(57)【要約】一般的に電極として動作する２つの電気的平面導体間に挟まれるポリマースイッチング材料の層に基づく、新しい薄い平面ラッチスイッチデバイスである。本デバイスは、双安定スイッチとして振舞う。さらに、本スイッチデバイスは、概ねメモリ効果を示す。開いた状態では、電圧が電極に印加されていない時、スイッチング材料は効果的な絶縁体である。ある閾値レベルよりも大きい電界がスイッチング材料に印加される時、この材料はより導電性を増し、それによりデバイスは、実質的に閉じたスイッチになる。このようなスイッチングデバイスの用途が、概ね液晶に基づくフラットパネルディスプレイ、高効率カラーディスプレイ、およびタッチスクリーンにおける利用に対して説明される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングデバイスであって、
スイッチング電圧を印加する電極対と、
該電極間に配置されるスイッチング材料であって、該スイッチング材料は、絶縁材料に分散される導電性材料の混合物を含む、スイッチング材料と
を備える、スイッチングデバイス。
【請求項２】
前記スイッチング材料は、前記電圧が所定の閾値電圧よりも大きい時にのみ該スイッチングデバイスが閉じるようになっている、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項３】
前記スイッチング材料は、前記スイッチングデバイスが双安定性であるようになっている、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項４】
前記スイッチング材料は、前記スイッチングデバイスがラッチされるようになっている、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項５】
前記絶縁材料は、エポキシ樹脂である、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂は、硬化されていない、請求項５に記載のスイッチングデバイス。
【請求項７】
前記絶縁材料は、ポリマーである、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項８】
前記導電性材料は、金属である、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項９】
前記金属は、銀、鉄、金、銅、アルミニウム、および亜鉛からなる群から選択される、請求項８に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１０】
前記導電性材料の濃度は、０．００５％から２０％の範囲にある、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１１】
前記絶縁材料は、有機溶媒であり、前記導電性材料は、該溶媒中の金属性不純物である、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１２】
前記閉じられている時に前記スイッチを開くように動作可能な圧電性コンポーネントをさらに備える、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１３】
前記圧電性コンポーネントは、前記スイッチング材料に分散される、請求項１２に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１４】
前記スイッチング材料は、エラストマーコンポーネントをさらに備える、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１５】
前記電極は、薄い絶縁シートでコーティングされた透明導電性層を備える、請求項１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１６】
前記透明導電性層は、インジウムスズ酸化物を含む、請求項１５に記載のスイッチングデバイス。
【請求項１７】
前記デバイスは、情報格納メモリである、請求項１から１５のいずれか１つに記載のスイッチングデバイス。
【請求項１８】
ラッチされたスイッチングデバイスであって、
スイッチング電圧を印加する電極対と、
該電極間に配置されるポリマースイッチング材料であって、該材料は、該スイッチング電圧の関数のようなラッチされた導電性状態の間をスイッチングする、ポリマースイッチング材料と
を備え、
該スイッチングデバイスは、該スイッチング電圧を取り除いた後に、実質的に該スイッチング電圧よりも低い持続電圧の印加によって、ラッチされた状態を維持する、ラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項１９】
前記ポリマー材料は、エポキシ樹脂である、請求項１８に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２０】
前記ポリマー材料は、実質的に光学的透過性である、請求項１８に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２１】
前記ポリマー材料は、実質的に室温のスピンコーティング処理によって堆積される、請求項１８に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２２】
前記デバイスは、情報格納メモリである、請求項１８に記載のスイッチングデバイス。
【請求項２３】
ラッチされたスイッチングデバイスであって、
スイッチング電圧を印加する電極対と、
該電極間に配置されるポリマースイッチング材料であって、該材料は、該スイッチング電圧の関数のようなラッチされた電気的状態の間をスイッチングする、ポリマースイッチング材料と
を備え、
該スイッチングデバイスは、該スイッチング電圧を取り除いた後に、ラッチされていない状態に戻る前に、１秒よりも実質的に短い時間、ラッチされた状態を維持する、ラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２４】
前記ポリマー材料は、エポキシ樹脂である、請求項２３に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２５】
前記ポリマー材料は、実質的に光学的透過性である、請求項２３に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２６】
前記ポリマー材料は、実質的に室温のスピンコーティング処理によって堆積される、請求項２３に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２７】
前記デバイスは、情報格納メモリである、請求項２３に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２８】
ラッチされたスイッチングデバイスであって、
スイッチング電圧を印加する電極対と、
該電極間に配置されるエポキシスイッチング材料であって、該材料は、該スイッチング電圧の関数のようなラッチされた電気的状態の間をスイッチングする、エポキシスイッチング材料と
を備え、
該スイッチングデバイスは、該スイッチング電圧を取り除いた後に、ラッチされていない状態に戻る前に、１０秒よりも実質的に長い時間、ラッチされた状態を維持する、ラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項２９】
前記エポキシ材料は、実質的に室温のスピンコーティング処理によって堆積される、請求項２８に記載のラッチされたスイッチングデバイス。
【請求項３０】
前記デバイスは、情報格納メモリである、請求項２８に記載のスイッチングデバイス。
【請求項３１】
光学スイッチングデバイスであって、
電圧を印加する概ね透明な電極対と、
該電極間に配置される概ね透明なスイッチング材料の層であって、該スイッチング材料は、絶縁材料に分散された導電性材料の混合物を含む、層と
を備える、光学スイッチングデバイス。
【請求項３２】
前記スイッチング材料は、前記スイッチングデバイスの光学的伝達が前記印加された電圧の関数であるようになっている、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項３３】
前記スイッチング材料は、前記スイッチングデバイスが双安定性であるようになっている、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項３４】
前記スイッチング材料は、前記スイッチングデバイスがラッチされているようになっている、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項３５】
前記絶縁材料は、エポキシ樹脂である、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項３６】
前記エポキシ樹脂は、硬化されていない、請求項３５に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項３７】
前記絶縁材料は、ポリマーである、請求項３１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項３８】
前記導電性材料は、金属である、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項３９】
前記金属は、銀、鉄、金、銅、および亜鉛からなる群から選択される、請求項３８に記載の平面光学スイッチングデバイス。
【請求項４０】
前記導電性材料の濃度は、０．００５％から２０％の範囲にある、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項４１】
前記絶縁材料は、有機溶媒であり、前記導電性材料は、該溶媒中の金属性不純物である、請求項３１に記載のスイッチングデバイス。
【請求項４２】
閉じられている時に前記スイッチングデバイスを開くように動作可能な圧電性コンポーネントをさらに備える、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項４３】
前記圧電性コンポーネントは、前記スイッチング材料に分散される、請求項４２に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項４４】
前記スイッチング材料は、エラストマーコンポーネントをさらに備える、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項４５】
前記電極は、薄い絶縁透明シートでコーティングされた透明導電性層を備える、請求項３１に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項４６】
前記透明導電性層は、インジウムスズ酸化物を含む、請求項４５に記載の光学スイッチングデバイス。
【請求項４７】
前記デバイスは、平面状である、前記請求項のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項４８】
前記デバイスは、硬化されている、前記請求項のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項４９】
スイッチング材料であって、
絶縁基材と、
該絶縁基材を介して分散される導電性材料と
を備え、
該スイッチング材料は、印加された電界に支配されている時は、ラッチされた態様で、電気導電率を変化させる、スイッチング材料。
【請求項５０】
スイッチング材料であって、
透明な絶縁基材と、
該絶縁基材を介して分散される導電性材料と
を備え、
該スイッチング材料は、印加された電界に支配されている時は、ラッチされた態様で、光学透過率を変化させる、スイッチング材料。
【請求項５１】
ディスプレイであって、
ピクセル化されたイメージング層であって、該層のピクセルは、印加された信号によって別々にアドレス指定される、ピクセル化されたイメージング層と、
該イメージング層と直列に電気的に接触したラッチされたスイッチング層であって、該ラッチされたスイッチング層の少なくとも１つの領域は、該少なくとも１つの領域に近似するピクセルに印加された信号の結果として、閉じられた状態にスイッチング可能である、ラッチされたスイッチング層と
を備える、ディスプレイ。
【請求項５２】
前記信号は、前記ピクセルと、該ピクセルに近似する前記ラッチされたスイッチング層の少なくとも１つの領域との直列結合に印加され、かつそれらと直列に電気的に接触する、請求項５１に記載のディスプレイ。
【請求項５３】
前記イメージング層は、液晶デバイスである、請求項５１に記載のディスプレイ。
【請求項５４】
前記印加された信号は、前記イメージング層および前記ラッチされたスイッチング層のどちらかの側に配置される直交の導体のセットによって提供される、請求項５１に記載のディスプレイ。
【請求項５５】
前記ラッチされたスイッチング層の前記ピクセルは、前記印加された信号によって閉じるようにラッチされ、かつ該印加された信号が取り除かれた後にその電気的状態を維持する、請求項５１に記載のディスプレイ。
【請求項５６】
前記ラッチされたスイッチング層は、スイッチング材料の層を含む、前記請求項のいずれか１つに記載のディスプレイ。
【請求項５７】
前記スイッチング材料は、絶縁材料に分散される導電性材料の混合物を含む、請求項５６に記載のディスプレイ。
【請求項５８】
前記スイッチング材料は、ポリマー材料を含む、請求項５６に記載のディスプレイ。
【請求項５９】
前記ラッチされたスイッチング層は、該層のスイッチングされた領域が、前記印加された信号が取り除かれた後、前記ディスプレイのリフレッシュ速度よりも短い時間で閉じるようにラッチされたままであり、かつ前記イメージング層の前記ピクセルが、消去信号の印加なく、再書き込みされ得るようになっている、前記請求項のいずれか１つに記載のディスプレイ。
【請求項６０】
前記ラッチされたスイッチング層は、前記層のスイッチングされた領域が、前記印加された信号を取り除いた後、該信号よりも小さい持続電圧が該領域に印加されている限り、閉じるようにラッチされたままである、請求項５９に記載のディスプレイ。
【請求項６１】
前記時間は、５ミリ秒よりも短い、請求項５９または６０のどちらかに記載のディスプレイ。
【請求項６２】
前記ラッチされたスイッチング層は、有機スイッチ、ガラス型双安定スイッチ、半導体アレイ双安定スイッチ、ローバンドギャップ複合ポリマースイッチ、アモルファスカルコゲニド半導体、ＺｎＳｅ−Ｇｅヘテロ構造、アモルファスシリコン導電ポリマー、様々な２成分および３成分酸化物、強誘電性へテロ構造、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｃａ２Ｎｂ２Ｏ７、およびＴａ２Ｏ５のような酸化物が絶縁層としてＣｒまたはＶが０．２％までドープされたＭＩＭ構造、ならびに分子スイッチからなる群から選択される、請求項５１から５５のいずれか１つに記載のディスプレイ。
【請求項６３】
前記ラッチされたスイッチング層のインピーダンスは、前記印加された信号の可変関数であることにより、前記イメージング層の前記ピクセルは、様々なグレイレベルにスイッチされ得る、前記請求項のいずれか１つに記載のディスプレイ。
【請求項６４】
前記ピクセルは、本物のピクセルである、前記請求項のいずれか１つに記載のディスプレイ。
【請求項６５】
前記ピクセルは、前記直交の導体の交差点に形成される、仮想ピクセルである、前記請求項のいずれか１つに記載のディスプレイ。
【請求項６６】
ディスプレイデバイスにイメージを表示する方法であって、
ピクセルに分割されたイメージング層を提供するステップであって、該ピクセルの各々は、印加されたスイッチング電圧によって別々にアドレス指定可能である、ステップと、
該イメージング層と直列に電気的に接触するラッチされたスイッチング層を提供するステップと、
該ラッチされたスイッチング層と直列に電気的に接触する該イメージング層のピクセルにスイッチング電圧を印加するステップであって、該スイッチング電圧は、該ピクセルと接触する該ラッチされたスイッチング層の領域のスイッチを閉じるために十分である、ステップと、
該イメージング層の他のピクセルに連続的にさらなるスイッチング電圧を印加するステップであって、該イメージング層は、所望のイメージに応じて該ラッチされたスイッチング層と直列に電気的に接触する、ステップと、
その後、該ラッチされたスイッチング層と直列に電気的に接触する該イメージング層の複数のピクセルに、同時に起動電圧を印加するステップであって、該起動電圧は、該所望のイメージを示すように該イメージング層の該ピクセルをスイッチするために十分である、ステップと
を包含する、方法。
【請求項６７】
前記イメージが消去されることが望まれる場合に、前記ステップの後、前記ラッチされたスイッチング層と直列に電気的に接触する前記イメージング層のピクセルに、消去電圧を印加するステップをさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記スイッチング電圧は、前記イメージング層および前記ラッチされたスイッチング層のいずれかの側に配置される直交の導体によって印加される、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
前記スイッチング電圧は、ＤＣ電圧である、請求項６６に記載の方法。
【請求項７０】
前記スイッチング電圧は、ＡＣ電圧である、請求項６６に記載の方法。
【請求項７１】
前記ピクセルは、本物のピクセルである、請求項６６に記載の方法。
【請求項７２】
前記ピクセルは、前記直交の導体の交差点に形成される、仮想ピクセルである、請求項６６に記載の方法。
【請求項７３】
システムの要素の動作条件を変化させる方法であって、該システムは、複数の該要素を備え、かつ該要素の該条件を交代させることによって動作可能であり、
複数の該要素を含むシステムを提供するステップと、
該複数の要素の少なくとも１つと電気的に接触するラッチされたスイッチング層を配置するステップであって、該複数の要素の該少なくとも１つの動作条件は、該少なくとも１つの要素と該少なくとも１つの要素に近似する該ラッチされたスイッチング層の直列結合に、信号を印加させることによって交代され、かつそれらと直列に電気的に接触する、ステップと
を包含する、方法。
【請求項７４】
前記信号の前記印加は、さらに前記要素と近似する前記ラッチされたスイッチング層を閉じるように動作する、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記少なくとも１つの要素の条件は、付加的な制御リードによって印加される付加的な制御信号を必要とすることなく交代される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７６】
前記システムは、ピクセル化されたディスプレイである、請求項７３に記載の方法。
【請求項７７】
前記システムは、タッチスクリーンである、請求項７３に記載の方法。
【請求項７８】
前記システムは、キーボードである、請求項７３に記載の方法。
【請求項７９】
複数の要素を備えるシステムであって、該要素は、少なくとも２つの交代動作条件を有し、該システムは、該要素の該条件を交代させることによって動作し、かつ該複数の要素の少なくとも１つと電気的に接触するように配置されたラッチされたスイッチング層をさらに備え、該要素の該少なくとも１つの該動作条件は、該少なくとも１つの要素と、該少なくとも１つの要素に近似する該ラッチされたスイッチング層との直列結合に信号を印加することによって交代され、かつそれらと直列に電気的に接触する、システム。
【請求項８０】
前記少なくとも１つの要素の条件は、付加的な制御リードによって印加される付加的な制御信号を必要とすることなく交代される、請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
前記システムは、ピクセル化されたディスプレイである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８２】
前記システムは、タッチスクリーンである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８３】
前記システムは、キーボードである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８４】
カラーディスプレイであって、
上面に色を配置した互いに異なる色のピクセル化された３つのフィルタであって、該それぞれのフィルタの該それぞれのピクセルのカラー密度は、実質的な透明度に対して最大のカラー密度から電気的に可変である、３つのピクセル化されたフィルタを備え、
該３つのフィルタの該カラーは、減法カラーセットを構成する、カラーディスプレイ。
【請求項８５】
前記減法カラーセットは、シアン、マゼンダ、およびイエローカラーを含む、請求項８４に記載のカラーディスプレイ。
【請求項８６】
前記３つのピクセル化されたフィルタの後ろに、前記ディスプレイが見えるように適応される面とは反対の位置に配置される反射面をさらに含む、請求項８４または８５のいずれかに記載のカラーディスプレイ。
【請求項８７】
それぞれの前記フィルタは、該フィルタ上にピクセル化された領域を規定する電極の概ね透明なアレイによって効果的にピクセル化される、前記請求項のいずれか１つに記載のカラーディスプレイ。
【請求項８８】
それぞれの前記フィルタは、物理的にピクセル化される、前記請求項のいずれか１つに記載のカラーディスプレイ。
【請求項８９】
それぞれの前記ピクセル化されたフィルタは、
電圧を印加する電極の概ね透明なアレイの対であって、該電極対は、該フィルタ上にピクセル化された領域を規定する、電極対と、
該電極間に配置された材料の層であって、該材料は、導入された該フィルタのカラーを有する導電性材料の混合物を含み、該混合物は、概ね透明な絶縁材料に分散され、その結果、該フィルタの該ピクセル化された領域の光学カラー密度が、該印加された電圧によって変化する、層と
を含む、請求項８４から８６のいずれかに記載のカラーディスプレイ。
【請求項９０】
前記導電性材料は、微細に分割された金属である、請求項８９に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９１】
前記金属は、銀、鉄、金、銅、および亜鉛からなる群から選択される、請求項９０に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９２】
前記絶縁材料は、ポリマーである、請求項８９に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９３】
前記絶縁材料は、エポキシ樹脂である、請求項８９に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９４】
前記導電性材料は、それとダイとの関連によってカラーがつけられる、請求項８９に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９５】
前記導電性材料は、有機金属製複合体によってカラーがつけられる、請求項９０に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９６】
前記ピクセル化された電極は、インジウムスズ酸化物を含む、請求項８９に記載のカラーディスプレイ。
【請求項９７】
ディスプレイパネル内で電気的にカラーを生成する方法であって、
減法カラーセットを構成するカラーの３つのピクセル化されたフィルタのセットを提供するステップであって、該フィルタの伝達は、実質的な透明度に対して最大のカラー密度から電気的に可変である、ステップと、
該フィルタの１つを他のフィルタの上面に配置し、その結果、それぞれの該フィルタの対応するピクセルの少なくとも１セットが、重ね合わされるステップと、
それぞれの該フィルタに１つである、電圧を重ね合わされたピクセルの該少なくとも１つのセットに印加するステップと、
該電圧を変化させることによって重ね合わされたピクセルの該少なくとも１つのセットのカラー密度を調整し、その結果、重ね合わされたピクセルの該セットを通過する光が、減法カラー処理によって所定のカラーを取得するステップと
を包含する、方法。
【請求項９８】
前記フィルタのそれぞれは、該フィルタ上にピクセル化された領域を規定する電極の概ね透明なピクセル化されたアレイによって効果的にピクセル化される、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記フィルタは、物理的にピクセル化される、請求項９７に記載の方法。
【請求項１００】
前記ディスプレイパネルは、対応する加法ディスプレイよりも約３倍を越えて良好である解像度を有する、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０１】
前記ディスプレイパネルは、対応する加法ディスプレイよりも約３倍を超えて良好である光学効果を有する、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０２】
異なるカラーのピクセル化されたフィルタの３つのセットを含むディスプレイパネルの解像度を改良する方法であって、
該カラーを減算カラーセットになるように選択するステップと、
該フィルタの１つを他のフィルタの上面に配置し、その結果、それぞれの該フィルタの対応するピクセルの少なくとも１つのセットが重ね合わされる、ステップと、
減算モードで重ね合わされたピクセルの該セットをアクティブにするステップと
を包含する、方法。
【請求項１０３】
異なるカラーのピクセル化されたフィルタの３つのセットを含むディスプレイパネルの光学効果を改良する方法であって、
該カラーを減算カラーセットになるように選択するステップと、
該フィルタの１つを他のフィルタの上面に配置し、その結果、それぞれの該フィルタの対応するピクセルの少なくとも１つのセットが重ね合わされる、ステップと、
減算モードで重ね合わされたピクセルの該セットをアクティブにするステップと
を包含する、方法。
【請求項１０４】
タッチパネルであって、
導体の第１のアレイを有する第１の平面電極と、
導体の該第１のアレイに対してある角度を向けた導体の第２のアレイを有する第２の平面電極と、
該電極間に配置される、圧力を感知する平面ラッチスイッチング層と
を備える、タッチパネル。
【請求項１０５】
導体の前記第１のアレイと導体の前記第２のアレイとの交点は、それらの交点において、前記タッチパネルのピクセルのセットを規定する、請求項１０４に記載のタッチパネル。
【請求項１０６】
前記角度は、導体の前記第１および第２のアレイが、実質的に直交するようになっている、請求項１０４に記載のタッチパネル。
【請求項１０７】
前記スイッチング層は、前記層のある領域上への圧力の作用が、該領域内の閉じたスイッチ部位を開くことであるようになっている、請求項１０４に記載のタッチパネル。
【請求項１０８】
前記スイッチング層は、該層のある領域上への圧力の作用が、該領域内の開いたスイッチ部位を閉じることであるようになっている、請求項１０４に記載のタッチパネル。
【請求項１０９】
前記圧力の位置は、前記第１のアレイの前記導体の少なくとも１つと前記第２のアレイの前記導体の少なくとも１つとの間のインピーダンスを計測することによって決定される、請求項１０７または１０８のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項１１０】
前記圧力の位置は、導体の前記第１のアレイと導体の前記第２のアレイとの連続的電気的走査を行い、任意の導体の対の間のインピーダンスの変化を検知することによって決定され、該導体の対は、導体の該第１のアレイからの１つと、導体の該第２のアレイからの１つからなる、請求項１０７または１０８のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項１１１】
前記タッチパネルは、平面パネルディスプレイ上を覆い、その結果、該タッチパネルは、該ディスプレイと共に動作する、前記請求項のいずれか１つに記載のタッチパネル。
【請求項１１２】
タッチスクリーンであって、
導体の第１のアレイを有する第１の平面電極と、
該導体の該第１のアレイに対してある角度を向けた導体の第２のアレイを有する第２の平面電極と、
該電極間に配置される、圧力を感知する平面ラッチスイッチング層と、
該電極間に配置され、かつ該圧力を感知する平面ラッチスイッチング層と電気的に接触する平面ディスプレイ層と
を備える、タッチスクリーン。
【請求項１１３】
前記角度は、導体の前記第１および第２のアレイが実質的に直交するようになっている、請求項１１２に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１４】
前記スイッチング層は、前記第１のアレイの前記導体の少なくとも１つと前記第２のアレイの前記導体の少なくとも１つとの間に印加された電圧が、該電圧が印加された該導体間の前記平面ラッチスイッチング層のスイッチ領域を閉じるように動作し、かつ前記平面ディスプレイ層の対応する領域をアクティブにするようになっている、請求項１１２に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１５】
電圧が印加される前記導体間の前記領域は、前記タッチスクリーンのピクセルを規定する、請求項１１４に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１６】
前記スイッチング層は、該層のある領域への圧力の作用が、該領域内の閉じたスイッチ部位を開くようになっている、請求項１１２に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１７】
前記スイッチング層は、該層のある領域への圧力の作用が、該領域内の開いたスイッチ部位を閉じるようになっている、請求項１１２に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１８】
前記圧力の位置は、前記第１のアレイの前記導体の少なくとも１つと前記第２のアレイの前記導体の少なくとも１つとの間のインピーダンスを計測することによって決定される、請求項１１６または１１７のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項１１９】
前記圧力の位置は、導体の前記第１のアレイと導体の前記第２のアレイとの連続的電気的走査を行い、任意の導体の対の間のインピーダンスの変化を検知することによって決定され、該導体の対は、導体の該第１のアレイからの１つと、導体の該第２のアレイからの１つからなる、請求項１１６または１１７のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項１２０】
前記スイッチング層は、前記領域内の前記閉じたスイッチ部位を開くための圧力の作用がまた、該スイッチ部位に関連するディスプレイ層の光学状態を変化させるように動作するようになっている、請求項１１６に記載のタッチスクリーン。
【請求項１２１】
前記スイッチング層は、前記領域内の前記開いたスイッチ部位を閉じるための圧力の作用がまた、該スイッチ部位に関連するディスプレイ層の光学状態を変化させるように動作するようになっている、請求項１１７に記載のタッチスクリーン。
【請求項１２２】
前記平面ディスプレイ層は、液晶層である、請求項１１２から１２１のいずれか１つに記載のタッチスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、特に、フラットパネルディスプレイ、高性能カラーディスプレイ、およびタッチスクリーン用途における使用のために、平面スイッチング用途に用いるための、スイッチングされる状態のためのメモリを備えるラッチ型平面半導体光学および電子スイッチングデバイスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
種々の適用において、ラッチ特性を有するスイッチングデバイスを有し、その結果、ターンオンにされる場合に、それが、無効機能によって、再度スイッチオフされるまで、閉じた状態でラッチされたままであることが望ましい。このようなスイッチは、一般的に、双安定性挙動を有する（すなわち、２つの優先的に好ましいスイッチ状態（開および閉）を有し、そしてこれらの２つの好ましい状態の間に見出されるわずかな傾向を有する）。これらはまた、一般的に、非オーム挙動を有する（すなわち、これらは、たとえこれらのスイッチング閾値に達する前であっても、非線形電子デバイスである）。少なくとも２つの導電状態を有する最初期型のスイッチングデバイスの１つは、論文「Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ  ｔｈｉｓ  ｆｉｌｍｓ」、Ｆ．Ａｒｇａｌｌ、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，第１１巻、５３５〜５４１頁、１９６８（ここで、酸化チタンフィルムが、アノダイジングプロセスにより成長される）において報告されている。他の材料およびスイッチングデバイスに関して、誘電材料におけるハイインピーダンス状態とローインピーダンス状態との間の可逆的スイッチングもまた、この論文において与えられる。しかし、スイッチング効果は、常に再現性がないことが報告された挙動から明らかであり、そして適用の任意の方法の詳細は与えられていないし、出願人は、これらのデバイスから発展した明白な商業的用途に気付いてもいない。
【０００３】
商業的用途が見出された従来技術に記載される双安定性ラッチングスイッチは、一般的には、４脚ｐ−ｎ−ｐ−ｎデバイス等の固体半導体デバイスであり、多層化することは、一般的には、比較的複雑であり、それにより製造するのに高価であり、低収量を有し得る。このような従来技術の半導体双安定性スイッチの例は、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｔｏｒｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｓｔｏｒｅｓ  ｆｏｒｍｅｄ  ｂｙ  ｍａｔｒｉｃｅｓ  ｏｆ  ｓｕｃｈ  ｅｌｅｍｎｅｔ」と題された、Ｊ．Ｅ．Ｐｉｃｑｕｅｎｄａｒらによる米国特許第３，９８６，１７７号に示される。別のタイプの双安定性スイッチングデバイスは、「Ｇｌａｓｓｙ  ｂｉ−ｓｔａｂｌｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ａｎｄ  ｍｅｍｏｒｙ  ｄｅｖｉｃｅ」と題された、Ｃ．Ｆ．Ｄｒａｎｋｅらによる米国特許第３，４４０，５５８号に説明される。デバイスは、ガラス材料を使用し、その製造は、１１５０℃のオーダーの高温または加熱された基板を用いる複雑なグロー放電法を必要とする。これらの方法のいずれも、実行するのに簡単であるようには見えず、ましてや平面構成において簡単ではない。
【０００４】
ラッチングスイッチは、パワースイッチングデバイスからフラットパネルディスプレイ（特に液晶ベースのディスプレイ）への不揮発性メモリ用途に及ぶ広範囲の用途で使用される。後者では、液晶素子および蓄電キャパシタで駆動される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイは、一般的には、大きい面積のディスプレイにおいて必要とされるラッチされたスイッチング能力を提供するために使用される。このようなアレイは、複雑かつ高価であり、それにより、このようなアクティブマトリクスディスプレイのコストを比較的高くする。強誘電体ベースのラッチングスイッチおよび液晶はまたは、ディスプレイ産業において使用されるが、そのコストもまた高い。
【０００５】
多くの一般的に使用されるフラットパネルディスプレイは、ねじれネマチック（ＴＮ）または超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶技術に基づく。２つの主要なタイプのこのようなディスプレイ（受動マトリクス液晶ディスプレイおよびアクティブマトリクス液晶ディスプレイ）が存在する。
【０００６】
その名前が暗示するように、受動液晶ディスプレイは、電子回路を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ電子回路を必要とせず、このように、アクティブマトリクスＴＦＴディスプレイよりも製造するコストが著しく低い。その結果、受動ディスプレイは、携帯電話、ハンドヘルドデバイス、パーソナルデバイスアシスタント（ＰＤＡ）等のコストに敏感な用途、および他の大量生産の低コスト機器における使用に対して好適なタイプである。
【０００７】
しかし、受動液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の性能は、複数の領域におけるアクティブマトリクスＬＣＤの性能と比較して著しく劣っている。Ｌｏｙｏｌａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙによって運営されるＷｅｂ  ｓｉｔｅから適用される、ディスプレイデバイス技術を説明している以下の表１は、２つのタイプの主要な性質の比較を示す。
【０００８】
【表１】
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複数のラインが表示するために必要とされる、フラットパネル用途における受動ＬＣＤの低性能に関する主要な理由は、その方法の結果であり、それによりそのピクセルは、多重化によってアドレスされる。情報は、カラム電極の１つのロウに一度に与えられる。受動型ＬＣＤ、平方自乗平均（ＲＭＳ）電圧応答ＬＣＤ、ねじれネマチック（ＴＮ）ＬＣＤおよび超ねじれネマチック（ＳＴＮ）ＬＣＤは、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ、ＥＤ−２１巻、１４６ｆｆ頁（１９７４年）において出版された、論文「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」における、Ｐ．Ｍ．ＡｌｔおよびＰ．Ｐｌｅｓｈｋｏによって開発された周知の方式に関して説明され得る。その全体を本明細書中で参考として援用する。ＡｌｔおよびＰｌｅｓｈｋｏは、多重化され得るラインの数が液晶材料の透過特性の急峻度に依存することを示す。従って、２００ロウを多重化するために、ＴＮ  ＬＣＤを使用する場合、オン電圧とオフ電圧との間の差は、約７％未満である必要がある。印加電圧のこのような小変化を良好なコントラストに提供するために、非常に急峻な特性を有する液晶を必要とする。ＳＴＮ  ＬＣＤは、一般的に使用される材料の最も急峻な特性を有し、約４８０までの多重化比と共に使用され得るが、一般的には、１０または２０：１（あるいはそれ未満）のオーダーに制限される。多重化問題がないとしても、受動ＬＣＤの取得可能なコントラストは、ディスプレイ中で使用される液晶技術に依存して、１００：１に到達し得る。しかし、多重化が使用される場合、このようなコントラストを達成するためには、現在利用可能な技術の特性よりもはるかに急峻な特性を有するＬＣＤ材料が必要とされ、高価で、グレイスケールを欠き、製造するのに困難である強誘電体液晶デバイスを除いて、このような材料が現在利用可能である。現在利用可能な材料を用いて約４００ロウより多いこのような受動ディスプレイを読み出すことは困難であるために、このような受動ディスプレイをコンピュータスクリーン等の高解像度大スクリーンデバイスに対して不適切にする。
【０００９】
この理由のために、受動タイプディスプレイは、ハンドヘルド型ディスプレイ等のより簡単なディスプレイに制限されてきた。このようなディスプレイでは、駆動される最大数のロウは、たった１００〜２００のオーダーであり、コントラストが妥協され得る。このような用途では、より高い解像度またはコントラストを達成するために、アクティブマトリクスＴＦＴディスプレイを用いる高コストが保証されない。
【００１０】
平面型スイッチングデバイスが使用される用途の別の分野は、カラーディスプレイの分野である。現在利用可能な電子カラーディスプレイでは、陰極線管（ＣＲＴ）技術、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、または他の技術ベースに基づいて、スクリーン上に表示されるカラーフォーマットは、一般的には標準的な方法によって提示され、それにより、各カラーピクセルは、複合されたより大きいピクセルの領域内部に隣接して配置される３つのより小さいサブピクセルから構成される。各サブピクセルは、異なる色を表示し、適切な重みを有する三色の凸結合が複合されたより大きいピクセルの所望された色を提供すべきである。一般的には、全ての実用的に必要とされる色を生成するために、本目的のための標準として一般的に選択される三色は、赤、緑、および青（ＲＧＢ）である。この三色は、複数の異なる態様（独立光源の使用および各ピクセル上に配置されるカラーフィルタの使用を含む）でディスプレイに実装され得る。主要な用途では、カラーフィルタが実装され得るのに容易であるために、カラーフィルタアプローチが採用される。
【００１１】
不幸にも、光の利用およびスペースの利用の両方に関して、この構成は無駄である。例えば、ディスプレイピクセルが緑色を示すべきである場合、ピクセルの緑部分のみが照射され、赤および青が暗いままである。従って、３３％のみの合計ピクセル領域が使用される。これは、二重の結果を有する。すなわち、
（ｉ）単色モニタを用いて達成可能な解像度と比較して、最大解像度が６６％だけ低い。なぜなら、３つのＲＧＢサブピクセルの結合領域が単一のピクセルの結合領域よりも３倍大きいためである。
【００１２】
（ｉｉ）単色モニタを用いて達成可能な効率と比較して、最大効率が６６％だけ低い。これは、電力消費が、単色ピクセル充填に対して必要とされた電力よりも３倍高いことを意味する。
【００１３】
平面型スイッチングデバイスが使用される用途の別の分野は、タッチスクリーンの分野である。タッチスクリーンは、ユーザが、スクリーン上の画面、シンボル、またはワードをタッチすることによってコンピュータベースの情報システムと相互作用することを可能にする、タッチに敏感であるコンピュータディスプレイスクリーンである。タッチスクリーンは、特に、システム動作が、本来、ＰＤＡ、自動キャッシュマシン、情報キオスク、コンピュータベースのトレーニングデバイス、ならびに、マウスまたはキーボードを動作する際に困難を有する障害のあるユーザのためのコンピュータシステム等の非常にユーザインターフェース集中型である、多くの現在のコンピュータベースの情報システムにおいて使用される。タッチスクリーン技術はまた、ウエブブラウザ等のアプリケーションを有する代替的なユーザインターフェースとして使用され得、そのユーザインターフェースは、通常マウスを必要とする。さらに、いくつかのアプリケーションは、タッチスクリーン技術のために特別に設計され、しばしば、典型的なＰＣアプリケーションより大きなアイコンおよびリンクを有する。このように一般的であるにもかかわらず、これらのタッチ敏感デバイスのコストは、従来のキーボードインターフェース等価物と比較して高価なままである。
【００１４】
モニタは、内蔵タッチスクリーン技術を用いて利用可能であるか、またはタッチスクリーンキットは、従来のモニタの前面上に取り付けるために別個に設けられ得る。タッチスクリーン技術の４つの主要なタイプは、現在利用可能なものでは、抵抗性、容量性、赤外線および表面音響波（ＳＡＷ）ベースである。
【００１５】
抵抗性タッチスクリーンは、典型的には、別個の層からなるディスプレイオーバーレイを使用する。各層は、その内側表面上に導電性コーティングを有する。導電性内部層は、特殊なセパレータドットによって分離され、アクティブ領域にわたって均等に分配される。指圧は、タッチ点において内部電気接触を引き起こし、垂直および水平に規定されるアナログ電圧をタッチスクリーンコントローラに供給し、その位置は、ユーザインターフェースの入力としてデジタル化され得る。
【００１６】
ＣＲＴと共に抵抗性タッチスクリーンを使用することは、一般的には、湾曲したＣＲＴスクリーンプロファイルを整合させるように湾曲される。これは、視差を最小化する。このような曲がった用途のために使用される材料の性質は、光のスループットを制限する。一般的に２つのオプション（透明に研磨するかまたはグレア防止処理）が利用可能である。研磨するオプションは、透明性を提供するが、いくつかのグレア効果を含む。グレア防止オプションはグレアを最小化するが、わずかに拡散するイメージ光スループットを生じる。結果として、このようなタッチスクリーンは、等価な非タッチスクリーンディスプレイに関連付けられるよりも多くのグレアまたはより多くの光拡散のいずれかを表示する。このトレードオフにかかわらず、以下に説明される容量性技術に基づく、恐らく第２の最も一般的なタイプとは異なり、抵抗性タッチスクリーン技術は、現在恐らく最も一般的に使用されているタイプである。なぜなら、それは、恐らく、手袋を着用したまま動作可能であり得るためである。
【００１７】
フラットパネルタッチスクリーンにおいて使用するための抵抗性タッチスクリーン材料もまた存在する。このような材料は、湾曲したスクリーンのＣＲＴにおいて使用される材料とは異なり、そしてかなりのレベルのグレア防止性質さえも有するより良好な光透明性を示す。このため、抵抗性タッチスクリーン技術は、湾曲されたスクリーンＣＲＴ用途よりもフラットパネル用途に対してはるかに一般的である。
【００１８】
容量性タッチスクリーンは、典型的には、電荷蓄積層として機能する容量性材料でコーティングされるガラスオーバーレイを含む。ガラスオーバーレイのコーナーに配置される発振器回路は、そのオーバーレイをタッチする人の指に起因する層のキャパシタンスの変化を計測する。この容量の変化は、オーバーレイがタッチされることにより、各発振器に発振の周波数を変更させる。タッチスクリーンコントローラは、これらの周波数変化を計測し、それにより接触点の座標を決定する。
【００１９】
一般的には、容量性コーティングは、それが塗布されるガラスと少なくとも同様に硬いために、このような容量性タッチスクリーンは、鋭い物体によるスクラッチに対して非常に抵抗性があり、さらにスパークによる損傷にも耐え得る。しかし、その動作の性質のために、容量性タッチスクリーンは、一般的には、非導電性であるほとんどのタイプの手袋を着用する間に起動され得ない。
【００２０】
赤外線タッチスクリーンは、ディスプレイの面を囲む発光ダイオード（ＬＥＤ）および正反対に対向するフォトトランジスタ検出器のベゼルを組み込む。コントローラ回路は、一連のパルスをＬＥＤに向けて、表面のちょうど正面に赤外光ビームの見えない格子を用いてスクリーンをスキャンする。コントローラ回路は、光ビームがユーザの指等の任意の固体の物体によって妨害されるようになる場所を検出することができ、この場所をシステムに入力する。赤外線タッチスクリーンの欠点は、トランスミッタおよび検出器を収容するベゼルシステムがオペレータインターフェース製品に関する設計制約を課し得ることである。
【００２１】
ＳＡＷタッチスクリーンは、タッチセンサに対する固体ガラスディスプレイオーバーレイを使用する。２つの超音波表面音響波（１つは垂直方向であり、１つは水平方向）は、ガラスセンサの表面にわたって透過される。各波は、オーバーレイのエッジに沿って反射器のアレイから跳ね返ることによってスクリーンにわたって拡がる。２つのレシーバは、各軸に対して１つの波を検出する。ガラスを通る音響波の速度が公知であり、オーバーレイのサイズが固定されるために、各レシーバにおける波の到達時間が公知である。ユーザがガラス表面をタッチする場合、ガラス表面と接触するユーザの指の水分含有量は、いくつかの超音波エネルギーを吸収することにより、音響波を減衰する。コントローラ回路は、受け取られた２つの音響波の振幅が低下する時間における点を計測することにより、接触点の座標を決定する。
【００２２】
ＸおよびＹ座標に加えて、ＳＡＷ技術はまた、Ｚ軸（深さ）情報を提供し得る。ユーザがスクリーンに対してより強く押圧すればするほど、音響波を指により良好に結合し、指が吸収するエネルギーがより大きくなり、信号強度の勾配がより大きくなる。次いで、信号強度は、Ｚ軸情報を提供するためにコントローラによって計測される。
【００２３】
上述の技術の各々は、当業者に公知のように、その利点およびその欠点を有する。上述の特定の欠点、ならびに１つのまたは別のタッチスクリーン技術に特有の一般的に公知の欠点の他に、全ての技術は、２つの一般的な欠点を有する。すなわち、
（ｉ）さらなるスクリーンの使用、ならびにタッチスクリーンパネルのための特殊なコントローラおよびドライバの使用を全て必要とし、それにより、タッチスクリーンディスプレイのコストを増加させる。
【００２４】
（ｉｉ）これらのさらなるスクリーンは、ディスプレイの正面に配置されることにより、その光効率を低下させる。
【００２５】
実用的なアプリケーションにおける現在利用可能な平面ラッチングスイッチおよびその使用の上述の欠点および制限の観点から、従って、単純な構成かつ低コストの、層状化されたラッチングスイッチに対する深刻な必要性が存在し、さらに、大きい表面領域によって構成されることを可能にする。
【００２６】
構成の単純性、およびそれにより受動マトリクスＬＣＤの低コスト、ならびに、さらに、より高価なアクティブマトリクスＴＦＴ  ＬＣＤの典型的な解像度およびコントラストを有するフラットパネルディスプレイ技術に対する深刻な必要性もまた存在する。
【００２７】
従って、解像度および効率性が単色モニタから利用可能なアプローチよりもより密接なアプローチであるべきであるように、現在利用可能なカラーモニタよりも高い解像度および電力効率を有するカラーディスプレイデバイスに対する深刻な必要性もまた存在する。
【００２８】
従来技術のタッチスクリーンの多くの上記欠点を克服する新しいタイプのタッチスクリーンに対する重要な必要性もまた存在する。
【００２９】
本明細書中で説明された全ての刊行物の開示、およびこのような刊行物で引用された全ての文書の開示は、それぞれその全体を本明細書中で参考として援用する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００３０】
（発明の要旨）
本発明は、特に、そのデバイスがフラットパネルディスプレイ、高効率カラーディスプレイ、タッチスクリーン、または他の大きい領域の用途において有利に使用され得るように大きい表面領域層において構成されることが可能な、新しいラッチされる固体電子双安定性スイッチングデバイスを提供することを探求する。これらの用途における使用のために、デバイスは、好適には、可視光に対して透明である。デバイスの電子性質は、デバイスがスイッチングされる状態のためのメモリを有することであり、デバイス再設定条件によってスイッチバックするように制限されるまでスイッチバックする低い傾向を有する。本明細書中および特許請求の範囲で使用される用語、平面は、可撓性材料から形成される場合等、わずかな曲面を有し得る表面も含むことが理解される。
【００３１】
従って、本発明の好適な実施形態に従って、電極として動作可能な２つの電気導電体間でスイッチングされるスイッチング材料の層からなるデバイスが提供される。デバイスは、双安定性スイッチとして挙動する。開いた状態では、電圧が電極に印加されない場合、スイッチング材料は、効率的な絶縁体であり、デバイスは、２つの電極間でサンドイッチされる絶縁材料から予測されるように、並列漂遊抵抗と並列なキャパシタのように挙動する。所定の閾値レベルよりも大きい電場がスイッチング材料に印加される場合、材料は導電性になり、従ってデバイスは、実質的に、比較的低抵抗を有する閉じたスイッチになる。電場は２つの電極に電圧を印加することによって簡単に生成され得る。さらに、電場の除去の際、スイッチはラッチされた双安定性スイッチであるように、スイッチは、特定の時間に閉じたままである。印加された電場は、ＤＣ電界またはＡＣ電界であり得る。
【００３２】
スイッチングデバイスは、好適には、平面層として提供され得るか、またはデバイスが適切に構成された場合、湾曲した表面（ＣＲＴ表面またはさらにより湾曲した表面等）に整合するように曲面が設けられ得る。可撓性電極基板を用いて構成された場合、デバイスが与えられる任意の所望された滑らかな物体にほとんど整合するように、デバイスが湾曲され得る。本発明は、概して、フラットな平面構成の点で本明細書中で説明され、従って、さらに一般的に主張される。これは恐らく、最も一般的な使用のモードである。本発明は、平面スイッチングデバイスに限定されることを意味しないが、湾曲した表面構成において等しく動作可能であることが理解されるべきである。
【００３３】
スイッチング材料の層は、適切に滑らかかつ均一な厚さの層を提供する任意の適切な方法に従ってデバイスの電極間でサンドイッチされ得る。第１の好適の方法に従って、スイッチング材料は、電極の１つのセット上に堆積される第１の基板上に拡散され、第２のセットの電極を有する第２の基板が第１の基板に近接してもたらされ、薄い層を残すように任意の過剰のスイッチング材料を搾り出す。この層の厚さおよびその均一性は、基板間に配置される公知の厚さのスペーサによって決定される。
【００３４】
第２の好適な方法に従って、スイッチング材料は、当該分野で公知の標準的な方法によって基板の内の１つ上にスピンコーティングされる。スピンコーティングは、一般的には、拡散および圧搾層よりもはるかに薄い。
【００３５】
本発明の別の好適な実施形態によると、スイッチング材料は、導電性材料の少量のパーセンテージだけ分散される絶縁材料からなり得る。このような材料は、拡散および圧搾によって形成されるスイッチ層において使用される。スイッチング材料の簡便な好適な構成は、絶縁エポキシ中で微細に分割された少量の金属懸濁液の形態で獲得され得る。この構成は、好適には、エポキシを有するナノ粒子またはマイクロ粒子のコロイド懸濁液の形態で金属を混合することによって作製され得る。エポキシ混合物は、必ずしも硬化されなければならないとは限らず、デバイスは、エポキシが硬化触媒の添加によって通常の態様で硬化されようとも、または任意の硬化剤の添加の欠如によって未硬化であろうとも、良好に動作する。しかし、スイッチング特性は、２つの場合において幾分異なる。他の好ましい絶縁材料は、いくつかのポリマー、接触接着材等の接着剤、ゲルおよびオイルを含む他の粘性液体および粘性固体の範囲を含む。用語、絶縁材料が使用され、比較的な意味において本明細書にわたって使用かつ主張される。なぜなら、その要件は、絶対的な用語で絶縁体と呼ばれるか否かにかかわらず、導電状態の抵抗率よりもかなり高いためである。
【００３６】
使用される導電材料のパーセンテージは、好適には、０．００５％〜２０％のオーダーであるが、この範囲外の濃度はまた、その特殊な性質をスイッチング材料に提供する。本発明のさらなる好適な実施形態によると、アセトンまたはＰＭＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）等の市販のグレードの有機溶媒はまた、任意の導電材料の添加なしで、スイッチング材料として使用され得る。しかし、これらの市販のグレードの溶媒は、一般的に金属イオンの少量の濃縮物を含み、それは、本発明のこれらの実施形態における導電要素として動作可能であり得るこれらのイオンであることが可能である。しかし、提唱された機構は仮説に過ぎず、本発明のこれらの実施形態が、デバイスの実際の物理プロセス動作にかかわらず動作可能であることが強調されるべきである。しかし、有意なレベルの清浄なオイル等の導電材料を有さない純粋な絶縁体は、一般的には、このような厚い拡散層において使用され得ない
同様に、エポキシキャリアの使用は、スイッチング材料を実装する特に簡便な方法であるが、その材料を生成する代替および好適な方法はまた、熱硬化性または他のプラスチック絶縁材料、あるいは他の適切な有機または無機絶縁体中に導電懸濁液の分散を含み得る。
【００３７】
分散された導電材料を含むスイッチング材料は、一般的に好適には、スイッチの実施形態において使用され、スイッチング層が拡散かつ圧搾され、それにより比較的厚くなる。任意の導電材料の添加物のないスイッチング材料は、スイッチの好適な実施形態において一般的に使用され、そのスイッチング層がスピンコーティングされ、それにより比較的薄くなる。任意の導電添加物のないスイッチング材料内で動作可能なメカニズムは、多く使用される厚さが、導電添加物を有するスイッチング材料よりもはるかに薄いことが明らかである。
【００３８】
スイッチの遷移応答を互いに決定するデバイスの開いたおよび閉じた抵抗ならびに自己キャパシタンスは、スイッチング材料のパラメータを制御することによって選択され得る。これらのパラメータは、使用される導電材料の性質、使用される絶縁材料の性質、絶縁材料マトリクス内の導電材料の濃度、およびスイッチング材料層の厚さを含む。さらに、閾値よりも高い印加されるスイッチング電圧のレベルはまた、スイッチを閉じるためにかかる時間および一旦閉じた場合にその抵抗に影響を与える。
【００３９】
デバイスが閉じた状態になった後、デバイス間に印加される電場が閾値レベルよりも低く（またはゼロまで）低減される場合であっても、その状態のままである。適度な逆電場の印加が一般的にスイッチを開かなくとも、それによりスイッチは、ラッチングのロバストなレベルを有する。スイッチのいくつかの実施形態は、デバイスおよび周囲の条件のパラメータに依存して、比較的長期間（数秒間であっても）閉じたままである。いくつかの好適な材料は、スイッチが数時間またはちょうど一日のオーダーの間閉じたままであることを可能にする。
【００４０】
本発明によるラッチングスイッチの種々の実施形態は、スイッチング材料におけるスイッチング遷移のメモリ継続時間に従って複数の明確なタイプに分割され得る。これらのタイプは、フルメモリ（ＦＭ）スイッチ、部分メモリ（ＰＭ）スイッチ、持続可能メモリ（ＳＭ）スイッチ、およびゼロメモリ（ＺＭ）スイッチのように簡便に命名される。ＦＭデバイスに対して、スイッチの状態を高導電率状態に変更するようにスイッチング電圧の印加の後、スイッチは、典型的には、長期間（好適には数分または数時間であっても）アクティブに開かない限り、この高導電率状態を維持する。ＰＭデバイスに対して、導電率メモリは、数百マイクロ秒からミリ秒のオーダーの間にわたる期間で維持される。より重要には、ＰＭスイッチは、十分規定されるメモリ範囲を有する。ＰＭスイッチは、電圧が印加されない場合、その材料自体をその元の状態にリセットする時間を超える十分規定された上時間限界と、電圧がスイッチ間に印加されない場合、その材料はその現在の状態のままである間に十分に規定される下限界とを有する。ＳＭデバイスに対して、持続電圧がスイッチに印加される場合に限り、閉じた状態が維持され、その条件下では、非常に長期間、ＳＭデバイスはその導電状態を維持し得る。一般的には、ＳＭスイッチは、持続電圧が存在する間、閉じた状態を維持するようにされているに過ぎない。ＳＭスイッチは、電圧除去の際、急速にリセットするようにされていない。ＺＭデバイスに対して、スイッチは、スイッチング電圧が除去された後（典型的には、数ナノ秒と１００ナノ秒との間の期間の後）ほとんどすぐにそのノーマルハイ抵抗モードに復帰する。
【００４１】
スイッチのような上述のラッチされた平面スイッチングデバイスの印加に加えて、本発明のさらに好適な実施形態によると、スイッチングデバイスはメモリエレメントとして使用され得る。スイッチングデバイスは、メモリがその情報を保持し得る時間に従うタイプへの同じ描写を有する。このような用途に対して、不揮発性であるＦＭスイッチ構成は、最も適切であるように見える。
【００４２】
再度、任意の上述のスイッチを開く好適な方法は、物理的な応力（圧力の形態で、曲げの形態で、または熱の付与によって）をデバイスに与えることによる。従って、デバイスをスイッチオフする好適な方法は、機械的衝撃、ストレス、または振動の付与を含む。制御された態様でこれらを与える１つの好適な方法は、あるレベルの応力をスイッチング材料に誘導するためにデバイスに取り付けられる圧電チップまたは層の使用による。あるいはおよび好適には、圧電材料が混合されて、スイッチング材料を形成し得る。本発明のさらに別の好適な実施形態によると、スイッチング材料へのエラストマーの添加は、さらにより急速に開いた状態への逆転を容易にする。さらにより好適な実施形態によると、粘性またはゲル状絶縁マトリクス材料の使用はまた、開状態へのスイッチの逆転を容易にする。
【００４３】
本発明のより多くの実施形態によると、スイッチは、スイッチに印加される圧力に敏感であり得る。圧力がより高く印加されればされるほど、スイッチを閉じるために必要とされる電圧が大きくなる。その結果、本発明の別の好適な実施形態によると、デバイスは、圧力センサとして使用され得る。
【００４４】
一旦、スイッチが開いた場合、再度スイッチを閉じるために必要とされる閾値電圧は、開いた後の経過時間に依存する。一般的には、経過時間な長くなればなるほど、必要とされる電圧が高くなる。スイッチが開いた後の非常に短い時間閉じている場合、必要とされる電圧は、スイッチがその平衡開状態にある場合、スイッチを閉じるのに必要とされた少量の電圧のみである（典型的には、いくつかの条件下の通常の閾値電圧の１０％と同様に小さい）。
【００４５】
本発明のさらに好適な実施形態によると、その電気スイッチング特性に加えて、デバイスはまた、電気スイッチング特性に対して、いくつかの観点で並列の光透過特性を有する。従って、励起されていない開いたスイッチにおける不透明度の顕著なレベルが存在する、より高いレベルの導電材料濃度を有する好適な実施形態に対して、スイッチを閉じる動作は、光透過をその開いた状態と比較して著しく増加させる。同様に、励起電圧が除去される場合であっても、ラッチされた閉じた光スイッチは、その電気挙動に対して比較可能な態様で特定の時間間隔で透明なままである。
【００４６】
しばしば、電気的な等価物と比較して、光スイッチの挙動における差が存在する。材料の多くの組み合わせでは、光スイッチは、等価な電気特性よりも低い電圧で閉じ始める。さらに、スイッチの多くの組み合わせにおいて、不透明から透明への遷移は、電気バージョンよりも光バージョンにおいて徐々に発生する。スイッチの透過率は、印加された電圧より滑らかな関数である。この性質は、本発明のいくつかの好適な実施形態において、有利に適用され得ることにより、光スイッチは、ディスプレイパネルにおいて使用される。
【００４７】
デバイス構造が平面であるという事実は、より大きいシートの形態でデバイスの製造を可能にする。本発明の実装のこの形態は、複数の有用な用途（特に、液晶技術に基づく新規なフラットパネルディスプレイ、フラットパネルディスプレイとともにまたは独立して使用するためのタッチスクリーンの新規のタイプ、およびカラーディスプレイの新規のタイプの構成）でスイッチをラッチングする用途を可能にする。さらなる用途は、以下の同時係属中の米国仮出願に説明される。すなわち、
１．２００１年１０月１８日に出願された、「Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｎｕｍｅｒａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ」と題されたＴｕｖｉａ  Ｋｕｔｓｃｈｅｒによる米国出願第６０／３３０，２２８号、および
２．２００１年１０月２３日に出願された、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ」と題されたＴｕｖｉａ  Ｋｕｔｓｃｈｅｒによる米国出願第６０／３３０，４８５号
これら両出願の全体を本明細書中で参考として援用する。
【００４８】
本発明のさらにより好適な実施形態によると、スイッチング電圧を印加するための一対の好適な平面電極、電極間で配置されるスイッチング材料を含むスイッチングデバイスが提供され、そのスイッチング材料は、絶縁材料において分散される導電材料の混合物を含む。本発明のこの好適な実施形態によると、スイッチング材料は、電圧が所定の閾値電圧よりも大きい場合に限り、スイッチングデバイスが近接するようにされ得る。さらに、スイッチング材料は、スイッチングデバイスが双安定性またはラッチされ得る。
【００４９】
さらにおよび好適には、絶縁材料は、エポキシ樹脂であり得、硬化または未硬化であり得、ポリマーであり得る。導電材料は、好適には金属であり得、導電性材料は、銀、鉄、金、銅または亜鉛を含み得る。導電材料の濃度は、好適には、０．００５％〜２０％の範囲にあり得る。本発明のさらに別の実施形態によると、絶縁材料は有機溶媒であり得、導電材料は、溶媒内に存在する金属不純物であり得る。
【００５０】
本発明の別の好適な実施形態によると、上述のスイッチングデバイスが提供され、閉じた場合、スイッチを開くように動作可能な圧電素子をさらに含む。圧電素子は、スイッチング材料中に分散され得る。あるいはおよび好適には、スイッチング材料はまた、エラステップトマー成分を含む。
【００５１】
本発明のさらに別の好適な実施形態によって、上述のようなスイッチングデバイス（その電極が薄い絶縁シート上にコーティングされる透明な導電層を含む）がさらに提供される。透明な導電層は、好適にはインジウム錫酸化物であり得る。
【００５２】
本発明のさらに好適な実施形態によると、電圧を提供するために一般的に透明な平面電極の対を含む光スイッチングデバイス、電極間に配置される一般的に透明なスイッチング材料の層、絶縁材料に分散された導電材料の混合物を含むスイッチング材料もまた提供される。
【００５３】
本発明のさらに好適な実施形態によると、光スイッチングデバイスのスイッチング材料は、光透過が印加される電圧の関数であるようにする。さらに、スイッチング材料は、スイッチングデバイスが双安定性またはラッチされるようにし得る。
【００５４】
さらにおよび好適には、光スイッチングデバイスの絶縁材料は、エポキシ樹脂であり得るか、硬化または未硬化であり得るか、またはポリマーであり得る。導電材料は、好適には金属であり得、導電性材料は、好適には、銀、鉄、金、銅または亜鉛であり得る。導電材料の濃度は、好適には、０．００５％〜２０％の範囲にあり得る。本発明のさらに別の実施形態によると、絶縁材料は有機溶媒であり得、導電材料は、溶媒内に存在する金属不純物であり得る。
【００５５】
本発明の別の好適な実施形態によると、上述のスイッチングデバイスが提供され、閉じた場合、スイッチを開くように動作可能な圧電素子をさらに含む。圧電素子は、スイッチング材料中に分散され得る。あるいはおよび好適には、スイッチング材料はまた、エラストマー成分を含む。
【００５６】
本発明のさらに別の好適な実施形態によって、上述のようなスイッチングデバイス（その電極が薄い絶縁シート上にコーティングされる透明な導電層を含む）がさらに提供される。透明な導電層は、好適には、インジウム錫酸化物であり得る。
【００５７】
絶縁基材を含むスイッチング材料および絶縁基材を介して分散される導電材料が、本発明の好適な実施形態によってさらに提供され、スイッチング材料が印加された電場の影響を受ける場合、スイッチング材料は、ラッチされた態様で電気導電率を変化させる。
【００５８】
さらに、本発明のさらに別の好適な実施形態によると、透明な絶縁基材を含むスイッチング材料および絶縁基材を介して分散された導電材料が提供され、スイッチング材料が印加された電場の影響を受ける場合、スイッチング材料は、ラッチされた態様で光透過率を変化させる。
【００５９】
本発明は、新しいフラットパネルディスプレイを提供することをさらに探求し、透明なラッチングスイッチ層が、上記または下記のいずれかにおいて、ディスプレイのピクセル化されたイメージング層およびこの層と電気接触するディスプレイに組み込まれる。スイッチ層は、好適には、スイッチング材料の層から構成され、この層に対する好適な場所は、イメージング層の電極の内の１つとイメージング層自体との間にサンドイッチされる。スイッチング層は、好適には、ラッチングタイプであり、閉じた状態にスイッチングされた場合、スイッチング層は、ディスプレイデバイスのサイクル時間よりも実質的に長い時間の間、閉じた状態を維持する。ラッチングスイッチ層の各ピクセル化された領域は、ラッチングスイッチ層と接触する、ならびにその層の真上または真下にあるイメージングピクセルに印加された電圧から生じる電場または電流によってスイッチングされる。ピクセル化されたイメージングディスプレイは、好適には、液晶技術に基づくが、本発明が、同様の任意の他の機能性、ディスプレイ技術に基づいた場合、動作可能であることが理解される。
【００６０】
ディスプレイアレイの正確に選択されたカラムおよびロウによって、特定のピクセルをターンオンするデータ信号の印加の際、特定のディスプレイピクセルに直接接触するスイッチピクセルが閉じる。スイッチピクセルを閉じるのに必要とされた電圧は、スイッチング層自体の特性に依存し、スイッチング閾値電圧と呼ばれるものよりも大きくなるべきである。スイッチング層のラッチング性質のために、スイッチピクセルは、ディスプレイのサイクル時間よりもはるかに長い時間で閉じたままである。無限の長さの時間の間のスイッチオン状態におけるピクセルを維持するために、イメージングディスプレイエレメントのスイッチオン電圧よりも高いが、ラッチングスイッチ閾値電圧よりも低い電圧を有する駆動信号が要求される必要があり得る。従って、全体のイメージは、好適には、開いたまたは閉じた状態においてラッチングされたスイッチングデバイスのピクセルを連続的に設定することによって最初に書き込まれ得、次いで、全てのピクセル（ピクセルの各スイッチが閉じている）をターンオンするために、駆動電圧がイメージングデバイスに印加された。次いで、スイッチの状態は、アレイの全体の各ピクセルへの駆動電圧の印加によって、効率的に無限に保持され得る。スイッチング層が、無限にラッチされた閉じた状態を維持するタイプである場合、このような駆動電圧は、イメージングデバイスのターンオンのみを別にして、スイッチに対して必要とされない。
【００６１】
これらのフラットパネルディスプレイ用途では、ラッチングスイッチの性質は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイにおける薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の機能をエミュレートするために使用される。このようなディスプレイでは、ピクセルのロウは、適切な選択電圧を、ピクセルのそのロウに対するＴＦＴゲートを接続する選択ラインに印加することによって選択される。ピクセルのロウが選択される場合、所望の電圧は、そのデータ線を介して各ピクセルに印加され得る。ピクセルが選択される場合、所与の電圧を、ピクセル自体、および任意の選択されていないピクセルに印加することが必要である。これらの選択されていないピクセルは、選択されたピクセルを駆動するために必要な、アレイを介して循環する電圧から完全に分離されるべきであり、このピクセルは、この分離関数を提供するＴＦＴである。理想的には、ＴＦＴアクティブマトリクスは、ゼロの閉じた抵抗および無限の開いた抵抗を有する、理想的なスイッチのアレイとしてみなされ得る。
【００６２】
液晶層とその駆動電極の内の１つとの間に配置された、本発明による大きい平面ラッチングスイッチ層の使用は、ＬＣＤジオメトリの受動型を除いて、ＴＦＴアレイおよびその駆動回路の出費および複雑さなしで、ＴＦＴとして同じ関数を満たすことが可能である。平面ラッチングスイッチは、好適には、本実施形態におけるその機能を満たすために、好適には透明である。これらの実施形態が液晶ディスプレイの点で説明されてきたが、ピクセルにわたって印加された電圧によって動作されたピクセル化されたディスプレイの任意の他のタイプにも適用可能であることが理解される。
【００６３】
上記本発明の好適な実施形態によると、ラッチされたスイッチング層自体は、均一な連続層である。ラッチされたスイッチング層は、好適には、関連する電極構造のピクセル化された性質によってピクセル化された性質を達成し、スイッチング層を、電極アレイのピクセルに対応する効率的にピクセル化された領域に動作的に分割する。しかし、本発明は、微視的なスケール上のピクセルに物理的に分割されるスイッチング層を用いて均一に動作可能であることが当業者に明らかになるべきである。各ピクセルは、好適には、それ自体の電極によって制御される。従って、スイッチング層を説明するために使用された場合、および本出願において主張された場合、用語「ピクセル化された」は、物理的にピクセル化された層、および仮想的にまたは効率的にピクセル化された層の両方を含むことを、関連した電極構造のピクセル化された性質によって意味されることが理解される。
【００６４】
従って、本発明の好適な実施形態によると、ピクセルに分割されたイメージング層を含むイメージングディスプレイが提供され、ピクセルの各々は、スイッチング層およびイメージング層と電気接触してラッチされたスイッチングデバイスを介して印加された信号によって別個にアドレス可能である。ラッチされたスイッチングデバイスの各領域は、その領域に接触してピクセルに印加された信号の印加によって、閉じた位置にスイッチング可能である。
【００６５】
本発明のなおさらに好適な実施形態によると、ピクセル化されたイメージ層、層のピクセルが、印加された信号によって別個にアドレス可能である層のピクセル層、およびイメージング層と電気接触するラッチされたスイッチングデバイスを含むディスプレイが提供され、ピクセルの各々は、スイッチング層およびイメージング層と電気接触し、ラッチされたスイッチングデバイスの各領域は、この領域に隣接するピクセルに印加された信号の印加によって閉じた状態にスイッチング可能であり、イメージング層は、好適には、液晶デバイスであり得る。
【００６６】
本発明のさらに別の好適な実施形態によると、印加された信号は、イメージング層およびラッチされたスイッチングデバイスのいずれかの面上に配置された直交導電体のセットによって提供される。ラッチされたスイッチングデバイスのピクセルは、好適には、印加された信号によってラッチされて閉じ得、印加された信号が除去された後、その電気状態を維持すること等であり得る。
【００６７】
上記ディスプレイでは、ラッチされたスイッチングデバイスは、好適には、スイッチング材料の層を含み得、このスイッチング材料は、好適には、絶縁材料中に分散された導電材料の混合物を含み得る。
【００６８】
本発明のなおさらに好適な実施形態によると、上述のようなディスプレイがさらに提供され、ラッチされたスイッチングデバイスは、有機スイッチ、ガラス型双安定性スイッチ、半導体アレイ双安定性スイッチ、低帯域ギャップ共役ポリマースイッチ、アモルファスカルコゲニド半導体、ＺｎＳｅ−Ｇｅヘテロ構造、アモルファスシリコン導電ポリマー、種々の二元酸化物および三元酸化物、強誘電体へテロ構造、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｃａ２Ｎｂ２Ｏ７、およびＴａ２Ｏ３等の酸化物に絶縁層として、最大０．２％のＣｒまたはＶをドープしたＭＩＭ構造、ならびに分子スイッチからなる群から選択される。
【００６９】
上記任意のディスプレイにおいて、スイッチングデバイスのインピーダンスは、好適には、印加された信号の種々の関数であり得、それにより、イメージング層のピクセルが、種々のグレイレベルにスイッチングされ得る。さらに、ピクセルは、実際のピクセルであってもよいし、上記直交導電体の交点で形成されてもよい。
【００７０】
本発明のさらに好適な実施形態によると、ディスプレイデバイスにおける画像を表示する方法もまた提供される。この方法は、
（ａ）ピクセルに分割されるイメージング層を提供するステップであって、各ピクセルは、印加されるスイッチング電圧によって別個にアドレス可能である、ステップと、
（ｂ）イメージング層に電気的に接触するラッチされたスイッチングデバイスを提供するステップと、
（ｃ）イメージング層のピクセルにスイッチング電圧を印加するステップであって、スイッチング電圧は、ピクセルと接触するラッチされたスイッチング電圧の領域においてスイッチを閉じるのに十分である、ステップと、
（ｄ）さらに、所望されたイメージに従って、イメージング層の他のピクセルにスイッチング電圧を連続的に印加するステップと、
（ｅ）その後、駆動電圧をイメージング層の複数のピクセルに同時に駆動する電圧を印加するステップであって、この駆動電圧は、所望されたイメージを示すようにイメージング層のピクセルをスイッチングするのに十分である、ステップと
を含む。
【００７１】
上記方法では、スイッチング電圧は、好適には、イメージング層およびラッチされたスイッチングデバイスのいずれかの面上で配置された直交導電体によって印加され得る。スイッチング電圧は、ＤＣ電圧またはＡＣ電圧であり得る。さらに、ピクセルは、直交導電体の交点において形成される現実のピクセルまたは仮想ピクセルであり得る。
【００７２】
本発明のさらに別の好適な実施形態によると、複数のエレメントを含むシステムが提供され、各エレメントは、少なくとも２つの代替的な動作条件を有する。システムは、そのエレメントの動作条件を変更することによって動作する。システムはまた、複数のエレメントと電気接触して配置されたラッチされたスイッチング層を含み、任意のエレメントの動作条件が、エレメントおよびそれと接触する直列電気接点に隣接するエレメントおよびラッチされたスイッチング層の連続組み合わせへの信号の印加によって変更される。
【００７３】
本発明はまた、新規の型のカラーディスプレイデバイスを提供しようとし、ここで、色の発生は、従来技術のディスプレイデバイスにおいて使用される加色法ではなく減色法の手段によって実施される。本発明に従うカラーディスプレイの第１の好ましい実施形態に一致して、本発明のラッチング光学的スイッチは、現在のディスプレイにおいて使用される加色システムではなく、減色システムの色発生に基づく、新規形態のカラーディスプレイを構築するために使用される。この好ましい実施形態に従って、スクリーンは、本発明に従って、次々と重ねて縦一列に配列される、ピクセル化ラッチング光学的スイッチの３つの層からなる。層の１つは、シアンに着色された導電性金属性分散を有し、第２の層は、マジェンタに着色され、そして第３の層は、イエローに着色される。これらの色は、当該分野で周知であるような、減色印刷プロセスまたは減色ディスプレイプロセスにおいて従来使用される色である。第１の層のピクセルを横切って電圧が印加されない場合、ピクセルの色は、有色金属（すなわち、シアン）の色である。スイッチ層が、あまりに高い濃度の金属またはあまりに低い濃度の金属を有さずに、正確に構築され、物質が正確に選択される場合、漸増電圧をこのピクセルの電極に印加することによって、ピクセルが非透過性シアン色から変化し、実質的に完全に透過性になる。第２の層に対して同様に、任意のピクセルが、完全に不透明なマジェンタから実質的に透明に変わり、そして第３の層に対して同様に、完全に不透明なイエローから透明に変わり得る（ｌｉｋｅｗｉｓｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｙｅｌｌｏｗ，ｔｈｉｒｄ  ｌａｙｅｒ）。このような層が連続しているので、スクリーンは、任意のピクセルが実質的に完全な透明からシアン−マジェンタ−イエローの色組み合わせの任意の組み合わせまで変わり得る特性を有し、従って、減色印刷プロセスに匹敵する反射ディスプレイを提供する。
【００７４】
その動作要素として上記される光学スイッチングデバイスを使用する本新規カラーディスプレイパネル実施形態が、記載されるが、これはまた、任意の他の型のピクセル化ディスプレイ物質と共に動作可能であることが理解され、この物質は、ピクセルの間に印加される電圧によって、透明から任意の他の色に変化され得る。
【００７５】
このようなディスプレイは、現在最も使用されるカラーディスプレイ技術より、実質的により高い解像度および光効率を有し、ここで、各ピクセルは、３つの原色サブピクセルに細分される。この従来技術において、空間解像度は、本発明のこれらの実施形態に従う新規カラーディスプレイの解像度のほんの三分の一である。さらに、電気効率は、本発明のカラーディスプレイのほんの三分の一であり得る。なぜなら、従来技術のサブピクセル化ディスプレイにおいて、例えば、グリーンのサブピクセルによって覆われる領域は、本発明のこれらの記載される実施形態に従うグリーンピクセルのほんの三分の一である。
【００７６】
本発明の好ましい実施形態に従う、カラーディスプレイ（３つのピクセル化フィルタを含む）を提供し、各々の異なる色は、次々と重ねて、これらの間の視差効果をさけるように密接に接触して積み重ねられる。このフィルタの各々における各々のピクセルの色密度は、適切な制御電圧を各ピクセルに印加することによって、その最大色密度から実質的に透明まで電気的に変化し得る。３つのフィルタの色は、原色セットを構成し、この原色セットは、従来の原色印刷システムにおいて使用されるような、好ましくはシアン、マジェンタおよびイエローであり得る。
【００７７】
上記されるカラーディスプレイは、好ましくは、ディスプレイが見られる側と反対の、３つのピクセル化フィルタの後に反射表面を配置することによって、反射ディスプレイとしても使用され得る。あるいは、そして好ましくは、このディスプレイは、観察者から離れた側からこのディスプレイを、白色光源で照らすことによる透過性実施形態において使用され得る。
【００７８】
本発明の別の実施形態に従って、ピクセル化カラーフィルタは、本明細書中に上記されるラッチング平面状光学スイッチアレイを使用して、構築され得る。平面状スイッチは、ほぼ透明な平面状平面状電極の対から構成され、これらの各々は、好ましくは、平行尊体のセットの形態であり、この導線は、直交に配列され、その結果、これらは、一セットのピクセルを規定する。これらの電極は、スイッチの各ピクセル化領域にコントロール電圧を印加するために使用される。これらの電極は、実質的に透明な絶縁物質中に分散された、備え付けフィルタの色を有する導電性物質の混合物から作製されるスイッチング物質の層に挟まれる。このスイッチング物質は、好ましくは、ピクセルの光学的透過がこのピクセルに印加された電圧の関数として連続的に変動するような物質であり、フィルタの完全色密度から、実質的な透明にまでわたる。
【００７９】
上記される好ましい実施形態に従って、フィルタ自体は、一様な連続層である。これらのフィルタは、付随する電極の構造のピクセル化特性によって、これらのピクセル特性を獲得し、この構造は、電極アレイのピクセルに対応する、効果的にピクセル化された領域へと、フィルタを動作可能に分割する。これらの電極アレイは、好ましくは、各々直交する方向に延びる２つの導線のアレイであり、これらの交点でピクセルを規定する。しかし、本発明が顕微鏡スケールのピクセルへと物理的に分割されるフィルタを均一に操作可能に使用し、各々のピクセルが、好ましくは、その独自の電極によって制御されることは、当業者に明らかであるべきである。フィルタを記載するように使用される場合、そして本願において特許請求される場合、用語ピクセル化は、関連する電極構造のピクセル化特性によって、物理的にピクセル化されたフィルタ、および実質的または効果的にピクセル化されたフィルタ、の両方を含むことを意味する。
【００８０】
本発明の別の好ましい実施形態に従って、次々と重ねて配置される３つの異なる色のピクセル化フィルタを備え、各フィルタ上の各ピクセルの色密度が、その最大色密度から実質的に透明まで電気的に可変である、カラーディスプレイがさらに提供され、ここで３つのフィルタの色は、減色セットを構成する。減色セットは、好ましくは、シアン、マジェンタおよびイエローの色を含み得る。
【００８１】
本発明のさらに別の好ましい実施形態に従って、上記されるカラーディスプレイはまた、ディスプレイが見られるように適合される側と反対の位置で、３つのピクセル化フィルタの後に配置される、反射表面を備える。
【００８２】
さらに、各々のフィルタはまた、フィルタ上のピクセル化領域を規定する、ほぼ透明な平面の電極アレイによって、効果的にピクセル化されるか、あるいは、そして、好ましくは、各々のフィルタは、物理的にピクセル化され得る。
【００８３】
本発明のなお別の実施形態に従って、上記されるカラーディスプレイにおいて、各々のピクセル化フィルタは、好ましくは、電圧を印加するためのほぼ透明な平面の電極アレイの対を備え、この電極アレイは、フィルタ上にピクセル化領域を規定し、そして物質の層は電極間に配置され、この物質は、それが備え付けられるフィルタの色を有する導電性物質の混合物を含み、ほぼ透明な絶縁物質中に分散され、その結果、フィルタのピクセル化領域の光学的色密度が、印加された電圧によって変化する。導電性物質は、細かく細分された金属であり得、この金属は、好ましくは、銀、鉄、金、銅および亜鉛からなる群から選択され得る。さらに、絶縁物質は、ポリマー、またはさらに好ましくはエポキシ樹脂であり得る。本発明のさらに好ましい実施形態に従って、導電性物質は、これに色素を結合することによって、または有機金属錯体によって、着色される。ピクセル化平面電極は、好ましくは、インジウム錫酸化物で作製され得る。
【００８４】
本発明のなおさらに好ましい実施形態に従って、ディスプレイパネル上に色を電気的に生成する方法がまた提供され、この方法は、以下の工程を包含する：
（ａ）減色セットを構成する色の３つのピクセル化フィルタのセットを提供する工程であって、フィルタの透過が、最大色密度から実質的に透明まで、電気的に可変である、工程、
（ｂ）フィルタを次々と重ねて配列し、その結果、対応するピクセルのセットが直線的に重ねられる、工程、
（ｃ）重ねたピクセルの少なくとも１つのセット（各フィルターにおける１つのピクセル）に電圧を印加する工程、および
（ｄ）電圧を変化することによって、重ねたピクセルの少なくとも１つのセットの色密度を調節する工程であって、その結果、重ねたピクセルのセットを通って通過する光が、減色プロセスによって所定の色を獲得する工程。
【００８５】
上記方法において、各々のフィルタは、フィルタ上にピクセル化領域を規定するほぼ透明なピクセル化平面電極アレイによって、効果的にピクセル化され得るか、あるいは、各々のフィルタは、物理的にピクセル化され得る。
【００８６】
本方法に従って、ディスプレイパネルは、対応する加色ディスプレイより約３倍良好な解像度および対応する加色ディスプレイより約３倍良好な光学的効率を有し得る。
【００８７】
さらに、本発明のなお別の好ましい実施形態に従って、３つのセットの異なる色のピクセル化フィルタを備える、ディスプレイパネルの解像度を改善する方法が提供され、この方法は、以下の工程を包含する：減色セットに存在する色を選択する工程、次々と重ねてフィルタを配置し、その結果各々のフィルタの対応するピクセルの少なくとも１つのセットが重なる工程、および減色モードで、重ねたピクセルのセットを活性化する工程。
【００８８】
本発明のなお別の好ましい実施形態に従って、異なる色のピクセル化フィルタの３つのセットを備えるディスプレイパネルの光学的効率を改善する方法が提供され、この方法は、以下の工程を包含する：減色セットに存在する色を選択する工程、次々と重ねてフィルタを配置し、その結果、各々のフィルタの対応するピクセルの少なくとも１つが重なる工程、および減色モードで、重ねたピクセルのセットを活性化する工程。
【００８９】
ラッチングスイッチデバイスの感圧特性は、上記されるように、それによって圧力印加が、ラッチング閉鎖するスイッチ要素を開放するように動作可能であるが、本発明のさらに好ましい実施形態に従って、本発明のデバイスを、新規タッチパネルまたはタッチスクリーンとして、使用されるようにする。タッチパネルは、好ましくは、独立単位として一緒に操作されるが、直接電気的連結を有さないスクリーンの前に取り付けられる従来のタッチパネルのように使用され得る。このような実施形態において、タッチパネルは、好ましくは、大きなラッチングスイッチパネルを構成し、２つの薄い透明な基板の間に挟まれたスイッチング物質の層から構成される。各々の基板は、その上に配置された透明な導体のアレイを有し、各々直交する方向にある。全タッチスクリーンは、全体のスイッチング電圧の印加によって、ラッチング閉鎖を保持される。タッチの圧力が、タッチスクリーンのピクセルの１つを開放する場合、導体の２つの直交するアレイによって、列ごとにそして行ごとに、全パネルをスキャンする電子回路は、ピクセルが開いていることを明らかにし、従って、タッチの位置についての情報を提供する。
【００９０】
あるいはおよび好ましくは、このタッチパネルは、スイッチング層をディスプレイ要素のスクリーン構造、一般的には、上記のディスプレイ要素層自体に組み込むことによって、ディスプレイパネルに組み込まれ得、その結果、接触圧力の影響が、ディスプレイ要素ピクセルの操作と直接的に相互作用する。次いで、スキャン回路は、タッチパネルピクセルおよびその下にあるディスプレイ要素ピクセルの直列インピーダンスが変化したか否かを決定する必要がある。このディスプレイ要素層は、好ましくは、フラットパネルディスプレイで一般的に使用されるような液晶要素層であり得る。
【００９１】
本発明のさらに好ましいタッチパネルの実施形態によると、このタッチパネルの要素のインピーダンスの変化は、その下にあるディスプレイ要素ピクセルを通る電流を変化させ、従って、この要素が触られたか否かに関するピクセルの透過状態または反射状態を変化させるように作用する。このように、一体型対話式タッチパネルが意図され得る、上記の実施形態の全ては、一般的に使用される液晶型のディスプレイ、またはそのピクセル型要素に付与される電圧によって動作される任意の他のタイプのピクセル型ディスプレイのいずれかと共に動作可能である。
【００９２】
本明細書中上で記載されたラッチ平面型スイッチに加えて、さらなるタイプのラッチ平面型スイッチもまた存在し、これは、逆方向で、すなわち、開いた場合に作動し、圧力の印加により、これらのスイッチは閉じられる。好ましい実施形態は、圧力により開かれるスイッチを使用するこの用途において記載されるが、等価なタッチパネルが、本発明のさらなる好ましい実施形態に従って構成され得、ここで圧力の印加によって閉じるスイッチが使用されることが理解される。
【００９３】
従って、本発明の好ましい実施形態に従って、タッチパネルもまた提供され、このタッチパネルは、第１の導電体のアレイを有する第１の平面型電極、この第１の導電体のアレイに対してある角度で配向されている第２の導電体のアレイを有する第２の平面型電極、およびこれらの電極の間に配置される、感圧性の平面型ラッチスイッチング層を備える。この第１の導電体のアレイおよび第２の導電体のアレイは、好ましくは、それらの交差点で、タッチパネルの一組のピクセルを規定する。この配向の角度は、好ましくは、第１および第２の導電体のアレイが本質的に直交するような角度であり得る。
【００９４】
上記のタッチパネルにおいて、スイッチング層は、この層のある領域に対する圧力の作用が、この領域内の閉じたスイッチ領域を開くか、または代替の実施形態によると、この領域内の開いたスイッチ領域を閉じるような、層であり得る。
【００９５】
本発明のさらに別の好ましい実施形態によると、上記のようなタッチパネルがさらに提供され、ここで圧力の位置は、第１のアレイの導電体の少なくとも１つと第２のアレイの導電体の少なくとも１つとの間のインピーダンスの測定により決定される。あるいはおよび好ましくは、この圧力の位置は、第１の導電体のアレイおよび第２の導電体のアレイを連続的に電子スキャンして、任意の対の導電体（一つは、第１の導電体のアレイからであり、一つは、第２の導電体のアレイからである）の間のインピーダンスの変化を検出することによって、決定され得る。
【００９６】
上記のタッチパネルの任意のものは、フラットパネルディスプレイ上に重ねられ得、その結果、タッチパネルは、ディスプレイと共に動作する。
【００９７】
本発明のさらに別の好ましい実施形態によると、第１の導電体のアレイを有する第１の平面型電極、この第１の導電体のアレイに対してある角度で配向された第２の導電体のアレイを有する第２の平面型電極、これらの電極の間に配置された感圧性の平面型ラッチ型スイッチング層、およびこれらの電極の間に配置され、この感圧性の平面型ラッチ型スイッチング層と電気的に接触している平面型ディスプレイ層、を備えるタッチスクリーンが提供される。この配向角は、好ましくは、第１および第２の導電体のアレイが本質的に直交するような角度であり得る。
【００９８】
さらに、このスイッチング層は、第１のアレイの導電体の少なくとも１つと第２のアレイの導電体の少なくとも１つとの間に印加される電圧が、電圧が付与される導電体の間の平面型ラッチ型スイッチング層のスイッチ領域を閉じ、そして平面型ディスプレイ層の対応する領域を作動させるような、層である。このようなタッチスクリーンにおいて、電圧が印加される導電体の間の領域は、好ましくは、タッチスクリーンのピクセルを規定する。
【００９９】
上記のタッチスクリーンにおいて、スイッチング層は、この層のある領域に対する圧力の作用が、この領域内の閉じたスイッチ領域を開くか、または代替の実施形態によると、この領域内の開いたスイッチ領域を閉じるような層であり得る。
【０１００】
本発明のさらに別の好ましい実施形態に従って、上記のタッチスクリーンがさらに提供され、ここで、圧力の位置は、第１のアレイの導電体の少なくとも１つと第２のアレイの導電体の少なくとも１つとの間のインピーダンスを測定することによって決定される。あるいはおよび好ましくは、この圧力の位置は、第１の導電体のアレイおよび第２の導電体のアレイを連続的に電子スキャンして、任意の対の導電体（一つは、第１の導電体のアレイからであり、一つは、第２の導電体のアレイからである）の間のインピーダンスの変化を検出することによって、決定され得る。
【０１０１】
本発明のなおさらに好ましい実施形態によると、上記のタッチスクリーンが提供され、ここでスイッチング層は、領域内の閉じたスイッチ領域を開くための圧力の作用もまた、スイッチ領域に関連するディスプレイ層の光学状態を変更するように作動するような層である。あるいはおよび好ましくは、使用されるタイプのスイッチング層に適用可能である場合、この領域内の開いたスイッチ領域を閉じるための圧力の作用はまた、スイッチ領域に関連するディスプレイ層の光学状態を変更するように作動し得る。
【０１０２】
上記のタッチスクリーンの任意のものにおいて、平面型ディスプレイ層は、好ましくは、液晶層であり得る。
【０１０３】
本発明は、添付の図面と共に考慮することによって、以下の詳細な説明から、より完全に理解および認識される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０４】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
ここで、参照が図１に対してなされる。図１は、本発明の好ましい実施形態に従って構築されそして作動する、ラッチ型平面スイッチを模式的に示す。このデバイスは、一組の基板１０から構成される。基板１０は、好ましくは、ガラス、石英、ポリエチレン、またはシートの形態の類似の薄い絶縁材料から作製され、これらの間に、スイッチング材料１４の層が挟まれる。本発明の別の好ましい実施形態に従う、スイッチング材料１４は、金属銀、鉄、金、銅、亜鉛、アルミニウム、または別の類似の金属の懸濁液を、硬化の前にエポキシ混合物に添加することにより作製される、エポキシを詰めた金属である。このエポキシは、好ましくは、Ｃａｐ−ｃｕｒｅ  ３−８００硬化剤と共に、Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡにより供給される、Ｅｐｏｎ  Ｒｅｓｉｎ  ８２８であり得る。この、および多くの他の適切なエポキシ樹脂の化学組成物は、トリメルカプタン架橋触媒を有するビスフェノールＡ／エピクロロヒドリンである。しかし、本発明はまた、トリフェニルオルメタントリグリシジルエーテルおよびトリメルカプタンを除く他の市販の架橋リンカーような他の樹脂を用いて実行され得る。さらに、トルエン、イソ−プロピルアルコール、エタノール、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）のような溶媒は、層を調製するための実行可能な一貫性を提供するために用いられ得る。さらに、他の実施形態に従って、フェロセンまたはフェロセンカルボキアルデヒドのような媒介物もまた、スイッチング材料を調製するのに有利であり得る。本発明の他の好ましい実施形態に従って、スイッチング材料は、好ましくは、硬化させずに（すなわち、硬化剤の添加なしに）、エポキシ樹脂中に導電材料を分散させることにより作製され得る。別の好ましい実施形態に従って、絶縁材料は、粘性ゲル（例えば、Ｓｙｌｇａｒｄ  ５１６、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ，ＵＳＡのＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙにより供給される、高粘性シリコーンゲル）、または別のＲＴＶシリコン化合物であり得る。銀が導電材料として使用される場合、好ましくは、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ，ＵＳＡのＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙにより供給される、Ｔｙｐｅ  ６４６２  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒのようなペーストの形態であり得る。この材料はまた、細粒粉末、またはコロイド懸濁液の形態であり得る。当業者に公知である、任意の類似の化合物および等価な化合物は、一般的に、これらが、デバイスの操作により物質を減損しない限り、上記の好ましい型と交換され得る。
【０１０５】
各基板シート１０の外表面は、好ましくは、透明な電極として動作する、当業者に公知であるように、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような、透明な導電材料の薄層１２でコーティングされる。導電電極で既にコーティングされた、このような基板は、Ｓａｎｔａ  Ｒｏｓａ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＮｅｏＶａｃ，Ｉｎｃ．のような多数の販売元から供給され得る。基板は、好ましくは、電極がスイッチング材料と直接接触し、そしてスイッチ駆動電圧Ｖがこれらの電極に接続されるように整列される。スイッチング材料が広げられそして圧迫されるこれらのスイッチに関する、スイッチング材料の層の厚さは、基板の間に配置される、所望のサイズのスペーサ要素１６の使用により制御され得る。このようなデバイスについてのスイッチング材料層の都合の良い厚さは、好ましくは、２０〜１００μｍの範囲であり得、この範囲において、硬化したエポキシ中で約５％の銀の濃度についての、閾値スイッチング電圧は、およそ、３０〜６０ボルトの範囲内である。
【０１０６】
スイッチング材料が、スピンコーティングにより適用されるこれらのスイッチについて、スペーサは、一般的に必要とされず、そして層の厚さは、コーティング手順およびコーティング材料の特徴により決定される。このようなデバイスについてのスイッチング材料層の都合の良い厚さは、より薄く、そして、好ましくは、５０ｎｍ〜２μｍの範囲内である。しかし、上記のこれらの厚さおよび代表的な閾値電圧は制限されず、そしてこれらの範囲外の厚さ、およびこれらの厚さに釣り合ったスイッチング電圧、ラッチ型スイッチはまた、満足に作動することが強調されるべきである。
【０１０７】
ここで、参照が図２に対してなされる。図２は、本発明の好ましい実施形態に従う平面ラッチ型スイッチの特徴を決定するために用いられる回路図である。試験下のデバイス（ＤＵＴ）は、可変電圧源２０およびハイインピーダンス抵抗器Ｒと直列に接続される。デバイスを通る電流は、抵抗器Ｒ間の電圧の低下をモニタリングすることにより決定される。印加されるＤＣ電圧が、いくつかの閾値Ｖｔｈよりも低い限りは、本質的に測定可能な電流は存在せず、全ての電圧がデバイスを横切って低下する（すなわち、デバイスは、開回路として働く）ことが見出されている。あるいはそして好ましくは、ＡＣ源は、スイッチを特徴付けるために用いられ得る。印加された電圧が、Ｖｔｈを超える場合、印加される電圧の殆どは、ハイインピーダンスシリーズ抵抗器Ｒにおいて下降する（すなわち、デバイスは、低い抵抗として働く）ことが見出される。この低い抵抗のレベルは、代表的には、スイッチのパラメータ（例えば、限定はしないが、上記のスイッチング材料の構成部品、導電材料濃度、スイッチの厚さおよび面積）に依存して、１０ｋｏｈｍ〜１Ｍｏｈｍの抵抗である。従って、このスイッチは、ラッチ型抵抗器と並列にコンデンサとしてモデル化され得、これは、閾値より低いハイインピーダンスを有し、そして閾値より上の低いインピーダンスにラッチする。
【０１０８】
本発明に従うラッチ型スイッチの多数の型の好ましい実施形態が存在し、その特徴は、スイッチング材料におけるスイッチング遷移のメモリ期間を決定する。これらの実施形態は、スイッチング層について、用いられる製造方法および用いられる材料で異なる。この方法で、ラッチ型スイッチの５つの異なる好ましい実施形態を規定することが可能であるが、これらの実施形態は、調製されるスイッチの単なる例であり、そして、本発明がまた有効である、材料と厚さの多くの他の可能な組み合わせが存在する。
【０１０９】
１．第１の実施形態に従って、ラッチ型スイッチは、以下の特徴を有する：
（ｉ）スイッチング材料：溶媒としてトルエンまたはイソ−プロピルアルコールを有し、トリメルカプタンまたは別の市販の架橋リンカーを有する、Ａ／エピクロロヒドリン樹脂；あるいは
任意の架橋リンカーを有さず、そして溶媒としてポリピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）を有する、トリフェニルオルメタントリグリセリドエーテル。
（ｉｉ）プロセス：好ましくは、６０ｎｍと５００ｎｍとの間の厚さにスピンコーティングされる。
（ｉｉｉ）スイッチング特徴：材料は、電圧が印加されない場合、開回路であり、そして十分に高い電圧レベルで閉回路に切り替わる。
（ｉｖ）分類：秒〜分の時間、いくつかの場合では、さらに、時間の間のスイッチング電圧の除去の後、閉じた状態のままである。従って、これはＦＭスイッチとして分類される。さらに、スイッチング電圧の除去の後の、小さいＡＣ電圧の印加は、閉じた状態が長い時間持続されることを可能にし、従って、スイッチを、ＳＭ型としてもまた分類する。
【０１１０】
２．第２の実施形態に従って、ラッチ型スイッチは、以下の特徴を有する：
（ｉ）スイッチング材料：トリメルカプタンまたは別の市販の架橋剤を有し、金属コロイド添加物を有する、ビスフェノールＡ／エピクロロヒドリン樹脂。
（ｉｉ）プロセス：好ましくは、２０ｎｍと１００μｍとの間の厚さに広げられそして圧迫される。
（ｉｉｉ）スイッチング特徴：材料は、電圧が印加されない場合、開回路であり、そして十分に高い電圧レベルで閉回路に切り替わる。
（ｉｖ）分類：分の時間の間のスイッチング電圧の除去の後、閉じた状態のままである。従って、これはＦＭスイッチとして分類される。さらに、スイッチング電圧の除去の後の、小さいＡＣ電圧の印加は、閉じた状態が長い時間持続されることを可能にし、従って、スイッチを、ＳＭ型としてもまた分類する。
【０１１１】
３．第３の実施形態に従って、ラッチ型スイッチは、以下の特徴を有する：
（ｉ）スイッチング材料：トリメルカプタンまたは別の市販の架橋剤を有し、媒介物としてフェロセンまたはフェロセンカルボキシアルデヒドを有し、そして金属コロイド添加物を有する、ビスフェノールＡ／エピクロロヒドリン樹脂。
（ｉｉ）プロセス：好ましくは、２０ｎｍと１００μｍとの間の厚さに広げられそして圧迫される。
（ｉｉｉ）スイッチング特徴：材料は、電圧が印加されない場合、開回路であり、そして十分に高い電圧レベルで閉回路に切り替わる。
（ｉｖ）分類：スイッチング電圧の除去の際、またはその非常に低い値への低下の際、スイッチは、数百マイクロ秒から数ミリ秒の範囲内で、そのハイインピーダンス状態へと戻る。従って、これは、ＰＭスイッチとして分類される。
【０１１２】
４．第４の実施形態に従って、ラッチ型スイッチは、以下の特徴を有する：
（ｉ）スイッチング材料：硬化の前に分散されたアルミニウム粉末を有する、市販のＲＴＶシリコーンゲル。
（ｉｉ）プロセス：好ましくは、２０ｎｍと１００μｍとの間の厚さに広げられそして圧迫される。
（ｉｉｉ）スイッチング特徴：材料は、電圧が印加されない場合、開回路であり、そして十分に高い電圧レベルで閉回路に切り替わる。
（ｉｖ）分類：本質的に明確ではないスイッチング電圧の除去の後、閉じた状態のままである。従って、これは、ＦＭスイッチとして分類される。
５．第５の実施形態に従って、ラッチ型スイッチは、以下の特徴を有する：
（ｉ）スイッチング材料：チタニウムブトキシドベース。これは、ＴｉＯ２コロイドの供給源として作用する、塩基性の反応物である。このチタニウムブトキシドは、乾燥溶媒（例えば、２−プロパノール、またはエタノール）と混合され、次いで、以下の酸のいずれかと混合されて、ＴｉＯ２コロイドを形成する：
５Ｎ  塩酸
ｐＨ２の硝酸
ｐＨ３の酢酸。
（ｉｉ）プロセス：好ましくは、６０ｎｍと５００ｎｍとの間にスピンコーティングされる。
（ｉｉｉ）スイッチング特徴：材料は、電圧が印加されない場合、開回路であり、そして十分に高い電圧レベルで閉回路に切り替わる。このスイッチは、高周波数コンテントを有するシグナルの印加により開いた状態へとリセットされ得る。例えば、スイッチが、１００Ｈｚの周波数の三角波で閉じられる場合、これは、同じ周波数以上の三角波形を使用することにより、その低導電性状態にリセットされ得る。なぜならば、このような波形は、要求される高周波数コンテントを有する。消去機構は、電圧の鋭い変化（すなわち、電圧パルス）に起因し得ると考えられる。従って、対応する三角電圧パルスのものよりもかなり大きな電圧勾配を含む、三角電圧パルスを印加し、一方で、同じ三角電圧パルスを用いる場合、これはその状態のままである。
（ｉｖ）分類：これは双安定要素であり、これは、ある波形で閉鎖され、そして別の波形で解放される。この状態は、振幅が下がった場合でさえ、本来の三角波形で維持される。スイッチング電圧が、数分の時間の間除去される場合、その状態のままであり、従って、これを、ＦＭスイッチとして分類する。スイッチング電圧の除去後の小さなＡＣ電圧の印加は、長い時間持続される、閉じた状態を生じ、その結果、このスイッチはまた、ＳＭスイッチとして分類される。消去は、適切な波形を用いることにより、即座に行われ得る。
【０１１３】
上記されるように、スイッチが、その非励磁の開いた状態に戻る前の閉じたままである間の、励磁電圧の除去の後の時間は、スイッチング材料の組成に主に依存する。既に暗示されるように、いくつかの型のエラストマーの混合物への添加は、印加された電圧が除去された後の、閉じた持続時間を短縮する。デバイスに対する加熱または物理的圧力もまた、デバイスが、その励磁した閉じた状態のままである時間を短くする。
【０１１４】
最終的に、閾値電圧Ｖｔｈの値は、以下のような、いくつかの独立したパラメータに依存する：
（ａ）スイッチング材料中の導電材料の濃度−より高い濃度、より低いＶｔｈという、いくつかの指標が存在する。
（ｂ）スイッチング材料層の厚さ−より厚い厚さ、より高いＶｔｈ。
（ｃ）デバイスに加えられる物理的圧力−より高い加えられる圧力、より高いＶｔｈ。
（ｄ）デバイスの温度−より高い温度、より高いＶｔｈという、指標が存在する。
【０１１５】
多数のスイッチング材料に対してなされた測定から、閾値電圧について、スイッチング材料の厚さの増加と共に上昇し、そして導電材料の濃度の増加と共に低下するという顕著な傾向が存在することが観察されている。さらに、閉鎖したスイッチの抵抗は、導電材料の濃度の増加と共に低下することが明らかである。
【０１１６】
本発明のさらに好ましい実施形態に従って、このスイッチはまた、光学スイッチとして挙動する。従って、このスイッチが、必要な駆動電圧（これは、光学スイッチの場合、等価な電子スイッチに必要な閾値電圧よりも低いものであり得る）の印加により閉鎖される場合、スイッチング材料は、可視光に対して本質的に透明に見える。一方で、スイッチが開く場合、このスイッチング材料は、不透明な外観（これは、光学の透過を、無視出来るレベルまで低下させる）を有する。従って、このデバイスは、その電子ラッチ型スイッチ特性に加えて、ラッチ型光学スイッチとして挙動する。このような光学ラッチ型スイッチについてのスイッチング材料に基づいて、絶縁体としての使用のために好ましい材料としては、未硬化状態（すなわち、硬化剤の添加なし）の好ましい型のエポキシ樹脂を含む。１つの好ましい実施形態に従って、上記のＥｐｏｎ  Ｒｅｓｉｎ  ８２８中の、また上記の１０％の濃度のＴｙｐｅ  ６４６２  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ銀ペーストは、硬化剤の添加なしに、良好な光学スイッチング動作を生じた。一般的に、このような光学スイッチについて有効な材料の中で、絶縁材料として、液体または半液体の使用は、本発明のこれらの好ましい実施形態に従って、最も良好な性能を提供する。
【０１１７】
このようなラッチ型光学スイッチは、その中でさらなる液晶要素の使用なしに、フラットパネルスクリーンディスプレイ中の、直接駆動されるアクティブなイメージング要素として有利に用いられ得る。
【０１１８】
本明細書中上記の本明細書中の種々の好ましい実施形態に従う、導電材料の添加を含む、スイッチング材料の挙動の可能な説明は、電子的であっても、光学的であっても、材料の金属成分と会合する導電成分の極性整列を想定することにより、供給され得る。スイッチング電場の印加は、双極子モーメントを、この電場の方向と整列させ、金属粒子をこれらと整列させ、従って、スイッチ電流についての導電経路を提供する。光学特性もまた、このように説明され得、これにより、双極性の分子の整列が、場の方向に、デバイスを通る透明なまたはより透明な光透過経路を生じる。このデバイスに対する圧力の影響はまた、このモデルにより説明可能である。なぜならば、圧力の適用は、整列を混乱させ、従って、双極子を再整列させ、そして完全な導電性を回復するために、より高い電圧を必要とする。整列モデルを、永久双極子モーメントを有する分子のアレイの模式図である、図３Ａおよび３Ｂに示す。図３Ａは、任意の電場の印加の前に、ランダムに配向した分子を示し、一方で、図３Ｂは、電場Ｅの印加により配向された分子を示す。このモデルに従って、観察されるように、整列された双極子は、会合した金属粒子を介して、より効率的な導電経路、およびより良好な光透過経路を提供する際に有効である。導電材料の添加を含まないスイッチング材料の薄層の挙動の可能な説明は、スイッチング電場の影響下で、材料は、アモルファスから結晶状態へと変化する、構造的相変化を受けるということである。しかし、本発明は、その実施形態の全てにおいて、デバイスにおいて実際に有効な物理的プロセスの特徴に関係なく実行され得ることが理解されるべきである。
【０１１９】
ここで図４を参照すると、この図は、印加された電圧の関数としてＬＣＤの光透過特性を概略的に示すグラフである。電圧曲線は、電圧Ｖ１未満の典型的な低い平坦なレベル（この平坦部では、エレメントが透過しない）、およびエレメントがその透過状態（値Ｖ２よりも大きい）に切り替わる鋭い遷移領域を示す。この遷移領域の勾配は、ＡｌｔおよびＰｌｅｓｈｋｏの理論と関連するこの用途の背景部分で説明されたように、受動ＬＣＤにおいて多重化され得るエレメント数を決定する。図４における曲線は、ノーマリーオフ（ノーマリーブラックモード）ＬＣＤに対して示されるが、本発明は、ノーマリーオンＬＣＤ（ノーマリーホワイトモード）と共に使用するために等しく利用可能であることが理解されるべきであり、その差は、透過曲線がより低い電圧における最大輝度からより高い電圧における最小輝度に進む差である。これは、平行状態とは対照的に、クロスされた状態にあるＬＣＤの偏光器によるものである。図４における曲線がＬＣＤデバイスに対して示されるが、同様のスイッチング特性を示し、より多いまたはより少ない漸進的な電圧遷移領域によって、開いた状態から閉じた状態または閉じた状態から開いた状態に進行し、印加されたスイッチング電圧の関数として同様の態様で挙動する他のスイッチングイメージングエレメントもまた、好適には本発明で使用され得ることがさらに理解される。
【０１２０】
ここで図５を参照すると、この図は、液晶ディスプレイのピクセルにアドレスするために使用された場合、従来技術のアクティブマトリクスＴＦＴアレイ１１０を概略的に示す。このようなディスプレイでは、液晶材料（明瞭にするために図面から削除）、キャパシタ１１２、および薄膜トランジスタ１１４に加えて、各ピクセルの電極間でサンドイッチすることによって、受動ディスプレイの多重化制限が軽減される。ここで、トランジスタが液晶材料と直列であり、キャパシタが液晶材料と並列である。ＴＦＴは、ピクセルがその非選択状態にある場合、循環駆動電圧から液晶ピクセルをバッファリングする手段として使用され、Ｎ個のロウを有するディスプレイのために、サイクルごとにＮ−１回発生する。その平行板キャパシタが非選択状態にある場合、平行板キャパシタは、液晶材料間の電圧を維持するために使用される。
【０１２１】
ピクセルのロウが、そのピクセルのロウのためのＴＦＴゲートを接続する選択ライン１１６に適切な選択電圧を印加することによって選択される。一旦、ピクセルのロウが選択されると、そのロウにおける各ピクセルが、データライン１１８を介してＴＦＴにアドレスするカラムに印加された所望の電圧によってアドレシングされ得る。ピクセルが選択される場合、必要とされた電圧をそのピクセル自体に印加し、非選択ピクセルには印加しない必要がある。これらの非選択ピクセルは、選択されたピクセルを駆動するのに必要なアレイを介して循環する電圧から完全に分離されるべきである。理想的には、ＴＦＴアクティブマトリクスは、ゼロの閉じた抵抗および無限の開いた抵抗を有する理想的なスイッチのアレイとして考慮され得る。このようなアクティブマトリクスの動作は、以下のようである。
【０１２２】
（ａ）適切なロウ選択電圧がＴＦＴの第１のロウ１１６のゲートに印加される一方で、非選択電圧が他のピクセルロウの全てにおいてＴＦＴゲートに印加される。
【０１２３】
（ｂ）データ電圧が、そのピクセルの所望された状態に従って、選択されたロウにおける各ピクセルのキャパシタを所望された電圧（すなわち、オンおよびオフ電圧まで）に充電するように、カラム電極に同時に印加される。
【０１２４】
（ｃ）ＴＦＴの第１のロウにおけるゲートに印加されるロウ選択電圧が、非選択電圧に変更され、次いでロウ選択電圧は、第２のロウ１１７に印加される。
【０１２５】
（ｄ）ステップ（ａ）〜（ｃ）は、全てのロウが首尾よく選択されるまで、各引き続いて起こるロウに対して繰り返され、ピクセルキャパシタが所望の電圧（オンまたはオフ電圧）まで充電される。従って、各サイクルでは、データが全体のＬＣＤのピクセルのそれぞれに対して書き込まれる。
【０１２６】
１０００×１０００ピクセルの単色アクティブマトリクスＬＣＤは、１００万のＴＦＴを有し、外部駆動回路に対して２０００の接続を必要とする。カラーディスプレイは、３倍の接続数を有する。従って、このようなアレイは、製造するのに複雑かつ高コストであり、従って製造率は低くなり得る。さらに、各サイクルにおいて各ピクセルにデータを書き込む必要性は、大量のアドレシング信号情報を処理かつルーティングする必要があり、複雑化された回路および比較的高い電力損失を含む。
【０１２７】
ここで、図６を参照すると、この図は、本発明の好適な実施形態によって構成かつ動作可能な準アクティブＬＣＤと呼ばれるものの概略図である。これは、図５に示される従来技術のアクティブマトリクスＴＦＴアレイＬＣＤの性能的利点を提供し、かつこれらのデバイスから生じる不利益はない。この新規なディスプレイ実施形態は、単に受動マトリクスＬＣＤよりも構築することがより複雑であることにより、アクティブマトリクスＴＦＴアレイディスプレイに対して著しいコスト節減を生じる。
【０１２８】
本実施形態のＬＣＤは、従来の受動ＬＣＤの構造と同じベース構造を有し、好適には、前面表面偏光器１２０、液晶材料１２２を含み、その厚さは、２つのガラスカバープレート間にサンドイッチされたスペーサ１２３によって決定され、そのガラスカバープレート上に電極１２４が印刷される。その交差部のピクセル、偏光解析器１２６、および反射型ＬＣＤの場合ついてミラー１２８を規定するように、電極導電体が互いに垂直な方向に延びる。しかし、本発明のＬＣＤは、透明ラッチングスイッチ層１３０が追加される点で従来技術の受動ＬＣＤの基本構造とは異なる。この層は、好適には、スイッチング材料の層から構成され、一方の面上の電極１２４と他方の面上の液晶材料との間にサンドイッチされる。スイッチの構成は、好適には、スイッチが可視範囲において透明であるように選択される。上記この用途において説明されたラッチングスイッチがこれらのフラットパネルディスプレイの実施形態において使用するために適切であるが、しかしながら、本発明は、ラッチングスイッチングデバイスの任意の適切な従来技術または将来のタイプで同等に動作可能であることが理解される。
【０１２９】
ＬＣＤの種々のピクセルに印加された電圧のラッチングスイッチに関する効果は、局在化された効果である。考慮される好適な実施形態に従って、その場所の真上（または真下）に位置されるＬＣＤピクセルに印加される電圧から生じる電圧（すなわち電場）がスイッチング閾値レベルを超えるこれらの場所においてスイッチが閉じる。ＬＣＤピクセルのロウに印加される電圧は、０または２／３Ｖのいずれかである。カラムに印加される電圧は、１／３ＶまたはＶのいずれかであり、ここで、Ｖはスイッチング閾値よりも大きい電圧であり、以下に説明されるようなさらなる限定に従って決定される。本用途で説明されるラッチング平面スイッチ層に対して、典型的には、Ｖの値は、スイッチング層および金属ドーピングレベルの厚さに応じて、ミリボルト〜数百ボルトにわたる。
【０１３０】
参照が図７に対してなされ、この図は、イメージを規定するために使用されるデータ信号の図６に示された好適なタイプのディスプレイのロウおよびカラムへの書き込み手順を示す概略図である。選択状態では、選択されるロウは、印加されたゼロ電圧を有し、好適には、全ての他のロウは、そのポイントに遅れることなく印加された２／３Ｖの電圧を有する。黒に変化する（すなわちターンオンされる）選択されたロウにおける任意のピクセルは、ピクセルのカラムに印加された電圧Ｖを有する。黒にはならない全てのピクセルは、好適には、そのカラムに印加された１／３Ｖのレベルにおいてある電圧を有する。その結果、ターンオンされる各ピクセルがそのピクセル間で電圧Ｖを有し、これは、そのピクセルのロウおよびカラムから印加された電圧間の差がある。電圧Ｖが閾値電圧よりも大きいために、これは、ラッチスイッチを閉じる。他のピクセルの全てがそのピクセル間で１／３Ｖの電圧を有するため、この電圧は、ロウおよびカラム電圧の合成電圧である。１／３Ｖが閾値電圧未満であるために、この電圧は、それが印加されるピクセルを閉じさせない。
【０１３１】
次いで、第１のロウの電圧は、２／３Ｖにスイッチングされ、第２のロウ上の電圧は、ゼロに低減されることにより、第２のロウのデータが書き込まれる。再度、カラム電圧が、閉じるかまたは開いたままにするように選択されるピクセルに従って印加される。スイッチングアレイのラッチ性質は、以前のロウ内の各閉じたスイッチングされたピクセル領域が、そのスイッチング電圧の除去の後であっても、有意な時間の間に閉じたままであることを確実にする。これは、以前に書き込まれたロウに書き込まれたデータに影響を与えることなく、本発明のディスプレイに、データが一回ずつ各ロウに書き込まれる能力を与える上記特性である。従って、単一のデータ書き込みサイクルの後、ターンオンされる全てのピクセルがその関連したスイッチピクセルを閉じさせ、ターンオンされていないこれらのピクセルは、そのスイッチピクセルを開かせる。このプロセスは、データ信号を書き込む動作を継続し、このプロセスは、ディスプレイ全体にわたって示されるべきイメージを定義する。実際には、各ピクセル書き込み信号が印加される場合、ディスプレイピクセル自体が一時的にターンオンされ得る。なぜなら、閾値電圧は、一般的には、ＬＣＤスイッチオン電圧Ｖ２よりも著しく高いが、これは単に、ディスプレイの正確な動作に影響を与えないアーチファクトに過ぎない。上述のデータ書き込み手順が大きさ１／３Ｖおよび２／３Ｖ（これは、最も広範囲な許容差を与える電圧を印加された電圧に分割する）の電圧の観点で説明されてきたが、本発明は、これらの電圧に限定されないが、電圧の差がスイッチを閉じるかまたは開くために選択されたピクセルにわたって正確な電圧を与える電圧の任意の組み合わせによって等価に動作することが理解される。
【０１３２】
一旦、画像情報書き込みサイクルが終了すると、ピクセル書き込み電圧が除去され、スイッチングアレイのラッチング特性は、各閉じたスイッチングされたピクセル領域が、そのスイッチング電圧を除去した後であっても、サイクル時間よりも一般的に著しく長い時間に閉じたままであることを確実にする。代替的におよび好適には、スイッチング電圧は、完全には０に低減されないが、いかなるスイッチの開放の危険なしで、閉じたスイッチングされた領域を正に閉じた状態に維持するのに十分ないくつかの小さい残りの値に低減される。以下にさらに説明されるように、この動作モードは、持続メモリモードとして公知である。現在この時点で、その結果は、ピクセル化された領域に分割されたスイッチングデバイスであり、各領域におけるスイッチは、その期間にＬＣＤ上に表示されたイメージを表わす以前に印加された書き込みパターンに従って、開いているかまたは閉じているかのいずれかである。ピクセル化された領域は、仮想ピクセルであり得る。スイッチ層が、好適には均一であり、物理的にピクセル化されていない層である場合、ピクセル化された領域は仮想ピクセルであり得、その層にあるピクセル化された領域は、隣接するＬＣＤピクセルに印加された電圧によって生成されるだけである。
【０１３３】
一旦書き込まれたイメージがスイッチピクセルのマトリクスにおいて設定されると、本発明のこの好適な実施形態に従って、駆動信号は、マトリクス内の各セルに印加される。Ｖａｃｔと呼ばれるこの駆動電圧は、ＡＣまたはＤＣ電圧であり得、Ｖａｃｔの振幅は、Ｖ２よりも大きく、Ｖ２は、図４のＬＣＤ透過曲線において示されるように、ＬＣＤピクセルを正に切り替えるのに必要とされた電圧である。この駆動電圧は、好適には、一方で全てのロウコンダクタを接続し、そして他方で全てのカラムコンダクタを接続し、そしてこれらの間に駆動電圧を印加することによって、全体のスイッチマトリクスに同時に印加される。ＬＣＤピクセルに関連したスイッチピクセル領域が以前に開いたままにされるこれらのＬＣＤピクセルの全ては、液晶材料間に０電圧を受け取る。なぜなら、実質的に全電圧が開いているスイッチ間で降下するためである。従ってこれらのピクセルは、オフになる。ＬＣＤピクセルに関連したスイッチピクセルが書き込み相で閉じたままにされるこれらのＬＣＤピクセルは、全印加された電圧Ｖａｃｔを実質的に受け取り、従ってスイッチをオンにする。なぜなら、関連したスイッチが閉じ、それによりスイッチ間の意味のある任意の電圧降下を有さないためである。駆動電圧Ｖａｃｔの値は、Ｖよりも著しく小さいように選択されなければならず、駆動信号が印加される場合、駆動信号はスイッチの状態に影響を与えない。しかし、駆動電圧は、そのラッチされた閉じた状態で閉じているこれらのスイッチを保持する際に動作可能であり得る。
【０１３４】
本発明の好適な実施形態による、ＬＣＤフラットパネルのこの動作モードは、閉じたスイッチングモードまたは動作の準動作モードを用いるピクセル駆動方法と呼ばれ得る。ディスプレイ層とタッチするラッチされたスイッチング層を組み込む好適な方法の使用は、従来技術のディスプレイを超越する複数の非常に有意な利点を生じる。その利点は、
１．この受動型ディスプレイに書き込まれ得るロウの数は、理論的に無制限である。なぜなら、メモリを有するデバイスへの書き込みがなされるためであり、ますますピクセルが連続的に書き込まれている間、経時的に書き込まれた情報の観測できる消滅がない。これは、デバイスがアドレスされた場合に、閉じたまたは開いたスイッチのいずれかとして作用するが、任意の固有のメモリを所有しないＴＦＴ技術とは対照的である。
【０１３５】
２．この対比は、受動ディスプレイの複雑化された従来技術の書き込みによって達成可能であるものよりもはるかに大きい。対比は、このようなディスプレイおよびメモリの欠陥のＲＭＳ応答の性質により、複数のロウにおいて増加させるために犠牲にされなければならない。
【０１３６】
３．駆動モードではデータが書き込まれない。駆動モードは、それぞれターンオンするために、またはそのオン状態においてＬＣＤピクセルを維持するために、動作または保持信号として考慮され得るが、データが変更され、それによりスイッチを閉じるかまたは開く場合に限り、データが書き込まれる必要がある。従って、データがまれに更新されるビルボードまたは情報サイン等のような用途に対して、データは一回のみ書き込まれる必要があり、その後切断される。なぜなら、駆動信号はイメージをオンに保持するためである。この駆動信号が情報内容を有さないため、必要とされた回路構造は、従来の受動ＬＣＤディスプレイよりももう少し複雑になる。しかし、情報処理能力は、一般的には、従来の受動ＬＣＤディスプレイに対して著しく小さくなる必要がある。なぜなら、その情報コンテンツにおける変更を必要とするロウのみが各サイクル（典型的には、３０ｍｓｅｃ）で再書き込みされる必要がある。従って、従来の受動ＬＣＤディスプレイにおけるよりもコンピュータバス上ではるかに小さい情報フローが存在する。ＰＣ上のワードプロセッシング用途では、例えば、表示されたイメージは、準静的であるであると考えられ得る。なぜなら、データ更新は、３０ｍｓｅｃ毎よりも著しく遅く発生するためである。その結果、ほとんどのコンピュータ用途では、高ビデオ容量を有する用途を除いて、本発明の好適な実施形態に従って、ディスプレイ情報を書き込むこの方法が非常に好ましい。
【０１３７】
４．応答が従来技術の受動ディスプレイにおいて使用されたデバイスよりもはるかに速い液晶デバイスを利用することが可能である。従って、高速、高スイッチング速度のねじれおよび超ねじれネマチックＬＣＤが使用され得る。なぜなら、駆動された液晶ピクセルは、その駆動電圧以上の電圧を同時に受け取り、ピクセルに関連付けられた開スイッチにより、オフのピクセルは０電圧を同時に受け取るためである。この状況は、ＲＭＳ−応答ＬＣＤの場合とは異なり、オンのピクセルは、ＲＭＳセンシングにおいてのみ「オン」電圧を受け取り、連続的ではないが、一般的には「オフ」ピクセルは、非ゼロＲＭＳ電圧を受け取る。
【０１３８】
実質的に、本発明の好適な実施形態は、適切なスイッチを閉じ、次いで関連するピクセルをオンに駆動するように電力を供給することによって表示されるべき情報を、全く情報コンテンツを有さないＡＣまたはＤＣ信号を用いて、最初に書き込むことによってディスプレイスクリーンに給電する新規な方法である。従来技術のＴＦＴドライバを有するアクティブマトリクスディスプレイでは、画像情報が各サイクル（このようなサイクルは、リフレッシュサイクルとして公知である）で書き込まれる。各サイクルは、トランジスタを給電し、かつ各ＴＦＴに関連したキャパシタを再充電することを必要とし、このようなディスプレイは、多くの電力を損失し、この損失は、リフレッシュ状態を提供する以外の有用な目的を提供しない。本発明によると、情報が変更される場合に限り、情報が書き込まれる必要があり、スイッチが安定状態位置に変更された後、スイッチハードウエアほとんど電力を消費せず、それにより、駆動回路を簡単にし、著しい電力収支を節減する。
【０１３９】
ＬＣ用途での主要な消費は、駆動電圧のスイッチングにおいて拡張される。なぜなら、ＬＣ材料はキャパシタとして機能し、それにより駆動電圧が変更される度に、キャパシタが再充電されなければならないためである。さらに、ＬＣ材料が長期間のＤＣ電圧の印加によって損傷され得るために、ＬＣ材料間の電圧のＤＣ成分は、可能な限り０に維持しなければならない。従ってＬＣ材料間の電圧は、ＡＣのみであり、ＬＣスイッチング速度がＬＣ応答時間（数１０〜数１００ミリ秒のオーダー）よりも高速であるように選択された周波数であるように設計される。このような周波数を選択することによって、ＬＣはスイッチング電圧のＲＭＳに対して応答するが、瞬間電圧に応答しない。応答時間のこれらの典型的な値に基づいて、好適には、適切なフレームリフレッシュは３０〜１００Ｈｚである。しかし、受動ディスプレイの動作要件（安価なＬＣデバイスにおいてしばしば使用される）のために、ＬＣ電圧は、フレームレートよりもはるかに高い速度でスイッチングされる必要がある。この理由は、ディスプレイがロウごとにスキャンされ、オンである各ピクセルがスイッチング電圧を受け取り、各オフのピクセルがオフ電圧を受け取るインターネットことである。従って、ロウが非選択状態であっても、ロウ間の電圧がスイッチングされる。ディスプレイにおけるスイッチするためにＮ個のロウが存在する場合、従ってピクセル間の有効スイッチング速度は、最大Ｎ＊ｆ（ｆはフレームレート）までである。その結果、スクリーンのフレームレートは、たった数１０Ｈｚであり得るが、各ピクセル間の有効スイッチング速度は、ちょうど数１０個のロウを有するディスプレイに対して数キロヘルツまでであり得る。その結果、有意なレベルの電力は、回路内に存在する漂遊容量による損失のために、キャパシタの充放電の際に消費される。
【０１４０】
しかし、本発明の好適な実施形態によって構築された、情報が一回のみ書き込まれるディスプレイを使用することによって、ピクセル間の適切なスイッチング周波数は、最悪の場合、ｆ＊Ｎであり得るが、これは、イメージごとに一回のみなされる。その後、はるかにより低い周波数の電圧が、互いに短絡したロウの全てを有するデバイスに給電されるだけである（カラムに対しても同様である）。この周波数は、フレームレートｆと同じくらい低くなり得る。なぜなら、電力は、全体のスクリーンにおいて各ピクセルに同時に印加される。このような受動ＬＣＤにおける主要なエネルギー消費がＬＣキャパシタを充電する際に拡大され、この充電周波数がｆ＊Ｎ〜ｆに効率的に低減されるために、駆動エネルギーの節減は非常に高く、ディスプレイ内のロウの数に等しい分だけほぼ低減される。
【０１４１】
最適に動作可能であるイメージ情報書き込みサイクルの上記スイッチングメカニズムのために、液晶層の抵抗と比較してスイッチング層の開いた状態および閉じた状態の抵抗に対する制限が存在する。ＲＬＣが液晶材料の抵抗である場合、ＲＳｗｉｔｈ＿Ｏｆｆは、その開いた（オフ）状態におけるスイッチの抵抗であり、ＲＳｗｉｔｈ＿Ｏｎは、閉じた（オン）状態におけるスイッチの抵抗である。これは、好適には、以下を必要とする
ＲＳｗｉｔｈ＿Ｏｆｆ＞＞ＲＬＣ
ＲＳｗｉｔｈ＿Ｏｎ＜＜ＲＬＣ
この必要性は理想状態であり、最適な効率を生じる。しかし、この選択は、スイッチの際開放の問題を引き起こし得る。なぜなら、スイッチングデバイスによって必要とされる開電圧および閉電圧はしばしば値が近い。従って、閉じた状態において、スイッチのインピーダンスが非常に低い場合、わずかに少量の印加された電圧を受け取る。従って、液晶と直列のスイッチに印加される必要のあるスイッチング電圧は、スイッチを開くために、スイッチを閉じるために使用される電圧と比較して著しく大きい。この問題を軽減するために、ディスプレイデバイスはまた、スイッチのオンおよびオフ抵抗の両方が、液晶のインピーダンスよりも大きくなるように配置される。次いで、スイッチを開きかつ閉じるためのスイッチング電圧は、あまり違わない。なぜなら、ほとんどの電圧がスイッチ間で発生するためである。しかし、好適な実施形態によると、オンのピクセルに対して、電力効率は、スイッチ間で損失される電力の著しいレベルのために低減される。
【０１４２】
しかし、本発明さらなる好適な実施形態によると、この問題に対する代替の解決策が存在する。
【０１４３】
第１の問題では、本発明の好適な実施形態によると、閉じたスイッチがターンオフされ得ることにより、閉じたプロセスの状態に対して異なる性質の信号を用いることによって、高導電性状態から高インピーダンス状態に戻り、リセットが異なるメカニズムによって実行される。従って、例えば、ターンオフは、電流メカニズムによって起動され得、ターンオンは、電圧メカニズムによって実行された。
【０１４４】
第２の好適な解決策は、上記で説明された新規なスイッチング材料を用いて利用可能であり、説明されたいくつかのスイッチング材料構成が存在し、その構成は、ミリ秒の範囲またはそれ未満で計測された時間スケール（一般的に、ディスプレイのサイクルリフレッシュレートよりも小さい）スイッチング電圧の除去後、非常に急速に開状態に戻る。その結果、一旦フレームが必要とされた所定時間で表示され、駆動電圧が除去される場合、ディスプレイピクセルは、オフ（すなわち白）状態に、その特性減衰時間（典型的には、一般的に使用されるＬＣＤに対して数ミリ秒）の範囲内で戻り、閉じたスイッチピクセルはまた、ミリ秒の範囲内で計測される上記時間スケールの範囲内でその開状態に戻る。これは、次いで、任意の有意な開電圧のスイッチへの印加の必要性を軽減し、従って、スイッチの閉インピーダンスをディスプレイエレメントの閉インピーダンスよりも高くする必要性をさらに軽減する。
【０１４５】
上述の複数の新規なスイッチング材料構成は、以下のように、ディスプレイのこのより効率的な動作モードを達成するために代替的かつ好適に使用され得る。
【０１４６】
（ｉ）スイッチ材料の持続メモリ（ＳＭ）構成。この構成では、持続電圧がスイッチに印加される場合のみ、閉いた状態が維持され、この条件下では、その電圧は、非常に長期間、その導電状態を維持し得る。持続信号の除去の際、スイッチは、その開いた状態に迅速に戻る場合に、本実施形態が許容可能である。一般的には、ＳＭスイッチは、持続電圧が存在する間、閉じた状態のままに関係付けられるのみであるが、全てのＳＭ構成が電圧除去に応じて急速にリセットするとは限らない。
【０１４７】
（ｉｉ）スイッチ材料の部分メモリ（ＰＭ）構成。この構成では、スイッチング電圧の除去後、典型的には数ミリ秒間、閉じた状態が維持される。従って、一般的にはＡＣ形態であるスイッチング電圧がピクセルに印加され、その電圧の除去の際、任意の正のターンオフ電圧を印加することなく、ピクセルスイッチが特性ＰＭ時間スケールの範囲内でターンオフする。ＡＣスイッチ駆動電圧と共にＰＭスイッチの適切な使用のために、駆動信号の周波数が、ＰＭエレメントのターンオフ時間よりも短い期間でゼロレベル付近にあるように十分に高くなることを確実にすることが必要である。
【０１４８】
（ｉｉｉ）ＴｉＯ２コロイドを含むスイッチ材料に基づくチタンブトキシド。このようなスイッチは高周波数の内容を有する信号の印加によってその開いた状態にリセットされ得る。例えば、スイッチが三角波によって閉じた場合、好適には、同じ周波数またはより高い周波数の矩形波形を用いることによってその低導電率状態にリセットされ得る。なぜなら、このような波形は、必要とされた高周波数内容を有する。
【０１４９】
従って、本発明の種々の実施形態によると、ディスプレイのピクセル上でスイッチングする際の情報が消去されることを可能にし、そして、駆動電圧の除去の後および通常の人間の視覚に対して十分速いリフレッシュレートで、再度エネルギー効率の良い態様でスイッチオフされる。さらに、この消去手順は、全体のイメージに対して実行される必要はないが、特に選択されるピクセルまたはロウに対して選択的に印加され得る。消去手順は、限定的な電圧印加ステップとして考慮され得、実際に使用される電圧は、使用されるスイッチのタイプに依存する。ＳＭ構成のために、印加される電圧は、持続電圧よりも小さい任意の電圧である。ＰＭ構成に対して、印加される電圧は、十分な時間で有効０電圧であり、ＴｉＯ２コロイド添加剤スイッチ構成に対して、印加される電圧が正確な形状および周波数の波形であり、それによりその電圧は、必要とされた高周波数成分を含む。
【０１５０】
本出願において上述される新規のタイプのラッチングスイッチと直列であるＬＣＤを用いて、上記好適な実施形態が説明されてきたが、本発明はこの組み合わせに限定されることを意味しないが、むしろ、新しいタイプの一般的にはディスプレイ駆動技術があり、これにより、情報がスイッチアレイ上に最初に記録され、その後、スイッチピクセルの状態に従って、全体のディスプレイを動作する共通の駆動スイッチによってイメージピクセル上に移動される。従って本発明は、以下に限定されないが、上述で説明された、有機スイッチ、ガラス型双安定スイッチ、半導体アレイ双安定スイッチ、または任意の他の適切なタイプを含む任意のタイプのラッチされるスイッチングアレイの任意のタイプと共に動作可能である。いくつかのこのようなタイプのスイッチは、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７７巻、１３９〜１４１頁（２０００年７月）において出版された、Ａ  Ｂｅｃｋらによる論文「Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｔｈｉｎ  ｏｘｉｄｅ  ｆｉｌｍｓ  ｆｏｒ  ｍｅｍｏｒｙ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」に説明され、これを本明細書中で参考として援用する。上記スイッチタイプにおいて、アモルファスカルコゲニド半導体と、アモルファスシリコン導電ポリマーと、ＺｎＳｅ−Ｇｅヘテロ構造と、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、およびＮｉＯ等の種々の二元および三元酸化物と、ＢａＴｉＯ３等のいくつかの強誘電性へテロ構造と、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｃａ２Ｎｂ２Ｏ７、およびＴａ２Ｏ５等の酸化物に絶縁層として、最大０．２％のＣｒまたはＶをドープしたＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造とのフィルムが存在する。いくつかのこれらのＭＩＭ構造化されたスイッチは、マルチレベルスイッチングを示し、開いたまたは閉じた状態の抵抗は、デバイスをスイッチングするために使用される個々の書き込みパルスの長さおよび振幅に依存する。さらに、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、９０巻、３０６〜３０９頁（２００１年７月）において出版された、Ｄ．Ｍ．Ｔａｙｌｏｒらによる論文「Ｍｅｍｏｒｙ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  ａ  ｌｏｗ−ｂａｎｄ  ｇａｐ  ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ」では、ＰＣＤＭとして公知の低バンドギャップポリマーであるポリ（４−ジシアノメチレン−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ：３，４−ｂ’］ジチオフェン）において説明された可逆電圧誘導双安定性スイッチング現象が存在する。ここでさらに、駆動電圧によるスイッチング状態のインピーダンスの報告された依存性が存在する。Ｊ．Ｆ．Ｄｅｗａｌｄらによる、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ」と題された米国特許第３，２４１，００９号では、説明されたガラス型双安定性スイッチが存在し、いくつかのそれらのスイッチは、２つのよりも多い抵抗状態を有するように観測されてきた。最終的には、２０００年６月に発行され、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｍｅｒｉｃａｎの刊行物である、Ｍ．Ａ．ＲｅｅｄおよびＪ．Ｍ、Ｔｏｕｒによる論文「Ｃｏｍ���ｕｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」によって説明されるような分子スイッチはまた、本発明の用途に適し得る。
【０１５１】
本発明の別の好適な実施形態によると、デバイスに印加される駆動電圧に依存する、開いたまたは閉じたインピーダンスの範囲を有するこのようなスイッチングデバイスの使用は、本発明のディスプレイのピクセルの種々のグレイレベルへのスイッチングを可能にする。スイッチの閉じた状態の抵抗を制御することによって、液晶素子または任意の他のイメージングデバイス間の電圧降下が制御され得る。なぜなら、ＬＣまたは他のイメージングデバイス素子は、スイッチング素子と直列であるためである。従って、これらの好適な実施形態によると、スイッチングされるピクセルの輝度はまた、制御され得る。
【０１５２】
さらに、本発明は、任意の種類のピクセル化されるディスプレイパネルと共に動作可能であり、スイッチング特性を有するイメージング素子を有することにより、素子は、電圧遷移領域によって開いた状態から閉じた状態に変化する。このようなディスプレイは、以下に制限されないが、ＬＣＤ、リン光、および発光ディスプレイを含む。
【０１５３】
従って、従来技術のＬＣＤディスプレイの上記テーブル１は、従来技術の受動ディスプレイよりも大きいコントラストおよびロウの数を有する、本発明の上述の好適な実施形態に従うＬＣＤを含むように書き直され得る。従って、その結果、アクティブマトリクスディスプレイの典型的な性質を有するが、受動マトリクスディスプレイのコストおよび製造可能性を有するディスプレイを生じる。簡便な受動マトリクスＬＣＤとは異なる唯一の構造差は、スイッチング効果の局所的な性質により、ピクセルごとにスイッチングデバイス影響をエミュレートする外部層の追加である。これは、広範囲の用途およびラップトップコンピュータディスプレイ等の高解像度およびコントラストを必要とする用途において安価な受動ディスプレイの使用を可能にすべきである。さらに、このようなディスプレイは、明らかなコスト増加なしで、ＬＣＤディスプレイの増加された性能による多くの低コストハンドヘルド用途を改良する。
【０１５４】
本発明の別の好適な実施形態によると、液晶層自体がディスプレイのラッチされたスイッチング層として機能するように適応される。これは、好適には、導電金属をＬＣ材料自体に分散することによって、または液晶層の厚さを調整する（好適には、それを非常に薄くする）ことによって達成され得る。電圧が閾値を超える場合、この動作のモードでは、ＬＣピクセル自体が閉じたスイッチ素子になり、短絡するために電圧がＬＣ素子間で維持され得ない。従って、以前に説明された実施形態とは対照的に、情報書き込みサイクルでは、相対的なＬＣピクセルがオフになる場合、閾値電圧より高い電圧が任意のピクセルに印加され、ピクセル間の電圧が発生しないことが期待され、それにより、ＬＣピクセル上でスイッチングするように電圧が発生することを妨げる。オンにスイッチングされるＬＣピクセルは、閾値電圧よりも低い低電圧を受け取る。しかし、本実施形態は問題があり得る。なぜなら、駆動電極のカラムおよびロウは、スイッチングされた領域の大部分が閉じる場合、スイッチング層（この層はＬＣ層に集積される）の導電率のために互いに短絡され得ることにより、次いでデバイスは、上述のように動作することができない。
ここで、図８を参照し、図８は、本発明の好適な実施形態の概略図であり、ラッチされるスイッチング層としても動作するように適用されるＬＣ層を用い、さらにショートする問題を克服することができる。図８は、ディスプレイの中心セクションを示し、絶縁基板上に配置されるコンダクタアレイ１４０、１４２の直交性のセットを備え、それらの交点におけるピクセル位置を定義し、かつ、ロウおよびカラム信号をピクセルに設ける。ＬＣイメージング層１４４はまた、分散した金属付加の混合によって、ラッチされるスイッチング層として動作する。しかし、示されるディスプレイは、イメージング素子１４４といずれかのコンダクタ層との間に配置される別の薄層である絶縁材料１４６の追加によって、以前に記載した実施形態と異なっており、ロウまたはカラムにおいて隣接するコンダクタ間にショート回路がないことを保証する。従って、ロウとカラムとの間の全てのコンダクタに活性電圧が印加されると、ショート回路なしで正確なＬＣピクセルをターンオフしたり、またはターンオンしたりするように動作する。絶縁材料および厚さは、インピーダンスを提供するために選択される。これは、多様な層間に適切な電気的接触を維持する必要性と、近接するコンダクタ間のショート回路を防ぐために側方に十分な抵抗をさらに提供する必要性との折衷である。従って、情報が書き込まれた後に活性化電圧が印加される場合、十分な電圧レベルが、ショートしていないピクセルをターンオンするためにイメージングデバイスに達することを保証することは重要であり、さらに、金属が積まれる（ｌａｄｅｎ）イメージングデバイスにおけるスイッチが閉じられ、ピクセルをショート回路にさせるレベルで、余り高くなるべきでない。インピーダンスの正確なレベルは、連続して接続される絶縁層および金属が積まれるＬＣ層とを横切る電圧区分を決定することによって容易に見出され得る。
【０１５５】
ここで、図８の層１４８を参照する。この層は、上に局在化したスイッチングとして記載され得る影響を克服するために追加される。図６に示される前述の実施形態において、導電層、好ましくは、例えば、ラッチされるスイッチ層のピクセル化した領域の一部が閉じられる場合、例えば多くの導電性パスの存在のために、そのピクセル化したスイッチ領域の全体が閉じられるように、ラッチングスイッチ層の全体を覆うＩＴＯが存在する。図８の実施形態によって、絶縁層１４６の存在のために、正確に仮想状態線の下にある活性イメージング素子の部分だけがショート回路化されることが可能であるが、一方で、絶縁層とイメージング素子との間の導電性層の欠如のため、ショート回路化されるように想定されるピクセルのレストは、そのようにならない。この局在化される伝導は、絶縁層とイメージング素子との間に位置されるピクセル化したチェッカーボードの導電性層１４８の追加によって防止される。この層は、好ましくは、薄い絶縁層１４６の表面上に真空堆積され、各ピクセルの領域が、中間のピクセル領域ではないが効果的に覆われるように適切に整列される透明な導電性材料（例えば、ＩＴＯ）の薄層のマトリクスから構成される。従って、ピクセル上に局在化される伝導の領域が存在する場合、全体のピクセルは、層間の導電体マトリクスのために、ショート回路化される。金属スイッチング材料の非常に低いドーピングレベルが、全ピクセルにわたってポテンシャルを拡張するために、ピクセル化した導電性マトリクスなしで、制限される導電性パスにおいてのみ局在化され得るラッチングスイッチ層に利用される場合、同様のピクセル化されるマトリクスはまた、図６の実施形態の利用に役立ち得る。
【０１５６】
前述の実施形態と同様に、正確な電圧は、情報書き込みステージまたは活性化ステップのどちらにも必要とされない。これはなぜなら、スイッチが閉じられる後で、ショート回路化を生じさせるために使用された特定の電圧に関係なく、回路の他のインピーダンスと比較してショートとして振る舞うからである。唯一必要なのは、情報書き込み信号が閾値電圧より大きくなり、任意のスイッチを閉じるために必要とされる最小電圧に対する、任意のスイッチを閉じるために必要とされる最大電圧の比は、因子３を越えない。このことは、不注意に閉じられないことを保証し、一方、閉じるために必要とするスイッチはミスをしない。このことは、受動的マトリクスデバイスにおいて、その選択状態および非選択状態においてピクセルに印加される電圧間得られ得る最大瞬間（ＲＭＳではない）比が３であるという公知の結果から生じる。必要とされる全ては、ＬＣの「ターンオンする」電圧よりも大きい電圧であり、スイッチを閉じる閾値電圧よりも低い電圧である。これはなぜなら、スイッチが、関連するＬＣ素子が電圧を受け取るかどうかを単に決定する機能であるからである。オンおよびオフ電圧が、必要以上に正確にセットされる必要がある場合、対照的に、これは、受動的マトリクス、ＲＭＳ駆動、ＬＣデバイスである。しかし、バイナリスイッチレベルだけでなく上述の可変スイッチング素子の実施形態を利用して、正確なグレーイメージレベルが生成される場合、情報書き込み電圧を越える、コントロールのより高いレベルが必要とされる。
【０１５７】
本発明は、ディスプレイ素子との連続的な電気接触におけるラッチされるスイッチアレイの使用によって新規のフラットパネルディスプレイの提供に関して示している。しかし、上述されるこのようなラッチされるスイッチを用いる解決方法は、ディスプレイに加えて他のデバイスにさらに印加され得ることが、当業者により理解されるべきであり、デバイスは、本発明および実施形態の１つによる双安定または多安定のスイッチと連続して動作される。このような他のデバイスは、例えば、タッチスクリーン、キーボード、および動作の代替の状態を有する素子を含む他の同様のデバイスを含み得る。スイッチをそのグランド状態に戻すために、負のパルスを印加する一般に使用され、かつ、公知のメカニズムは、スイッチが別のデバイスと直列接続であり、かつ、ターンオンされる場合、ほとんどの印加されるスイッチオフ電圧パルスが、閉じた状態で低インピーダンスであるためにスイッチまで行かない（ｆａｌｌ  ａｃｒｏｓｓ  ｔｈｅ  ｓｗｉｔｃｈ）ので、効率的に動作し得ない。従って、スイッチオフのプロセスが、スイッチをオンにする電界効果に依存する場合、それは簡単にはうまくいかない。
【０１５８】
本発明の好適な実施形態によって、維持されるメモリ構成、部分的なメモリ構成、またはＴｉＯ２のコロイド添加剤のタイプのスイッチは、高いスイッチングの効率性においてこれらの連続素子をスイッチオフする際に利用され得る。デバイススイッチングに利用するための従来のリセット可能なスイッチは、一般に、ゲートトランジスタにおいてソースとドレインとの間のパスのコンダクタンスをスイッチするために、他の２つの電極（例えば、ゲート電極）間のパスのコンダクタンスをスイッチングするためのコントロール電極である第３の端末を有する３つの端末デバイスである。一方、本発明の方法に従って利用されるラッチングは、２端末のリセット可能なスイッチとして動作可能であり、従って、効率的に改良することが可能であり、特に、個々の素子を含むこのようなシステムの書き込みの複雑性を減少することが可能である。この素子の状態は、システム要求に従って交換される。
【０１５９】
ここで、図９を参照すると、図９は、従来技術のカラーディスプレイ２１０の概略図であり、３つの異なる色のサブピクセルから構成され、拡張される形式で示され、かつ、３原色のＲ、Ｇ、およびＢでマークされるカラーピクセル２１２を示す。これら３つのサブピクセルは、より大きい混合ピクセル２１０に並行した状態である。示されるディスプレイは、観測者の目２１６の方向のディスプレイから発光される光線２１４によって示されるように、自己発光性である。従来技術のディスプレイに従って、観測される色は、３つのサブピクセルによって表示される３原色から付加的に形成され、所望の色を作成するために多様な所定の強度で追加される。
【０１６０】
しかし、基本色から色の全領域を作成する代替の方法がある。それは、写真および印刷業界、特にデジタル印刷業界において広範に利用されるように、減算プロセスである。これらの用途では、要求される効率性および解像度は、一般に、ディスプレイモニタで要求される効率性および解像度よりも著しく高い。これらの特性は、ある基本色のピクセルに加えて別の基本色のピクセルに反対されるように従来技術の付加的なシステムディスプレイであるようにある基本色のピクセルの上に別の基本色のピクセルを表示することによって達成される。この手段によって、各混合ピクセルは、サブピクセルのサイズよりも大きくならないようにすることを必要とし、ゆえに、解像度において３重（ｔｈｒｅｅ-ｆｏｌｄ）の改良をすぐに提供する。改良される解像度に加えて、減算システムは、より大きい光効率の形態で性能の改良をもたらすことが可能である。
【０１６１】
減算プロセスにおける色混合の構成は、付加的なプロセスにおける構成とは異なる。減算システムは、スペクトルの選択される領域からパワーを吸収する色素またはフィルタ（従ってネーム減算）を含む。３つのフィルタは、一般に連続して配置される。従って、例えば、白色光を用いて観察される場合にシアンを現す色素は、入射する白色光から長い波長（赤）光を吸収する色素であり、従って、シアンを残して通過する。シアン色素またはインクの量を制御することによって、イメージの赤みの量が制御される。このプロセスは、反射性媒体（例えば、写真、カラープリンタ）において利用される。カラー印刷において、プリンタインクの色素は、正確な色を吸収し、吸収されない任意の残りの色は、所望の可視の色合いを生成する。
【０１６２】
減算システムにおける色の広い範囲の達成は、一般に、色のシアン、マゼンタ、およびイエロー（ＣＭＹ）を現すフィルタによって実行される。マゼンタと合わせるシアンは青を生成し、イエローと合わせるシアンは緑を生成し、そして、イエローと合わせるマゼンタは赤を生成する。
【０１６３】
印刷産業において、その製品は、反射により目に届く光によって可視が提供され、所望の色は、減法混色システムによって、ある色の層の上に他の層を堆積することによって達成される。互いに上に配置される色のピクセルの調節により光を利用する任意の技術において、互いに加えて配置されるピクセルに対向したように、減法混色システムが利用される必要がある。
【０１６４】
シアン・マゼンタ・イエロー（ＣＭＹ）を介する色を表示するために、ＣＭＹの色の任意の凸結合を形成することが可能である必要がある。これはつまり、色Ｃのフラクションαを通過させ、色Ｍのフラクションβを通過させ、および色Ｙのフラクションγを通過させることが可能である場合、
αα＋β＋γγ＝１、そして、αα、ββ、γγ≧１
になる。特に、これはつまり、ディスプレイが３つの特性を含むようにインプリメントされるべきである場合、シアン、マゼンタ、およびイエローで色付けされる３つの光学素子はそれぞれ、連続で用いられる必要があり、各個々の素子は、色の最大密度において完全に透明（すなわち、全光の伝達）から単一の３つの色、シアン、マゼンタ、およびイエローのいずれか１つへの変化が可能である必要がある。出願人の理解の及ぶ限りでは、これは、現在、フラットパネルディスプレイにおいて通常利用される媒体である液晶材料では不可能である。このような液晶材料は、完全に不透明（すなわち、光の伝達がない）から、液晶イメージング素子（層）を経てフィルタを配置することによって達成される任意の所定の色に変化することのみが可能である。従って、このような材料は、所定の色から透明に至るまでの材料の伝達レベルを広げることはできない。この特性を必要とする減算ディスプレイモニタをインプリメントするために、ゆえに、下記の本発明の多様な好適な実施形態によって提供されるように、ディスプレイ構造および動作の新しいタイプは必要である。
【０１６５】
ここで、図１０を参照して、本発明の好適な実施形態による新しい減法混色ディスプレイ、構成、および動作を概略的に示す。このディスプレイは、反射ディスプレイであり、３つの可変色フィルタＣ、Ｍ、およびＹを含み、
反射表面２２０の前面に直列に配置される。フィルタ素子のそれぞれは、好ましくは、色平面の光学的可変層から構成される。このようなデバイスの１つのタイプは、ラッチング平面型スイッチ（Ｌａｔｃｈｉｎｇ  Ｐｌａｎａｒ  Ｓｗｉｔｃｈ）の実施形態による記載において上述される。これらのデバイスにおいて、デバイスの伝達は、電気的にコントロール可能であるだけでなく（すなわち、光学伝達のレベルを変化する後に電圧の解放中）、さらにラッチされ、デバイスは、長い間ラッチされるカラーレベルを保持する。しかし、本発明は、平面の色伝達可能なデバイスの任意の適切なタイプと共に一様に動作可能であり、その光学密度は、ラッチングタイプであろうとなかろうと、コントロール信号によって変化されることが可能であることが理解されるべきである。
【０１６６】
本発明のこの好適な実施形態に従って、スクリーンは、連続的に、あるものの上に他のものを置き、これら全ての後方に反射受動パネル２００と共にピクセル化される光学的可視層Ｃ、Ｍ、Ｙの３つの層から構成される。層Ｃの１つは、導電性金属粒子の色シアン、第２にＭのマゼンタ、および第３にＹのイエローが分散される。分散される金属粒子は、このような金属粒子へのこのような色の追加に対して、好ましくは、技術的に公知の方法によって所望の色が与えられ得、コロイド粒子によって色素の単純な物理的吸収から、金属粒子の一部による適切な色の有機金属複合体の生成にまで及ぶ。
【０１６７】
明確な目的のためではあるが、３つの分離したピクセル化される光学層のスクリーンアレイは、図１０に広範に分離されることを示し、実際に、３つの層があるものの上に他のものを効果的な接触でスタックされ、最小パララックス内に薄いスクリーンを作成することが理解される。
【０１６８】
電圧が第１の層のピクセル２２２の全体に印加される場合、ピクセルの色は、色づいた金属の色（すなわち、シアン）になる。非常に高いかまたは低い金属の濃度を要することなくスイッチング層が正確に構成され、材料が、正しく選択された場合、そのピクセルの電極への増加する電圧の印加は、ピクセルをその不透明なシアンの色からほとんど完全に透明になるまでますます変化させる。濃度が非常に高い場合、ピクセルは、その完全な駆動電圧が与えられたとき、完全に透明には戻らない。濃度が非常に低い場合、ピクセルは、十分に強い開始色を保有せず、減算フィルタとして正しく動作する。同様に、第２の層では、ピクセルは、完全にマゼンタから実際に透明にまで変化され得る（同様に第３の層であるイエローも）。層は、光学的に連続しているので、ゆえに、スクリーンは、本明細書中の任意の合成ピクセルは、実際に完全な透明からシアン−マゼンタ−イエローの色の配合の任意の組み合わせにまで変化され得る特性を有する。スクリーンは、入射周辺光２２４によって表示され、後方の反射表面２２０から反射され、従って、全体のアセンブリは、減法色印刷プロセスをエミュレートする反射ディスプレイを構成する。
【０１６９】
この新しい色ディスプレイパネルの実施形態が、その動作素子として上述の光学スイッチングデバイスを用いて記載されたが、透明からピクセル全体に印加される電圧によって任意の他の色に変換され得るピクセル化されるディスプレイ材料と共に動作可能であることが理解されるべきである。
【０１７０】
本発明の別の好適な実施形態に従って、減算プロセスディスプレイはまた、それぞれＣ、Ｍ、およびＹの色の１つを有する３つの直列に配置されるピクセル化されるラッチされる光学スイッチを経て投射される白色光を用いて、伝達可能の実施形態にインプリメントされ得る。
【０１７１】
ここで、図１１を参照する。図１１は、本発明の第１の好適な実施形態により構成され、かつ動作可能である、タッチスクリーンディスプレイを概略的に示す。本実施形態は、動作の好適なモードから明らかであるように、「アイコンの選択（ｓｅｌｅｃｔ−ａｎ−ｉｃｏｎ）」構成において利用され得る。好適な実施形態において、タッチスクリーンとディスプレイスクリーンとの間には、１つのデバイスに組み込まれる。図１１の好適な実施形態に示されるディスプレイスクリーンは、液晶ベースであるが、本発明が他のタイプ適切なディスプレイ素子で同様に動作可能であることは理解されるべきである。
【０１７２】
図１１に示されるタッチスクリーンディスプレイの構造は、平面スイッチング層３１２（好ましくは、上記本願に記載のタイプ）と接触するディスプレイ材料３１０を含む。液晶／スイッチの組み合わせの一方側上に適切に配置され、１つの好適な実施形態によって互いに９０°で整列される偏光子３１４およびアナライザ３１５は、液晶を介して伝達される光がイメージを可視にする。全体のディスプレイは、好ましくは、ｘ軸方向に動く透明な電導体３１６の層によってピクセル化される。任意の対のこのような導体の交点によって定義されるディスプレイ素子／スイッチの組み合わせの領域は、ディスプレイのピクセルを構成する。空間的に分離される導体は物理的に互いに交差しないので、期間交点（ｔｅｒｍ  ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）は、ある導体上の他の導体の投射の交点を意味するように理解される。閉じたスイッチを有する特定のピクセル上の圧力の適用は、スイッチをオープンにさせる。以下に記載されるように、この開放は、多くの好適な方法において利用され得る。
【０１７３】
好適な実施形態によると、スクリーンが表示されたイメージを有する場合、ピクセルに関連する局所的な平面スイッチが閉じていることを意味する機能的にオンで存在するイメージの各ピクセルがブラックである。この状態では、使用の１つの好適な方法によると、表示されるアイコンを押圧することによって選択が実行される。このアイコンは、多数のピクセルから構成されるが、選択されたアイコンは、第１の決定によって、ラッチングスイッチ素子の完全なアレイをスキャンすることによって、ディスプレイ中の任意のピクセルが押圧されたかどうかによって識別され、次いでピクセルが配置されるアイコンを決定し得る。等価的には、所与のアイコンに関連付けられた任意のスイッチがその状態を変更させたかどうかが決定され得る。圧力の印加がスイッチを開くために、所与のアイコンに関連付けられる任意のスイッチが開いたかどうかを調べる必要がある。従って、現在のイメージは、好適には、ラインごとおよびロウごとにスキャンされなければならず、任意のピクセルのインピーダンスの変化が検証されなければならない。そのピクセルに関連付けられるロウまたはカラムは、次いで、押圧されたアイコンを規定する。
【０１７４】
各ピクセルは、実質的には、「平面型ラッチスイッチ」材料およびディスプレイ材料のサンドイッチであるために、それが液晶または任意の他の適切なディスプレイ材料であっても、タッチ命令回路は、これら２つの材料のピクセルごとの直列インピーダンスを計算するように作用する。ディスプレイ材料およびスイッチング材料のピクセルごとのインピーダンスは、それぞれスイッチが閉じているまたは開いている状態を有する「オン」および「オフ」状態の両方において公知である。スクリーン上のイメージを表示させるために、電圧は、好適には、各エレメント間に印加され、そしてそのピクセルを通って流れる電流によって所与のピクセルに印加される電圧を分割することによって、ピクセルの直列インピーダンスが獲得される。この直列インピーダンスのレベルから、スイッチング層の直列インピーダンスおよびそれによるその状態（開いているまたは閉じている）が決定され得る。次いで、これは、そのピクセルがタッチされる否かを規定する。
【０１７５】
本発明の別の好適な実施形態により、タッチスクリーンは、「Ｄｒａｗ  ｏｎ  ｂｌａｃｋ  ｓｃｒｅｅｎ」構成として公知であるように動作され、そのスクリーンは、最初に完全にブラックになる。この構成によると、書き込みは、通常の書き込みモードとは異なる。なぜなら、白のバックグランド状の通常の黒の文字と比較して、白文字が黒のバックグランド上に書き込まれるためである。スイッチング層を用いると、その関連したスイッチング層のピクセルが閉じる（すなわち、黒のピクセルを生成する）場合、任意のピクセルが「オンにされる」。このようなディスプレイ構成中の任意のピクセルが押圧される場合、以下のイベントが発生する。
【０１７６】
（ｉ）第１の実施形態に示されたように、スキャンモード電圧は、マトリクスのロウおよびカラムに一定に印加され、ロウおよびカラムごとの電流は、圧力の位置を決定するために、連続的にモニタリングされる。
【０１７７】
（ｉｉ）スクリーン上の点が押圧される場合、その点に関連し他スイッチが開き、ディスプレイピクセルが白にスイッチングし、その色がオフ状態になる。
【０１７８】
（ｉｉｉ）同時に、そのピクセルを介する電流が低くなり、それにより、ピクセルが指の押圧によってオフになる事実が電子回路によって容易に検出可能である。
【０１７９】
上記実施形態の両方において、タッチスクリーンおよびディスプレイスクリーンの両方は、１つのデバイスに統合される。本発明のさらに好適な実施形態によると、このスイッチは、外部またはさらなるオーバーレイ層としてディスプレイとは独立して動作される。これは、上記背景部に説明されたように、タッチスクリーンパネルが適用される態様で最も一般的に使用される。
【０１８０】
ここで図１２を参照すると、この図は、好適な実施形態によるディスプレイスクリーンの上部に取り付けるための独立タッチパネル層の概略図である。スイッチング層３２０は、２つの基板（ポリエステルまたはポリエチレン等の可撓性フィルム）間にサンドイッチされる。１つの基板３２２は、ｘ軸方向に延びる透明電気導電体のパターンニングされた層を有し、他の基板３２４は、好適にはｙ軸方向に延びる同様のパターンにングされた層を有する。導電体は、好適には、導電性かつ光透過性のあるインジウム錫酸化物から作製される。パターンニングされた層の接触点は、スイッチングされた層のピクセルを規定する。
【０１８１】
好適には、本実施形態は、以下の態様で動作する。タッチスクリーンの全てのピクセルは、最初に閉じている。ユーザがタッチスクリーンを押圧する場合、タッチされた領域の下にあるピクセルが開く。電子回路は、上述したように、ロウごとにスキャンすることによってこれを検出する。１つの好適な実施形態によると、電子回路は、タッチした場所のみを情報処理デバイスに入力する。第２の好適な実施形態によると、回路はまた、タッチが影響された場所を視覚的に示すように、タッチパネルが配置されるディスプレイスクリーンにフィードバックを提供するように配置される。
【０１８２】
スイッチング材料を含むタッチスクリーンパネルが上述のように外部にある場合、ディスプレイスクリーンは、標準的なディスプレイ保護層によって既に保護され、さらなる保護を必要としない。さらに、本実施形態によると、書き込みが、図１１に説明された「ライトオンブラック（ｗｒｉｔｅ  ｏｎ  ｂｌａｃｋ）」モードではなく、「ライイトオンホワイト（ｗｒｉｔｅ  ｏｎ  ｗｈｉｔｅ）」モードで実行され得る。なぜなら、タッチスクリーンは、ディスプレイの一部ではなく、従ってディスプレイは、タッチスクリーンとは独立して動作可能である。
【０１８３】
上述の実施形態のインプリメンテーションにおける２つの複雑さが存在する。
【０１８４】
（ｉ）今日の使用において最も一般的なディスプレイ材料は、液晶である。液晶材料は、
圧力に敏感であり、通常、材料上の圧力を妨げるために、保護ガラスまたはプラスチックカバーの提供を必要とする。しかし、上述の実施形態は、タッチスクリーンを動作するためにスイッチ上への圧力の印加を必要とする。
【０１８５】
この問題を克服する好適な方法は、図１３に示される。図１３は、図１１に示されたものと同様のタッチスクリーンディスプレイを示し、同じ部品命名法（ｐａｒｔ  ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ）を有するが、液晶とスイッチング層との間に配置される、ｘまたはｙ方向ではなく、ｚ方向においてのみ導電性材料である、薄い固体層３３０の付加を有する。この薄い透明層は、選択されたレベルの剛性を有し、それにより、その層は、その透過特性を変更し、かつ、所与のピクセルのスイッチが閉じている場合に必要とされたような液晶材料を通って電圧をさらに通過させる圧力から液晶材料を保護する。
【０１８６】
圧力に対して敏感ではない固体材料がディスプレイ材料として使用される場合、圧力問題が除去される。あるいはおよび好適には、スイッチング層は、ディスプレイ媒体下で配置され得ることにより、スイッチング層を圧力の全体の影響から切り離す。これは、それがディスプレイの明瞭性または透明性の任意の低下を取り除く追加された利点を有する。
【０１８７】
（ｉｉ）ロウおよびカラムにおける電流は、いつおよびどこでタッチが影響を与えたかを決定するために仮想的に継続してモニタリングされる必要がある。このモニタリングは、電流が所定のレベルよりも低いかまたは所定のレベルを超えるかどうかのいずれかを決定する。これは、電流が、電圧がピクセル間に印加される場合、２つの値の内の１つを想定し得る後の問題である。
【０１８８】
（ａ）Ｉ＝Ｖ／（ＺＤｉｓｐｌａｙｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍ＋ＺＳｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ，ＯＮ）または
（ｂ）Ｉ＝Ｖ／（ＺＤｉｓｐｌａｙｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍ＋ＺＳｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ，ＯＦＦ）
ここで，Ｚは、インピーダンスを表わし、ＺＤｉｓｐｌａｙｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍは、ディスプレイ媒体自体のインピーダンスを表わし、ＺＳｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ，ＯＮおよびＺＳｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ，ＯＦＦは、それぞれ、スイッチのＯＮおよびＯＦＦインピーダンスを表わす。図１２に示される実施形態に対して、タッチパネルのみが使用され、ＺＤｉｓｐｌａｙｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍの値がゼロであり、計測されたインピーダンスは、スイッチングデバイスのみの簡単なインピーダンスである。
【０１８９】
本発明が上記で特に示されかつ説明されてきたものによって限定されないことが当業者によって理解される。むしろ、本発明の範囲は、上述の種々の特徴の組み合わせおよび別の組み合わせ、ならびに本発明の改変および変更の両方を含み、これらは、上記説明を読むことによって当業者に想起され、これらは従来技術ではない。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従って構築されそして作動する、ラッチ型平面スイッチを模式的に示す。
【図２】図２は、図１に示される型の平面ラッチ型スイッチの特徴を決定するために用いられる模式的な回路図である。
【図３Ａ】図３Ａは、永久電気双極子モーメントを有する分子のアレイの模式図である。図３Ａは、ランダムに配向した分子を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、永久電気双極子モーメントを有する分子のアレイの模式図である。図３Ｂは、電場の印加により廃校された分子を示す。
【図４】図４は、印加された電圧の関数としてのＬＣＤの光伝達を模式的に示すグラフである。
【図５】図５は、液晶ディスプレイのピクセルをアドレスするために用いられる、従来技術のアクティブマトリクスＴＦＴアレイを模式的に示す。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施形態に従って構築されそして動作する、パッシブＬＣＤおよびスイッチディスプレイアセンブリの模式図である。
【図７】図７は、スイッチの状態によりイメージを規定するために用いられる、データ信号が、本発明の好ましい実施形態に従うディスプレイアレイのカラムおよびロウに書かれる様式の模式図である。
【図８】図８は、本発明の別の好ましい実施形態に従って構築されそして動作する、パッシブＬＣＤおよびスイッチディスプレイアセンブリの模式図であり、これは、ラッチ型スイッチング層としてもまた作動するＬＣ層を使用し、そしてさらに、ドライブラインの間でショートする問題を克服し得る。
【図９】図９は、３つの原色のサブピクセル（このサブピクセルは、並行して置かれる）から作成されたカラーピクセルを示す従来技術のカラーディスプレイの模式図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の好ましい実施形態に従って構築されそして作動する、新規の減色ディスプレイを模式的に示す。
【図１１】図１１は、本発明の第１の好ましい実施形態に従って構築されそして作動する、タッチスクリーンディスプレイを模式的に示す。
【図１２】図１２は、ディスプレイの上部に装着するための、本発明の別の好ましい実施形態に従う、独立タッチパネルディスプレイの模式図である。
【図１３】図１３は、図１１に示されるタッチスクリーンディスプレイに類似するが、液晶層とスイッチ層との間に、ｚ軸方向のみを導電し、ｘ軸方向もｚ軸方向も導電しない、材料の薄い固体層を含む、タッチスクリーンディスプレイの模式図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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