JP2004518160A - リセット機能を備える光スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

スイッチングミラー表示装置（２０）をアドレッシングするリセット駆動スキームは、電流がスイッチング素子（３０）を介して２つの方向へ流れることを可能にする。この表示装置は、既定状態にされ、連続する電流を供給するアドレッシング可能なＴＦＴを用いることによって、この表示装置を他の光学状態にする。これらの要求を満たす回路が示されている。

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の状態と、光を吸収する状態又は透過状態のどちらかである第２の状態との間をリバーシブルにスイッチング可能な光スイッチング装置に関する。この装置は、この装置の第１の状態から第２の状態へのスイッチングを生じさせる光学的にスイッチング可能な材料、特に水素の濃度を変化させることによりスイッチングが得られる材料からなるスイッチング可能な層を含んだ多数の層を有する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許公報ＵＳ ５，９０５，５９０は、他の３価金属を持つマグネシウムの水素化物を含んだスイッチングフィルムを有するスイッチング装置を開示している。水素を交換することによって、前記スイッチングフィルムは、透過状態から中間の黒色吸収状態を介して零透過を持つ鏡のような（完全に反射又は散乱する）状態へリバーシブルにスイッチング可能である。このスイッチングフィルムは、透明基板上に堆積される多数の層に含まれる。光学効果によって、この装置は、例えば可変ビームスプリッタ、光学シャッターのような光学的にスイッチング可能な素子として、及び照明器具における光ビームの照度又は形状を制御するのに使用することができる。このスイッチング装置は、データの保管及び光コンピューティング、並びに建築用ガラス、視覚制御ガラス、サンルーフ及びバックミラーのような応用にも使用可能である。前記スイッチングフィルムにパターンを施し、このパターンが施されたスイッチングフィルムに透明電極を設けることによって、薄型の表示装置が製造可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スイッチング効果の速度が水素の移送により決められるため、この装置は相対的にゆっくりであることがこの型式の装置の持つ問題点である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、改善された速度を持つスイッチング装置を提供することである。この目的のために、本発明は、請求項１に従う表示装置を提供する。
【０００５】
本発明は、一方では後続する多くのアドレッシング期間中に、ピクセルをアドレッシングするのに必要とされる電荷量がピクセルにロードできないほど大きくなるのに対し、他方ではこのピクセルが再充電可能なバッテリーに相当するという洞察に基づいている。スイッチングミラー装置において、電流がこの装置の周りを流れる間、水素（Ｈ）イオンがある水素（Ｈ）含有層から他の層へ拡散する。この光学特性は、この水素バッテリーの電荷の状態に依存している。印加される電圧の極性を変化させることで、水素（Ｈ）イオンは反対に流れる。
【０００６】
本発明に従い、各ピクセル素子に対し、ピクセル素子とこのピクセル素子を充電するための電流源との直列接続部及びピクセル素子の少なくとも一部を規定の状態にリセットするための他の手段を取り入れることにより、ピクセルの素早いスイッチングを可能にする大きな電流を両方向に取り入れることができる。
【０００７】
本発明の第１の実施例において、ピクセル素子の共通点はスイッチを介してリセット電圧に接続されている。このスイッチを閉じることでリセットが得られる。
【０００８】
本発明の好ましい実施例において、ピクセル素子と電流源との直列接続は、電圧接続部間に設けられ、リセットするための手段は、他の電圧接続部に対して異なる符号を持つ少なくとも２つの電圧間で電圧接続部の１つをスイッチングする手段を有する（対称的な装置）。このようにして、リセット用の余分なスイッチを不要とすることができ、これは透過モードにおいて大きな開口につながる。
【０００９】
非対称の装置に対し、２つの異なる振幅間をスイッチングすることも可能である。
【００１０】
好ましくは、電流源は、トランジスタの制御接続部に接続されるキャパシタ素子を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の特徴は図面を参照して説明される。
【００１２】
これら図は概略的であり、一定の縮尺で描かれていない。同じ参照番号は、概ね同じ要素を識別している。
【００１３】
図１Ａ、１Ｂは、スイッチングミラー装置の断面図を示す。この装置は、多数の層が例えば、真空蒸着、スパッタリング、レーザー除去、化学気相成長又は電気めっきのような従来の方法で堆積された透明なガラス板１を有する。この堆積層（スタック）は、約２００ｎｍの厚さを持つスイッチングフィルムとして（Ｌは、元素Ｓｃ， Ｙ又はＮｉの周期系のランタン系列の元素である）ＬＭｇＨｘからなる層３、約５ｎｍの厚さを持つパラジウム層５、０．１から１０μｍの範囲の厚さを持つイオン伝導性電解質からなる層７及び水素保管層９を有する。
【００１４】
ＧｄＭｇＨｘは、光学特性とスイッチング時間とが関係する限り、非常に好適なスイッチング材料であるが、他のマグネシウム−ランタン合金も同様に用いてもよい。スイッチングフィルム３は、高い水素組成と低い水素組成との間をリバーシブルにスイッチングすることができる。中間の水素（Ｈ）組成では、このフィルムは、様々な程度で吸収を行う。これら様々な組成は異なる光学特性を持つ。低い水素含有量では、フィルムは金属的な特性を持ち、不透過である。このとき、このフィルムは鏡のように反射する。高い水素含有量では、フィルム３は半導性であり、透過する一方、中間の水素濃度では、スイッチングフィルムは吸収を行う。
【００１５】
パラジウム層５は、水素化又は脱水素化の割合、従ってスイッチング速度を増大させるのに役立つ。他の電気触媒金属又は合金、例えばプラチナ又はニッケルが使用されてもよい。加えて、この金属層は、下層にあるスイッチングフィルムを電解質による腐食から守っている。このパラジウム層５は、２から２５ｎｍの範囲の厚さを持ってもよい。しかしながら、このフィルムの厚さがスイッチの最大透過度を決めるので、この層は２から１０ｎｍの厚さが好ましい。
【００１６】
適切な機能のために、水素（Ｈ）保管層９及び水素（Ｈ）イオン伝導性電解質層７が必要とされる。良好な水素（Ｈ）イオン伝導性電解液は、ＺｒＯ_２＋ｘＨ_ｙである。上記電解質は、良好なイオン導体でなければならないが、この装置の自己放電を防ぐために、電子に対する絶縁体でなければならない。この装置の簡易性、つまり封止の問題を防ぎ、この装置が扱いやすくなるので、透明な固形状電解質を使用するのが好ましい。
【００１７】
前記スイッチングミラーの透明な状態が必要とされる場合、このとき保管層に良好な候補は、ＷＯ_３である。
【００１８】
前記堆積層は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ： ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）からなる２つの透明な導電性電極層１１、１３の間に挟まれている。電極層１１、１３は、外部電流源（図示せず）に接続されている。ＤＣ電流を印加することによって、低水素のミラー状組成が、透明で、ニュートラルグレイである高水素の組成に変化する。この装置は、図１Ａにおいて破線で示されるような透明窓として働く。電流が反転する場合、スイッチングフィルム３は、図１Ｂに示されるような、鏡状で、不透明な低水素の組成に戻る。スイッチング時間は、従来のエレクトロクロミック装置のスイッチング時間に相当する。この装置は室温で動作することが可能である。一度前記鏡状状態が所望の光学状態に到達したら、事実上この装置には電流が流れない。これは、表示装置が非常に低い電力で情報を保持していることを意味している。
【００１９】
図２は、ｍ個の行電極２２（選択電極）とｎ個の列電極２３（データ電極）との交点のエリアに表示回路素子２１の行列を有する表示装置２０の一部を示す。行電極２２は、行ドライバ２４によって選択される一方、列電極２３は、列ドライバ２５を介してデータ電圧が供給される。入力するデータ信号２６は、必要ならば処理器２７で処理される。相互同期は制御ライン２８を介して起こる。
【００２０】
本発明に従う表示回路素子２１の１つの実施例は、図３を参照して説明される。該表示回路素子は、図１Ａ、１Ｂを参照して説明されるような、簡略化のためにキャパシタで表されるスイッチングミラー装置３０を有する。１つの透明な導電性電極層（本実施例では１３）は、電圧ライン３５により供給される固定の基準電圧（本実施例では０Ｖ）に接続される。他の透明な導電性電極層１１は、本実施例ではｎ型の電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）３１であるスイッチを介して負の電源ライン３６に接続される。ＴＦＴ３１のゲート接続部は、記憶キャパシタとして働き、ｍ個の行電極２２（選択電極）とｎ個の列電極２３（データ電極）とを介してＴＦＴ３４によりアドレッシングされるキャパシタ３３の一方のプレートに接続されている。
【００２１】
電極２２を介して行を選択している間に、データ電極２３によって供給されるデータ電圧は、ｎ型のＴＦＴ３１のゲートに転送される。（データ電圧の符号に依存して）電界効果トランジスタは、導通し始め、電流源として働き、スイッチングミラー素子３０の充電（矢印３８）を始める。保持時間中、表示装置内の残りの行が選択される。（ＴＦＴ３１の固有のゲート−ドレインキャパシタンスによって形成することができる）記憶キャパシタ３３は、この保持時間中に、電流源が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送電し続けることを保証する。これは、１つのフレーム期間中（全てのラインが一度選択される時間）にもたらすこともでき、（表示装置の大きさ並びにミラー及びＴＦＴの寸法に依存して）数フレーム時間継続してもよい。充電が完了した後、電流はオフにスイッチングされる。充電の終わり又はリセットを検出するために、好ましくは電流センサ４１が充電モードとリセットモードとの両方に共通する電流路内に存在する。このスイッチングミラー素子３０は、到達した状態のままにする。
【００２２】
本発明に従い、スイッチングミラー素子３０を充電する前にこれらスイッチングミラー素子の全て又は一部はリセット（放電（矢印３９））される。本実施例において、これは別の正の電圧ライン２９を用いて達成される。前記ライン２９の電圧は、制御ライン４０により制御されるスイッチ（ＴＦＴ）３２を介して電極層１１に供給される。リセットを行うための電圧源を用いることによって、このリセットは、（電流が制限されない）最適な速度で実行される一方、適切な電圧を選択することによって、スイッチングミラー素子は、劣化が起こる前に印加することができる最大電圧を越えることは無い。
【００２３】
好ましくは、リセット電圧は、表示装置を反射モード又はホワイト（透過）モードにリセットするように選択される。これは、ドキュメントビューワ及び電子ブックのような多くのアプリケーションに有利であり、ここでの情報は、白色の背景に黒文字として与えられる。この場合、表示装置の最小パーセンテージ（暗いピクセルのむ）がリセットを要し、結果として低電力での起動方法となり、表示装置の寿命を延長する。
【００２４】
図４は、図３の電圧ライン２９及びＴＦＴ３２が省かれた他の実施例を示し、それによって大きな開口が達成される。図示されない駆動手段は、負の電圧（駆動電圧）と正の電圧（リセット電圧）との間で電圧ライン３６をスイッチングすることが可能である。
【００２５】
画像のリセットは、最初に電力供給ライン３６をリセット電圧に設定し、ＴＦＴ３１の全てをオンにアドレッシングすることで得られる。この場合、後者は一度に一つの行を又は全ての行を同時にアドレッシングすることによって行われる。これらＴＦＴ３１はスイッチとして働き、全てのスイッチングミラー素子はリセットされる。ＴＦＴ及びスイッチングミラー素子の特定の特徴に依存して、リセット電流は段階的に減少し、先行する画像が消去される。これらスイッチングミラー素子はその後、高インピーダンスとなり、電流が流れるのを止める。必要ならば、このリセットモードは、電流が電流センサ４１によってあるレベルよりも下に落ち込む場合に中止される。
【００２６】
次の充電モードの前に、画像を規定している画像素子が選択され、充電モードにおいて、電流供給ライン３６は駆動電圧に設定されるので、新しい画像が表示される。ＴＦＴ３１の全ては、このとき、如何なるゲート電圧のストレスも減少させるために、オフにアドレッシングされる。この新しい画像は、このサイクルが繰り返されるまでそのままでいる。図４における他の参照番号は、図３における参照番号と同じ意味を持っている。
【００２７】
例えばアルミニウム（又はアルミニウム合金）のような幅広な金属トラックが電力供給ライン３６に用いることができるが、電圧降下が、特に画像素子のブロックがリセット（充電）される場合にこのラインに沿って起こり得る。画像素子（スイッチングミラー素子３０）がライン単位（又は列単位）で選択される場合（図５Ａと比較）、電力供給ラインの近くにある画像素子が初めにスイッチングされる。これは、特に多くの画像素子がスイッチングを行わなければならない場合、アーチファクトとなる。１つの解決法は、メッシュ又はくし状構造で電力供給ラインを設けることである。このようなメッシュは図５Ｂに示される。ここで電流（矢印４２）は、多くの平行ラインに沿って分配され、更に一様なスイッチングとなる。
【００２８】
画像素子（スイッチングミラー素子３０）をリセットする他のやり方も可能であることは、言うまでも無い。例えば、図３において、例えばスイッチング可能な電圧源を用いることによって、リセット電圧が電極１１へ印加される。リセットする他のやり方は、スイッチングミラー素子３０を短絡させることにより得られる。リセットは、全ての行（又はサブセット）をアドレッシングし、列ドライバを介してリセット電圧を供給することによっても得られる
【００２９】
本発明の保護される範囲は、記載された実施例に限定されることはない。本発明は、新規の特徴的特性の各々及び全て、且つ特徴的特性の各々及び全ての組み合わせにある。「有する」という動詞及びその動詞の活用形は、請求項に記載された以外の素子の存在を排除するものではない。要素を単数形で記載することがこのような素子が複数個あることを排除することではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】スイッチングミラー表示装置の多数の層の断面図を示す。
【図１Ｂ】スイッチングミラー表示装置の多数の層の断面図を示す。
【図２】本発明に従うスイッチングミラー表示装置のピクセル素子の行列の一部を示す。
【図３】本発明に従う装置の概略的な実施例を示す。
【図４】本発明に従う装置の概略的な実施例を示す。
【図５Ａ】本発明に従う装置の平面図を示す。
【図５Ｂ】本発明に従う装置の平面図を示す。

Claims (10)

1. 反射モード又は透過モードで動作可能であり、光を変調するピクセル素子を持つ表示装置において、前記ピクセル素子は、
   第１の状態から前記第１の状態とは異なる第２の状態へ前記ピクセル素子をスイッチングする光学的にスイッチング可能な材料からなるスイッチング可能な層を含み、前記第１の状態及び前記第２の状態は、反射状態、透過状態又は吸収状態の何れかである積層、及び
   反射状態から不反射状態へスイッチングすることにより前記反射モードで光を変調し、透過状態から不透過状態へスイッチングすることにより前記透過モードで光を変調する手段であり、前記不反射状態は、前記透過状態又は前記吸収状態であり、前記不透過状態は、前記反射状態又は前記吸収状態である手段を有し、
   前記光を変調する手段は、各ピクセル素子に対し、前記ピクセルを充電するために（充電モード）、前記ピクセル素子と電流源との直列接続部を有し、
   前記装置は、前記ピクセル素子の少なくとも一部を規定の状態にリセットする手段を更に有する装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、光学的にスイッチング可能な前記層は、水素の濃度を変化させることによりスイッチングを生じさせる表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置において、前記ピクセル素子と電流源との共通点は、スイッチを介してリセット電圧に接続される表示装置。
4. 請求項１に記載の表示装置において、前記電流源は、トランジスタの制御接続部に接続されるキャパシタ素子を有する表示装置。
5. 請求項１に記載の表示装置において、前記表示装置は、全てのピクセル素子を規定状態にリセットする手段と、選択されたピクセル素子を充電する他の手段とを有する表示装置。
6. 請求項５に記載の表示装置において、前記ピクセル素子と前記電流源との直列接続部は、電源電圧接続部間に設けられ、前記リセットする手段は、他の電源電圧接続部に関して異なる符号又は振幅を持つ少なくとも２つの電圧部間において前記電源電圧接続部の一方をスイッチングする手段を有する表示装置。
7. 電流センサは、前記表示装置の前記充電モード及び前記リセットモードの両方に共通する電流路に設けられる請求項１に記載の表示装置。
8. 前記ピクセル素子がマトリックス構造で設けられ、前記他の手段は、データがデータラインを介して与えられる、選択ラインにより制御される選択スイッチを有する請求項１に記載の表示装置。
9. 少なくともピクセル素子の集合のための電源電圧接続部がメッシュ構造として設けられる請求項８に記載の表示装置。
10. 前記スイッチは、薄膜トランジスタを有する請求項１に記載の表示装置。