(57)【要約】本発明は、増大した開口部を有するスイッチングミラーディスプレイに関するものである。このディスプレイは、水素含有量を変化させることにより反射状態と吸収状態との間をスイッチされるスイッチ可能な層３を備えた画像素子２０を有している。電導性の層１１，１３に直流電圧を印加することが、水素含有量を変化させる。これら電導性の層１１，１３は、透明な基板１に堆積され、スイッチ可能な層３を有する積層体を挟んでいる。ディスプレイは、基板の積層体が堆積されている側２４から見られる。画像素子２０は、アクティブマトリクス素子２２により駆動される。スイッチ可能な層３は、アクティブマトリクス素子２２間に延在しており、この素子を見えなくする。これは、ディスプレイの開口部を増大させる。
2004510203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視面と、少なくとも光を反射する第１の状態と光を吸収する第２の状態との間を可逆的にスイッチ可能な画像素子とを有し、前記画像素子が、前記画像素子の前記第１の状態から前記第２の状態へのスイッチをもたらす光学的にスイッチ可能な材料のスイッチ可能な層を含む積層体と、前記スイッチ可能な層をスイッチする電気的スイッチング手段とを有し、前記電気的スイッチング手段が、表示装置の前記可視面に対して前記スイッチ可能な層の後方に位置する当該表示装置。
【請求項２】
前記積層体は、基板の表面に堆積されると共に、水素を貯蔵する第１の層、水素を伝導する第２の層及び前記スイッチ可能な層を、前記基板の前記表面から始まる順に有し、前記光学的にスイッチ可能な材料は、水素の密度を変化させることによりスイッチされる請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記スイッチ可能な層がＬＭｇＨｘ（ＬはＮｉ、Ｓｃ、若しくはＹ、又はランタノイド系の元素を表す）を有し、前記水素を貯蔵する第１の層が前記スイッチ可能な層と本質的に同じ化合物を有している材料を有する請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
当該表示装置の前記可視面が散乱フォイルを備えた請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記スイッチ可能な層の表面が光を散乱するように粗くされた請求項３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、可視面（ｖｉｅｗａｂｌｅ ｓｉｄｅ）と、少なくとも光を反射する第１の状態と光を吸収する第２の状態との間を可逆的にスイッチ可能な画像素子とを有し、画像素子が、画像素子の上記第１の状態から上記第２の状態へのスイッチをもたらす光学的にスイッチ可能な材料のスイッチ可能な層を含む積層体を有し、上記層が電気的スイッチング手段によりスイッチされる表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第５，９０５，５９０号公報には、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フィルムを有するスイッチング装置が記載されている。水素の交換により、上記スイッチングフィルムは、透明状態から中間の黒色吸収状態を介してゼロ透過のミラーのような状態へ可逆的にスイッチされ得る。上記スイッチングフィルムは、透明基板上に堆積された積層体に含まれている。スイッチングフィルムにパターンを形成し、このパターニングされたスイッチングフィルムに透明電極を与えることにより、薄型のディスプレイが製造され得る。このディスプレイは、上記積層体が堆積された基板の側から見られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したディスプレイは、スイッチング手段により駆動される。このスイッチング手段は、画像素子に含まれており、ディスプレイの開口率、すなわち、ディスプレイの全表面領域に対してスイッチングに有効なディスプレイの表示領域の割合を決定する。
【０００４】
本発明の目的は、増大した開口率を有するスイッチングミラー装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、電気的スイッチング手段が、表示装置の可視面に対してスイッチ可能な層の後方に位置することを特徴としている。従って、電気的スイッチング手段は、もはやディスプレイの開口率を決定せず、開口率がかなり増大する。
【０００６】
本発明の有利は態様は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明のこれらの側面及びその他の側面は、以下に説明する実施態様を参照して説明される。なお、一般的に、同様の参照符号は同様の構成要素を表している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１Ａ及び図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、実際の尺度とは異なって描かれている。この装置は、透明なガラス板１を有しており、ガラス板１の上には、真空蒸着、スパッタリング、レーザアブレーション、化学気相成長又は電気めっきのような通常の方法により、積層体が堆積されている。上記積層体は、スイッチングフィルムとしての厚さ約２００ｎｍのＬＭｇＨｘ（ＬはＮｉ、Ｓｃ若しくはＹ、又は元素周期表のランタノイド系からの元素を表す）の層３と、約５ｎｍの厚さのパラジウム層５と、０．１ないし１０μｍの範囲の厚さのイオン伝導電解質層７と、水素貯蔵層９とを有している。
【０００９】
光学特性及びスイッチング時間に関する限り、ＧｄＭｇＨｘが非常に適切なスイッチング材料であるが、他の三価のマグネシウム−ランタノイド合金も用いられ得る。スイッチングフィルム３は、低水素（ｘ＜約２）組成と飽和した高水素（ｘは約５）組成との間において、中間水素組成を介して可逆的にスイッチされ得る。これら種々の組成は、異なる光学特性を有している。低水素組成では、上記フィルムは金属的な性質を持ち、不透明である。この場合、フィルムはミラーのように反射する。高水素組成では、フィルム３は半導体性で、透明であり、中間の水素濃度では、上記スイッチングフィルムは吸収性である。
【００１０】
パラジウム層５は、水素化又は脱水素化の速度、及び従ってスイッチング速度を増大させる働きをする。白金又はニッケルのような他の電気触媒金属又は合金も用いられ得る。また、この金属層は、下部に位置するスイッチングフィルム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と２５ｎｍとの間の範囲の厚さを有している。しかしながら、上記フィルムの厚さはスイッチング装置の最大透過度（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を決定するので、２ないし１０ｎｍの薄い層が好ましい。
【００１１】
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もまた必要である。良好な水素イオン伝導電解質は、ＺｒＯ２Ｈｘである。電解質は、良好なイオン伝導体でなくてはならないが、装置の自己放電を防止するために電子に関しては絶縁体でなくてはならない。装置の単純化し、封止の問題を防止して、装置の取り扱いを容易にするために、透明な固体状態の電解質が最も好ましく用いられる。
【００１２】
スイッチングミラーの透明な状態が必要である場合、上記貯蔵層の優れた候補はＷＯ３である。
【００１３】
上記積層体は、例えばインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）の２つの透明な電導性電極層１１，１３の間に挟まれている。電極層１１，１３は、外部の電流源（図示せず）に接続されている。更に、例えばＺｒＯ２Ｈｙを有する積層体へのガスの侵入を防止するためのバリア層が層９の上部に設けられてもよい。この層は図には示されていない。
【００１４】
直流電流を加えることにより、ミラー状である低水素組成は、透明であり、中間のグレーである高水素組成に変換される。その場合、装置は、図１Ａに鎖線により示したように透明な窓として機能する。電流の向きを逆にすると、図１Ｂに示したように、スイッチングフィルム３は、ミラー状であり、不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における時間と同等である。上記装置は、室温で動作可能である。一度上記ミラーが所望の光学状態に達すると、実質的には水素は装置を流れなくなる。これは、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。
【００１５】
従来技術によるスイッチングミラー装置の問題は、図２に示したように、画像素子２０の可視面２４、すなわちディスプレイが見られる面において、所謂アクティブマトリクスの素子２２が見えてしまうことである。このアクティブマトリクス（薄膜トランジスタ、行、列、蓄積キャパシタなど）は、上記画像素子をスイッチングするのに必要な電気素子を有している。アクティブマトリクスは、埋め込み層２６に埋め込まれており、画像素子にも含まれている。上記アクティブマトリクスは、電極層１１，１３に電気的に接続されている。絶縁層２８は、アクティブマトリクス素子２２を上記積層体から絶縁している。
【００１６】
従来技術による構成では、アクティブマトリクスにより占有される表面領域を光学的活性層３に用いることができない。これは、ディスプレイが可視面２４から見られる場合に、ディスプレイの開口部を減少させる。特に、駆動回路がかなり複雑であり、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高電流を取り扱うためにトランジスタが好適にはかなり大きく作製されるため、上述した開口部はかなり小さい。
【００１７】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明によるスイッチングミラーディスプレイの積層体を示している。この場合、ディスプレイは、基板の積層体が堆積された側２４から見られる。スイッチング層３を有する積層体の（積層）順序が、逆にされている。これは、上記積層体が、水素を貯蔵する第１の層９と、水素を伝導する第２の層７と、スイッチ可能な層３とを、基板の表面から始まる順に有していることを意味する。
【００１８】
上記積層体は、電導性電極層１１と電導性電極層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り、光を反射する状態から光を吸収する状態にスイッチされる。上記電導性の層に直流電圧を印加することが、水素の密度を変化させる。
【００１９】
上述した第２の層が電解質材料、例えばＺｒＯ２Ｈｘを有し、第２の層７とスイッチ可能な層３との間に分離層５が存在し、第１の層９がＧｄＭｇＨｘを有する積層体によって、良好な結果が得られた。
【００２０】
図４は、本発明による画像素子２０の断面図である。上記積層体の層の順序は、（図３Ａ及び図３Ｂにより詳細に示したように）逆になっており、スイッチング層３はアクティブマトリクス素子２２間に延在している。この電気的スイッチング手段は、表示装置の可視面２４に対して光学的スイッチング材料層の後方に位置している。上記スイッチング層が、反射状態から吸収状態に、及び吸収状態から反射状態にスイッチされる際、アクティブマトリクス素子２２は見えない。このアクティブマトリクス素子は、もはや開口部を決定せず、その結果、開口部が増大する。
【００２１】
スイッチング層３は、上記基板と当該スイッチング層との間に位置する伝導層１３をも見えなくする。従って、伝導層１３は透明である必要はなく、伝導率を向上させる金属を有することが可能である。
【００２２】
本発明の範囲内において、電極層１３が反射性金属を有し、上記スイッチング層が透過状態から吸収状態にスイッチされる場合に、同様の効果が得られる。上記金属電極層の反射性により、ディスプレイは依然として反射状態から吸収状態にスイッチする。上記積層体の全体の厚さは１μｍ未満であるので、視差（ｐａｒａｌｌａｘ）のエラーによる問題は存在しない。
【００２３】
上記スイッチング層と上記基板との間の層が光吸収材料を有し、上記スイッチングミラーが反射状態と透過状態との間においてスイッチされる場合にも同様の効果が得られる。これらの層の吸収特性により、ディスプレイは反射状態から吸収状態に効果的にスイッチされる。例えば電解質層７が欠陥のあるＣａＦを有し、貯蔵層９が吸収性水素化物を有し、電極１３がＣｒ／ＣｒＯｘのような吸収材料を有する場合に、吸収性の層が得られる。
【００２４】
上記スイッチングミラーの透明状態が必要ではないので、第２のＬＭｇＨｘ（Ｌは、Ｎｉ若しくはＹ、又はランタノイド系の元素）層が貯蔵層として用いられ得る。このように、水素貯蔵層はスイッチ可能な層と本質的に同一の化合物を有しているが、層において種々の化合物が生じる相互比は、スイッチ可能な層の相互比と異なっていてもよい。これは、より薄くなり得るという利点を有する対称な装置をもたらす。更に、反射状態と吸収状態との間のスイッチングに関して、輸送されなければならない電荷（水素イオン）が減少する。すなわち、スイッチングに関して必要な電流が減少する。典型的には、１００ｎｍの薄いＧｄ４０Ｍｇ６０水素化物層に関して、透明状態と反射状態との間をスイッチするようにある層から他の層へ全ての水素を輸送するために、約０．１Ｃ／ｃｍ２の電荷が必要である。反射状態と吸収状態との間のみのスイッチングに関しては、輸送されなければならない水素はより少ない（約０．０５Ｃ／ｃｍ２必要）。
【００２５】
対称な装置は、反射状態と吸収状態との間のみのスイッチングが必要なアプリケーションに用いられ得る。上述した表示装置の可視面２４が散乱フォイルを備えている場合、ディスプレイのコントラストが改善される。このフォイルの存在のために、反射状態のスイッチングミラー画素は白く見える一方で、吸収状態のスイッチングミラー画素は黒く見える。このようなタイプのディスプレイは、例えば書類リーダとして使用され得る。この原理は、カラーフィルタと組み合わせられて、フルカラー書類リーダをもたらす。
【００２６】
他の態様として、白く又は黒く見える反射状態を与えるように所望の散乱反射を引き起こすために、反射層の表面が意図的に粗くされ得る。
【００２７】
以上のことをまとめると、本発明は、増大した開口部を有するスイッチングミラーディスプレイに関するものである。このディスプレイは、水素含有量を変化させることにより反射状態と吸収状態との間をスイッチされるスイッチ可能な層を備えた画像素子を有している。電導性の層に直流電圧を印加することが、水素含有量を変化させる。これら電導性の層は、透明な基板に堆積され、スイッチ可能な層を有する積層体を挟んでいる。上記ディスプレイは、基板の積層体が堆積されている側から見られる。上記画像素子は、アクティブマトリクス素子により駆動される。上記スイッチ可能な層は、アクティブマトリクス素子間に延在しており、この素子を見えなくする。これは、ディスプレイの開口部を増大させる。
【００２８】
上述した実施態様は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者であれば特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替の態様を立案することが可能であることに注意されたい。特許請求の範囲においては、括弧内のいかなる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものではない。動詞「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及びその活用の使用は、特許請求の範囲に述べられている構成要素以外の他の構成要素の存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術によるスイッチングミラーディスプレイの積層体の断面図である。
【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積層体の他の断面図である。
【図２】従来技術によるスイッチングミラーディスプレイの画像素子の断面図である。
【図３Ａ】本発明によるスイッチングミラーディスプレイの積層体を示す図である。
【図３Ｂ】本発明によるスイッチングミラーディスプレイの積層体を示す他の図である。
【図４】本発明によるスイッチングミラーディスプレイの画像素子の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004510203.tif 000006
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2004510203.tif 000009
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2004510203.tif 000011
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【国際調査報告】
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