JPH11505633A - 表示デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御のために使用される内部補助電圧が、光起電性の変換器を介して得られる表示デバイス。

Description

【発明の詳細な説明】 表示デバイス 本発明は、第１の支持板と第２の支持板の間に電気−光学的媒体を含んでいる 表示デバイスに関し、その表示デバイスには行と列に配置された画素が具えられ 、画素は互いに向かい合っている支持板の表面の画像電極によって境界が画定さ れ、そして各画素はスイッチング素子を介して列電極または行電極に接続されて いる。 そのような表示デバイスは、例えば、液晶、電気泳動材料およびエレクトロク ロミック材料のような受動電気−光学的媒体の手段によって英数字情報やビデオ 情報を表示するために適当に使用され得る。 冒頭のパラグラフに述べたタイプの表示デバイスは、米国特許明細書ＵＳＰ５ ，１５１，６９１に記述されている。上記表示デバイスの第１の支持板上におい て、画像電極は第１の非線形２極スイッチング素子を介して行電極に、そして第 ２の非線形２極スイッチング素子を介して同じ行の画素に対して共通である補助 電圧のための電極に接続されている。表示デバイスは付加的に、画像表示のため の電圧範囲内で画素を横切って電圧を印加するためにそれぞれ列電極と行電極に データ電圧と選択電圧を印加するための駆動手段と、そして画素選択の前に画像 表示のための電圧範囲の境界かまたは範囲を超える電圧まで画素を充電するため の手段を含んでいる。上記表示デバスにおいて、選択の前に画像表示のための範 囲の境界かまたは範囲を超える電圧まで画素を充電する（また、“リセッティン グ”と呼ばれる）ための手段は、行電極と画素の各行に対する共通電極との間に 分割されたコンデンサを含んでいる。加えて、各共通電極は、上記コンデンサを 周期的に再充電するために付加的なダイオードを介して基準電圧に接続されてい る。特に、（４０cmまたそれ以上の画像直径を有している）大きな寸法を有する デバイスにおいては、リセッティングのために上記コンデンサに蓄えられた電荷 はリセッティングのために必要な電流を供給するのに十分大きくなければならな い。そのうえ、上記特許明細書に記述されているように、スイッチング効果の結 果として画素を横切る電圧降下は最小限にされなければならない。この目的のた めに、 米国特許明細書ＵＳＰ５，１５１，６９１における行電極の幅は、画素の高さの ほぼ１／１５である。これは、アパーチャの犠牲においてである。 加えて、コンデンサを用意することは付加的な処理ステップを必要とし、しか るに、コンデンサを再充電することは画素の各行に対して付加的なダイオードを 必要とする。 本発明の目的は、とりわけ、上記問題の１つまたはそれ以上が大きく除外され た冒頭のバラグラフに述べたタイプの表示デバイスを提供することにある。これ は、光起電性の変換器が、列または行電極と補助電圧のための電極との間に設け られていることを特徴とする本発明に従った表示デバイスによって達成される。 光起電性の変換器はここでは、例えば、フォトセルやフォトダイオードまたは これら素子のアセンブリ、または光にさらされたとき電流を供給する何か他の素 子を意味していると理解されるべきである。 本発明の第１の実施の形態は、第１の支持板上の殆どの各画像電極が、第１の 非線形２極スイッチング素子を介して行電極に、そして第２の非線形２極スイッ チング素子を介して同じ行の画素に対して共通である補助電圧のための電極に接 続されていることを特徴としている。 本発明は一般に光源、例えば、ＬＣＤ表示デバイスにおける後側の光源（バッ クライト）の存在を利用し（しかし、他のタイプの表示デバイスにおいてもまた ）；上記光源によって供給される光は、充分な電流が米国特許明細書ＵＳＰ５， １５１，１９６に記述されたタイプの表示デバイスにリセッティングを引き起こ すために供給されるそのような光起電性の効果を生じさせるのに十分である。 行電極上の電圧と、光起電性の変換器によって発生された電圧と共同して共通 電極と行電極間に光起電性の変換器（光発電機）を用意することは、補助電圧が 、行内の画素の行が必要な（分割された）コンデンサの存在なしにリセットされ る共通電極上につくられることを可能にする。これは、行電極の幅がより小さく 選ばれ得る（画素の寸法は同じままで）ことを意味し、その結果、大きなアパー チャが得られる。これは、光源の電力は同じに留まっているけれども、大きな輝 度が得られるという有利さを有する。これは特に、４０cmまたはそれ以上の画像 直径を有している表示デバイスのような高出力の光源を有している表示デバイス に おいて有利さを有するけれども、例えば、２５cm以上の画像直径についてもまた 、改善が得られる。さらに、より多くの電流がリセッティングのために供給され なければならないかなり大きな画素、または多数の列を有している表示デバイス の場合においては、この多量の電流が光起電性の変換器を適用させることによっ て（例えば、フォトダイオードの面を拡大することによって）簡単な方法で得ら れる。 本発明の第２の実施の形態は、第１の支持板上の殆どの各画像電極がＴＦＴス イッチング素子を介して行電極に接続され、そしてそのスイッチング素子のゲー ト電極は同じ行の画素に対して共通である補助電圧のための電極に接続されてい ることを特徴としている。動作中に、連続的な選択と連合した光起電性の変換器 を、行方向に、周期的に照明する光源にさらすことに際して、光起電性の変換器 の順電圧は、ＴＦＴトランジスタが上記照射中はスイッチオンさせ、上記照射の ないときはスイッチオフのままであることを生じさせるように変化する。それに よって、慣習的な多数の行電極を有しない表示素子が作られ得る。 本発明のこれらおよび他の要旨は、以下に記述される実施の形態から明らかに なり、そして実施の形態を参照して明瞭になるであろう。 図面において： 図１は、本発明に従った表示デバイスの一部の等価回路図を概略的に示し、 図２は、本発明に従った表示デバイスの一部を断面図で概略的に示し、一方 図３は、図２の表示デバイスの他の部分を断面図で概略的に示し、そして 図４は、本発明に従った他の表示デバイスの一部の等価な回路図を概略的に示 している。 図面は一定の比に拡大して描かれていない；同じ参照数字は通常同じ部分を参 照する。 図１は、表示デバイス１の一部の電気的な等価回路図を概略的に示している。 このデバイスは、ｎ行およびｋ列に配置された画素２のマトリックスを含んでい る。この例においては、画素２は非線形２極スイッチング素子、この例ではダイ オード３を介して行電極５に接続されている。画素の行は、適切な行を選択する 行電極５を介して選択される。行電極は多重回路１６によって連続的に選択され る。 入ってくる（ビデオ）情報７は、もし必要ならば、処理／制御ユニット８にお いて処理された後、データレジスタ９に蓄積される。データレジスタ９によって 列電極６に供給れさた電圧は、灰色レベルの希望した範囲を調整するのに充分な 電圧範囲をカバーしている。結果として、選択中に、画素２は、画像電極１３， １４間の電圧差および情報を決定しているパルスの持続期間に依存して充電され る。この例においては、画像電極１４は共通の列電極５を形成している。行内の 画素２はさらに、非線形２極スイッチング素子、この例ではダイオード２３を介 して共通電極２５に接続されている。本発明に従って、この場合、種々の感光性 のダイオード２７を含んでいる光起電性の変換器は、各行電極５と連合した画像 電極に接続された共通電極２５との間に接続されている。 図２は、本発明に従った液晶表示デバイス１の一部を断面図で概略的に示して いて、その液晶表示デバイスは、画像電極１３および１４が設けられている、例 えば、ガラスの２個の基板４，４′間に差し挟まれたｔ−ｎ液晶材料１０を含ん でいる。上記画像電極は、一方でダイオード３を介して選択信号を供給するため の行電極５に接続されている。データ信号を供給するために、画像電極１４は、 この例では、共通の細長い形状の電極の形をとった列電極６に接続されている。 この例においては、第１の支持板２上の画像電極は、他方でダイオード２３を 介してともに光発電機２６を形成する幾つかの直列接続された感光性のダイオー ド２７に接続されている。上記ダイオードは非晶質シリコンで作られ、そして、 例えば、pinダイオードまたはショットキーダイオードであり得る。どちらの場 合においても、ダイオードはラテラルダイオードとして組立てられ得る。スイッ チング機能のためのダイオード（ダイオード３，２３）と光発電機のためのダイ オード（ダイオード２７）は、同じプロセスで生産される。 この場合において、透過タイプのデバイスはさらに、図２に示されない光源（ バックライトまたはサイドライト）と互いに偏光が垂直の方向を有している２個 の偏光子１７，１８とを含んでいる。デバイスはさらに、基板の内側表面におい て液晶材料を、この例においては、偏光子の偏光軸の方向に向けさせる配向層１ １，１２を含んでいて、その結果、セルは例えば９０度のねじれ角を有している 。 この場合においては、液晶材料は、正の光学異方性と正の誘電異方性を有してい る。 デバイスの他の部分においては、ともに光起電性の変換器（光発電機）を形成 する幾つか（この場合４個）の直列接続された感光性のダイオード２７は、各行 電極５と連合した画像電極に接続された共通電極２５との間に位置されている。 もし、ダイオード２７が、この例においてデバイスに与えられる光源（バックラ イト）２８にさらされるならば、光電圧Ｖ_Fが光起電性の変換器２６に発生され る。発電機を含んでいる部分を観視者に見えないようにするために、デバイスは 、観視側でこの発電機の位置において覆っている端２９で覆われ得る。この目的 のために、光起電性の発電機２６は、好ましくは表示デバイスの端に位置されて いる。 光電圧Ｖ_Fは、ほぼ０．５から０．７ボルトの平均光電圧Ｖ_Fを有しているフォ トダイオード２７の数（ｍ）によって決定される。非選択中には、画素２上の電 圧は同じに留まっていなければならず、そしてそれは、例えばもし、画素を横切 る電圧が閾値電圧Ｖ_thと飽和電圧Ｖ_satの間の範囲に及び、データ電圧が−１／ ２（Ｖ_sat−Ｖ_th）と＋１／２（Ｖ_sat−Ｖ_th）の間の範囲に及ぶならば、行５と ２５間の電圧は少なくとも２・（Ｖ_sat−Ｖ_th）である。この場合においては、 ダイオード３，２３を介した伝導は生じない。慣習的な液晶材料の場合において は、２・（Ｖ_sat−Ｖ_th）はほぼ６ボルトであり、その結果、ｍはほぼ１０であ る。 フォトダイオードの表面は、供給されるべき光電流の関数として選ばれ得る。 例えば、ほぼ２５cmまたは４０cmまたはそれ以上の直径を有するイメージ形式の ために、フォトダイオードの表面は、画素が充分に速くスイッチすることを確実 にするために供給されるべき電流の量に適合され得る。 選択中には、例えば、画素は最初にダイオード３（そしてそれは、もし必要な らば、ダイオードと直列または並列に配置される冗長スイッチの形をとり得る） を介して正に充電される（電極１３に関して電極１４）。液晶材料を横切るＤＣ 電圧の結果としての縮退を打ち消すために、デバイスは、好ましくは画素を横切 るＡＣ電圧によって動作させられる。この目的のために、データ電圧は各続いて 起る画像期間に反転されて与えられる。続いて起る選択中に画素が負に充電され る前に、行の接続５には続いて起る選択に先行する行の期間に正の電圧が供給さ れ、その結果、画素２は、画像表示を意図した範囲の境界かまたはその範囲を超 えた電圧に光発電機２６を介して負に充電される。続いて起こる選択の期間にお いては、適当に選択された選択電圧が、画素を印加した列の電圧に相当する値に 充電するために使用される。 図４は、薄膜トランジスタ４０（ＴＦＴｓ）がスイッチング素子として使用さ れている、本発明に従った表示デバイスの実施の形態を示している。簡単のため に、４個の画素２のみが示されている。画素の行は、適切な行を選択する行電極 ５を介して再び選択される。行電極は各々抵抗器４５を介して接地に接続され、 そして適切な光起電性の変換器２７を、例えば、光源４２によって発生される走 査している光ビーム４１にさらすことによって選択電圧が連続的に供給される。 光起電性の変換器２７が行電極５と補助電圧Ｖ_auxを供給するための電極２５と の間に配置され、その結果、光にさらしまたはさらさないことに依存して、ＴＦ Ｔトランジスタのゲート電極４３上の電圧はＶ_aux＋Ｖ_Fと０ボルトの間を変化す る（Ｖ_Fは光起電性の変換器の順電圧である。１個に限られる光起電性の変換器 におけるフォトダイオード２６の数は、Ｖ_auxの選択によって決定される。）。 伝導（トランジスタの選択）中に、画素２と連合したコンデンサは充電される。 この目的のために、各トランジスタ４０は画像電極１４に接続されている。この 例においては、画像電極１３は、固定電位、この例ではＶ_comに接続された１個 の共通の反対電極４４を形成している。さて、光起電性の変換器が選択的に照明 されるとき、それらは、表示デバイスのための実際の照明、例えばバックライト から遮蔽される。走査している光源の使用は、一般に多量の行接続がなしで済ま されることを可能にする。 勿論、本発明はここに示された例に限られない。例えば、第１の例において反 射型の表示デバイスを使用することも代案として可能であり、その中においては 、入射光が画像表示のために変調される。この場合においては、覆っている端２ ９と同様に光源（バックライト）２８はなしで済まされる。 図４に示されるデバイスにおいては、データ信号が列電極に与えられるだけで なく、１つまたはそれ以上の選択期間（の一部）中に、例えば、米国特許明細書 ＵＳＰ４，９７６，５１５に記述されているような、強誘電性液晶材料に基づい た表示デバイスにおけるリセッティングのための信号も与えられる。 画素の多数の連続的な行をリセットするために１個の光起電性の変換器を使用 することも、また可能である。 図４に示されるトランジスタ４０はまた、適当な電圧源に接続されそして非選 択期間中に照明される第２の光起電性の変換器によって（抵抗器４５の代わりに ）非伝導にされ得る。 抵抗器４５（または、光起電性の変換器）は、もし周期的なパルスの形状をし た電圧Ｖ_auxが選択され、そしてＴＦＴ４０が非伝導になるそのような低い値に Ｖ_auxが達した後に行と連合した変換器の照明がターンオフされるならば、完全 になしで済まされ得る。 要約すれば、本発明は、内部の補助制御電圧が光起電性の変換器を介して得ら れる表示デバイスに関する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．行と列に配置された画素が具えられ、画素は互いに向かい合っている支持板 の表面の画像電極によって境界が画定され、そして各画素はスイッチング素子を 介して列電極または行電極に接続されていて、第１の支持板と第２の支持板の間 に電気−光学的媒体を含んでいる表示デバイスにおいて、光起電性の変換器が、 列または行電極と補助電圧のための電極との間に設けられていることを特徴とす る表示デバイス。 ２．請求の範囲第１項記載の表示デバイスにおいて、第１の支持板上の各画像電 極は、第１の非線形２極スイッチング素子を介して行電極に、そして第２の非線 形２極スイッチング素子を介して同じ行の画素に対して共通である補助電圧のた めの電極に接続されていることを特徴とする表示デバイス。 ３．請求の範囲第２項記載の表示デバイスにおいて、表示デバイスは、画像表示 のための電圧範囲内で画素を横切って電圧を印加するためにそれぞれ列電極と行 電極にデータ電圧と選択電圧を印加するための駆動手段と、そのうえ画素選択の 前に画像表示のための電圧範囲の境界かまたは範囲を超える電圧まで画素を充電 するための手段を含んでいることを特徴とする表示デバイス。 ４．請求の範囲第２項または第３項記載の表示デバイスにおいて、表示デバイス は光源を含んでいることを特徴とする表示デバイス。 ５．請求の範囲第１項記載の表示デバイスにおいて、第１の支持板上の各画像電 極はＴＦＴスイッチング素子を介して行電極に接続され、そしてそのスイッチン グ素子のゲート電極は同じ行の画素に対して共通である補助電圧のための電極に 接続されていることを特徴とする表示デバイス。 ６．請求の範囲第５項記載の表示デバイスにおいて、表示デバイスは、動作中に 、選択されるべき画素の行と連合した光起電性の変換器を照明する光源を含んで いることを特徴とする表示デバイス。 ７．光起電性の変換器は幾つかの直列配置された感光性のダイオードを含んでい ることを特徴とする表示デバイス。 ８．先行する請求の範囲のいずれか１項記載の表示デバイスにおいて、光起電性 の発電機は表示デバイスの端に位置されていることを特徴とする表示デバイス。 ９．先行する請求の範囲のいずれか１項記載の表示デバイスにおいて、表示デバ イスは少なくとも２５cmの対角線を有している画像面積を含んでいることを特徴 とする表示デバイス。 10．先行する請求の範囲のいずれか１項記載の表示デバイスにおいて、表示デバ イスは少なくとも４０cmの対角線を有している画像面積を含んでいることを特徴 とする表示デバイス。