(57)【要約】本発明は、反射モード又は透過モードの何れかのモードで作動し且つ高輝度を有するディスプレイに関する。このディスプレイはスイッチ可能層（３）を持つ画素要素（２０）を有する。このスイッチ可能層（３）は、当該スイッチ可能層の水素含有量を変化することにより、反射状態、透過状態及び吸収状態の間で切り換えられる。電気伝導層（１１，１３）にＤＣ電圧を印加することにより水素含有量が変化する。これらの電気伝導層は、透明基板上に堆積された、スイッチ可能層（３）を有する層の積層体を挟む。
2004510202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射モード又は透過モードで作動し且つ光を変調する画素要素を有する表示装置であって、前記画素要素が、
反射状態、透過状態又は吸収状態のうちのいずれか１つの状態である第１の状態から、前記反射状態、前記透過状態又は前記吸収状態のうちのいずれか１つの状態であって且つ前記第１の状態とは異なる第２の状態に画素要素を切り換える、光学的にスイッチ可能な材料のスイッチ可能層を含む層の積層体、及び
前記反射状態から前記透過状態又は前記吸収状態である非反射状態に切り換えることにより反射モードにおける光を変調し、前記透過状態から前記反射状態又は前記吸収状態である非透過状態に切り換えることにより透過モードにおける光を変調する手段であって、前記スイッチ可能層を、前記スイッチ可能層に略−Ｑの表面電荷密度を付与することにより前記透過状態にし、前記スイッチ可能層に略＋Ｑの表面電荷密度を付与することにより前記反射状態にし、前記スイッチ可能層に０．１５Ｑと０．８５Ｑとの間の表面電荷密度を付与することにより前記吸収状態にする電気的スイッチング手段を持つ光を変調する手段を有する表示装置。
【請求項２】
前記Ｑの値は、前記スイッチ可能層の厚さ１００ｎｍ当たり０．０５クーロン／ｃｍ２乃至０．１５クローン／ｃｍ２の範囲にある請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記反射モードにおいて前記画素要素は前記反射状態から前記吸収状態に切り換えられ、前記透過モードにおいて前記画素要素は前記透過状態から前記吸収状態に切り換えられる請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記反射モードにおいて前記画素要素は前記反射状態から前記透過状態に切り換えられ、前記透過モードにおいて前記画素要素は前記反射状態から前記透過状態に切り換えられる請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記反射モードにおいて前記画素要素は前記反射状態から前記吸収状態に切り換えられ、前記透過モードにおいて前記画素要素は前記反射状態から前記透過状態に切り換えられる請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記層の積層体は基板の表面上に堆積され、前記積層体が、前記基板の表面から順に、水素を貯蓄するための第１の層、水素を伝導させるための第２の層及び前記スイッチ可能層を有し、前記光学的にスイッチ可能な材料は、水素の密度を変化することにより切り換えられる請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記ディスプレイは、周囲光の状況に依存して、前記反射モードと前記透過モードとの間で前記ディスプレイの切換えを制御するための光センサを有する請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射モード又は透過モードで作動し且つ光を変調するための画素要素を有する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射モード又は透過モードで作動する表示装置が知られている。例えば、半透過型ＬＣＤディスプレイは、２つの異なるモード、即ちディスプレイの後ろに置かれているバックライトによりそのディスプレイが照らされる透過モード及び周囲光がこのディスプレイを照らす反射モードで作動する。半透過型ＬＣＤディスプレイは、ディスプレイの輝度が制限されるという欠点を有する。これは、ＬＣＤディスプレイの画素要素が一般に反射区域と透過区域とに分割され、その結果これらの区域の両方とも小さい開口を有するためである。半透過型ＬＣＤディスプレイは、せいぜい、反射ＬＣＤの半分の反射性及び透過ＬＣＤの半分の輝度しか有しない。更に、ディスプレイのセルギャップは反射モードと透過モードとの両方に対して同時に最適化することができず、このことにより、輝度は更に減少する。加えて、従来のＬＣＤディスプレイは偏光子を用いており、この偏光子によって、透過した光の強度は１／２に減少する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、輝度が向上した表示装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、請求項１に規定されるような表示装置を提供する。
【０００５】
半透過型ＬＣＤの構造のため、各画素の多くても半分の画素表面領域だけが光を反射することに関係しており、他の半分の画素表面領域は光を透過することができる。全ての画素表面を用いているため、スイッチング表示装置は半透過型ＬＣＤより本質的に２倍以上明るい。偏光子が必要でないので、このようなスイッチング表示装置は均一で高い輝度を有する。
【０００６】
本発明の有利な実施例は、従属項に記載されている。
【０００７】
スイッチングミラーディスプレイは、米国特許第５，９０５，５９０号から既知である。このようなディスプレイは、ガドリニウム又は他の三価の金属の水素化物を含むスイッチングミラー膜を有する。水素の交換によって、スイッチング膜は、透明状態から、中間の黒の吸収状態を経て透過ゼロの鏡のような状態に可逆的に切り換えられることができる。スイッチング膜は透明基板上に堆積される層の積層体に設けられる。スイッチング膜にパターンを作製しこのパターン後の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。
【０００８】
しかしながら、米国特許第５，９０５，５９０号は、特定の表面電荷密度をスイッチング膜に付与することにより輝度を向上させた半透過型ディスプレイが提供されることが可能であることを開示していない。
【０００９】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を基準にして説明される。
【００１０】
一般に、同じ符号は同じ素子に関連している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１Ａ，１Ｂは、従来技術によるスイッチングミラー装置の断面図である。層の厚さは、一律の縮尺に従って描かれていない。この装置は、真空蒸着、スパッタリング、レーザ除去、化学的気相成長法又は電気めっき法のような従来の方法によって層の積層体が堆積された透明ガラス板１を有する。この積層体は、約２００μｍの厚さを有するスイッチング膜としてのＬＭｇＨｘ（Ｌは、元素周期系のランタノイド系列の元素又はＹ、Ｓｃ若しくはＮｉ）の層３と、０．１μｍ乃至１０μｍの範囲の厚さを有するイオン伝導電解質層７と、水素貯蔵層９とを有する。
【００１２】
ＧｄＭｇＨｘは、光学特性及びスイッチング時間に関する限り、非常に適したスイッチング材料であるが、他の三価のマグネシウム−ランタニド合金を用いることもできる。スイッチング膜３は、低水素（ｘ＜〜２）組成物と飽和した高水素（ｘ〜５）組成物との間で可逆的に切り換えることができる。中間値Ｈの組成物では、この膜は種々の量を吸収する。実際は、この膜は２．５＜ｘ＜４．５の範囲の水素密度でほとんど吸収している。種々の組成物は異なる光学特性を有する。水素含有量が少ない場合、膜は金属特性を有しており非透過性である。従ってフィルムは鏡のような反射をする。水素含有量が多い場合膜３は半導性且つ透明性であり、一方、中間の水素濃度では、スイッチング膜は光吸収性である。
【００１３】
パラジウム層５は水素化レート又は脱水素化レート従ってスイッチング速度を増加する役割を果たす。プラチナ又はニッケルのような他の電気触媒金属又は合金を用いてもよい。更に、この金属層は、その下のスイッチング膜３を電解質による腐食から保護する。パラジウム層５は、２ｎｍ乃至２５ｎｍの間の範囲の厚さを有することができる。しかしながら、膜の厚さがスイッチング装置の最大透過を決定するので、２ｎｍ乃至１０ｎｍの薄膜であることが好ましい。
【００１４】
適切に機能するためには、水素（Ｈ）貯蔵層９及び水素（Ｈ）イオン伝導電解質層７も必要とされる。良好な水素（Ｈ）イオン導体電解質は、ＺｒＯ２Ｈｘである。電解質は良好なイオン導体でなければならないが、装置の自己放電を防ぐために電子に対して絶縁体でなければならない。装置を単純化するためには、透明な固体電解質を用いることが最も好ましい。この電解質は封止に関する問題を防止し、装置を取り扱い易くする。
【００１５】
スイッチングミラーに透明状態が要求される場合、貯蔵層の有効な候補はＷＯ３である。
【００１６】
積層体は、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の２つの透明な電気導電性電極層１１，１３の間に挟まれる。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、鏡の特性を示す低水素組成物は、透明で中間調の高水素組成物に変換される。このとき、この装置は、図１Ａに破線で示されているように、透明な窓として作用する。電流が反転すると、スイッチング膜３は、図１Ｂに示すように、鏡の特性を示し且つ非透明である低水素状態に戻る。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と同等である。この装置は、室温で作動することができる。一旦鏡が所望の光学状態に到達すると、電流は実質的に装置を流れない。このことは、このディスプレイが非常に低い電力で情報を保持することを意味する。
【００１７】
本発明は、スイッチングミラー効果が半透過型ディスプレイの輝度を向上させるために有利に用いることができるという認識に基づいている。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃに概略的に示されている３つの状態（反射、透過、吸収）のうちのどの状態が用いられているかに依存して、いくつかの可能な実施例がある。これらの図のＬで示されている左側には、反射モード用の種々の実施例が示されており、一方、Ｒで示されている右側には、透過モード用の種々の実施例が示されている。矢印は、ディスプレイの種々のモードと画素の状態に対するディスプレイ内の光の経路を示す。
【００１８】
図５Ａに示されている第１の実施例において、反射モード（Ｌ）では反射状態と吸収状態とが使用され、一方、透過モード（Ｒ）では透過状態と吸収状態とが使用されている。このやり方によれば、各状態において良好なコントラストが確実となる。画素１０１は反射状態を示し、画素１０２は吸収状態を示す。
【００１９】
透過モード（Ｒ）では、バックライト１１０から到来する光は画素１０４を透過し、一方、その光は画素１０３により吸収される。ディスプレイを見ている人の視点では、バックライトは画素（１０１−１０４）の後に位置している。
【００２０】
図５Ｂで示される第２の実施例では、反射状態と透過状態だけが使用されている。反射モード（Ｌ）では黒の画素を作るために吸収バックグラウンド１１５が用いられており、一方、画素は反射状態１０１から透過状態１０２に切り換えられる。透過モード（Ｒ）においても、反射状態１０３及び透過状態１０４が用いられており、反射状態にある画素は光を阻止し黒の画素を作る。反射してバックライト領域に戻る光の一部は、ディスプレイの輝度をいっそう増加させるために再び用いられる（破線の矢印で示される）。画素の３つのスイッチング状態のうちの２つのみ、即ち反射状態及び透過状態のみが用いられるという事実のため、ディスプレイは、表面密度の２値のみによって切り換えられることが必要となる。このことにより、ディスプレイを駆動するために必要な電子回路が単純になる。
【００２１】
図５Ｃに示されている第３の実施例では、反射状態、透明状態及び吸収状態が再び使用されている。この場合、反射モード（Ｌ）において反射状態１０１及び吸収状態１０２が用いられている間、透過モード（Ｒ）では、反射状態１０３及び透過状態１０４が用いられている。反射モードは第１の実施例の場合と同様に良好な性能を示すが、透過モードでは、反射してバックライト領域に戻る光の再利用を十分に行うことが可能である。このことにより、ディスプレイの輝度が更に増加する。
【００２２】
この３つの実施例では、反射状態を通常の表示アプリケーション（即ち黒／白表示又はカラーフィルタを用いたフルカラー表示）で必要とされる白の状態に変換するために、前方散乱フィルム又は同様な光学素子を必要とする。この代わりに、反射層の構造を、白又は黒に見える反射状態を提供するための所望の散乱反射を作るために、意図的にでこぼこにすることもできるであろう。
【００２３】
図５Ｂ及び５Ｃの実施例では、透過モード（Ｒ）において反射した光の再利用は、反射板の裏面を構成する、バックライトのハウジングを構成することによって又はバックライト／反射体の領域にフォイルを加えることによって、種々のやり方で最適化することができる。
【００２４】
ディスプレイの更なる実施例では、（図５Ｃの素子１２０として示されているフォトダイオードのような）光センサが組み込まれる。この光センサは、輝度、コントラスト及び消費電力を最適化するために周囲の光の状況に応じてディスプレイを反射モード又は透過モードとの間で切り換える。
【００２５】
次に図２を参照する。従来のスイッチングミラー装置の問題は、アクティブマトリクスの素子２２が、画素要素２０の見える側２４（即ち、ディスプレイの見られる側）において目に見えるということである。このアクティブマトリクス（薄膜トランジスタ、ロー、カラム、蓄積容量、その他）は、画素要素の切換えに必要な電気素子を有する。アクティブマトリクスは、画素要素に設けられる埋込層２６に埋め込まれる。アクティブマトリクスは、電気的に電極層１３，１５に接続されている。絶縁層２８は、アクティブマトリクス素子２２を積層体の層から絶縁する。
【００２６】
従来の構成では、アクティブマトリクスが占有する表面領域は、光学的に活性な層３のために使用することができない。このことによって、可視側２４からディスプレイを見たときにそのディスプレイの開口が減少する。特に、駆動回路が比較的複雑であり、スイッチングミラーディスプレイを充電するのに必要な大電流を取り扱う目的でトランジスタは比較的大きいことが好ましいため、開口は比較的小さい。
【００２７】
図３Ａ，３Ｂは、本発明によるスイッチングミラーディスプレイの層の積層体を示す。この場合、ディスプレイは、基板の、積層体が堆積する側２４から見られる。スイッチング層３を有する積層体の順番が逆になっている。このことは、基板の表面から開始して順に、積層体は、水素を貯蓄するための第１の層９、水素を伝導させるための第２の層７及びスイッチ可能層３を有することを意味する。
【００２８】
この積層体は、電気伝導性電極層１１と１３との間に挟まれている。光学的にスイッチ可能な材料３は、水素の密度を変化させることによって、光を反射する状態から光を吸収する状態に切り換えられる。ＤＣ電圧を電気伝導性層に印加することによって、水素の密度が変化する。
【００２９】
層の積層体において、第２の層が、例えばＺｒＯ２Ｈｘ等の電解質材料、及び第２の層７とスイッチ可能層３との間に存在する分離層５を有し、第１の層９がＧｄＭｇＨｘを有することで、良好な結果が得られた。
【００３０】
図４は、本発明による画素要素２０の断面である。積層体の層の順番は（図３Ａ，３Ｂに詳細に示すように）逆であり、スイッチング層３はアクティブマトリクス素子２２に渡って延在する。従って、電気的スイッチング手段は、表示装置の見える側２４に対して、光学的スイッチング材料の層の後ろに位置する。スイッチング層が反射状態から吸収状態に及びその逆に切り換えられるとき、アクティブマトリクス素子２２は目に見えない。もはやアクティブマトリクス素子は反射状態における開口を決定しないので、ディスプレイはより明るくなる。
【００３１】
スイッチングミラーの透明状態は必要ではないため、第２のＬＭｇＨｘ層（Ｌは、Ｙ、Ｓｃ若しくはＮｉ又は周期元素系の例えばＧｄ等のランタノイド系列の元素）は貯蔵層として用いることができる。結果として、装置を薄型にすることができるという利点を持つ対称装置が得られる。
【００３２】
理論的にも実験的にも、１００ｎｍの薄いＧｄ４０Ｍｇ６０水素化物の層に対して、透過状態と反射状態との間で切り換える目的で一つの層から他の層に全ての水素を移動させるために、約０．１のＣ／ｃｍ２の電荷が必要であることが示されている。反射状態と吸収状態との間の切換えのみであるため、輸送されるべき水素は少なくなければならない（０．１５Ｃ／ｃｍ２と０．８５のＣ／ｃｍ２との間が要求される）。この電荷密度は層の厚さにも比例する。さらに、反射状態と吸収状態との間の切換えのため、輸送されるべき電荷（Ｈ−イオン）は少ないことが必要とされる、即ち、切換えのためにはより小さい電流が必要とされる。
【００３３】
対称装置は、反射状態と吸収状態との間の切換えのみが必要であるアプリケーションに対して用いることができる。表示装置の可視側２４に散乱フォイルが備えられている場合、ディスプレイのコントラストは向上する。フォイルの存在によって、反射状態でのスイッチングミラー画素は白く見え、一方、吸収状態でのスイッチングミラー画素は黒く見える。このような型式のディスプレイは、例えば文書読取装置として用いることができる。この原理によれば、カラーフィルタと組み合わせることにより、フルカラー文書読取装置を得る。
【００３４】
まとめると、本発明は、反射モード又は透過モードのいずれかのモードで作動し且つ高輝度を有するディスプレイに関する。このディスプレイはスイッチ可能層３を持つ画素要素２０を有し、このスイッチ可能層３は、当該スイッチ可能層の水素含有量を変化させることにより反射状態、透過状態及び吸収状態の間で切り換えられる。電気伝導層１１，１３にＤＣ電圧を印加することにより、水素含有量が変化する。これらの電気伝導層は、スイッチ可能層３を有し透明基板上に堆積された層の積層体を挟む。
【００３５】
上記の実施例は本発明を制限するものではなく、当業者は添付請求項の範囲から逸脱することなく多くの他の実施例を設計できることに注意されたい。動詞“有する”及びその活用形の使用は、請求項に記載された以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来のスイッチングミラーディスプレイの層の積層体の断面である。
【図１Ｂ】従来のスイッチングミラーディスプレイの層の積層体の断面である。
【図２】従来のスイッチングミラーディスプレイの画素要素の断面である。
【図３Ａ】本発明によるスイッチングミラーディスプレイの層の積層体を示す。
【図３Ｂ】本発明によるスイッチングミラーディスプレイの層の積層体を示す。
【図４】本発明によるスイッチングミラー装置の画素要素の断面である。
【図５Ａ】本発明による装置の種々の実施例を概略的に示す。
【図５Ｂ】本発明による装置の種々の実施例を概略的に示す。
【図５Ｃ】本発明による装置の種々の実施例を概略的に示す。
【国際公開パンフレット】
2004510202.tif 000003
2004510202.tif 000004
2004510202.tif 000005
2004510202.tif 000006
2004510202.tif 000007
2004510202.tif 000008
2004510202.tif 000009
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2004510202.tif 000011
2004510202.tif 000012
2004510202.tif 000013
2004510202.tif 000014
2004510202.tif 000015
【国際調査報告】
2004510202.tif 000016
2004510202.tif 000017