JP2001509281A

JP2001509281A - 相転移式フラットパネル表示装置

Info

Publication number: JP2001509281A
Application number: JP53223598A
Authority: JP
Inventors: ガービッチ，マイケル; ハリオウア，モーリス; カスタルスキイ，アレグザンダー; ナール，シルベイン; ショクホアー，サージェイ
Original assignee: コピイテル，インコーポレイテッド
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2001-07-10
Also published as: CA2279281A1; CN1250528A; WO1998033095A1; EP1018057A1; US5896005A

Abstract

(57)【要約】表示装置は予定した形状に配列された複数のピクセルを含む。各ピクセルは平坦面上に配置されたミラー部材（１４）を含む。第１状態と第２状態との間で転移することによって外部光源から受けた光の予定した波長を選択的に変調するために前記ミラー部材の上に配置された光変調材料（１２）は、予定された波長の光に破壊的干渉を生じ、また前記第２状態において予定された波長の光と構造的干渉を生じる。

Description

【発明の詳細な説明】相転移式フラットパネル表示装置発明の背景発明の技術分野本発明は、一般にフラットパネル表示装置に係わり、さらに詳しくは酸化バナジウム（ＶＯ₂）の相転移特性を利用して光を光学的に変調するために酸化バナジウム基ピクセルを含んで成る相転移式フラットパネル表示装置に関する。背景技術表示装置は従来より能動表示装置および受動表示装置を含む２つの基本的カテゴリーに分類される。発光型の装置である能動表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびプラズマ表示パネル（ＰＤＰ）のような技術を含む。これに対し受動表示装置は光変調装置であり、光源は周囲光とされるか、または別の光源からの光とされ、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）および電気泳動型表示装置（ＥＰＩＤ）のような技術を含む。表示装置の他の分類は、装置の物理的寸法または幾何形状に関係する。フラットパネル表示装置は一般にさらに小型でエネルギー効率に優れ、陰極線管（ＣＲＴ）の技術を除く上述した実質的に全ての技術を使用する。通常のＣＲＴを平坦化する試みは成功していない。何故なら、製造された装置は画像品質が粗悪であるか、あるいは製造コストが過大となるからである。非常に成功した形式のフラットパネル表示装置は液晶表示装置（ＬＣＤ）である。ＬＣＤは、光を伝達するか遮断するかに使用されるマトリックス構造に配列された複数のピクセルを含んでいる。光が伝達されるか遮断されるかは、電流で制御される液晶分子の配列によって決る。初期のＬＣＤは像を形成するときに個々のピクセルをアドレス指定するために「受動マトリックス」構成を使用した。この構成は、１つの行に電圧を印加し、その後列の電圧を調整して、該行において選択したピクセルを横断する大きな複合電圧が発生させるようにすることを含む。このアドレス指定構成は初期ＬＣＤの効率化および低コスト化を可能にした。しかしながらクロストークが発生するために、受動マトリックスＬＣＤが良好なコントラストおよび良好な解像度の両方を達成することはできない。クロストークの問題を解決するために、「能動マトリックス」構成がＬＣＤ装置用に開発された。この構成は個々のピクセルをアドレス指定するためにトランジスタアレーを使用している。各ピクセルは、そのピクセルのトランジスタがスイッチオンされたときだけその列のラインから電圧を印加される。これは能動マトリックスＬＣＤが良好な解像度ならびに良好なコントラストを与えられるようにする。しかしながら、これらの装置は幾つかの欠点を有している。まず第１に、これらの形式の表示装置は、「受動マトリックス」構成を使用した表示装置よりも多大な電力を消費する。これらの形式の表示装置は製造も高価且つ複雑となる。他の欠点は、これらの形式の表示装置が「能動マトリックス」のアドレス指定を実行するために含まれるトランジスタアレーを製造するのが困難であるため、生産性が低くなる傾向を有する。他の形式のフラットパネル表示装置はエレクトロクロミック表示装置（ＥＣＤ）である。このＥＣＤ装置は一般に少なくとも２つの電極を含むセルを含み、少なくとも一方の電極はエレクトロクロミック材料、電解質、およびたまに絶縁材で構成される。電極を横断して電圧を印加すると、電解質中に存在するイオンが一方の電極によって吸収され、これにより電極内の色や透過性に変化を生じる。色や透過性の変化は、この形式の表示装置の像形成を可能化するように作用する。この表示装置は１９７６年１２月７日付でジャシンスキ氏に付与された「全固体エレクトロクロミック表示装置」と題する米国特許第３９９５９４３号に開示されている。この特許は表示装置の電極に酸化タングステン（ＷＯ₃）か酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）を使用した表示装置を開示している。酸化バナジウム（ＶＯ₂）は各種の電気的または光学的な適用例に使用されている材料である。これらの適用例はホログラフィーの光学的記録、温度の安定装置および制御装置、電気スイッチ、およびマイクロ波放射のスクリーニングおよび変調のための媒体としての使用を含んでいる。ＶＯ₂は相転移特性を表し、これには光学的特性のかなりの変化が付随して生じる。かなりの変化を生じる光学的特性の１つは屈折率であり、これはＶＯ₂が光を光学的に変調できるようにする。ＶＯ₂における相転移は、この材料で作られたフィルムの下側に配置された加熱部材を使用して熱的に誘起することが可能である。それ故に本発明の１つの目的は、光を光学的に変調させるためにＶＯ₂の相転移特性を使用して改良されたフラットパネル表示装置を提供することである。発明の開示予定した形状に配列された複数のピクセルを含んで成る表示装置が開示される。各ピクセルは平坦面上に配置されたミラー部材を含む。第１状態と第２状態との間の転移によって外部光源から受けた光の予定した波長を選択的に変調するために、光変調材料がミラー部材上に配置されている。この光変調材料は、第１状態において予定された光の波長に破壊的干渉を引き起し、また第２状態において予定された光の波長に構成的干渉を引き起す。付随的な特徴もまた開示されており、これには加熱部材、第１絶縁層、第２絶縁層、保護層およびｐ−ｎ接合が含まれる。加熱部材はミラー部材の下側に配置され、ｐ−ｎ接合に対して連結される。第１絶縁層は加熱部材の下側に配置されるのに対し、第２絶縁層は加熱部材とミラー部材との間に配置される。保護被覆が光調材料の上からさらに配置される。図面の簡単な説明本発明の上述した目的、他の特徴および利点は以下に図面を参照して以下に詳細に説明される。図面において、図１は温度の関数としてＶＯ₂の導電率（１／Ω）をプロットしたグラフ、図２は光の波長（λ）の関数としてＶＯ₂の屈折率（ｎ）をプロットしたグラフ、図３は本発明による光学的共振器の図、図４は波長の関数として臨界温度(Ｔｃ)における光学的共振器の反射係数(Ｒ) の割合変化をプロットしたグラフ、図５はニオビウム（Ｎｂ）ドーパントの百分率の関数としてＶＯ₂の臨界温度（Ｔｃ）の変化をプロットしたグラフ、図６は本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）の構造の図、図７は本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）により使用されたアドレス指定構成を示す図、図８は本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）に含まれた個々のピクセルの側面図、図９Ａおよび図９Ｂは本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）に含まれたピクセルの作動を表すグラフ、および図１０は本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）に含まれた個々のピクセルの他の実施例の側面図である。発明を実施する最良形態本発明はフラットパネル構造として実現することのできる相転移式表示装置（ＰＴＤ）に関する。相転移式表示装置は、像形成のために光を光学的に変調させるために表示装置のピクセルに含まれた酸化バナジウム（ＶＯ₂）製フィルムの熱的に誘起される相転移特性を使用する。ＶＯ₂基ピクセルの使用は多くの利点を有する。１つの利点はシリコン基板を使用できるようにすることであり、これは装置処理をシリコンＩＣ技術と共用できるようにする。他の利点は「受動マトリックス」アドレス指定構成の使用を可能にすることであり、これは大きい生産性および小さい製造コストを意味する。ＶＯ₂の相転移特性は絶縁状態と金属状態との間のこの材料の転移に関係する。絶縁状態においてＶＯ₂は比較的低い導電率および屈折率を有する一方、金属状態のＶＯ₂は高い導電率および屈折率を有する。屈折率のこの変化は、ＶＯ₂製フィルムに光の光学的変調ができるようにする。絶縁状態から金属状態への転移はＶＯ₂を約６８℃であるその臨界温度（Ｔｃ）より高い温度にまで加熱することで達成され、これに対して絶縁状態への転移はＶＯ₂がそのＴｃ温度より低い温度にまで冷却されたときに生じる。図１を参照すれば、温度の関数としてＶＯ₂の導電率（１／Ω）をプロットしたグラフが示されており、このグラフは？？？？？氏による「ＶＯ₂の特性に依存する圧力」と題する論文、？？？？？、１０３５頁から引用した。見られるように、ＶＯ₂の絶縁相−金属相の相転移による導電率の変化はかなり大きい。このグラフのｘ軸上の３の値に対応する６８℃である臨界温度（Ｔｃ）における観察された導電率の変化は、４程度の大きさを超える。図示されていないヒステリシスループは、１つの結晶において約０．５℃であり、化学量論的に良好なＶＯ₂のフィルムで１〜２℃である。図２を参照すれば、グラフは光の波長（λ）の関数としてＶＯ₂の屈折率（ｎ）をプロットしてある。このグラフはＶＯ₂の２つの相に関するｎのスペクトル依存を示している。線１，２は厚さが１８５０ÅのＶＯ₂製フィルムを示しており、線１は金属状態に関するもので、線２は絶縁状態に関するものである。線３，４は厚さが６００ÅのＶＯ₂製フィルムを示しており、線３は金属状態に関するもので、線４は絶縁状態に関するものである。見られるように、可視スペクトル範囲においてＶＯ₂製フィルムの屈折率に比較的大きい変化がある。以下の表は、青、緑および赤の可視スペクトルの３つの重要な波長（λ）に関し、ＶＯ₂ の相転移によって生じる屈折率（Δｎ）の変化を要約したものである。 λ（ｕｍ） Δｎ０．４４（青）０．２８０．５０（緑）０．３２０．６２（赤）０．５４上の表において観察された大きなΔｎが本発明の重要な特徴である。何故なら、それが上記３つの波長を光学的に変調できるようにするからである。図３を参照すれば、ミラーとして作用するアルミニウム（Ａｌ）の層１４に付着されたＶＯ₂製フィルム１２を含んで成る光学的共振器の図を示している。この光学的共振器１０は本発明による個々のＶＯ₂基ピクセルの基本的作動を示している。Ａｌ製ミラー１４に付着されたＶＯ₂製フィルム１２は、そのＶＯ₂の相転移状態に依存した反射係数（Ｒ）を有する光学的共振器を象徴する。共振状態を満足する或る波長に関して、屈折率の変化は光学的干渉パターンを変えてその光学的反射を強力に変調させる。ＶＯ₂製フィルム１２の厚さおよび反射光の波長に応じて、ＶＯ₂製フィルム１２およびＡｌ製ミラー１４の頂面から反射された２つの波は、ＶＯ₂製フィルム１２の相転移状態に応じて構造的干渉パターンまたは破壊的干渉パターンのいずれかを生じる。構造的干渉パターンは２つのビームの強さを組合わせて最大量の反射すなわち最大Ｒ値を与えるのであり、これは次式を満足する。２ｄ＝ｍλ、ｍ＝１，２，３・・・（１）破壊的干渉は２つのビームに位相ズレを生じて互いに相殺し、これは最小量の反射すなわちＲ値を与える。この状態は次式を満足する。２ｄ＝（２ｍ−１）λ／２、ｍ＝１，２，３・・・（２）ＶＯ₂製フィルム１２の厚さ（ｄ）の変化は、光学的共振器１０に対応する波長を変化させることにさらに注目しなければならない。したがって、詳細に後述されるカラー表示装置の作動に関する基本を与える。図４を参照すれば、波長（λ）の関数として先に説明した光学的共振器に関する反射係数（Ｒ）の百分率変化をプロットしたグラフが示されている。容易に観察されるように、Ｒの値は金属状態（Ｔ＞Ｔｃ）および絶縁状態（Ｔ＜Ｔｃ）のいずれにおいてもλに依存する。光の緑の波長（λ=０．５ｕｍ）において、コントラスト比は表示装置として望まれる約１５である。図５を参照すればニオビウム（Ｎｂ）ドーパントの百分率の関数としてＶＯ₂ の臨界温度（Ｔｃ）の変化をプロットしたグラフが示されている。このグラフは、少量のＮｂを与えることでＶＯ₂のＴｃを変化させることができることを示している。見られるように、０．２％のＮｂの添加はＴｃを４５°まで低下させる。ＶＯ₂のＴｃの低下は、本発明のＶＯ₂基ピクセルを作動させるために必要な電力を減少させるのに使用できるから、望ましいのである。図６を参照すれば、本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）のアーキテクチャすなわち構造の図が示されている。この構造１６は複数の個々のＶＯ₂基ピクセル１８を含んで成り、これらのピクセルは通常の２次元マトリックスアレーとして配置され、これはシリコン基板（図示せず）上に作るように適用されることができる。各ピクセル１８は他のフラットパネル表示装置と同様に行および列のライン２２，２４で相互連結されている。各ピクセル１８および列のライン２２の間の連結はダイオードまたはｐ−ｎ接合２０であり、これらもシリコン基板上に作られる。このｐ−ｎ接合２０は、電流が拡がって、恐らくピクセル部材１８の間でクロストークを生じるのを防止するために使用される。このような構造１６における漏電は起こり得る。何故なら、３つの隣合うピクセルを通る４つの平行な連結ループがあるからである。図示したように配置されたｐ−ｎ接合２０は各ループに２回配置されることで全ての漏洩電流を遮断する。本発明の構造１６は、「受動マトリックス」のアドレス指定構成すなわち回路を使用して駆動されることができるので、望ましい。従来技術の箇所で説明し図７に示したように、この構成は逐次行パルスによって特定のピクセルが選定されることと平行して列が受取るデータによって構成される。本発明の構造１６は１〜１０ｕｓのように狭い列パルスを使用できる。このような狭いパルスの使用はターンオン時間および減衰時間の両方を短縮し、これは多数ピクセルを駆動する能力を増大する。したがって、表示作動にビデオ周波数を与える。「受動マトリックス」構成の使用は、能動マトリックスのＬＣＤ装置におけるようにトランジスタの使用を必要としないので、望ましい。これは生産量および生産コストに大きく影響する。何故なら、Ｓｉ上にｐ−ｎ接合を製造する標準的なことであり、非常に高い生産量を有するからである。図８を参照すれば、本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）に含まれる個々のピクセルが示されている。個々のピクセル１８は第１絶縁フィルム２４を含んで構成され、第１絶縁フィルムはシリコン基板２２上に成長された二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）のフィルムであるのが好ましい。第１絶縁フィルム２４は熱放散を制御するのに使用される。放散時間は第１絶縁フィルム２４の厚さを変化させることで数秒から極く短い１ミリ秒まで広い範囲で変化できる。第１絶縁フィルム２４の厚さは４０ミリ秒の熱放散時間を与えるように調整されるのが好ましい。これは表示作動に関して最も適当とされる。計算によれば、ＳｉＯ₂製フィルムが存在しない状態で、０．３〜１ｍｍの厚さを有するシリコン基板は次式によって熱を時間（ｔ_d）内に吸収することを示している。ｔ_d＝（π１）²／Ｄ_T （３）ここで、Ｄ_Tはシリコンの熱拡散係数である。Ｄ_T＝０．８ｃｍ²／ｓで、３ミリ秒のｔ_dが得られた。これは効率的な表示作動にとっては短すぎる。第１絶縁フィルム２４上に加熱部材２６が付着され、配置されており、これは２０ｎｍの厚さを有するニッケルクロム（ＮｉＣｒ）製フィルムであるのが好ましい。加熱部材２６は上側に配置されているＶＯ₂フィルム３２に相転移を誘起させるために、ピクセル部材１８に熱を与えるのに使用される。加熱部材２６はニッケルクロムの薄層として説明されたが、シリコンを含めて他の材料もそれが層の抵抗によって熱を発生する機能を有するならば同様に使用できる。金製のフィルムであるのが好ましい一対の接点３６，３８を経て加熱部材２６に電流が供給される。シリコン基板２２の上側に配置された第１接点３６は加熱部材２６に対して同様にシリコン基板２２上に形成されたｐ−ｎ接合により連結される。第２接点３８は第１絶縁フィルム２４の上に配置され、加熱部材２４に対して直接連結される。加熱部材２６の上には第２絶縁フィルム２８が配置されており、これは酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）製フィルムであるのが好ましい。第２絶縁フィルム２８はその上に配置されるミラー部材３０を加熱部材２６から隔絶するために使用される。第２絶縁フィルム２８の上にはミラー部材３０が配置され、これはアルミニウム製フィルムであるのが好ましい。再び述べるが、アルミニウムが説明されたが、クロム、ニッケル等を含めて他の高反射率の材料が同様に使用できる。ミラー部材３０の上にＶＯ₂製フィルム３２が配置される。既に説明したがこの共振器はＶＯ₂製フィルム３２はミラー部材３０と共に光学的共振器を形成しており、ＶＯ₂製フィルム３２の相転移状態に応じて光を光学的に変調させるのに使用される。ＶＯ₂製フィルム３２はミラー部材３０と共に各ピクセル１８の反射係数（Ｒ）を決定するのであり、これはＶＯ₂フィルム３２の相転移状態に応じてきまる。ＶＯ₂製フィルム３２はミラーとともに構造的干渉パターンか、破壊的干渉パターンのいずれかを、そのＶＯ₂製フィルム３２の相転移状態および変調された光の波長に応じて生じる。構造的干渉パターンは各ピクセル１８に最大Ｒ値を与える一方、破壊的干渉は最小Ｒ値を与える。ＶＯ₂製フィルム３２の上には反射防止特性を有する保護層３４が成長され、配置される。これは酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）製フィルムであるのが好ましい。保護フィルム３４は問題とする当該温度範囲で安定した透明の絶縁材であることを示す。ＶＯ₂フィルム３２および保護フィルム３４はいずれも同一チャンバ内でスパッタリング処理されて付着され、異なる酸素圧力の元で逐次に成長される。上述したピクセル１６の構造はシリコンＩＣ技術を使用して製造されるのが好ましい。この技術はピクセル寸法を１０〜２０ｕｍにすることができる。このような小さな寸法であるので、１つのピクセルから他のピクセルへ至る熱伝達は無視できる。これは、その熱がヒートシンクとして機能するシリコンウェーハによつてまず吸収されてしまうからである。また、加熱部材２６からチューブの能動フィルム３２へ至る距離はわずか１００〜２００ｎｍであり、これは隣接するピクセル間の距離より小さい大きさ以上である。このような条件のもと、可能とされる温度で誘発されるクロストークは著しく減少される。図９Ａおよび図９Ｂを参照すれば、本発明による相転移式表示装置に含まれたピクセルの作動を表すグラフを示している。作動時に、１〜１０ｕｓの範囲の短い電気パルスが特定ピクセルの加熱装置へ与えられ、これがＶＯ₂製フィルム３２を相転移させて金属状態にする。この転移はピクセルの輝度および色を、例えば輝かしい緑色から暗い緑色へと変化させる。このパルスはピクセル温度を図９Ｂに示されるＴｃ温度より十分高い温度に上昇させることができるように十分に強力であるとされる。パルスが終端すると、温度は時間経過に伴って低下される。ピクセルを金属状態に保持することが望まれるならば、次のパルスはピクセル温度が図９Ｂの線１で表されるようなＴｃ温度よりまだ高い間に与えられねばならない。６０ｚのフレーム周波数を有する場合、次のパルスは１６．７ｍｓの時間間隔（ｔ_f）で与えられる。図９Ｂの線２はピクセル初期温度が十分に低い状態を表している。これはピクセル温度をフレーム時間内にＴｃより低い温度に低下させ、したがってピクセルを元々の輝度および色へ、例えば暗い緑色から輝かしい緑色へ戻す。暗い状態にて経過する時間は図９Ａに示されるようにパルス振幅またはパルス幅で制御され、したがってグレイレベルを与える簡単な方法が含まれる。グレイレベルを与える他の方法には、フレームサイクルにおいてパルスを変調することが含まれる。例えば、グレイレベルを発生させるためにフレーム時間間隔内でパルスをスキップさせることは、ピクセル温度をＴｃより低い温度に低下させる。両方法を組合わせて使用すると、十分に高い数値のグレイレベルが与えられる。ピクセルの変調を行うのに必要な電力の概算は次の通りである。２０×２０ｕｍの面積と、１００ｎｍの厚さとを有する１つのピクセルを通常より６０℃高い温度（ΔＴ）に変化させるために駆動する電力（Ｑ１）は、次式を用いて計算される。Ｑ１＝ＣｍΔＴ（４）ここで、ＣはＶＯ₂製フィルムの熱容量、ｍはフィルムの質量である。２５Ｊ／（モルｋ）のＣについては、電力Ｑ１＝３．６×１０^-9ジュールである。１００万個のピクセルがターンオンされた場合には、６０Ｈｚのパルスの繰返しで得られる電力は、表示面の１インチ平方面積当りＱ１／ｓ＝０．２Ｗである。要求される他のエネルギー成分は潜熱から発生され、これは１次の相転移に組合わされる。この成分Ｑ２も、Ｑ２／ｓ＝０．２Ｗの値を発生すると評価される。したがって、１００万個のピクセルを有する表示装置の１インチ平方面積を駆動するのに必要な全電力は、Ｑ／ｓ＝Ｑ１＋Ｑ２（５）であり、これは０．４ワットの値を与える。１ｕｓ時間継続するパルス、５０オームの加熱抵抗、および２０ボルトの印加電圧により、２０ミリアンペアという妥当なＤＣ電流の全要求値が得られる。上述の計算は概算である。何故なら、この計算は全ての熱がＶＯ₂製フィルムに伝達された場合にのみ適用できるからである。さらに、図示した表示装置の電子装置を駆動するのに必要な電力は、考慮されていない。図１０を参照すれば、本発明による相転移式表示装置に含まれる個々のピクセルの他の実施例の側面図が示されている。この実施例１９は、図８の実施例に関して既に説明したのと同様に機能する同じ部品を多く含んでおり、同じ符号は同じ部材を示している。したがって、この実施例におけるピクセル１９の相違点だけを説明する。これらの相違点には、本発明による相転移式表示装置のカラー作動を可能にするために、加熱装置４０およびＶＯ₂製フィルム４２を有する図１０に示されたピクセル１９が３つの部分に副分割されていることが含まれる。先に説明したように、本発明によるピクセルの光学的特性は、ＶＯ₂製フィルムとミラー部材とから反射された２つの光ビームの共振状態によって制御される。構造パラメータを適当に選定することで、赤、緑、青のスペクトル領域に関する相転移で最高の反射コントラストを有するピクセルを形成することができる。金属状態ではＶＯ₂製フィルムが赤い光を反射し、緑の光には暗い状態の、また絶縁状態ではこの逆となる１つの厚さのＶＯ₂製フィルムでは、良好なコントラスト比は緑の光（λ＝０．５ｕｍ）と赤の光（λ＝０．６３ｕｍ）との両方で達成される。ＶＯ₂製フィルムを薄くすることで、青の光の共振状態が達成される。したがって、本発明による各ピクセルは、赤、緑および青の特定領域の３つの異なる共振状態を形成するために、２つの異なる厚さを有し、別々の電気的アクセスを含んで成る３つの副部分に副分割されたＶＯ₂製フィルムを含む。ピクセル１９はＶＯ₂製フィルム４０を含み、このフィルム４０は３つの隣接する部分４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに副分割されている。２つの部分４０Ａ，４０Ｂは同じ厚さを有し、緑または赤の光を変調させるのに使用される。一方、第３の部分４０Ｃは薄い厚さを有し、青の光を変調させるのに使用される。加熱部材４２も３つの部分４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに分割されている。これはＶＯ₂フィルムの部分４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を単独に加熱して、その部分４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに独立して相転移を誘起させるためである。各々の加熱部材の部分４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは電力を伝達するためにそれぞれ金または同等種類の接点４４，４６，４８に連結されている。作動時に、電力は各ピクセル１９に与えられたデータにしたがって、加熱部分４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの各々に選択的に供給される。これにより、その上に位置された組合うＶＯ₂製の部分４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに対して熱が選択的に供給され、これによりそれらの部分４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各々を選択的に絶縁状態と金属状態との間で相転移させる。ＶＯ₂製の部分４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにおける転移は屈折率の変化に対応し、これは先に説明したように光の適当な赤、緑および青の波長を選択的に変調させてカラー像を形成させる。さらに、ピクセル１９のコントラスト比は、ＶＯ₂製フィルム４０の上に配置されているＶ₂Ｏ₅ 製のフィルムであるのが好ましい反射防止特性を有する保護フィルム３４によってさらに改善される。このこと重要である。何故なら、共振反射状態は視野角度に影響を及すからである。視野角度を評価するために波長範囲（Δλ）が使用され、これにおいてコントラスト比は十分に高くされる。妥当なコントラスト比はΔλ＝６０ｎｍのスペクトル範囲で達成され、これは次式で与えられた厚さの変動（Ｌ）を生じる。Ｎ＝Δλ （５）ＶＯ₂製フィルムの厚さＬ＝１００ｎｍ、屈折率ｎ＝２．５においては、３５〜４０度の全視野角度が得られる。本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）は従来のフラットパネル表示装置より優れた多数の利点を有する。このＰＴＤは多分電力消費を除く多くのカテゴリーにおいて液晶表示装置（ＬＣＤ）より優れている。この利点には、低コストおよび高生産量をもたらすＳｉ基板上に形成された受動マトリックス構造の使用が含まれる。ＰＴＤの速度は製造工程で変化でき、ビデオ周波数を可能にし、また高解像度も有する。液晶表示装置（ＬＣＤ）の伝達モードに比べてＰＴＤの反射作動モードは照明装置の問題を解消し、要求電力を最小限にする。カラー作動は相転移と光学的共振とを組合わせることでＰＡＤで達成でき、液晶表示装置（ＬＣＤ）で必要とされるような付加的なフィルタは必要ない。本発明は好ましい実施例を参照して特別に図示し、説明したが、当業者には形状および細部の変更は本発明の精神および範囲から逸脱せずになし得ることが理解されよう。例えば、多数の好ましい実施例および方法が本発明による相転移式表示装置（ＰＴＤ）に関して記載されたが、他の等価材料および方法、例えば蒸発および他の蒸着技術も本発明に包含される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年８月２５日（１９９８．８．２５）【補正内容】請求の範囲１．予定した形状に配列された複数のピクセルを含んで成る表示装置であって、前記各ピクセルが、基板、ミラー部材、前記基板およびミラー部材の間に配置された加熱部材、および第１状態と第２状態との間で転移することによって外部光源から受けた光の予定した波長を選択的に変調するために、前記ミラー部材の上に配置された光変調材料を含み、前記第１状態において前記材料が予定された波長の光に破壊的干渉を生じ、また前記第２状態において前記光変調材料が予定された波長の光と構造的干渉を生じる表示装置。２．請求項１に記載された装置であって、前記ピクセルの前記予定された形状が２次元マトリックスである表示装置。４．請求項１に記載された装置であって、前記加熱部材に連結されたｐ−ｎ接合をさらに含んで成る表示装置。５．請求項１に記載された装置であって、前記基板が半導体を含んで成る表示装置。６．請求項５に記載された装置であって、前記基板と前記加熱部材との間に配置された第１絶縁層をさらに含んで成る表示装置。７．請求項１に記載された装置であって、前記加熱部材と前記ミラー部材との間に配置された第２絶縁層をさらに含んで成る表示装置。８．請求項１に記載された装置であって、前記光変調材料の上に配置された保護被覆をさらに含んで成る表示装置。９．請求項１に記載された装置であって、前記光変調材料が酸化バナジウム（ＶＯ₂）である表示装置。１０．請求項９に記載された装置であって、前記酸化バナジウムがニオビウム（Ｎｂ）元素でドープ処理された表示装置。１１．請求項１に記載された装置であって、前記光変調材料がカラー作動を可能にするために２つの厚さの３つの部分に分割されている表示装置。１２．予定した形状に配列された複数のピクセルを含んで成る表示装置であって、前記各ピクセルが、基板、前記基板上に配置されたミラー部材、前記平坦面および前記ミラー部材の間に配置された加熱部材、および第１状態と第２状態との間で転移することによって外部光源から受けた光の予定した波長を選択的に変調するために、前記ミラー部材の上に配置された光変調材料を含み、前記第１状態において前記材料は前記各ピクセルを最小反射係数（Ｒ）にさせる屈折率を有し、また前記第２状態において前記光変調材料が前記各ピクセルを最大反射係数（Ｒ）にさせる屈折率を有する表示装置。１４．請求項１２に記載された装置であって、前記加熱部材に連結されたｐ− ｎ接合をさらに含んで成る表示装置。１５．請求項１２に記載された装置であって、前記平坦面が基板である表示装置。１６．請求項１５に記載された装置であって、前記基板と前記加熱部材との間に配置された第１絶縁層をさらに含んで成る表示装置。１７．請求項１２に記載された装置であって、前記加熱部材と前記ミラー部材との間に配置された第２絶縁層をさらに含んで成る表示装置。１８．請求項１２に記載された装置であって、前記光変調材料の上に配置された反射防止被覆をさらに含んで成る表示装置。１９．請求項１２に記載された装置であって、前記光変調材料が酸化バナジウム（ＶＯ₂）である表示装置。２０．請求項１２に記載された装置であって、前記光変調材料がカラー作動を可能にするために２つの厚さの３つの部分に分割されている表示装置。２１．フラットパネル表示装置に使用されるピクセルの製造方法であって、基板を準備する段階、前記基板の上にミラー部材を配置する段階、前記基板および前記ミラー部材の間に加熱部材を配置する段階、および第１状態と第２状態との間で転移することによって予定した波長の光を選択的に変調できる光変調材料とを含み、前記第１状態において前記材料が予定された波長の光に破壊的干渉を生じ、また前記第２状態において前記光変調材料が予定された波長の光と構造的干渉を生じる製造方法。２２．フラットパネル表示装置用のピクセルであって、平坦面上に配置されたミラー部材、前記平坦面と前記ミラー部材との間に配置された加熱部材、および絶縁状態と金属状態との間で転移することにより外部光源からの光を光学的に変調するために前記ミラー部材の上に配置された酸化バナジウム（ＶＯ₂）層を含み、変調される光の波長に等しい厚さを酸化バナジウム（ＶＯ₂）層が有しているピクセル。２３．フラットパネル表示装置用のピクセルであって、基板層と、前記基板上に配置されて加熱部材として機能するニッケルクロム層と、前記ニッケルクロム層の上に配置されたミラー部材として機能するアルミニウム層と、前記アルミニウム層の上に配置された酸化バナジウム（ＶＯ₂）層とを含み、前記酸化バナジウム（ＶＯ₂）層の相転移状態にしたがって変化する反射係数を有する光学的共振器を前記アルミニウム層および前記酸化バナジウム（ＶＯ₂）層が形成しているピクセル。２４．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記基板と前記ニッケルクロム層との間に配置された二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の層をさらに含んで成るピクセル。２５．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記ニッケルクロム層と前記アルミニウム層との間に配置された酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の層をさらに含んで成るピクセル。２６．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記酸化バナジウム層（ＶＯ₂）の上に配置されて前記ピクセルの保護被覆を形成する酸化バナジウム（Ｖ₂ Ｏ₅）をさらに含んで成るピクセル。２７．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記ニッケルクロム層に連結され、前記基板内に配置されて他の同様のピクセルとの間でクロストークが生じるのを防止するためのｐ−ｎ接合をさらに含んで成るピクセル。２８．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記ニッケルクロム層と前記酸化バナジウム層が、前記ビクセルのカラー作動を可能にするために３つの部分に予分割されているピクセル。２９．請求項２８に記載されたピクセルであって、酸化バナジウム（ＶＯ₂）の前記３つの部分が２つの異なる厚さを有しているピクセル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者カスタルスキイ，アレグザンダーアメリカ合衆国ニュージャージー，ウェイサイド，ケネスドライブ３ (72)発明者ナール，シルベインアメリカ合衆国ニューヨーク，スケアスデール，リビングストンロード１エイ (72)発明者ショクホアー，サージェイアメリカ合衆国ニューヨーク，サウンドビーチ，トマスストリート６

Claims

【特許請求の範囲】１．予定した形状に配列された複数のピクセルを含んで成る表示装置であって、前記各ピクセルが、平坦面上に配置されたミラー部材、および第１状態と第２状態との間で転移することによって外部光源から受けた光の予定した波長を選択的に変調するために、前記ミラー部材の上に配置された光変調材料を含み、前記第１状態において前記材料が予定された波長の光に破壊的干渉を生じ、また前記第２状態において前記光変調材料が予定された波長の光と構造的干渉を生じる表示装置。２．請求項１に記載された装置であって、前記ピクセルの前記予定された形状が２次元マトリックスである表示装置。３．請求項１に記載された装置であって、前記ミラー部材の下側に配置された加熱部材をさらに含んで成る表示装置。４．請求項３に記載された装置であって、前記加熱部材に連結されたｐ−ｎ接合をさらに含んで成る表示装置。５．請求項３に記載された装置であって、前記平坦面が基板である表示装置。６．請求項５に記載された装置であって、前記基板と前記加熱部材との間に配置された第１絶縁層をさらに含んで成る表示装置。７．請求項３に記載された装置であって、前記加熱部材と前記ミラー部材との間に配置された第２絶縁層をさらに含んで成る表示装置。８．請求項１に記載された装置であって、前記光変調材料の上に配置された保護被覆をさらに含んで成る表示装置。９．請求項１に記載された装置であって、前記光変調材料が酸化バナジウム（ＶＯ₂）である表示装置。１０．請求項９に記載された装置であって、前記酸化バナジウムがニオビウム（Ｎｂ）元素でドープ処理された表示装置。１１．請求項１に記載された装置であって、前記光変調材料がカラー作動を可能にするために２つの厚さの３つの部分に分割されている表示装置。１２．予定した形状に配列された複数のピクセルを含んで成る表示装置であって、前記各ピクセルが、平坦面上に配置されたミラー部材、および第１状態と第２状態との間で転移することによって外部光源から受けた光の予定した波長を選択的に変調するために、前記ミラー部材の上に配置された光変調材料を含み、前記第１状態において前記材料は前記各ピクセルを最小反射係数（Ｒ）にさせる屈折率を有し、また前記第２状態において前記光変調材料が前記各ピクセルを最大反射係数（Ｒ）にさせる屈折率を有する表示装置。１３．請求項１２に記載された装置であって、前記ミラー部材の下側に配置された加熱部材をさらに含んで成る表示装置。１４．請求項１３に記載された装置であって、前記加熱部材に連結されたｐ− ｎ接合をさらに含んで成る表示装置。１５．請求項１３に記載された装置であって、前記平坦面が基板である表示装置。１６．請求項１５に記載された装置であって、前記基板と前記加熱部材との間に配置された第１絶縁層をさらに含んで成る表示装置。１７．請求項１３に記載された装置であって、前記加熱部材と前記ミラー部材との間に配置された第２絶縁層をさらに含んで成る表示装置。１８．請求項１２に記載された装置であって、前記光変調材料の上に配置された反射防止被覆をさらに含んで成る表示装置。１９．請求項１２に記載された装置であって、前記光変調材料が酸化バナジウム（ＶＯ₂）である表示装置。２０．請求項１２に記載された装置であって、前記光変調材料がカラー作動を可能にするために２つの厚さの３つの部分に分割されている表示装置。２１．フラットパネル表示装置に使用されるピクセルの製造方法であって、基板を準備する段階、前記基板の上にミラー部材を配置する段階、および第１状態と第２状態との間で転移することによって予定した波長の光を選択的に変調できる光変調材料とを含み、前記第１状態において前記材料が予定された波長の光に破壊的干渉を生じ、また前記第２状態において前記光変調材料が予定された波長の光と構造的干渉を生じる製造方法。２２．フラットパネル表示装置用のピクセルであって、平坦面上に配置されたミラー部材、および絶縁状態と金属状態との間で転移することにより外部光源からの光を光学的に変調するために前記ミラー部材の上に配置された酸化バナジウム（ＶＯ₂）層を含み、変調される光の波長に等しい厚さを酸化バナジウム（ＶＯ₂）層が有しているピクセル。２３．フラットパネル表示装置用のピクセルであって、基板層と、前記基板上に配置されて加熱部材として機能するニッケルクロム層と、前記ニッケルクロム層の上に配置されたミラー部材として機能するアルミニウム層と、前記アルミニウム層の上に配置された酸化バナジウム（ＶＯ₂）層とを含み、前記酸化バナジウム（ＶＯ₂）層の相転移状態にしたがって変化する反射係数を有する光学的共振器を前記アルミニウム層および前記酸化バナジウム（ＶＯ₂）層が形成しているピクセル。２４．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記基板と前記ニッケルクロム層との間に配置された二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の層をさらに含んで成るピクセル。２５．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記ニッケルクロム層と前記アルミニウム層との間に配置された酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の層をさらに含んで成るピクセル。２６．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記酸化バナジウム層（ＶＯ₂）の上に配置されて前記ピクセルの保護被覆を形成する酸化バナジウム（Ｖ₂ Ｏ₅）をさらに含んで成るピクセル。２７．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記ニッケルクロム層に連結され、前記基板内に配置されて他の同様のピクセルとの間でクロストークが生じるのを防止するためのｐ−ｎ接合をさらに含んで成るピクセル。２８．請求項２３に記載されたピクセルであって、前記ニッケルクロム層と前記酸化バナジウム層が、前記ピクセルのカラー作動を可能にするために３つの部分に予分割されているピクセル。２９．請求項２８に記載されたピクセルであって、酸化バナジウム（ＶＯ₂）の前記３つの部分が２つの異なる厚さを有しているピクセル。