分割電極構造を備える液晶ディスプレイ
【課題】ＰＤＬＣ層とＥＬ層に対する駆動電圧を最適化でき、かつコスト削減、均一性向上、かつ構造が簡単なＰＤＬＣ光シャッターおよびディスプレイを提供する。
【解決手段】
第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを備え、第１の電極および第２の電極は、第３の電極によって、互いに容量結合される光シャッターが開示される。第１の電極および第２の電極は、複数のセグメント電極に分割可能であり、各セグメント電極は、独立してアドレス可能である。基板の同一面側に積層配置された光シャッターとＥＬパネルを備えるディスプレイにおいては、光シャッターとＥＬパネルの動作のために、共通フロント電極と分割された複数のリア電極とが配置される。共通フロント電極は電気的にフローティングになされ、複数のリア電極は、共通フロント電極を介して互いに容量結合される。リア電極は複数に分割され、かつそれぞれ独立してアドレス可能である。
【解決手段】
第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを備え、第１の電極および第２の電極は、第３の電極によって、互いに容量結合される光シャッターが開示される。第１の電極および第２の電極は、複数のセグメント電極に分割可能であり、各セグメント電極は、独立してアドレス可能である。基板の同一面側に積層配置された光シャッターとＥＬパネルを備えるディスプレイにおいては、光シャッターとＥＬパネルの動作のために、共通フロント電極と分割された複数のリア電極とが配置される。共通フロント電極は電気的にフローティングになされ、複数のリア電極は、共通フロント電極を介して互いに容量結合される。リア電極は複数に分割され、かつそれぞれ独立してアドレス可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイに関し、特に、分割され、かつ共通電極に対して容量的に結合する分割電極を有する液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
[用語解説]
ここで使用される用語は以下の通りである。すなわち、“ディスプレイ”とは、ビジュアル形式で見る人に対して情報を提供するデバイスである。
【０００３】
“グラフィック”とは、テキスト、記号、任意の形状、或いはこれらの内の幾つかの組み合わせである。グラフィックは、半透明、散光性、陰影性、色彩性、シルエット、或いは輪郭、若しくはこれらの内の幾つかの組み合わせから形成されていても良い。グラフィックは、ポジティブ表示（ホワイト地の上のブラック）或いは、ネガティブ表示（ブラック地の上のホワイト）であっても良く、ここでホワイトは、散光性、陰影性など表現されていても良い。
【０００４】
“蛍光体（phosphor）”は、単一型の蛍光体に限定されず、ドーパント型であっても良く、かつカスケード型蛍光体、カラー色素増感のための色素であっても良い。
【０００５】
“ＥＬ層”は、蛍光体および誘電体あるいは蛍光体および誘電体の分割された層を含む層である。
【０００６】
“ＥＬランプ”は、すくなくとも一方が透明な２つの電極間に配置されたＥＬ層を含む厚膜、容量性デバイスである。蛍光体は、電圧が電極に印加されたとき発光する。“ＥＬパネル”は、共通基板上に配置された複数のＥＬランプからなる。ＥＬランプは、互いに独立に動作されていても良く、或いは一斉に動作されていても良い。ＥＬランプの駆動には、交流を用いる必要がある。
【０００７】
“厚膜”ＥＬランプは、ＥＬランプの一つの形式に対して使用され、“薄膜”ＥＬランプは、ＥＬランプの別の形式に対して使用される。その用語は、単に広く、実際上の厚さに関係して使用され、かつ実際上明確な規律を表す。薄い、厚膜ＥＬランプという表現は用語上矛盾するものではなく、このようなランプは、薄膜ＥＬランプよりもずっと厚さが厚い。
【０００８】
“不透明（Opaque）”とは、光が伝搬しないということを意味するものではなく、伝搬される光の量が実質的に低減され、例えば、入射光の１５％に低減されることを意味する。
【０００９】
“オーバーレイ配置（Overlying）”或いは、“アンダーレイ配置（underlying）”という用語は、方向性を意味するものではなく、単に材料の層が、コンタクトの有無にかかわらず、互いに対向する主表面を有することを意味する。しかも、その表面は、必ずしも平坦でなくても良い。
【背景技術】
【００１０】
液晶ディスプレイは、すくなくとも一方の電極が透明な２つの電極間に挟まれた誘電体（液晶）を有する容量的構造として構成される。２つの電極はともに透明電極であってもよい。この場合、例えば、寸法的に安定で透明なプラスティックのシート状の透明基板上に、スパッタリングで形成されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が典型的な材料として用いられる。グラフィック情報、若しくは数値情報を提供するためには、少なくとも一方の電極は、パターン形成されている必要がある。典型的には、このパターン形成には、マスクをスクリーン印刷し、ＩＴＯ層をエッチングする工程が含まれる。このエッチング工程は化学的な処理であり、それに伴う問題点があり、コスト、操作性及び浪費的な処理のために問題点が発生する。
【００１１】
最近の２０年間では、例えば、パールマンによる特許文献１に開示されたように、特定のクラスの材料、すなわち、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）として知られている材料が、液晶ディスプレイ用に開発されている（例えば、特許文献１参照。）。ＰＤＬＣ材料を用いる液晶ディスプレイでは、ピークツウピ−クで６０〜１２０Ｖの交流で動作し、初期の液晶材料がずっと低い電圧で動作していたのと比べると、大きく異なり、しかも、ＰＤＬＣ材料を用いる液晶ディスプレイでは、偏光板が不要である。時として、“オプティカルシャッター”と呼ばれるＰＬＤＣは、従来型ディスプレイの領域外に応用分野を広げている。
【００１２】
一方、例えば、エイキンスらによる特許文献２には、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）バックライトおよびタッチスクリーンと組み合わされた構成の液晶ディスプレイも開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２においては、液晶ディスプレイはキーパッドの一部を構成し、キーパッドは、０−９、＊および ＃などの電話のボタン及び他のコントロールボタンのイメージを有するマスク層を備える。液晶ディスプレイおよびＥＬバックライトは、共通の基板を共有することができることも開示されている。
【００１３】
例えば、特許文献３には、基板の同一面側に液晶ディスプレイとＥＬバックライトを備える構成の液晶ディスプレイが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。同様の構成は、アドリアン・エイチ・キタイらにより特許文献４においても開示されている（例えば、特許文献４参照。）。他の組み合わせ構成も技術的に知られている。すなわち、例えば、クーセラによる特許文献５および阿部らによる特許文献６には、基板の反対面側に液晶ディスプレイとＥＬバックライトを備える構成の液晶ディスプレイも開示されている（例えば、特許文献５および特許文献６参照。）。カラー性能、反射率、光の分散性能など光学的な性能に影響を及ぼすために、さまざまな中間層或いは外部の層を配置することが技術的に知られている。このような液晶ディスプレイは、典型的には、前面（フロント）から裏面（リア）に形成されている。すなわち、基板上に配置された第１層が透明なフロント電極となる。引続き形成される複数の層は、フロント電極を被覆するため、フロント電極に対して電気的なコンタクトを取ることが難しくなる。また、フロント電極からコンタクトの接続点までの抵抗値を低減するためには、バスバー電極を使用する必要があるが、このようなバスバー電極は、その配置と厚さが平坦でないということに関して、付加的な問題引き起こす。特に、マルチセグメント型の液晶ディスプレイにおいて、顕著となる。
【００１４】
ＥＬデバイスは、任意の印加電圧に対して、その値に応じて発光する。有効な量の光を得るためには、一般的には、実効値６０Ｖ以上の電圧を印加する必要がある。液晶デバイスは、スイッチにむしろ近い動作をする。すなわち、液晶デバイスは、印加電圧が、例えば、実効値８０Ｖのような特定のしきい値電圧に到達するまでは、内部状態を変化させることはない。ＰＤＬＣの場合には、しきい値電圧の値は、実効値１０−４０Ｖである。しきい値応答特性は、完全な矩形応答にはならない。ＰＤＬＣの構成材料の厚みに印加される電圧は、ある傾きを有するからであり、完全な矩形応答となることは不可能だからである。しかしながら、例えば、クッチャ−らによる特許文献７に開示されたように、特に、ＥＬランプの電圧に対する粗い線形応答特性と比べれば、ＰＬＤＣのしきい値応答変化は、相対的に急峻である（例えば、特許文献７参照。）。
【００１５】
特許文献５および特許文献６に開示されたように、一対の電極間に配置されたＥＬ素子とＰＤＬＣを駆動することは、必ずしも直接的な解決方法ではない。幾つかの応用例に対して、その回答は簡単なものである。ＰＤＬＣに十分に大きな電圧を印加してオプティカルシャッターを開くことによって、ＥＬランプは発光する。マルチセグメント型ディスプレイに対しては、ＥＬ素子とＰＬＤＣを同時に駆動することは、導電性ラインを引き回すルート設定の問題点から、単純な解決法は得られていない。
【００１６】
特定のディスプレイに対してある技術を選択することは、コストの問題ではなく、競合する利点とのバランスの問題である。携帯電話の場合には、使用時にユーザが室内で使用するかすくなくとも直射日光のもとでは使用しないという仮定に基づいて、特定の技術を選択する。換言すれば、ディスプレイの可視可能性は、液晶のバックライト輝度に依存しているため、強い光の下では、ディスプレイの内容は、ほとんど失われてしまう。数多くの液晶ディスプレイは、反射型バックライト照射機能に依存している。すなわち、周辺光に応じて、バックライト照射量を増減することによって、ディスプレイの内容を見えるように維持している。ある種のディスプレイにおいては、バックライト機構と液晶モジュール間に、“透過反射（transflective）”層を備えることによって、バックライト照射量の増減に対応する両方の機能を最大限に実現する試みが行われている。
【００１７】
スクリーン印刷とロールコーティングは、ＥＬランプやその他のデバイスの製造方法として、ともによく知られた処理方法である。スクリーン印刷の問題点は、少しずつ個別の形式で製品を取り扱うため、そのコストが係り、またハンドリングが煩雑となるという点にある。液晶材料をロールコーティングする処理上の問題点は、最初に堆積された電極に対して電気的なコンタクトを取るためのアクセス手段を提供する必要があるという点にある。エッチング処理は、数多くのステップを要する点と環境上不都合な材料がエッチングに対して用いられる可能性があるという点で、コストを要する。リッチ−らによる特許文献８に開示されているような他の有用な解決方法も存在するが、第１の電極の配置が限定されている（例えば、特許文献８参照。）。
【００１８】
例えば、マッシュによる特許文献９に開示されたように、ＥＬランプの技術においては、第１の堆積電極に対して、パネルの反対側に配置された分割電極を用いて、容量結合することが知られている（例えば、特許文献９参照。）。しかし、例えば、バットらによる特許文献１０に開示されているように、この方法では、輝度が面積に比例するために問題点があるということが知られている（例えば、特許文献１０参照。）。すべての他のファクタが同じであるとして、ＥＬランプの輝度を等しくするためには、２個以上の電極が面積的に等しくなければならないということを意味するからである。
【００１９】
例えば、ディーコンによる特許文献１１は、ＰＬＤＣ材料の一方の面側に２個の電極を備え、ＰＬＤＣ材料の他方の面側に第３の電極を備えるＰＬＤＣ材料の光導波路について開示されている（例えば、特許文献１１参照。）。ここで、第３の電極は電気的にフローティング状態ではないため、第３の電極を介して、２つの電極が互いに容量結合されることはない。ここで、透明電極についても開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第４，９９２，２０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８４２，１７０号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／１２１８７８号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／０１６３６０６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１２１，２３４号明細書
【特許文献６】米国特許第６，４４１，５５１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０２５０５３４号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８２１，６９１号明細書
【特許文献９】米国特許第２，９２８，９７４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，５０８，５８５号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，９３４，３１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述の記載に鑑みて、本発明の目的の１つは、一方の電極が分割されているＰＬＤＣ光シャッターを提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、フローティング電極に容量結合され、ＰＬＤＣ層を制御するための分割電極を提供することにある。
【００２３】
さらに本発明の目的は、光シャッターのフロント電極をロールコーティングによって実現することにある。
【００２４】
本発明の別の目的は、積層されたＰＬＤＣおよびＥＬ層に対して電気的に共通・フローティングなフロント電極を提供することにある。
【００２５】
さらに本発明の目的は、ＰＬＤＣおよびＥＬ層に対して容量結合された複数の電極を提供することにある。
【００２６】
本発明の別の目的は、ＰＬＤＣ層とＥＬ層を含む積層構造において、各層に対する最適な駆動電圧を提供することにある。
【００２７】
さらに本発明の目的は、ディスプレイの一部として、光シャッターを備えるディスプレイの構造を簡単化することにある。
【００２８】
本発明の別の目的は、共通のフロント電極と分割されたリア電極を備える基板の同一面側に配置された光シャッターとＥＬパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の目的を達成するための本発明の一態様によれば、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを備え、第１の電極および第２の電極は、第３の電極によって、互いに容量結合されている光シャッターが提供される。
【００３０】
第１の電極および第２の電極は、それぞれ複数のセグメント電極に分割可能であり、しかも各セグメント電極は、それぞれ独立してアドレス可能である。
【００３１】
基板の同一面側に積層配置された光シャッターとＥＬパネルを備えるディスプレイにおいては、光シャッターとＥＬパネルの動作のために、共通のフロント電極と分割された複数のリア電極とが配置される。共通のフロント電極は電気的にフローティングになされ、分割された複数のリア電極は、共通のフロント電極を介して互いに容量結合されている。リア電極は複数にセグメント化され、かつ各セグメントリア電極は、それぞれ独立してアドレス可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明のより完全な理解は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって得ることができる。
【図１】本発明の望ましい実施の形態にしたがって構成された光シャッターの断面構造図である。
【図２】図１に示された本発明の望ましい実施の形態に対応する回路図である。
【図３】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図８】ＰＤＬＣ材料の層の動作特性を説明する図である。
【図９】本発明の望ましい実施の形態にしたがって構成されたバックライト照射型光シャッターの断面構造図である。
【図１０】本発明の別の実施の形態にしたがって構成されたバックライト照射型光シャッターの断面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
第１図は、本発明の望ましい実施の形態に係る光シャッターの構成を示す。特に、光シャッター１０は、透明基板１１と、透明基板１１の一方の主表面にオーバーレイ配置される透明電極１２とを備える。液晶層１３は、透明電極１２上にオーバーレイ配置されている。さらに、電極１５、電極１６および電極１７が、液晶層１３上にオーバーレイ配置されている。電極１５と電極１６との間には、交流電源１８が結合され、電極１５と電極１６は、互いに反対極性に駆動される。電極１７は、スイッチ１９を介して、交流電源１８が接続された電極１６と同じ端子に接続される。
【００３４】
透明基板１１は、ガラス、若しくは、例えばポリカーボネート或いはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような任意の透明ポリマー材料によって形成可能である。透明基板１１は、透明で、かつ透明・導電性材料の接着層で被覆可能でありさえすれば良い。透明基板１１の厚さは、特に重要ではなく、応用面に応じて選定される。透明電極１２は、望ましくは、ＩＴＯで形成されると良い。また、液晶層１３は、ＰＤＬＣで形成されると良い。
【００３５】
本発明の一態様によれば、液晶層１３は、ロールコーティングされ、かつ液晶層１３には、透明電極１２に対するコンタクトを開孔するためのパターンを形成する必要性はない。本発明の別の態様によれば、透明電極１２はフローティングになされている。すなわち、透明電極１２に対するオーミック接続は形成されていない。本発明の第３の態様によれば、液晶層１３の上面に配置される電極１５、電極１６、および電極１７は、透明電極１２を介して、互いに容量結合されている。
【００３６】
第２図は、第１図に対応する回路図を示す。第２図において、対応する構成要素には、第１図と同じ参照符号が配置されている。電極１５を有するキャパシタ２１は、電極１６を有するキャパシタ２２と直列接続されている。電極１７を有するキャパシタ２３は、キャパシタ２２と並列接続されている。
【００３７】
スイッチ１９が開放状態になると、キャパシタ２１とキャパシタ２２は、電圧分配器を構成し、キャパシタ２１とキャパシタ２２の接続点である透明電極１２上には容量の比に逆比例する電圧が発生する。キャパシタ２１とキャパシタ２２の容量が実質的に等しい場合にのみ、電圧分配器によって、交流電源１８からの電圧は１／２になる。
【００３８】
容量は、面積に比例し、プレートすなわち電極間の距離に逆比例することは、技術上知られている。第１図から明らかなように、透明電極１２は、他の電極よりもはるかに大きな面積を有するが、一次近似として、特定のキャパシタにおけるプレートの面積は等しいものと仮定する。
【００３９】
容量結合効果は、液晶材料を選択的にスイッチングするためにのみ利用され得るのではなく、容量結合効果によって、共通電極から液晶層とＥＬ層を共に制御するために利用可能であり、このため、ディスプレイのフロント・透明電極に対してオーミックコンタクトを取る必要がないということが見出されてきた。このオーミックコンタクトを取る必要がない点によって、コストを大幅に低減可能であり、厚さを低減し、かつディスプレイに対する光源の光シャッター構造を簡単化することができる。複数の層を透明基板の同一面側に形成することができるため、透明基板は、ディスプレイの露出された外表面となり得る。このため、保護層や特別な操作性の必要性その他の問題点を回避することができる。
【００４０】
第３図は、電気的には、第１図と基本的に同じであるが、共通電極が幾つかの電気的に接続された小さなセグメント電極に分割され、スイッチ１９は取り除かれているという点が異なる。共通電極はフローティングになされている。説明を簡単にするために、電極は全て同一面積を有するものと仮定する。
【００４１】
第４図においては、構造のわずかな変形例が開示されている。電極４１および電極４３が、第３図の電極３１および電極３３の位置に比べて下方に配置されている。この構成によって、電極４１および電極４３からそれぞれ電極４６および電極４８に対する距離が減少し、電極間のキャパシタの容量が増加する。
【００４２】
第５図においては、電極５１が電極３２から変位して配置されている。電界は、電極５１から電極３２まで延伸するということは明らかであるが、ここでは、少なくともあまり意味のある見方ではない。容量は、電極間のオーバーラップ面積によって決まる。電極５１と電極５５間の容量は、電極３２と電極５５間の容量よりもはるかに大きい。よって、交流電流は、電極５１から電極５５に流れ、また電極５６から電極３２に流れる（ここで、他の電極は無視している）。
【００４３】
電極間の変位は、２つのチャンバー５８およびチャンバー５９によって形成される。もしも、これら２つのチャンバー５８およびチャンバー５９が、例えば、空気で満たされている場合には、これら２つのチャンバー５８およびチャンバー５９の誘電体定数は等しくなり、電極５１と電極５５間の容量は、電極３２と電極５６間の容量よりもはるかに大きい。
【００４４】
第６図においては、下方のセグメント電極は、電気的に等電位の連続した共通電極６１で置換されている。この結果、図面が簡単化される。電極３２および電極３４と、電極５１および電極５３との間には、誘電体層６３が介在される。同様に、電極５１および電極５３と、共通電極６１との間には、誘電体層６４が介在される。
【００４５】
電極３２および共通電極６１間に形成されるキャパシタと、電極３４と共通電極６１間に形成されるキャパシタは、２つの誘電体層を電極間に介在させているが、一方、電極５１と共通電極６１間に形成されるキャパシタと、電極５３と共通電極６１間に形成されるキャパシタは、１つの誘電体層のみを電極間に介在させている。もしも、誘電体層６３および誘電体層６４の材料が同じであるならば、この点は少しも重要ではないが、本発明の別の態様により、もしも、誘電体層６３および誘電体層６４の材料が異なるならば、全く新しい可能性の世界が開かれる。
【００４６】
特に、誘電体層６３はＥＬ層であることが望ましく、誘電体層６４はＰＤＬＣ層であることが望ましい。ＥＬ層の誘電体定数は、一般的には、ＰＤＬＣ層の誘電体定数よりも低い。電極５１から電極３２までの経路は、２つのキャパシタと３つの誘電体層を含む。電圧降下は、ちょうど３つのキャパシタが直列に接続されたものとして計算することができる。
【００４７】
技術上良く知られているように、３つの直列接続されたキャパシタの容量Ｃは、次式に示すように、各キャパシタンスの逆数の和の逆数に等しい。
【数１】
【００４８】
電圧は、容量の逆数の比で分割される。したがって、面積が等しく、誘電体定数が等しく、かつ厚さが等しい場合には、各々の誘電体層に印加される電圧は等しい。したがって、電極５１と共通電極６１間の電圧は、供給電圧の１／３になり、共通電極６１と電極３２間の電圧は、供給電圧の２／３になる。誘電体定数、距離、および面積が変化する場合には、その状況は複雑なものとなるが、同じルールが適用される。本発明によれば、このようなルールは、新しいディスプレイを提供するために利用される。
【００４９】
例えば、第７図において、電極７１は、電極７２、電極７３、或いは電極７４よりも実質的に大きい。このことは、電極７１と共通電極７５間の容量が、電極７３と共通電極７５間の容量よりも大きいということを意味する。したがって、スイッチ７６およびスイッチ７８がオンになると、電極７１と共通電極７５間の電圧は、電極７３と共通電極７５間の電圧よりも低くなる。上記に注意を喚起したように、液晶材料は、スイッチのように動作する。すなわち、電極７１と共通電極７５間のＰＤＬＣ層の体積部分は、より暗い点刻で示されるように不透明が維持されており、一方、電極７３と共通電極７５間のＰＤＬＣ層の体積部分は、透明である。このような選択性は、ＥＬ層にも適用可能であり、ディスプレイの設計において、かなりの精巧な技術を提供することが可能となる。
【００５０】
第８図は、代表的なＰＤＬＣ材料の層の動作特性を示す。曲線で示されるように、ＰＤＬＣ材料の層に印加される電圧が、あるしきい値、例えば、実効値２０Ｖを越えるまでは、ＰＤＬＣ材料の層は不透明のままである。その後、実効値２０Ｖを越えると、ＰＤＬＣ材料の層は、実質的に透明となる。破線との比較で示されるように、しきい値電圧以上の電圧が印加されたとしても、透明度は、著しく変化することはない。通常、透明材料は、逆の動きをする。
【００５１】
第７図において、幾つかの電極は、効流電源７０の一方の端子側に結合され、幾つかの電極は、効流電源７０の他方の端子側に結合される。任意の数の電極が、効流電源７０のいずれか一方の端子側に接続可能である。これらの電極は、スイッチを介して、効流電源７０に結合される。一つのスイッチは、各電極に対して直列に接続される。このような構成は、ディスプレイの性能によっては、実際上当てはまらない場合もあり得る。電極は、すべての電極を含む必要はないが、いくつかのサブの組み合わせで選択可能である。換言すれば、所望のディスプレイを実現するために、任意数のサブの組み合わせの中で、あらゆる電極の組み合わせが選択可能である。
【００５２】
ディスプレイの物理的な構成によって、特定の設計が固定されるように思われるかもしれないが、この点は当てはまらない。一度ディスプレイが構成されると、間隔や誘電体定数は変更することはできないが、実際上、面積の組み合わせを選択することができる。すなわち、スイッチ７６、スイッチ７７、スイッチ７８およびスイッチ７９を開閉することによって、面積を変更することができる。その結果、容量を増加させて電圧を減少させたり、或いは、容量を減少させて電圧を増加させたり、ＥＬ層、或いはＰＤＬＣ層の一方の層若しくは両方の層に影響を与えることが可能となる。
【００５３】
例えば、誘電体層６３がＥＬ層で、誘電体層６４がＰＤＬＣ材料の層であると仮定する。スイッチ７６およびスイッチ７８を閉にすると（ここでは、電極の相対的な面積を無視する）、電極７３の領域において、誘電体層６４は透明になり、入射光は、ＥＬ層によって反射される。よって、第７図に示すように構成されたデバイスは、可視光線に関しては、“デイタイム”モードで動作可能であり、不可視光線に関しては、“ナイトタイム”モードで動作可能である。
【００５４】
以下の複数例においては、電圧を調整するために面積を変更することによって、様々な変形が実効的に行われる。マルチセグメント型ディスプレイにおいて、フロント電極にアクセスすることなしに、このようなそして数多くの他の組み合わせが可能である。構造が簡単で、しかも高度に可変型のディスプレイが、本発明によって形成可能である。
【００５５】
スイッチ７７およびスイッチ７９が閉になると仮定する。ＥＬ層６３は、電極７２および電極７４の下側の領域において発光し、ＰＤＬＣ層６４は、電極７２および電極７４の下側の領域において透明になる。スイッチ７６が閉になると、効流電源７０の左側の端子には大きなキャパシタンスが加わり（効流電源７０の左側の端子は、図示されているように、相対的に大きな面積を有するものと仮定すると）、電圧が減少する。電極７１および電極７２の下側の領域は不透明となる。電極７２の下側のＥＬ層６３の領域は薄暗くなり、一方、電極７４の下側のＥＬ層６３の領域は明るくなる。
【００５６】
スイッチ７７およびスイッチ７９が閉になると仮定する。ＥＬ層６３は、電極７２および電極７４の下側の領域において発光し、ＰＤＬＣ層６４は、電極７２の下側の領域において透明になる。スイッチ７８が閉になると、効流電源７０の右側の端子には大きなキャパシタンスが加わり、電極７４と共通電極７５間の電圧が減少し、電極７４の下側のＥＬ層６３の領域は薄暗くなり、一方、電極７２の下側のＥＬ層６３の領域は明るくなる。
【００５７】
相対的な面積に依存するが、ＰＤＬＣ層６４は、その上のＥＬ層６３の領域が発光している場合においても、電圧を低下させることによって、不透明にすることができる。電圧に対するＥＬ層の相対的にリニアな応答と、電圧に対するＰＤＬＣ層の極めてノンリニアな応答によって、アンダーレイ配置されたシャッター層が不透明になる場合においても、ＥＬ層６３は、発光状態を維持することができるからである。したがって、一組の電極或いは電極のサブの組み合わせにおいて、他のＥＬランプおよび光シャッターの正味の容量を変化させるために、電極７４或いは任意の電極を利用することができる。
【００５８】
すべての可能性のある組み合わせを尽そうと試みる必要はない。共通電極の動作は、シーソーの支点の動作に擬えることができる。一方の側で輝度或いは不透明度を減少させると、他方の側で輝度或いは不透明度は増加するからである。この特徴から、ディスプレイ上の影響を受けた領域から離れた領域に影響を及ぼすことができるため、ディスプレイの設計上の自由度を大きく向上させることができる。
【００５９】
第９図は、本発明の望ましい実施の形態の断面図である。第７図に示された基本構造に対して、分離層８１とバスバー電極８３、バスバー電極８４およびバスバー電極８５が付加されている。分離層８１は、ＥＬランプ用の電極間の誘電体定数を修正し、グラフィック層８７のようなグラフィックを包含することができる。分離層８１は、随意のものであるが、蛍光体層或いは誘電体層に対するインク組成を再調整することなしに、誘電体定数を修正する便利な方法を提供することができる。分離層８１は、またグラフィックを付加する便利な方法を提供することができる。
【００６０】
第１０図は、本発明の別の実施の形態の断面図である。第１０図は、分離層９１を配置する点が、第９図と異なる。第９図においては、分離層８１は、蛍光体層とフロント電極との間に配置されている。一方、第１０図においては、分離層９１は、誘電体層とリア電極との間に配置されている。
【００６１】
したがって、本発明は、一方の電極が分割され、かつ分割された電極はフローティング電極に対して容量的に結合されたＰＤＬＣ光シャッターを提供することができる。
【００６２】
他方の電極がフローティング電極であるため、このフローティング電極上に、ＰＤＬＣ層をロールコーティングすることができ、結果として、コストを削減し、均一性をより向上させ、かつ構造を簡単化することができる。２層の分割された電極によって、ＰＤＬＣの層とＥＬ材料の層を別々に制御することができる。また、容量を制御することによって、ＰＤＬＣ層とＥＬ層に対する駆動電圧を最適化することができる。
【００６３】
上記のように本発明を記載したが、本発明の範囲内で様々な修正が可能であることは、当業者には明らかである。例えば、いくつかの図面において、キャパシタの組み合わせは、直並列の組み合わせを備えていてもよく、このような構成は、本発明の実際上の実施形態においてあり得ることである。複数の電極によってパターンを定義することが開示されているが、蛍光体層は、パターン形成された電極を用いる代わりに、もしくはそれに加えて、（例えば、スクリーン印刷などで）パターン形成されていても良い。パターンにおけるギャップは、容量および電圧を調整するための“ダミー”負荷として用いることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…光シャッター、１１…透明基板、１２…透明電極、１３…液晶層、１５、１６、１７、３１、３２、３３、３４、４１、４３、４６、４８、５１、５３、５５、５６、７１、７２、７３、７４…電極、１８、７０…交流電源、１９、７６、７７、７８、７９…スイッチ、２１、２２、２３…キャパシタ、５８、５９…チャンバー、６１、７５…共通電極、６３…誘電体層（ＥＬ層）、６４…誘電体層（ＰＤＬＣ層）、８１、９１…分離層、８３、８４、８５…バスバー電極、８７…グラフィック層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイに関し、特に、分割され、かつ共通電極に対して容量的に結合する分割電極を有する液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
[用語解説]
ここで使用される用語は以下の通りである。すなわち、“ディスプレイ”とは、ビジュアル形式で見る人に対して情報を提供するデバイスである。
【０００３】
“グラフィック”とは、テキスト、記号、任意の形状、或いはこれらの内の幾つかの組み合わせである。グラフィックは、半透明、散光性、陰影性、色彩性、シルエット、或いは輪郭、若しくはこれらの内の幾つかの組み合わせから形成されていても良い。グラフィックは、ポジティブ表示（ホワイト地の上のブラック）或いは、ネガティブ表示（ブラック地の上のホワイト）であっても良く、ここでホワイトは、散光性、陰影性など表現されていても良い。
【０００４】
“蛍光体（phosphor）”は、単一型の蛍光体に限定されず、ドーパント型であっても良く、かつカスケード型蛍光体、カラー色素増感のための色素であっても良い。
【０００５】
“ＥＬ層”は、蛍光体および誘電体あるいは蛍光体および誘電体の分割された層を含む層である。
【０００６】
“ＥＬランプ”は、すくなくとも一方が透明な２つの電極間に配置されたＥＬ層を含む厚膜、容量性デバイスである。蛍光体は、電圧が電極に印加されたとき発光する。“ＥＬパネル”は、共通基板上に配置された複数のＥＬランプからなる。ＥＬランプは、互いに独立に動作されていても良く、或いは一斉に動作されていても良い。ＥＬランプの駆動には、交流を用いる必要がある。
【０００７】
“厚膜”ＥＬランプは、ＥＬランプの一つの形式に対して使用され、“薄膜”ＥＬランプは、ＥＬランプの別の形式に対して使用される。その用語は、単に広く、実際上の厚さに関係して使用され、かつ実際上明確な規律を表す。薄い、厚膜ＥＬランプという表現は用語上矛盾するものではなく、このようなランプは、薄膜ＥＬランプよりもずっと厚さが厚い。
【０００８】
“不透明（Opaque）”とは、光が伝搬しないということを意味するものではなく、伝搬される光の量が実質的に低減され、例えば、入射光の１５％に低減されることを意味する。
【０００９】
“オーバーレイ配置（Overlying）”或いは、“アンダーレイ配置（underlying）”という用語は、方向性を意味するものではなく、単に材料の層が、コンタクトの有無にかかわらず、互いに対向する主表面を有することを意味する。しかも、その表面は、必ずしも平坦でなくても良い。
【背景技術】
【００１０】
液晶ディスプレイは、すくなくとも一方の電極が透明な２つの電極間に挟まれた誘電体（液晶）を有する容量的構造として構成される。２つの電極はともに透明電極であってもよい。この場合、例えば、寸法的に安定で透明なプラスティックのシート状の透明基板上に、スパッタリングで形成されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が典型的な材料として用いられる。グラフィック情報、若しくは数値情報を提供するためには、少なくとも一方の電極は、パターン形成されている必要がある。典型的には、このパターン形成には、マスクをスクリーン印刷し、ＩＴＯ層をエッチングする工程が含まれる。このエッチング工程は化学的な処理であり、それに伴う問題点があり、コスト、操作性及び浪費的な処理のために問題点が発生する。
【００１１】
最近の２０年間では、例えば、パールマンによる特許文献１に開示されたように、特定のクラスの材料、すなわち、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）として知られている材料が、液晶ディスプレイ用に開発されている（例えば、特許文献１参照。）。ＰＤＬＣ材料を用いる液晶ディスプレイでは、ピークツウピ−クで６０〜１２０Ｖの交流で動作し、初期の液晶材料がずっと低い電圧で動作していたのと比べると、大きく異なり、しかも、ＰＤＬＣ材料を用いる液晶ディスプレイでは、偏光板が不要である。時として、“オプティカルシャッター”と呼ばれるＰＬＤＣは、従来型ディスプレイの領域外に応用分野を広げている。
【００１２】
一方、例えば、エイキンスらによる特許文献２には、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）バックライトおよびタッチスクリーンと組み合わされた構成の液晶ディスプレイも開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２においては、液晶ディスプレイはキーパッドの一部を構成し、キーパッドは、０−９、＊および ＃などの電話のボタン及び他のコントロールボタンのイメージを有するマスク層を備える。液晶ディスプレイおよびＥＬバックライトは、共通の基板を共有することができることも開示されている。
【００１３】
例えば、特許文献３には、基板の同一面側に液晶ディスプレイとＥＬバックライトを備える構成の液晶ディスプレイが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。同様の構成は、アドリアン・エイチ・キタイらにより特許文献４においても開示されている（例えば、特許文献４参照。）。他の組み合わせ構成も技術的に知られている。すなわち、例えば、クーセラによる特許文献５および阿部らによる特許文献６には、基板の反対面側に液晶ディスプレイとＥＬバックライトを備える構成の液晶ディスプレイも開示されている（例えば、特許文献５および特許文献６参照。）。カラー性能、反射率、光の分散性能など光学的な性能に影響を及ぼすために、さまざまな中間層或いは外部の層を配置することが技術的に知られている。このような液晶ディスプレイは、典型的には、前面（フロント）から裏面（リア）に形成されている。すなわち、基板上に配置された第１層が透明なフロント電極となる。引続き形成される複数の層は、フロント電極を被覆するため、フロント電極に対して電気的なコンタクトを取ることが難しくなる。また、フロント電極からコンタクトの接続点までの抵抗値を低減するためには、バスバー電極を使用する必要があるが、このようなバスバー電極は、その配置と厚さが平坦でないということに関して、付加的な問題引き起こす。特に、マルチセグメント型の液晶ディスプレイにおいて、顕著となる。
【００１４】
ＥＬデバイスは、任意の印加電圧に対して、その値に応じて発光する。有効な量の光を得るためには、一般的には、実効値６０Ｖ以上の電圧を印加する必要がある。液晶デバイスは、スイッチにむしろ近い動作をする。すなわち、液晶デバイスは、印加電圧が、例えば、実効値８０Ｖのような特定のしきい値電圧に到達するまでは、内部状態を変化させることはない。ＰＤＬＣの場合には、しきい値電圧の値は、実効値１０−４０Ｖである。しきい値応答特性は、完全な矩形応答にはならない。ＰＤＬＣの構成材料の厚みに印加される電圧は、ある傾きを有するからであり、完全な矩形応答となることは不可能だからである。しかしながら、例えば、クッチャ−らによる特許文献７に開示されたように、特に、ＥＬランプの電圧に対する粗い線形応答特性と比べれば、ＰＬＤＣのしきい値応答変化は、相対的に急峻である（例えば、特許文献７参照。）。
【００１５】
特許文献５および特許文献６に開示されたように、一対の電極間に配置されたＥＬ素子とＰＤＬＣを駆動することは、必ずしも直接的な解決方法ではない。幾つかの応用例に対して、その回答は簡単なものである。ＰＤＬＣに十分に大きな電圧を印加してオプティカルシャッターを開くことによって、ＥＬランプは発光する。マルチセグメント型ディスプレイに対しては、ＥＬ素子とＰＬＤＣを同時に駆動することは、導電性ラインを引き回すルート設定の問題点から、単純な解決法は得られていない。
【００１６】
特定のディスプレイに対してある技術を選択することは、コストの問題ではなく、競合する利点とのバランスの問題である。携帯電話の場合には、使用時にユーザが室内で使用するかすくなくとも直射日光のもとでは使用しないという仮定に基づいて、特定の技術を選択する。換言すれば、ディスプレイの可視可能性は、液晶のバックライト輝度に依存しているため、強い光の下では、ディスプレイの内容は、ほとんど失われてしまう。数多くの液晶ディスプレイは、反射型バックライト照射機能に依存している。すなわち、周辺光に応じて、バックライト照射量を増減することによって、ディスプレイの内容を見えるように維持している。ある種のディスプレイにおいては、バックライト機構と液晶モジュール間に、“透過反射（transflective）”層を備えることによって、バックライト照射量の増減に対応する両方の機能を最大限に実現する試みが行われている。
【００１７】
スクリーン印刷とロールコーティングは、ＥＬランプやその他のデバイスの製造方法として、ともによく知られた処理方法である。スクリーン印刷の問題点は、少しずつ個別の形式で製品を取り扱うため、そのコストが係り、またハンドリングが煩雑となるという点にある。液晶材料をロールコーティングする処理上の問題点は、最初に堆積された電極に対して電気的なコンタクトを取るためのアクセス手段を提供する必要があるという点にある。エッチング処理は、数多くのステップを要する点と環境上不都合な材料がエッチングに対して用いられる可能性があるという点で、コストを要する。リッチ−らによる特許文献８に開示されているような他の有用な解決方法も存在するが、第１の電極の配置が限定されている（例えば、特許文献８参照。）。
【００１８】
例えば、マッシュによる特許文献９に開示されたように、ＥＬランプの技術においては、第１の堆積電極に対して、パネルの反対側に配置された分割電極を用いて、容量結合することが知られている（例えば、特許文献９参照。）。しかし、例えば、バットらによる特許文献１０に開示されているように、この方法では、輝度が面積に比例するために問題点があるということが知られている（例えば、特許文献１０参照。）。すべての他のファクタが同じであるとして、ＥＬランプの輝度を等しくするためには、２個以上の電極が面積的に等しくなければならないということを意味するからである。
【００１９】
例えば、ディーコンによる特許文献１１は、ＰＬＤＣ材料の一方の面側に２個の電極を備え、ＰＬＤＣ材料の他方の面側に第３の電極を備えるＰＬＤＣ材料の光導波路について開示されている（例えば、特許文献１１参照。）。ここで、第３の電極は電気的にフローティング状態ではないため、第３の電極を介して、２つの電極が互いに容量結合されることはない。ここで、透明電極についても開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第４，９９２，２０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８４２，１７０号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／１２１８７８号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／０１６３６０６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１２１，２３４号明細書
【特許文献６】米国特許第６，４４１，５５１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０２５０５３４号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８２１，６９１号明細書
【特許文献９】米国特許第２，９２８，９７４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，５０８，５８５号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，９３４，３１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述の記載に鑑みて、本発明の目的の１つは、一方の電極が分割されているＰＬＤＣ光シャッターを提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、フローティング電極に容量結合され、ＰＬＤＣ層を制御するための分割電極を提供することにある。
【００２３】
さらに本発明の目的は、光シャッターのフロント電極をロールコーティングによって実現することにある。
【００２４】
本発明の別の目的は、積層されたＰＬＤＣおよびＥＬ層に対して電気的に共通・フローティングなフロント電極を提供することにある。
【００２５】
さらに本発明の目的は、ＰＬＤＣおよびＥＬ層に対して容量結合された複数の電極を提供することにある。
【００２６】
本発明の別の目的は、ＰＬＤＣ層とＥＬ層を含む積層構造において、各層に対する最適な駆動電圧を提供することにある。
【００２７】
さらに本発明の目的は、ディスプレイの一部として、光シャッターを備えるディスプレイの構造を簡単化することにある。
【００２８】
本発明の別の目的は、共通のフロント電極と分割されたリア電極を備える基板の同一面側に配置された光シャッターとＥＬパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の目的を達成するための本発明の一態様によれば、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを備え、第１の電極および第２の電極は、第３の電極によって、互いに容量結合されている光シャッターが提供される。
【００３０】
第１の電極および第２の電極は、それぞれ複数のセグメント電極に分割可能であり、しかも各セグメント電極は、それぞれ独立してアドレス可能である。
【００３１】
基板の同一面側に積層配置された光シャッターとＥＬパネルを備えるディスプレイにおいては、光シャッターとＥＬパネルの動作のために、共通のフロント電極と分割された複数のリア電極とが配置される。共通のフロント電極は電気的にフローティングになされ、分割された複数のリア電極は、共通のフロント電極を介して互いに容量結合されている。リア電極は複数にセグメント化され、かつ各セグメントリア電極は、それぞれ独立してアドレス可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明のより完全な理解は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって得ることができる。
【図１】本発明の望ましい実施の形態にしたがって構成された光シャッターの断面構造図である。
【図２】図１に示された本発明の望ましい実施の形態に対応する回路図である。
【図３】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態にしたがって構成された液晶ディスプレイの動作を説明する図である。
【図８】ＰＤＬＣ材料の層の動作特性を説明する図である。
【図９】本発明の望ましい実施の形態にしたがって構成されたバックライト照射型光シャッターの断面構造図である。
【図１０】本発明の別の実施の形態にしたがって構成されたバックライト照射型光シャッターの断面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
第１図は、本発明の望ましい実施の形態に係る光シャッターの構成を示す。特に、光シャッター１０は、透明基板１１と、透明基板１１の一方の主表面にオーバーレイ配置される透明電極１２とを備える。液晶層１３は、透明電極１２上にオーバーレイ配置されている。さらに、電極１５、電極１６および電極１７が、液晶層１３上にオーバーレイ配置されている。電極１５と電極１６との間には、交流電源１８が結合され、電極１５と電極１６は、互いに反対極性に駆動される。電極１７は、スイッチ１９を介して、交流電源１８が接続された電極１６と同じ端子に接続される。
【００３４】
透明基板１１は、ガラス、若しくは、例えばポリカーボネート或いはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような任意の透明ポリマー材料によって形成可能である。透明基板１１は、透明で、かつ透明・導電性材料の接着層で被覆可能でありさえすれば良い。透明基板１１の厚さは、特に重要ではなく、応用面に応じて選定される。透明電極１２は、望ましくは、ＩＴＯで形成されると良い。また、液晶層１３は、ＰＤＬＣで形成されると良い。
【００３５】
本発明の一態様によれば、液晶層１３は、ロールコーティングされ、かつ液晶層１３には、透明電極１２に対するコンタクトを開孔するためのパターンを形成する必要性はない。本発明の別の態様によれば、透明電極１２はフローティングになされている。すなわち、透明電極１２に対するオーミック接続は形成されていない。本発明の第３の態様によれば、液晶層１３の上面に配置される電極１５、電極１６、および電極１７は、透明電極１２を介して、互いに容量結合されている。
【００３６】
第２図は、第１図に対応する回路図を示す。第２図において、対応する構成要素には、第１図と同じ参照符号が配置されている。電極１５を有するキャパシタ２１は、電極１６を有するキャパシタ２２と直列接続されている。電極１７を有するキャパシタ２３は、キャパシタ２２と並列接続されている。
【００３７】
スイッチ１９が開放状態になると、キャパシタ２１とキャパシタ２２は、電圧分配器を構成し、キャパシタ２１とキャパシタ２２の接続点である透明電極１２上には容量の比に逆比例する電圧が発生する。キャパシタ２１とキャパシタ２２の容量が実質的に等しい場合にのみ、電圧分配器によって、交流電源１８からの電圧は１／２になる。
【００３８】
容量は、面積に比例し、プレートすなわち電極間の距離に逆比例することは、技術上知られている。第１図から明らかなように、透明電極１２は、他の電極よりもはるかに大きな面積を有するが、一次近似として、特定のキャパシタにおけるプレートの面積は等しいものと仮定する。
【００３９】
容量結合効果は、液晶材料を選択的にスイッチングするためにのみ利用され得るのではなく、容量結合効果によって、共通電極から液晶層とＥＬ層を共に制御するために利用可能であり、このため、ディスプレイのフロント・透明電極に対してオーミックコンタクトを取る必要がないということが見出されてきた。このオーミックコンタクトを取る必要がない点によって、コストを大幅に低減可能であり、厚さを低減し、かつディスプレイに対する光源の光シャッター構造を簡単化することができる。複数の層を透明基板の同一面側に形成することができるため、透明基板は、ディスプレイの露出された外表面となり得る。このため、保護層や特別な操作性の必要性その他の問題点を回避することができる。
【００４０】
第３図は、電気的には、第１図と基本的に同じであるが、共通電極が幾つかの電気的に接続された小さなセグメント電極に分割され、スイッチ１９は取り除かれているという点が異なる。共通電極はフローティングになされている。説明を簡単にするために、電極は全て同一面積を有するものと仮定する。
【００４１】
第４図においては、構造のわずかな変形例が開示されている。電極４１および電極４３が、第３図の電極３１および電極３３の位置に比べて下方に配置されている。この構成によって、電極４１および電極４３からそれぞれ電極４６および電極４８に対する距離が減少し、電極間のキャパシタの容量が増加する。
【００４２】
第５図においては、電極５１が電極３２から変位して配置されている。電界は、電極５１から電極３２まで延伸するということは明らかであるが、ここでは、少なくともあまり意味のある見方ではない。容量は、電極間のオーバーラップ面積によって決まる。電極５１と電極５５間の容量は、電極３２と電極５５間の容量よりもはるかに大きい。よって、交流電流は、電極５１から電極５５に流れ、また電極５６から電極３２に流れる（ここで、他の電極は無視している）。
【００４３】
電極間の変位は、２つのチャンバー５８およびチャンバー５９によって形成される。もしも、これら２つのチャンバー５８およびチャンバー５９が、例えば、空気で満たされている場合には、これら２つのチャンバー５８およびチャンバー５９の誘電体定数は等しくなり、電極５１と電極５５間の容量は、電極３２と電極５６間の容量よりもはるかに大きい。
【００４４】
第６図においては、下方のセグメント電極は、電気的に等電位の連続した共通電極６１で置換されている。この結果、図面が簡単化される。電極３２および電極３４と、電極５１および電極５３との間には、誘電体層６３が介在される。同様に、電極５１および電極５３と、共通電極６１との間には、誘電体層６４が介在される。
【００４５】
電極３２および共通電極６１間に形成されるキャパシタと、電極３４と共通電極６１間に形成されるキャパシタは、２つの誘電体層を電極間に介在させているが、一方、電極５１と共通電極６１間に形成されるキャパシタと、電極５３と共通電極６１間に形成されるキャパシタは、１つの誘電体層のみを電極間に介在させている。もしも、誘電体層６３および誘電体層６４の材料が同じであるならば、この点は少しも重要ではないが、本発明の別の態様により、もしも、誘電体層６３および誘電体層６４の材料が異なるならば、全く新しい可能性の世界が開かれる。
【００４６】
特に、誘電体層６３はＥＬ層であることが望ましく、誘電体層６４はＰＤＬＣ層であることが望ましい。ＥＬ層の誘電体定数は、一般的には、ＰＤＬＣ層の誘電体定数よりも低い。電極５１から電極３２までの経路は、２つのキャパシタと３つの誘電体層を含む。電圧降下は、ちょうど３つのキャパシタが直列に接続されたものとして計算することができる。
【００４７】
技術上良く知られているように、３つの直列接続されたキャパシタの容量Ｃは、次式に示すように、各キャパシタンスの逆数の和の逆数に等しい。
【数１】
【００４８】
電圧は、容量の逆数の比で分割される。したがって、面積が等しく、誘電体定数が等しく、かつ厚さが等しい場合には、各々の誘電体層に印加される電圧は等しい。したがって、電極５１と共通電極６１間の電圧は、供給電圧の１／３になり、共通電極６１と電極３２間の電圧は、供給電圧の２／３になる。誘電体定数、距離、および面積が変化する場合には、その状況は複雑なものとなるが、同じルールが適用される。本発明によれば、このようなルールは、新しいディスプレイを提供するために利用される。
【００４９】
例えば、第７図において、電極７１は、電極７２、電極７３、或いは電極７４よりも実質的に大きい。このことは、電極７１と共通電極７５間の容量が、電極７３と共通電極７５間の容量よりも大きいということを意味する。したがって、スイッチ７６およびスイッチ７８がオンになると、電極７１と共通電極７５間の電圧は、電極７３と共通電極７５間の電圧よりも低くなる。上記に注意を喚起したように、液晶材料は、スイッチのように動作する。すなわち、電極７１と共通電極７５間のＰＤＬＣ層の体積部分は、より暗い点刻で示されるように不透明が維持されており、一方、電極７３と共通電極７５間のＰＤＬＣ層の体積部分は、透明である。このような選択性は、ＥＬ層にも適用可能であり、ディスプレイの設計において、かなりの精巧な技術を提供することが可能となる。
【００５０】
第８図は、代表的なＰＤＬＣ材料の層の動作特性を示す。曲線で示されるように、ＰＤＬＣ材料の層に印加される電圧が、あるしきい値、例えば、実効値２０Ｖを越えるまでは、ＰＤＬＣ材料の層は不透明のままである。その後、実効値２０Ｖを越えると、ＰＤＬＣ材料の層は、実質的に透明となる。破線との比較で示されるように、しきい値電圧以上の電圧が印加されたとしても、透明度は、著しく変化することはない。通常、透明材料は、逆の動きをする。
【００５１】
第７図において、幾つかの電極は、効流電源７０の一方の端子側に結合され、幾つかの電極は、効流電源７０の他方の端子側に結合される。任意の数の電極が、効流電源７０のいずれか一方の端子側に接続可能である。これらの電極は、スイッチを介して、効流電源７０に結合される。一つのスイッチは、各電極に対して直列に接続される。このような構成は、ディスプレイの性能によっては、実際上当てはまらない場合もあり得る。電極は、すべての電極を含む必要はないが、いくつかのサブの組み合わせで選択可能である。換言すれば、所望のディスプレイを実現するために、任意数のサブの組み合わせの中で、あらゆる電極の組み合わせが選択可能である。
【００５２】
ディスプレイの物理的な構成によって、特定の設計が固定されるように思われるかもしれないが、この点は当てはまらない。一度ディスプレイが構成されると、間隔や誘電体定数は変更することはできないが、実際上、面積の組み合わせを選択することができる。すなわち、スイッチ７６、スイッチ７７、スイッチ７８およびスイッチ７９を開閉することによって、面積を変更することができる。その結果、容量を増加させて電圧を減少させたり、或いは、容量を減少させて電圧を増加させたり、ＥＬ層、或いはＰＤＬＣ層の一方の層若しくは両方の層に影響を与えることが可能となる。
【００５３】
例えば、誘電体層６３がＥＬ層で、誘電体層６４がＰＤＬＣ材料の層であると仮定する。スイッチ７６およびスイッチ７８を閉にすると（ここでは、電極の相対的な面積を無視する）、電極７３の領域において、誘電体層６４は透明になり、入射光は、ＥＬ層によって反射される。よって、第７図に示すように構成されたデバイスは、可視光線に関しては、“デイタイム”モードで動作可能であり、不可視光線に関しては、“ナイトタイム”モードで動作可能である。
【００５４】
以下の複数例においては、電圧を調整するために面積を変更することによって、様々な変形が実効的に行われる。マルチセグメント型ディスプレイにおいて、フロント電極にアクセスすることなしに、このようなそして数多くの他の組み合わせが可能である。構造が簡単で、しかも高度に可変型のディスプレイが、本発明によって形成可能である。
【００５５】
スイッチ７７およびスイッチ７９が閉になると仮定する。ＥＬ層６３は、電極７２および電極７４の下側の領域において発光し、ＰＤＬＣ層６４は、電極７２および電極７４の下側の領域において透明になる。スイッチ７６が閉になると、効流電源７０の左側の端子には大きなキャパシタンスが加わり（効流電源７０の左側の端子は、図示されているように、相対的に大きな面積を有するものと仮定すると）、電圧が減少する。電極７１および電極７２の下側の領域は不透明となる。電極７２の下側のＥＬ層６３の領域は薄暗くなり、一方、電極７４の下側のＥＬ層６３の領域は明るくなる。
【００５６】
スイッチ７７およびスイッチ７９が閉になると仮定する。ＥＬ層６３は、電極７２および電極７４の下側の領域において発光し、ＰＤＬＣ層６４は、電極７２の下側の領域において透明になる。スイッチ７８が閉になると、効流電源７０の右側の端子には大きなキャパシタンスが加わり、電極７４と共通電極７５間の電圧が減少し、電極７４の下側のＥＬ層６３の領域は薄暗くなり、一方、電極７２の下側のＥＬ層６３の領域は明るくなる。
【００５７】
相対的な面積に依存するが、ＰＤＬＣ層６４は、その上のＥＬ層６３の領域が発光している場合においても、電圧を低下させることによって、不透明にすることができる。電圧に対するＥＬ層の相対的にリニアな応答と、電圧に対するＰＤＬＣ層の極めてノンリニアな応答によって、アンダーレイ配置されたシャッター層が不透明になる場合においても、ＥＬ層６３は、発光状態を維持することができるからである。したがって、一組の電極或いは電極のサブの組み合わせにおいて、他のＥＬランプおよび光シャッターの正味の容量を変化させるために、電極７４或いは任意の電極を利用することができる。
【００５８】
すべての可能性のある組み合わせを尽そうと試みる必要はない。共通電極の動作は、シーソーの支点の動作に擬えることができる。一方の側で輝度或いは不透明度を減少させると、他方の側で輝度或いは不透明度は増加するからである。この特徴から、ディスプレイ上の影響を受けた領域から離れた領域に影響を及ぼすことができるため、ディスプレイの設計上の自由度を大きく向上させることができる。
【００５９】
第９図は、本発明の望ましい実施の形態の断面図である。第７図に示された基本構造に対して、分離層８１とバスバー電極８３、バスバー電極８４およびバスバー電極８５が付加されている。分離層８１は、ＥＬランプ用の電極間の誘電体定数を修正し、グラフィック層８７のようなグラフィックを包含することができる。分離層８１は、随意のものであるが、蛍光体層或いは誘電体層に対するインク組成を再調整することなしに、誘電体定数を修正する便利な方法を提供することができる。分離層８１は、またグラフィックを付加する便利な方法を提供することができる。
【００６０】
第１０図は、本発明の別の実施の形態の断面図である。第１０図は、分離層９１を配置する点が、第９図と異なる。第９図においては、分離層８１は、蛍光体層とフロント電極との間に配置されている。一方、第１０図においては、分離層９１は、誘電体層とリア電極との間に配置されている。
【００６１】
したがって、本発明は、一方の電極が分割され、かつ分割された電極はフローティング電極に対して容量的に結合されたＰＤＬＣ光シャッターを提供することができる。
【００６２】
他方の電極がフローティング電極であるため、このフローティング電極上に、ＰＤＬＣ層をロールコーティングすることができ、結果として、コストを削減し、均一性をより向上させ、かつ構造を簡単化することができる。２層の分割された電極によって、ＰＤＬＣの層とＥＬ材料の層を別々に制御することができる。また、容量を制御することによって、ＰＤＬＣ層とＥＬ層に対する駆動電圧を最適化することができる。
【００６３】
上記のように本発明を記載したが、本発明の範囲内で様々な修正が可能であることは、当業者には明らかである。例えば、いくつかの図面において、キャパシタの組み合わせは、直並列の組み合わせを備えていてもよく、このような構成は、本発明の実際上の実施形態においてあり得ることである。複数の電極によってパターンを定義することが開示されているが、蛍光体層は、パターン形成された電極を用いる代わりに、もしくはそれに加えて、（例えば、スクリーン印刷などで）パターン形成されていても良い。パターンにおけるギャップは、容量および電圧を調整するための“ダミー”負荷として用いることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…光シャッター、１１…透明基板、１２…透明電極、１３…液晶層、１５、１６、１７、３１、３２、３３、３４、４１、４３、４６、４８、５１、５３、５５、５６、７１、７２、７３、７４…電極、１８、７０…交流電源、１９、７６、７７、７８、７９…スイッチ、２１、２２、２３…キャパシタ、５８、５９…チャンバー、６１、７５…共通電極、６３…誘電体層（ＥＬ層）、６４…誘電体層（ＰＤＬＣ層）、８１、９１…分離層、８３、８４、８５…バスバー電極、８７…グラフィック層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子分散型液晶材料層と、
第１の電極と、
第２の電極と、
第３の電極と
を備え、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記第３の電極を介して、互いに容量結合されることを特徴とする光シャッター。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記高分子分散型液晶材料層の第１の表面側に配置され、前記第３の電極は、前記第１の電極および前記第２の電極に対向し、前記高分子分散型液晶材料層の第２の表面側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光シャッター。
【請求項３】
前記第１の電極および前記第２の電極は、電圧源に接続され、前記第３の電極は、電気的にフローティングであることを特徴とする請求項２に記載の光シャッター。
【請求項４】
前記高分子分散型液晶材料層の第１の表面側に配置された第４の電極を更に備え、かつ前記第４の電極は、前記第１の電極および前記第２の電極の内の一方に選択的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の光シャッター。
【請求項５】
透明基板と、
前記透明基板上にオーバーレイ配置された光シャッターと、
前記光シャッター上にオーバーレイ配置されたＥＬ層と、
共通フロント電極と、
前記光シャッターと前記ＥＬ層との間に配置された第１のリア電極と、
前記ＥＬ層上にオーバーレイ配置された第２のリア電極と
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項６】
前記共通フロント電極は、電気的にフローティングであることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記第１のリア電極と前記第２のリア電極は、電圧源に接続され、かつ前記共通フロント電極に容量的に結合されることを特徴とする請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記第２のリア電極は、複数のセグメント電極を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記セグメント電極は、独立してアドレス可能であることを特徴とする請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記第１のリア電極は、複数のセグメント電極を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記セグメント電極は、独立してアドレス可能であることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記第１のリア電極および前記第２のリア電極は、共に、それぞれ複数のセグメント電極を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記セグメント電極は、独立してアドレス可能であることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記セグメント電極の内の特定の組み合わせを選択して、前記ＥＬ層の第１の領域を発光させ、前記光シャッターの前記ＥＬ層の第１の領域に対応する領域を不透明にして、前記第１の領域からの光をブロックすることを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記セグメント電極の内の特定の組み合わせを選択して、前記ＥＬ層の第２の領域の輝度を増加させ、前記光シャッターの前記ＥＬ層の第２の領域に対応する領域を透明にすることを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記ＥＬ層は、パターン形成された蛍光体層を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
透明基板と、
前記透明基板上にオーバーレイ配置された光シャッターと、
前記光シャッター上にオーバーレイ配置されたＥＬパネルと、
前記光シャッターを制御する第１の電極と、
前記ＥＬパネルを制御する第２の電極と、
電気的にフローティングになされた第３の電極と
を備え、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記第３の電極を介して、互いに容量結合されていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項１８】
前記第３の電極は、前記透明基板上にオーバーレイ配置され、前記光シャッターは、前記第３の電極上にオーバーレイ配置されたことを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイ。
【請求項１】
高分子分散型液晶材料層と、
第１の電極と、
第２の電極と、
第３の電極と
を備え、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記第３の電極を介して、互いに容量結合されることを特徴とする光シャッター。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記高分子分散型液晶材料層の第１の表面側に配置され、前記第３の電極は、前記第１の電極および前記第２の電極に対向し、前記高分子分散型液晶材料層の第２の表面側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光シャッター。
【請求項３】
前記第１の電極および前記第２の電極は、電圧源に接続され、前記第３の電極は、電気的にフローティングであることを特徴とする請求項２に記載の光シャッター。
【請求項４】
前記高分子分散型液晶材料層の第１の表面側に配置された第４の電極を更に備え、かつ前記第４の電極は、前記第１の電極および前記第２の電極の内の一方に選択的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の光シャッター。
【請求項５】
透明基板と、
前記透明基板上にオーバーレイ配置された光シャッターと、
前記光シャッター上にオーバーレイ配置されたＥＬ層と、
共通フロント電極と、
前記光シャッターと前記ＥＬ層との間に配置された第１のリア電極と、
前記ＥＬ層上にオーバーレイ配置された第２のリア電極と
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項６】
前記共通フロント電極は、電気的にフローティングであることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記第１のリア電極と前記第２のリア電極は、電圧源に接続され、かつ前記共通フロント電極に容量的に結合されることを特徴とする請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記第２のリア電極は、複数のセグメント電極を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記セグメント電極は、独立してアドレス可能であることを特徴とする請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記第１のリア電極は、複数のセグメント電極を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記セグメント電極は、独立してアドレス可能であることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記第１のリア電極および前記第２のリア電極は、共に、それぞれ複数のセグメント電極を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記セグメント電極は、独立してアドレス可能であることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記セグメント電極の内の特定の組み合わせを選択して、前記ＥＬ層の第１の領域を発光させ、前記光シャッターの前記ＥＬ層の第１の領域に対応する領域を不透明にして、前記第１の領域からの光をブロックすることを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記セグメント電極の内の特定の組み合わせを選択して、前記ＥＬ層の第２の領域の輝度を増加させ、前記光シャッターの前記ＥＬ層の第２の領域に対応する領域を透明にすることを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記ＥＬ層は、パターン形成された蛍光体層を備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
透明基板と、
前記透明基板上にオーバーレイ配置された光シャッターと、
前記光シャッター上にオーバーレイ配置されたＥＬパネルと、
前記光シャッターを制御する第１の電極と、
前記ＥＬパネルを制御する第２の電極と、
電気的にフローティングになされた第３の電極と
を備え、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記第３の電極を介して、互いに容量結合されていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項１８】
前記第３の電極は、前記透明基板上にオーバーレイ配置され、前記光シャッターは、前記第３の電極上にオーバーレイ配置されたことを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−４９２５４（Ｐ２０１０−４９２５４Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−１８９３５３（Ｐ２００９−１８９３５３）
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（５００１０５３１１）ワールド・プロパティーズ・インコーポレイテッド (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８９３５３（Ｐ２００９−１８９３５３）
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（５００１０５３１１）ワールド・プロパティーズ・インコーポレイテッド (23)
【Ｆターム（参考）】
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