表示装置。