JPH08254707A - ピクセルエレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サブピクセル画像情報をディスプレイするこ
とが可能なディスプレイピクセルエレメントを提供す
る。 【解決手段】 電圧は電極１６乃至２２へ印加され、一
つは電界電極２６へ印加される。電圧は全てが互いに基
準化され、当該電極１６乃至２２へ印加された電圧は抵
抗層１４を流れる電流を生じ、得られた空間的に変化す
る電圧が空間的に変化する電界を生成する。光源からの
光が偏光され且つピクセルエレメント１０へ入射した
時、空間的に変化する電界が液晶材料を誘導して当該液
晶材料を介した入射光の透過を空間的に変化させる。こ
れによりピクセルエレメント１０はピクセルの内部で空
間的に変化可能な光透過を達成する。液晶材料の特性に
応じたサブピクセルの分解能で入射光の位相、振幅、波
長及び／又は偏光は空間的に変調される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像ディスプレイ技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の画像ディスプレイはピクセルの概
念をベースにしている。従来の技術において、ピクセル
（画素）は、独立して調整され得る画像の最小エレメン
トを示した。複合画像は個別のピクセルの全部の合計か
ら構成されていた。画像の各ピクセルは、ピクセルエレ
メント、即ちピクセルをディスプレイさせるデバイス、
によって発生されるべきである。所与の画像は何百万も
のピクセルを備えるので、何百万ものピクセルエレメン
トがその完全な分解能で画像をディスプレイすることが
必要とされる。

【０００３】従来の技術においては、ピクセルの強度が
完全にオフか又は完全にオンかの一方を示すバイナリ
値、及びピクセルの強度レベルが値の範囲全体にわたっ
て完全オフから完全オンへ連続的に又は段階的に均一に
変化することを示す濃度値、の二つの基本的なタイプの
ピクセルがあった。

【０００４】従来の技術のピクセルのいづれか一方のタ
イプを用いて画像をディスプレイすることは比較的簡単
である。ピクセルエレメントを単に所与の強度にセット
すればよい。しかしながら、エッジのディスプレイ、特
に、高い位置精度を有するエッジのディスプレイはもっ
と難しい。エッジは、一つのレベルからコントラストレ
ベルまで強度が空間的に急峻な遷移を行う画像の一部で
ある。位置精度は、ディスプレイされた画像内の他の特
徴に相対してエッジを配置する際の精度を示す。従来の
技術のピクセルエレメントを用いてエッジをディスプレ
イすることに伴う根本的な問題は、各ピクセルエレメン
トが空間的に均一な強度を有すること、即ちピクセルエ
レメントの強度が空間的に一定していたこと、である。
従って、ピクセルエレメント内でエッジが生じた時、こ
のエッジの位置は、当該ピクセルエレメントの境界に対
応する離散的ステップで近似され得るにすぎない。しか
しながら、これが問題を生じる。人間の視覚は、解像さ
れた最小の周期的特徴より少なくとも１０倍小さい相対
的エッジのオフセットを検出することが可能であるので
（この効果はエッジの鋭さと呼ばれる）、眼は、ピクセ
ルエレメント境界によってレンダリングされる離散的ス
テップに対して敏感である。従って、高品質な視覚画像
を形成するためには極めて高い位置精度が必要とされ
る。

【０００５】位置精度を改良することの一つの方法は、
ディスプレイのピクセルエレメント濃度を高めることで
ある。しかしながら、ピクセルエレメント濃度が特定の
レベルより高くなった時、個別のピクセルエレメントの
製造と必要とされる画像データの記憶及び処理が難しく
なる。ピクセルエレメント濃度を高めることは、それ
が、エッジの鋭さを改良することのみを目的として高濃
度のピクセルエレメントを使用する点で不経済である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、サブピクセル
の画像情報をディスプレイすることができる新しいタイ
プのディスプレイ用ピクセルエレメントが有利である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ピクセルエレ
メント自体の内部で空間的変調のバリエーションを生成
することができるピクセルエレメントを提供する。この
ようなピクセルエレメントから作成されたディスプレイ
は、サブピクセルの精度によってエッジの位置をディス
プレイすることが可能である。本発明の原理によるピク
セルエレメントは、少なくとも一つのラテラル電極セッ
トの間に配置された抵抗層を含む。抵抗層上に電子光学
的材料（例えば、液晶層）が配置される。電子光学的材
料上に電界電極が配置される。動作上、（当該電圧構成
要素が電界電極に対して参照される）電圧の差は、抵抗
層を介して印加される。このように得られた抵抗層を横
切る電流が、抵抗層を横切って空間的に変化する電圧を
生成する。当該空間的に変化する電圧が、電界電極と抵
抗層の間に空間的に変化する電界を生成する。当該空間
的に変化する電界が液晶材料をして当該液晶材料を介し
た光の透過を空間的に変調させる。従って、抵抗層を横
切る電圧を変化させることによって及び／又は電界電極
に印加された電圧を変化させることによって、電子光学
的材料を介した光の変調量の変化が達成される。

【０００８】本発明の態様は、電流を導通することが可
能な第１の抵抗層と、前記第１の抵抗層と電気的に接続
され、前記第１の抵抗層を横切って電圧の変化が生じる
ように、電圧ソースが前記第１の抵抗層を介して電流を
誘導するのを可能にする少なくとも二つのラテラル電極
と、前記第１の抵抗層から変位され、前記第１の抵抗層
と第１の電極の間で電界が生成されるのを可能とする第
１の電極と、前記第１の抵抗層と前記第１の電極の間に
配置された電子光学的材料と、を備えたピクセルエレメ
ントであって、前記第１の抵抗層を横切る電圧の変化と
前記第１の電極に印加された電圧が前記電子光学的材料
を介した光の透過を空間的に変化させる、ことよりなる
ピクセルエレメントである。

【０００９】本発明の他の態様が以下の記述が行われる
と共に図面を参照されることによってより明確に理解さ
れよう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面において同様の参照番号が同
様の構成要素を示していることに留意されたい。更に、
以下の文は、図面に関係する種々の（右、左、頂、底、
上、下のような）方向表示を含む。当該方向表示は本発
明をより良く理解してもらうためのものであり、これに
限定されるものではない。

【００１１】本発明は、空間的な光の変調のバリエーシ
ョンをピクセルエレメント自体の内部でディスプレイす
ることが可能なピクセルエレメントを提供する。サブピ
クセルの精度によってエッジの位置を表示することがで
きるディスプレイが本発明のピクセルエレメントから作
成され得る。

【００１２】本発明の原理によるピクセルエレメントは
少なくとも１セットのラテラル電極の間に配置された抵
抗層を含む。抵抗層は、（単位長当たり一定の抵抗値を
有する）等方性であってもよいし、方向又は位置が変化
する抵抗値を有していてもよいし、及び／又は導電性記
憶ノードを含んでいてもよい。液晶材料が抵抗層上に配
置されている。この液晶材料上に電界電極が配置されて
いる。動作上、（その電圧構成要素が電界電極に対して
参照される）電圧の差が抵抗層を横切って印加される。
これによって得られた電流が当該抵抗層を横切って空間
的に変化する電圧を誘導する。当該空間的に変化する電
圧が、電界電極と抵抗層の間で空間的に変化する電界を
生成する。当該空間的に変化する電界が、液晶材料に、
透過された光の空間的に変化する変調を実施させる。従
って、抵抗層を横切る電圧を変化させることによって及
び／又は電界電極に印加された電圧を変化させることに
よって、液晶材料全体を介した空間的に変化する光の透
過が達成され得る。電荷記憶ノードと、抵抗値のスイッ
チが可能な抵抗層とが使用された場合、空間的に変化す
る光透過は、電界電極電圧が取り去られた後のある期間
にわたって存在することができる。

【００１３】液晶材料の電界に対する応答は使用される
特定の材料の特性に依存する。この応答は、光の変調が
局所電界に正比例して変化する線形応答から閾値電界が
存在する極度の非線形応答まで変化するように形成可能
である。閾値より下の電界に関しては、光の透過は、一
つの極値、例えば完全オフ状態にセットされ、これとは
反対に、閾値より上の電界に関しては、光の透過は、相
補的極値、例えば完全オン状態にセットされ得る。従っ
て、本発明によるピクセルエレメントは、（例えば、エ
ッジの値の間で双線形補間された）連続比例応答とバイ
ナリ応答との間の範囲にわたる内部変化をレンダリング
することができ、この内部変化においては、階段状のエ
ッジが当該１ピクセルエレメントにわたり連続変換され
ることができる。個々のピクセルエレメントを１次元又
は２次元アレイへ配列することによって、サブピクセル
のエッジの位置決めが可能な、完全なディスプレイが作
成され得る。

【００１４】本発明の原理のより詳細な理解は、図１及
び図２に示された第１の実施の形態のピクセルエレメン
トを検討することによって得られる。ピクセルエレメン
ト１０は、光学的に透過性の基板１２（図１にのみ示
す）から成り、当該基板上に、光学的に透過性の抵抗層
１４が配置されている。本発明のデバイスが透過性モー
ドではなくて反射モードで使用される場合、基板及び抵
抗層は不透明になる。抵抗層は、単位面積当たり一定の
抵抗値を有することもあれば、そうでないこともある。
更に、抵抗層１４の形状は正方形であるが、アプリケー
ションによっては、長方形、三角形、六角形、及び円を
含む他の形状が有利であることもある。

【００１５】抵抗層１４の各コーナーには電極、本発明
の実施の形態における電極１６乃至２２が配置されてい
る。最も簡単なピクセルエレメントは、一つのセット
（２個）の電極しか有さないが、各コーナーに電極を配
置すれば、複雑な電界分布、従って複雑な光の分布パタ
ーンが生成されるのが可能とされる。液晶材料の層２４
が、抵抗層１４と電極１６乃至２２上に配置されてい
る。当該液体材料上に光透過性の電界電極２６が配置さ
れている。最後に、当該電界電極上に光透過性のパッシ
ベーション層２８が配置されている。液晶材料２４が、
電界電極２６と基板−抵抗層−電極の構造体との間にサ
ンドイッチ形状に配置されていることに注目されたい。
電流分布ライン、絶縁層、及び光ブロック（遮断）エレ
メントのような更なる構造体は、ディスプレイ設計の当
業者に明確な方法で追加することができる。

【００１６】動作上、電圧は電極１６乃至２２へ印加さ
れる。更に、一つの電圧が電界電極２６へ印加される。
これらの電圧は，全て同じか、全てが異なるか、又はい
くつかが他の電圧と等しいが残りの電圧とは異なること
が可能であるが、これらの電圧は全てが互いに基準化さ
れる（即ち、これらは共通の基準点を有している）。電
極１６乃至２２へ印加された電圧は、抵抗層１４を横切
って流れる電流を生じる。これによって得られた空間的
に変化する電圧は、空間的に変化する電界を生成する。
光源（図示なし、基板１２の下にあると仮定される）か
らの光が偏光され、ピクセルエレメント１０へ入射され
た時、空間的に変化する電界は液晶材料を誘導して、当
該液晶材料を介した入射光の透過を空間的に変化させ
る。これによって、ピクセルエレメント１０は、ピクセ
ルの内部で空間的に変化することができる光透過を達成
する。実際、液晶材料の特性に応じて、入射光の位相、
振幅、波長、及び／又は偏光がサブピクセルの分解能に
よって空間的に変調され得る。

【００１７】第１の実施の形態のピクセルエレメント１
０はその利点を有しているが、図３は幾つかのアプリケ
ーションにおいて好ましいとされる他の実施の形態のピ
クセルエレメント３０を示す。（以下に記述される）区
画化された抵抗層構造体が連続的な抵抗層１４と代替さ
れることを除いて、図３は、図１及び図２に示したピク
セルエレメントと同様のピクセルエレメントを示す。

【００１８】詳細には、ピクセルエレメント３０は、イ
ンジウム錫酸化物の光学的に透過性のゲート電極３４が
配置された光学的に透過性の基板３２を含む。ゲート電
極は次いで有利となるようにシリコン窒化物からなる誘
電体層３６によって被覆される。誘電体層３６上にｎタ
イプの非晶質シリコン層が配置されている。非晶質シリ
コン層は、複数の区画化された記憶ノード３８、及び二
つの集合コンタクト４０、４２のみが図３に示された四
つの集合コンタクト、にフォトグラフィックにパターン
化される。集合コンタクトは、次いで、金属電極、本発
明の実施の形態による電極４４、４６、４８、及び５０
によって被覆される。金属電極は有利にするためにアル
ミニウムから作られている。集合コンタクト４０及び４
２は電極４４及び５０によって被覆されている。図示さ
れていない二つの集合コンタクトは電極４６及び４８に
よって被覆されている。

【００１９】記憶ノード及び集合コンタクトの露光部分
は、活性層５２を形成するドープされない非晶質シリコ
ンの層によって被覆される。この活性層は記憶ノードそ
して集合コンタクトと低い抵抗値で接触するように形成
される。これによって得られた構造体は液晶材料５４に
よって被覆される。液晶材料は、接地（又は他の適切な
電位において）において金属コーティング５８を有する
透過性金属コーティングされたガラスカバー５６（この
カバーはプラスティックでもよい）によって封じ込めら
れる。図３に示されているように、金属コーティング５
８は液晶材料に隣接するように位置される。

【００２０】記憶ノード３８は等電位のサブピクセルと
して作用する。ゲート電極３４に印加されたゲート電圧
は、活性層が高い抵抗値状態から低い抵抗値状態に遷移
されるスイッチの如く作用するように、活性層５２の抵
抗値を調整する。印加されたゲート電圧が活性層をオン
にする（活性層が低い抵抗値を有する）時、電極４４乃
至５０へ印加された電圧が電流を流れさせ、これによっ
て記憶ノード３８上に電荷が生じることになる。ピクセ
ルエレメント３０は、電極へ印加された電圧が当該ピク
セルエレメントを介した光の透過を調整する点ではピク
セルエレメント１０と同様に作用する。しかしながら、
ゲート電極３４へ印加された電圧が活性層をオフにする
（活性層が高い抵抗値へ切り換えられる）時、記憶ノー
ド上の電荷はトラップされる。これらのトラップされた
電荷は、液晶材料を横切って局所電界を維持すべく作用
すると共に、ピクセルエレメント３０を介した上記の光
透過も保持すべく作用する。電極に印加されるあらゆる
電圧は、ピクセルエレメントの光透過特性へ殆ど影響を
与えない。

【００２１】活性層５２がオフである時、各記憶ノード
３８の放電時間は、積Ｒ_off Ｃによって付与され、ここ
で、Ｒ_off は、記憶ノードと集合ノードの間の活性層の
オフ状態の抵抗値であり、Ｃは記憶ノードのキャパシタ
ンスである。大部分のアプリケーションに対して、Ｒ
_off Ｃは、リフレッシュタイム、τの約３倍であるべき
である。書き込み時間、つまり各記憶ノードへ電荷を蓄
積するために必要とされる時間は、約Ｒ_onＣであり、こ
こで、Ｒ_onは、活性層のオン状態の抵抗値である。Ｒ_on
はτよりかなり短時間でなければならない。これらの条
件は、非晶質又は多結晶シリコンフィルムを用いて簡単
に達成される。

【００２２】図１乃至図４は本発明の種々の実施の形態
を示しているが、これらは例示を目的としているにすぎ
ないことが理解されよう。本発明の原則を逸脱しない限
りは、図示されている実施の形態の多数の変形や応用が
認められる。例えば、図５は、図１及び図２に示された
連続層のピクセルエレメントの可能な変形を示すのに有
用である。図５は、二つの抵抗層、下部層１０２と上部
層１０４を拡大して示している。下部層１０２の反対側
に沿って電極１０６と１０８が取付けられている。上部
層１０４の反対側に沿って電極１１０及び１１２が取付
けられている。図５に示されているように、電極１０６
と１０８は第１の方向で位置合わせされているが、電極
１１０及び１１２はこの第１の方向と垂直に位置合わせ
されている。

【００２３】ところで、図１及び図５で必要なところを
参照すると、図１及び図２に関して記述されているピク
セルエレメント１０と、図５に追加されて描かれたピク
セルエレメントの変形との違いは、下部層１０２と電極
１０６及び１０８が、基板１２上の抵抗層１４と電極１
６乃至２２と置き換えられ、上部層１０４と電極１１０
及び１１２が、電界電極２６と置き換えられる。図１の
液晶材料２４が上部抵抗層と下部抵抗層の間にサイドイ
ッチ形状に置かれることに注目されたい。

【００２４】変形の動作は、共通の基準点を共有する電
圧を電極１０６乃至１１０へ印加することを含む。これ
らの電圧は上部抵抗層及び下部抵抗層を横切ってそれぞ
れ電流を誘導する。上部抵抗層及び下部抵抗層を横切っ
てこれによって得られた電圧の降下は、液晶材料を横切
って空間的に変化する電界を生じる。当該空間的に変化
する電界は、液晶材料を介して空間的に変化する光の透
過を生じる。種々の電極に印加された電圧を変化させる
ことによって、異なる光の透過特性が、液晶材料を介し
て達成され得る。

【００２５】本発明によるピクセルエレメントは個別的
に興味深く且つ有用であるが、これらのピクセルエレメ
ントの最も有用なアプリケーションは、ディスプレイを
形成するピクセルエレメントの１次元又は２次元のアレ
イのためのアプリケーションである。例えば、図６は、
三つのコラム、ｊ、ｊ＋１、ｊ＋２、及び二つのロー、
ｉ、ｉ＋１、になるように編成された６個のピクセルエ
レメント３０の２次元アレイを備えたディスプレイ２０
０を示す。示されているように、各コラムのピクセルエ
レメントは、コラムライン１４２乃至１４５にそれぞれ
接続された電極４４乃至５０を有する。各ロー内のピク
セルエレメントはローライン１４６に接続されたゲート
電極３４を有する。各ピクセルエレメントを介した光の
透過は、アクティブマトリックスアドレス方式か、又は
液晶が満足できるほど高い閾値電界を有している場合は
パッシブマトリックス方式のいづれか一方を用いて、シ
ーケンシャルにセットされることができる。アドレッシ
ングは、コラムｊのようなコラムライン１４２乃至１４
５へピクセル情報電圧を印加し、次いでピクセルエレメ
ントの内のローｉのようなローを接続するローライン１
４６へゲートターンオン電圧を印加することによって、
実行され得る。ローｉが選択され、ピクセル情報電圧が
コラムｊへ印加された場合、ピクセルエレメント２００
が使用可能とされる。次いで、ピクセル情報電圧は、ピ
クセルエレメント２００の光透過特性をセットする。ゲ
ートターンオン電圧が除去された時、ピクセルエレメン
トの記憶ノード上にトラップされた電荷は、当該ピクセ
ルエレメントの光透過特性を保持するように作用する。

【００２６】図６は、本発明によるピクセルエレメント
から成るディスプレイの一例のみを示す。図示されたデ
ィスプレイの多数の変形及び応用と／或いは種々のピク
セルエレメントの実施の形態との組み合わせが可能であ
る。

【００２７】添付図面及び上記の明細書中の記述を用い
て本発明について説明してきたが、これらは例示を目的
とにするにすぎない。本発明の原理の範囲を逸脱しない
限り、図示されている実施の形態の多数の変更や応用が
認められるであろう。従って、本発明は添付クレームに
よってのみ限定される。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、サブピクセルの画像情報をデ
ィスプレイすることができる新しいタイプのディスプレ
イピクセルエレメントを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理による第１の実施の形態のピクセ
ルエレメントを示す略側面図である。

【図２】図１に示されたピクセルエレメントを上から見
た平面図である。

【図３】図１及び図２に示されたピクセルエレメントと
同様であるが、他の抵抗層を有する他のピクセルエレメ
ントを示す略側面図である。

【図４】図３に示されたピクセルエレメントを上から見
た平面図である。

【図５】下部抵抗層と上部電界電極が下部抵抗層と上部
抵抗層に置き換えられた、図１及び図２に示したピクセ
ルエレメントの変形を示す図である。

【図６】図３に示されたピクセルエレメントのアレイを
示す図である。

【符号の説明】

１０ ピクセルエレメント １２ 基板 １４ 抵抗層 １６、１８、２０、２２ 電極 ２０ 記憶ノード ２４ 液晶材料 ２６ 電界電極 ２８ パッシベーション層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービッド ケイ．ビーゲルセン アメリカ合衆国 94028 カリフォルニア 州 ポートラ ヴァレー ミモサ ウェイ 200 (72)発明者 デービッド エイ．ジャレド アメリカ合衆国 94040 カリフォルニア 州 マウンテン ビュー コンティネンタ ル サークル 707 ナンバー516 (72)発明者 リチャード エル．ウェイスフィールド アメリカ合衆国 94024 カリフォルニア 州 ロス アルトス オールド ランチ ロード 11520

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流を導通することが可能な第１の抵抗
   層と、 前記第１の抵抗層と電気的に接続され、前記第１の抵抗
   層を横切って電圧の変化が生じるように、電圧ソースが
   前記第１の抵抗層を介して電流を誘導するのを可能にす
   る少なくとも二つのラテラル電極と、 前記第１の抵抗層から変位され、前記第１の抵抗層と第
   １の電極の間で電界が生成されるのを可能とする第１の
   電極と、 前記第１の抵抗層と前記第１の電極の間に配置された電
   子光学的材料と、 を備えたピクセルエレメントであって、 前記第１の抵抗層を横切る電圧の変化と前記第１の電極
   に印加された電圧が前記電子光学的材料を介した光の透
   過を空間的に変化させる、 ことよりなるピクセルエレメント。