CN1416537A - 有源矩阵电化色显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种电化色有源矩阵显示装置，包括电化色光转换单元，所述单元可以在反射状态与透射状态或吸收状态之间可逆转换。每个单元包括一个由某种材料组成的可转换层(3)，在这种材料中，通过改变氢的浓度可以实现光转换。每个单元还包括一个控制电路(21)，有两个互补切换单元(TFT31、32、31’、32’)构成的两个串联连接，所速单元连接在该两个串联连接之间，还包括用于控制转换单元的选择和存储装置(TFT34+电容33)。

Description

有源矩阵电化色显示装置
本发明涉及一种光转换装置，该装置可以在至少反射光的第一状态与第二状态之间可逆转换，该第二状态要么是吸收光的状态，要么是透射状态，所述装置包括一个层叠，其中包括一个由光学可变换材料构成的可转换层，该种材料使得所述装置从第一状态向第二状态转换，特别地，所述材料可以通过改变其中氢的浓度来实现转换。
US5905590描述了一种转换装置，包括一个转换薄膜，该薄膜中包含带有其它三价金属的镁的氢化物。通过氢的交换，该转换薄膜能够从透明状态经过一个中间黑吸收状态可逆转换到零透射反射镜(全反射或散射)状态。所述转换薄膜包括在一个层叠中，所述层叠是在透明基片上沉积而成的。根据光学效应，该装置可以用作光学转换装置，例如作为可变光束***器、光学调节门，在照明设备中控制光线的照度或形状。该转换装置还可以用于数据存储和光学计算，以及如建筑玻璃、视觉控制玻璃、遮阳蓬和后视镜等应用中。通过在所述转换薄膜中做一个图案，并为带图案的转换薄膜提供透明电极，可以制成一个薄显示器。
该种装置的问题之一是：由于转换效应是由氢的转移速度决定的，因此，装置的速度比较慢。
本发明的一个目的是提供一种速度提高了的转换装置。为达此目的，本发明提供了根据权利要求1的一种显示装置。
本发明的理论基础是：一方面由于寻址一个象素所需的电荷量非常大，在多个连续的寻址过程中不可能将这么多的电荷加载到一个象素，而另一方面，该象素可以比作一个可重复充电电池。在转换镜装置中，当电流在该装置中流动时，H离子从一个含氢层向另一个层中扩散。如果改变所施加的电压的极性，H离子将向相反的方向流动。
根据本发明，通过为每个象素引入两个电压节点之间的两个互补开关的串联连接，所述串联连接的公共点连接到象素单元的第一连接，一个中间电压提供给该象素单元的第二连接，两个互补的开关由存储装置控制，这样，在两个方向上就都可以引入大电流，从而允许象素的快速转换。
在第一实施例中，所述显示装置包括两个互补开关的第二串联连接，其连接方向与所述两个电压节点之间的两个互补开关的第一串联连接相反，象素单元的第二串联连接连接到所述第二串联连接的公共点，互补开关的第二串联连接由所述存储装置控制。
在另一个实施例中，象素单元的第二连接是固定的参考电压。这样，两个互补开关的第二串联连接可以省略，这样会在透射模式下导致较高的透射度(aperture)。
优选地，所述存储装置包括一个电容单元，连接到所述互补开关的第一串联连接的公共点。
下面参考附图说明本发明的上述方面和其它方面。
图1A、1B示出根据现有技术的转换镜显示器的层叠的截面图；
图2示出根据本发明的转换镜装置的象素单元矩阵的一部分；
图3和4简略示出根据本发明的装置的各种实施例。
所有附图都是示意图，不是按照严格比例画的。总体上用相似的标号标识相似的单元。
图1A和1B示出一种转换镜装置的截面图。该装置包括一个透明的玻璃盘1，其上用常规方法如真空蒸发、溅射、激光烧刻、化学蒸汽沉积或电镀方法沉积有一个层叠。该层叠包括：LMgHx层3(L是元素周期表中镧族元素Sc、Y或Ni中的一种)，作为转换薄膜，其厚度大约200nm；钯层5，厚度约5nm；离子导电电解质层7，厚度为0.1-10μm；以及氢存储层9。
从光学性质和转换时间考虑，GdMgHx是非常适合的一种转换材料，但是镁和镧族元素的其它合金也可以使用。转换薄膜3可以在低氢含量与高氢含量之间可逆转换。在氢含量处于中间水平时，薄膜以各种等级吸收光。不同的氢含量具有不同的光学性质。氢含量低时，薄膜具有金属的特征，不透明。此时，薄膜象镜子一样反射。氢含量高时，薄膜3是半导体的，且透明，而当氢含量在中间水平时，薄膜3是吸收光的。
钯层5的作用是加快氢化和去氢化的速度，从而加快转换速度。其它电催化材料或合金，如铂或镍也可以使用。此外，该金属层还保护其下面的转换薄膜3不受电解质的腐蚀。钯层5的厚度可以是2-100nm。但最好是2-10nm的薄层，因为薄膜的厚度决定转换装置的最大透射度。
为了正常工作，还需要H存储层9和H离子导电电解质层7。一种良好的H离子导电电解质是ZrO2+xHy。电解质必须是离子的良导体，但必须是电的绝缘体，以防止装置的自放电。为了装置简单，最好使用透明的固态电解质，这样可以避免密封问题，而且装置容易操作。
如果要求转换镜的透明状态，WO3是作为存储层的良好材料。
层叠夹在两个透明的导电电极层11和13之间，该导电电极层是由例如铟-锡氧化物(IT0)制成的。电极层11、13连接到(外部)电流源(未示出)。通过作用一个DC电流，象镜子一样的低氢含量被转换成透明的且中性灰色的高氢含量。此时，所述装置象一个透明的窗口，如图1A中的虚线所示。当电流反向时，转换薄膜3变回到低氢含量状态，即象镜子一样，不透明，如图1B所示。转换时间与常规的电化色显示装置相当。该装置可以在室温下工作。一旦镜子达到期望的光学状态，实际上将没有电流流过所述装置。这意味着显示器将以非常低的功率保持信息。而且通过使用电流源，防止了装置中的高电压，从而避免了转换镜装置的退化。
图2示出显示装置20的一部分，包括一个在m行电极22(选择电极)和n列电极23(数据电极)交叉点处的显示电路单元21的矩阵。行电极22通过行驱动器24选择，而列电极23通过列驱动器25被提供有数据电压。如果必要，输入数据信号26在处理器27中处理。通过线28实现相互同步。
下面参考图3描述根据本发明的显示电路单元21的一种实施例。它包括如参照图1A和1B所描述的转换镜装置30，为了简单起见，用一个电容表示。一个透明的导电电极层，在本例中是11，连接到由电压线29提供的固定的参考电压(本例中是0V)。另一个透明的导电电极层13连接到互补开关的串联连接的公共点，在本例中，互补开关是n型场效应管(TFT)31和p型场效应管(TFT)32，连接在正电压线35与负电压线36之间。n型TFT31和p型TFT32的栅极相互连接，同时连接到电容33的一个极板，电容33的功能类似于存储电容，由TFT34通过m行电极22(选择电极)和n列电极23(数据电极)寻址。电容33的另一个极板连接到负电压线36。
在通过电极22选择一行时，由数据电极23提供的数据电压被传输到n型TFT31和p型TFT32的栅极(节点37)。两个场效应管中的一个(取决于数据电压的符号)开始导通，并起电流源的作用，并且根据数据电压的符号，开始使转换镜单元30充电(箭头38)或放电(箭头39)。在保持期间，显示器中其余的行被选中。存储电容33(其可能是由TFT31的固有的栅-漏电容形成的)保证在该保持期间，电流源继续提供转换镜单元转换所需的电流。这可能在一个帧周期(所有线都被选择一次的时间)内有效，但也可能持续几个帧周期(取决于显示器的大小、镜子的尺寸和TFT的尺寸)。完成充电后(如，由电流检测器决定)，电流将被关断，转换镜单元30将保持其所达到的状态。
除此之外，n型和p型晶体管也可以通过两条独立的线寻址(在添加另一个存储电容的情况下)。
图4示出一种实施例，其中图3所示的电压线29被省却，但是添加了另外一个n型场效应管(TFT)31’和一个p型场效应管(TFT)32’。两个互补开关(TFT31’、32’)的第二串联连接的方向与两条电压线35、36之间的两个互补开关(TFT31、32)的第一串联连接相反。此处透明导电电极层11被连接到TFT31’、32’的串联连接的公共点。根据传输到节点37的数据电压，TFT31’、31中的一个开始导通并对转换镜单元30充电(箭头38)或TFT32、32’中的一个开始导通并使转换镜单元30放电(箭头39)。图4中的其它标号与图3中的标号一致。
本发明的保护范围不限于所述的实施例。例如，它可以用于某些电化色装置，这些装置中光学转换层使得氢、锂或氧离子的浓度改变。本发明在于每个新颖的特征和这些特征的每种组合。权利要求中的参考标号不是限制其保护范围。使用动词“包括”不排除权利要求中所述要素之外的内容。在一个要素前使用“一”不排除有多个这样的要素。

Claims (9)

1.显示装置(20)，可以在反射模式(L)工作，也可以在透射模式(R)工作，并且具有调节光的象素单元，每个所述象素单元包括：
一个层叠，包括由光学可转换材料组成的可转换层(3)，该材料将象素单元从第一状态转换到第二状态，第二状态与第一状态不同，第一状态和第二状态是下列状态中的一种：反射或散射状态、透射状态、或吸收状态，还包括用于在反射模式(L)下通过从反射状态转换为非反射状态来调节光和用于在透射模式(R)下通过从透射状态转换为非透射状态来调节光的装置，所述非反射状态是透射状态或吸收状态，而非透射状态是反射或散射状态或吸收状态，
调节光的装置包括：每个象素单元都有一个由两个电压连接(35、36)之间的两个互补开关(31、32)构成的第一串联连接，所述串联连接的公共点连接到象素单元的第一连接(13)，一个中间电压被提供给象素单元的第二连接(11)，所述互补开关由存储装置(33)控制，所述显示装置还包括用于控制所述存储装置的装置(22、23、24)。
2.根据权利要求1的显示装置，其中所述光学可转换层通过改变氢的浓度来进行转换。
3.根据权利要求1的显示装置，其中所述象素单元的第二连接是固定的参考电压(29)。
4.根据权利要求1的显示装置，还包括由两个互补开关(31’、32’)组成的第二串联连接，其方向与所述两个电压之间的两个互补开关(31、32)的第一串联连接相反，所述象素单元(11)的第二连接连接到所述第二串联连接的公共点，且互补开关的第二串联由所述存储装置控制。
5.根据权利要求1的显示装置，其中所述存储装置包括一个电容单元，连接到所述互补开关的第一串联连接的公共点。
6.根据权利要求4的显示装置，其中所述存储装置包括一个电容单元，连接到所述互补开关的第一和第二串联连接的公共点。
7.根据权利要求1的显示装置，其中所述象素单元以矩阵结构提供，此外还包括选择开关(34)，由选择线(22)控制，数据通过数据线(23)到达该选择线。
8.根据权利要求4和7的显示装置，其中所述互补开关具有独立的选择开关。
9.根据权利要求1的显示装置，其中所述开关包括薄膜晶体管。
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