(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料層内に形成された、それぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のアパーチャと、
前記材料層上に配置されたシャッタベースのＭＥＭＳ光変調器のアレイであって、各光変調器は、対応する一つまたは複数のアパーチャを通る光の通過を選択的に妨害するための光遮断部分を有するシャッタを含む、アレイと、
を含むディスプレイ装置であって、
前記シャッタは、閉位置では、前記シャッタの前記光遮断部分がその対応する一つまたは複数のアパーチャの少なくとも一つのエッジと重なるように形作られ、
前記アレイは前記材料層から一定のギャップだけ離され、
前記重なりは前記ギャップの寸法以上である、ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記重なりは約１ミクロン以上である、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記重なりは約１ミクロン〜約１０ミクロンである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記重なりは約１０ミクロンより大きい、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記シャッタは、当該シャッタを通じた光の通過を許容する一つまたは複数のシャッタアパーチャを含み、各シャッタアパーチャは、前記シャッタに対応する前記一つまたは複数のアパーチャの一つに対応する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記材料層は実質的に反射性である、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記材料層は金属を含む、請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記材料層は誘電体ミラーを含む、請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
光導波路を含む、請求項６に記載のディスプレイ装置であって、
前記材料層は、バックライトを脱出する光を反射して前記光導波路に向けて戻す、ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記材料層の前記アレイに面した側に蒸着される光吸収材料を含む、請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記バックライトの裏側に配置された第２の反射層を含む、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記アレイは前記材料層上に形成される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記材料層は光導波路上に蒸着される、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記アレイは第１の基板上に形成され、前記材料層は前記第１の基板以外の第２の基板上に蒸着される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記アレイは、前記第１の基板の前記材料層に面する側に形成される、請求項１４に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
光導波路を含む、請求項１４に記載のディスプレイ装置であって、
前記第２の基板は前記第１の基板と前記光導波路との間に配置される、ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記第２の基板の屈折率より大きい屈折率を有する光導波路および液体を含む、請求項１４に記載のディスプレイ装置であって、
前記第２の基板は前記第１の基板と前記光導波路との間に配置され、前記液体は少なくとも前記第２の基板と前記光変調器との間に配置される、ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記光変調器内のシャッタを前記材料層から約所定距離だけ離しておくための、前記材料層と前記アレイとの間に配置されたスペーサを含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
少なくとも前記光変調器と前記材料層との間に配置された液体を含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記液体は潤滑剤である、請求項１９に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記液体は、前記材料層が形成される基板の屈折率より大きい屈折率を有する、請求項１９に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
光導波路を含む、請求項１９に記載のディスプレイ装置であって、
前記液体は前記光導波路の屈折率より大きい屈折率を有する、ディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記シャッタの前記材料層に面した側は反射材料で覆われる、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記シャッタの前記材料層に面した側は光吸収材料で覆われる、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記シャッタの前記材料層から見て外方に向く側は光吸収材料で覆われる、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００７年５月１８日出願の米国仮特許出願第６０／９３０，８７２号明細書、表題「ＭＥＭＳ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の優先権と特典を主張するものであり、以下の各出願、２００７年１月１９日出願の米国特許出願第１１／６５６，３０７号明細書、表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ａｃｔｕａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、２００７年３月３０日出願の米国特許出願第１１／７３１，６２８号明細書、表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ａｃｔｕａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、２００７年１０月１９日出願の米国特許出願第１１／９７５，３９８号明細書、表題「ＭＥＭＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」、２００７年１０月１９日出願の米国特許出願第１１／９７５，３９７号明細書、表題「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｆｌｕｉｄ−Ｆｉｌｌｅｄ  ＭＥＭＳ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、２００７年１０月１９日出願の米国特許出願第１１／９７５，４１１号明細書、表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄ−Ｆｉｌｌｅｄ  ＭＥＭＳ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、そして２００７年１０月１９日出願の米国特許出願第１１／９７５，６２２号明細書、表題「Ｓｐａｃｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ」の一部継続出願である。これらの仮出願と非仮出願のそれぞれの全体を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は一般的には撮像ディスプレイの組立分野に関し、特に機械的に作動するディスプレイ装置の組立に関する。
【背景技術】
【０００３】
機械的光変調器で構築されるディスプレイは、液晶技術に基づくディスプレイの魅力的な代案である。機械的光変調器は、映像コンテンツを良好な視角と広範囲のカラーおよびグレイスケールで表示するためには十分に速い。機械的光変調器は投写型ディスプレイアプリケーションでは成功してきた。機械的光変調器を利用するバックライトディスプレイは、まだ、魅力的な輝度と低電力との組み合わせを十分に実証していない。当該技術領域では、高速で明るく低電力な機械作動型ディスプレイに対する要求がある。
【０００４】
液晶ディスプレイとは異なり、ＭＥＭＳベースのディスプレイは何百、何千あるいは場合によっては何百万もの可動要素を含む。いくつかの装置では、一要素のいかなる動きも、一つまたは複数の要素を不能にする静止摩擦（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）の機会を生じる。さらに、ＭＥＭＳベースのディスプレイの効果的な動作は、光学的、電気的、および／または機械的構成部品の結合に依存する。このような構成部品のミスアラインメントは、画質劣化と、可能性としてディスプレイ全体としての動作不能にもつながる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本発明はディスプレイアセンブリの製造方法に関する。本方法は、複数のＭＥＭＳ光変調器が作製された第１の基板を設ける工程を含む。第１の基板は不透明であってもよくあるいは透明であってもよい。各光変調器は明状態と暗状態とを有する。本方法はまた、複数のアパーチャが形成された層を含む第２の基板（好ましくは透明な基板）を設ける工程を含む。一実施態様では層は反射性である。他の実施態様では層は光吸収性である。第１と第２の基板は次にそれぞれの光変調器とアパーチャとの対応関係を設定するためにアライメントされる。
【０００６】
ＭＥＭＳ光変調器は、変調素子、例えばシャッタ、光タップ、オイル、または少なくとも一つのエッジを有する干渉変調器を含む。各アパーチャもまたエッジを有する。一実施態様では、第１と第２の基板は、光変調器が暗状態の場合にそれぞれの光変調素子のエッジがその対応するアパーチャのエッジと、０ミクロンを越えかつ約２０ミクロン未満だけ重なるようにアライメントされる。別の実施態様では、光変調器のエッジは、暗状態において、０ミクロンを越えかつ約５ミクロン未満だけアパーチャのエッジと重なる。
【０００７】
アラインメントは多くのやり方で維持することができる。アラインメントは、接着剤または熱リフロー可能な材料により第１の基板を第２の基板にボンディングすることにより、あるいは第１と第２の基板上または基板内に形成されたインターロック形状部（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）同士を連結することにより維持することができる。
【０００８】
組立工程は、個々のディスプレイアセンブリの製造または複数のディスプレイアセンブリの同時製造に対処することができる。後者の場合、第１の基板上の複数のＭＥＭＳ変調器としては、パネル上に配置された複数のＭＥＭＳ変調器アレイが挙げられる。同様に、第２の基板上の複数のアパーチャとしては、その対応する複数のアパーチャアレイが挙げられる。単一パネルから複数のディスプレイアセンブリを製造する場合、組立工程はディスプレイパネルを単一化（ｓｉｎｇｕｌａｔｅ）することを含む。基板の単一化（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）は、基板がアライメントおよび／または密封される前または後に行なうことができる。
【０００９】
基板同士をアライメントするために、アライメントマークを第１と第２の基板のそれぞれの上に形成することができる。基板は、アライメントマーク間のミスアラインメントを監視する視覚システムを含むアライメント装置に装填することができる。アライメント装置はまた、２つの基板の相対位置を調整するためのモーターまたは駆動装置を含む。アライメント装置はまた、接着材を硬化するためのＵＶランプを含むことができる。
【００１０】
一実施態様では、アライメント方法は、基板間に一定の距離間隔を設定するために２つの基板の一方にスペーサを貼り付ける工程を含む。スペーサは２つの基板間のギャップを埋める導電性材料で形成することができる。
【００１１】
さらに、潤滑剤などの流体によりディスプレイ構成部品の表面（可動要素の前面と裏面を含む）を濡らすことにより静止摩擦を低減することができる。様々な流体と気体は、ＭＥＭＳ光変調器の可動構成部品を取り囲むと、静止摩擦を低減するだけでなくディスプレイの光学的および電気機械的性能も改善することができる。
【００１２】
したがって別の態様によると、本発明は、潤滑剤などの液体により実質的に取り囲まれる（そして好適にはその中を移動する）素子を有する光変調器アレイを含むディスプレイアセンブリに関する。光変調器アレイは第１の基板上に形成される。ＭＥＭＳ光変調器を取り囲む液体を収容するために第１の基板と第２の透明基板は接着剤で密封される。密封はまた、２つの基板間の相対運動を制限するように作用する。一実施態様ではシール材は高分子材料で形成される。
【００１３】
ディスプレイアセンブリ内に密封された液体は第１の屈折率を有し、アパーチャ層が配置される基板は第２の屈折率を有する。一実施態様では、第１の屈折率は第２の屈折率より大きいかあるいは実質的に等しい。液体はまた、非導電性であることが好ましく、２．０を越える誘電率を有する。
【００１４】
別の態様では、本発明はＭＥＭＳベースのディスプレイの製造方法に関する。本方法は、流体がディスプレイ構成部品の表面（可動要素の前面と裏面を含む）を濡らし、静止摩擦を低減するとともにディスプレイの光学的および電気機械的性能を改良するように作用する、流体充填工程を含む。本方法は第１と第２の透明基板を設ける工程を含む。第１の基板はその上に形成された複数のＭＥＭＳ光変調器を有する。第２の基板は透明である。一実施態様では、反射性アパーチャ層が第２の基板上に形成される。別の実施態様では、ブラックマトリクスが第２の基板上に形成される。第２の透明基板は、第１の基板が第２の基板から一定のギャップだけ離されるように第１の基板に隣接して配置される。ディスプレイアセンブリは潤滑剤などの液体により充填される。本方法は、液体がＭＥＭＳ光変調器の可動部を実質的に取り囲むように液体をディスプレイアセンブリ内に収容するディスプレイアセンブリ密封工程も含む。
【００１５】
ディスプレイ密封工程は、ディスプレイアセンブリの周縁の少なくとも一部分に沿ってシール材を貼り付ける工程を含む。一実施態様では、シール材を貼り付ける工程はディスプレイを充填する工程に先立つ。一実施態様では、アセンブリを充填する前にシール材は硬化される。別の実施態様では、ディスプレイアセンブリが充填された後にシール材は硬化される。基板はシール材が硬化される前にアライメントされてよい。一実施態様では、アセンブリ上にシール材を貼り付ける工程は少なくとも一つの充填用穴を未密封のままにしておくことを含む。充填用穴は、ディスプレイアセンブリ内に流体を収容するためにアセンブリを流体で充填する工程の後で密封される。
【００１６】
一実施態様では、単一のディスプレイアセンブリがパネルごとに作製される。他の実施態様では、各パネルから複数のディスプレイアセンブリが作製される。このような実施態様では、本方法は、パネル上に複数のＭＥＭＳ光変調器アレイを作製した後それらを分離する工程を含む。アレイはシール材を貼り付ける前または後で分離することができる。
【００１７】
一実施態様では、ディスプレイを充填するために、基板は減圧チャンバ内に置かれる。別の実施態様では、充填工程は、第１と第２の基板とをアライメントして接着することに先立って両基板の一方に液体を塗布することを含む。
【００１８】
別の実施態様では、本方法は、基板間のギャップを維持するために基板の一方または両方にスペーサを作製する工程を含む。基板間のギャップを埋めるために導電性材料を塗布することができる。
【００１９】
本発明は、ピクセルアレイ、基板、そして基板上に形成された制御マトリクスを有するディスプレイ装置に関連してよい。アレイは、それぞれがアレイ内のピクセルに対応する光変調器を含むことができる。基板は透明であってよい。制御マトリクスはアレイ内の各ピクセルに対応する少なくとも一つのスイッチまたはカスコードスイッチを有してよい。
【００２０】
本発明の一側面によると、ディスプレイ装置は、アパーチャ層が形成された第１の基板と、アパーチャ層に向けて光を誘導する光導波路と、光導波路からアパーチャ層を通過する光を変調するための複数のＭＥＭＳ光変調器と、光導波路の周縁を実質的に取り囲むスペーサであって、光導波路と第１の基板を所定距離だけ互いに離しておくことにより第１の基板と光導波路間にギャップを形成するためのスペーサとを含む。アパーチャ層は反射性アパーチャ層を含んでよい。
【００２１】
一実施態様では、スペーサは、ディスプレイ装置の異なる構成部品間（第一の基板、光導波路に光を供給するためのランプ、複数のＭＥＭＳ光変調器の一つを制御するための電気的接続、光導波路に向けて光を反射させるための反射層の少なくとも一つと、光導波路との間など）のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｆｅａｔｕｒｅ）を含む。別の実施態様では、スペーサは、光導波路と第１の基板のうちの少なくとも一つの並進移動を制限するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む。構造的特徴部は、光導波路と第１の基板のうちの一つが載る棚を含む。接着剤は、光導波路と第１の基板のうちの少なくとも一つに接着する構造的特徴部上に配置することができる。
【００２２】
スペーサは光を光導波路内へ反射させるための反射面を含んでよい。スペーサは、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリレート、金属、または金属とプラスチックの複合材などの剛性材を含んでよい。複数のＭＥＭＳ光変調器は、シャッタベースの光変調器またはエレクトロウェッティング光変調器を含んでもよく、また第１の基板または第２の基板上に形成することができる。
【００２３】
本発明の別の態様によると、ディスプレイ装置は、制御マトリクスが形成された第１の基板と、制御マトリクスに向けて光を誘導する光導波路と、光導波路からの光を変調するための複数のＭＥＭＳ光変調器と、光導波路の周縁を実質的に取り囲むスペーサであって、光導波路と第１の基板を所定距離だけ互いに離しておくことにより第１の基板と光導波路間にギャップを形成するためのスペーサとを含む。
【００２４】
本発明の一側面によると、ディスプレイ装置は、第１の基板、反射性アパーチャ層、そして複数のＭＥＭＳ光変調器を含む。第１の基板は前面向きの面と裏面向きの面を有する。反射性アパーチャ層は、第１の基板の前面向きの面上に配置された複数のアパーチャを含む。複数のＭＥＭＳ光変調器は、画像を形成するために、複数のアパーチャに向けられた光を変調する。
【００２５】
第１の基板は光導波路を含むことができる。あるいは、光導波路は第１の基板の後方に配置されてもよく、ここでは反射性アパーチャ層は、複数のアパーチャを通過しない光を反射して光導波路の方へ戻すことができる。この場合光導波路は第１の基板と密着してもよい。
【００２６】
複数のＭＥＭＳ光変調器はシャッタベースの光変調器および／またはエレクトロウェッティング光変調器を含むことができる。アクティブマトリクス制御マトリクスは複数のＭＥＭＳ光変調器を制御することができ、アクティブマトリクスはそれぞれのＭＥＭＳ光変調器に対応する少なくとも一つのスイッチを含むことができる。第１の基板は透明であってよい。反射性アパーチャ層は、ミラー、誘電体ミラー、そして金属膜のうちの一つで形成することができる。
【００２７】
ＭＥＭＳ光変調器は、第１の基板上に配置することができる。第１の基板は、反射性アパーチャ層が複数の光変調器に近接するように配置されてよい。複数のアパーチャは複数の光変調器のそれぞれの光変調器に対応することができる。
【００２８】
一実施態様では、第１の基板は、第１の基板と光導波路間にギャップを形成するように光導波路に対して位置決めされる。流体（空気でもよい）がギャップを充填することができる。流体は第１の屈折率を有し光導波路は第２の屈折率を有してよい。第１の屈折率は第２の屈折率未満である。
【００２９】
別の実施態様では、第２の基板は第１の基板の前面向きの面の前に配置される。複数のＭＥＭＳ光変調器は、第２の基板上または第２の基板の裏面向きの面上に形成することができる。制御マトリクスは、複数のＭＥＭＳ光変調器を制御するために第２の基板上に形成されてよい。第２の基板は透明であってよい。機械的インターロック形状部（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）および／または接着剤は第１と第２の基板間の横方向のアラインメントを維持することができ、第１と第２の基板の相対的側方移動をどの方向へも５ミクロン未満に制限することができる。第１の基板は第２の基板と光導波路間に配置することができる。
【００３０】
第１の基板は、第１の基板と第２の基板間のギャップを形成するように第２の基板に対し位置決めすることができる。ギャップはスペーサにより維持されてもよい、および／または潤滑剤などの液体または流体で充填されてもよい。流体は第１の屈折率を有し基板は第２の屈折率を有することができる。第１の屈折率は第２の屈折率より大きいかあるいは実質的に等しい。
【００３１】
本発明の別の態様によると、ディスプレイ装置は第１の基板、第２の基板、ＭＥＭＳ光変調器アレイ、そしてスペーサを含む。ＭＥＭＳ光変調器アレイは第１と第２の基板の一方の上に形成される。スペーサはアレイ内に設置され、第１の端部において第一の基板と一体的に形成されるかまたは接続され、かつ第２の端部において第２の基板と一体的に形成されるかまたは接続される。スペーサの第１と第２の基板の一方への接続は、基板上に蒸着された少なくとも一つの薄膜の積層へ接続することを含んでよい。薄膜は、反射性アパーチャ層、光吸収層、そしてカラーフィルタのうちの一つを含んでよい。
【００３２】
スペーサは、第１の基板からエッチングされてよく、および／または第１の基板上に蒸着された膜からエッチングされてよい。スペーサは、第１の基板上の電気部品と第２の基板上の電気部品間の電気的接続を形成することができる。スペーサは重合体、金属、および／または絶縁材料で形成することができる。スペーサは、第２の基板上に形成されたアライメント用素子と嵌合することができる。スペーサは約１ミクロンから約１０ミクロンの間の高さであってよい。
【００３３】
第１の基板と第２の基板は両方とも実質的に剛性であってよい。あるいは、第１と第２の基板は両方とも実質的に可撓性であってよい。または、第１の基板と第２の基板の一方は実質的に剛性であり、第１の基板と第２の基板の他方は実質的に可撓性である。第１の基板と第２の基板の少なくとも一つは実質的に透明である。
【００３４】
第１の基板または第２の基板はディスプレイ装置の前面を含むことができる。光導波路は第１と第２の基板とは別個のものであってよい。スペーサと複数の追加のスペーサは、「４つの光変調器当たり一つのスペーサ」以下のスペーサ密度でアレイ内に配置されてよい。ＭＥＭＳ光変調器はそれぞれの表示ピクセルに対応することができ、それぞれの表示ピクセルは少なくとも一つのスペーサを含んでよい。第１と第２の基板間の空間はギャップを形成することができる。このギャップは潤滑剤などの流体で充填されてよい。
【００３５】
ＭＥＭＳ光変調器は、光の通過を選択的に妨害するように構成することができ、シャッタベースの光変調器および／またはエレクトロウェッティングベースの光変調器を含むことができる。ＭＥＭＳ光変調器は光導波路から光を選択的に抽出することができる。スペーサはＭＥＭＳ光変調器の一つにおける構成部品の移動範囲を制限することができる。
【００３６】
別の態様によると、本発明は、ガラス、プラスチック、または金属材料などの熱リフロー可能な材料で形成されるスペース要素によりある程度アライメントされた２つの透明基板を含むディスプレイ装置に関する。スペース要素は、２つの透明基板を接合する接着剤としても機能することが好ましい。
【００３７】
熱リフロー可能な材料は、摂氏約１５０度から約４００度の温度範囲で実質的に液体状態を得ることが好ましい。熱リフロー可能な材料は、少なくとも摂氏約４００度までの温度では液体状態のままであることが好ましい。さらに、液体状態では、熱リフロー可能な材料は、両方の基板のまたはそれら基板上の形状部（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を濡らす。
【００３８】
一実施態様では、２つの透明基板の一方は、その上に複数の光変調器好ましくはＭＥＭＳ光変調器が形成される。一実施態様のスペース要素は光変調器アレイ内に形成される。別の実施態様では、スペース要素はアレイの周縁に形成される。反射性アパーチャ層は、同じ基板上または２つの透明基板の他方の上に形成される。
【００３９】
一態様では、本発明は、材料層内に形成された複数のアパーチャと、材料層とディスプレイ装置の所望のビューアとの間に配置されたシャッタベースのＭＥＭＳ光変調器アレイであって、材料層から一定のギャップだけ離されたアレイとを含むディスプレイ装置に関する。各アパーチャは少なくとも一つのエッジを有し、各光変調器は、対応する一つまたは複数のアパーチャを通る光の通過を選択的に妨害するための光遮断部分を有するシャッタを含む。シャッタは、閉位置ではシャッタの光遮断部分がその対応する一つまたは複数のアパーチャの少なくとも一つのエッジと重なるように、形作られる。この重なりはギャップの寸法に比例し、かつギャップの寸法以上である。
【００４０】
重なりは約１ミクロン以上、約１ミクロンから約１０ミクロンの間、および／または約１０ミクロンより大きくてもよい。シャッタは光の通過を許容する一つまたは複数のシャッタアパーチャを含んでよく、各シャッタアパーチャは、シャッタに対応する一つまたは複数のアパーチャの一つに対応する。ディスプレイは、光変調器内のシャッタを約所定距離だけ材料層から離しておくために、材料層とアレイ間に配置されたスペーサを含むことができる。シャッタの材料層に面する側は反射材料および／または光吸収材料で覆われてもよい。シャッタの材料層から見て外方に向く側は光吸収材料で覆われてもよい。
【００４１】
一実施態様では、材料層は実質的に反射性であり、金属および／または誘電体ミラーを含むことができる。ディスプレイは光導波路を有するバックライトを含むことができ、材料層はバックライトを脱出する光を反射して光導波路に向けて戻す。光吸収材料は、材料層のアレイに面する側に蒸着することができる。第２の反射層はバックライトの裏側に配置されてよい。アレイは材料層上に形成されてよく、材料層は光導波路上に蒸着されてよい。
【００４２】
別の実施態様では、ディスプレイ装置は、潤滑剤であってよく光変調器と材料層間に少なくとも配置される液体を含む。液体は、光導波路の屈折率および／または材料層が形成された基板の屈折率より大きな屈折率を有してもよい。
【００４３】
別の実施態様では、アレイは第１の基板上に形成され、材料層は第１の基板以外に第２の基板上に蒸着される。第２の基板は第１の基板と光導波路間に配置されてよい。特に、アレイは、第１の基板のビューアから離れて面する側に形成することができる。ディスプレイ装置は、第２の基板の屈折率より大きな屈折率を有する液体であって第２の基板と光変調器間に少なくとも配置された液体を含むことができる。
【００４４】
別の態様では、ディスプレイ装置は、透過的に画像を表示するエレクトロウェッティングベースの光変調器アレイと、アレイに隣接して配置された反射性アパーチャ層であって、反射性アパーチャ層内のアパーチャを通過しない光を反射してアレイから離れさせるための反射性アパーチャ層とを含む。画像は、反射性アパーチャ層内のアパーチャを通過しアレイにより変調された光により形成される。反射性アパーチャ層は金属および／または誘電体ミラーを含むことができる。
【００４５】
バックライトは、反射性アパーチャ層のアレイとは反対側に配置することができる。第２の反射層は、反射性アパーチャ層に向けて光を反射するために、反射性アパーチャ層のアレイとは反対側に配置することができる。低屈折率材料の層が、バックライトと反射性アパーチャ層間の光導波路に連結されてもよい。
【００４６】
一実施態様では、エレクトロウェッティングベースの光変調器アレイは第１のエレクトロウェッティング制御カラー変調層とエレクトロウェッティング制御ブラック層とを含む。第１のエレクトロウェッティング制御カラー変調層は、それぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のエレクトロウェッティング制御カラー変調セルを含むことができる。エレクトロウェッティング制御ブラック層は、カラー変調セルの一つまたは複数に対応するそれぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のエレクトロウェッティング制御光吸収セルを含むことができる。各光吸収セルの少なくとも一つのエッジは、対応する一つまたは複数のカラー変調セルの少なくとも一つのエッジと重なってよい。第１のエレクトロウェッティング制御カラー変調層は、エレクトロウェッティング制御カラー変調セル群を含むことができ、所与の群における各セルは異なる色の光を変調する。ディスプレイ装置はまた、第２と第３のエレクトロウェッティング制御カラー変調層を含むことができ、第１、第２、第３のエレクトロウェッティング制御カラー変調層のそれぞれは異なる色の光を変調する。
【００４７】
別の実施態様では、ディスプレイ装置は光を光導波路内に放射するための光源を含む。光源は、白色光、および／または順次放射されてよい少なくとも３つの異なる色の光を放射することができる。光源は、それぞれが３つの異なる色の一つに対応する少なくとも３つの光源を含むことができる。
【００４８】
別の実施態様では、エレクトロウェッティングベースの光変調器アレイは複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セルを含む。各セルは反射性アパーチャ層内のアパーチャに対応する。アパーチャのそれぞれは少なくとも一つのエッジを有し、各セルは光変調用流体の層を含み、非作動状態のとき、セルの光変調用流体はその対応するアパーチャの少なくとも一つのエッジと重なる。
【００４９】
別の実施態様では、エレクトロウェッティングベースの光変調器は電極層を含む。電極層は反射性アパーチャ層と光変調用流体間に配置することができる。反射性アパーチャ層は第１の基板上に配置され、電極層は第１の基板とは別の第２の基板上に配置される。光変調用流体は反射性アパーチャ層と電極層間に配置することができる。
【００５０】
上記考察は、以下の図面を参照した本発明の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の例示的実施形態によるディスプレイ装置の等角投影図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的実施形態による図１Ａのディスプレイ装置のブロック線図である。
【図２Ａ】本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイへの組み込みに好適な例示的なシャッタベースの光変調器の透視図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイへの組み込みに好適なローラシェードベースの光変調器の断面図である。
【図２Ｃ】本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイの別の実施形態への組み込みに好適な光タップベースの光変調器の断面図である。
【図３】本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイに組込まれた光変調器を制御するのに好適な制御マトリクスの概略図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による、図３の制御マトリックスに接続されたシャッタベースの光変調器アレイの透視図である。
【図５】本発明の例示的実施形態によるディスプレイ装置の断面図である。
【図６Ａ】本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおける図８のシャッタアセンブリの平面図である。
【図６Ｂ】本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおける図８のシャッタアセンブリの平面図である。
【図７Ａ】本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。
【図７Ｂ】本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。
【図７Ｃ】本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。
【図７Ｄ】本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による第１のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイの断面図である。
【図９】本発明の例示的実施形態による第２のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイの断面図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態による第３のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイの断面図である。
【図１１Ａ】本発明の例示的実施形態によるアパーチャ板の断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の例示的実施形態によるアパーチャ板の断面図である。
【図１２】本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。
【図１３Ａ】本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。
【図１３Ｂ】本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。
【図１４Ａ】本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおけるシャッタアセンブリの透視図である。
【図１４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおけるシャッタアセンブリの透視図である。
【図１５】本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。
【図１６】本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。
【図１７】本発明の例示的実施形態による高精度基板アライメント装置の概念図である。
【図１８】本発明の例示的実施形態による、複数の変調器およびアパーチャアレイをそれぞれ含む変調器基板とアパーチャ板の平面図である。
【図１９】本発明の例示的実施形態によるアラインメント後のパネルアセンブリの平面図である。
【図２０】本発明の例示的実施形態によるセル組立方法のフローチャートである。
【図２１】本発明の例示的実施形態による流体充填装置の概念図である。
【図２２】本発明の例示的実施形態によるセル組立方法のフローチャートである。
【図２３】本発明の例示的実施形態による液晶ディスプレイ装置の断面図である。
【図２４Ａ】本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの断面図である。
【図２４Ｂ】本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの等角分解図である。
【図２５】本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの断面図である。
【図２６】本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の総合的な理解を助けるために、画像を表示するための装置および方法を含む特定の例示的実施形態について以下に説明する。しかしながら本明細書に記載のシステムと方法は、取り組むアプリケーションに適切となるように適応化され修正され得ること、本明細書に記載のシステムと方法は他の好適なアプリケーションにおいて利用され得ること、そして、このような他の追加と修正は本明細書の範囲から逸脱しないことは当業者により理解されるであろう。
【００５３】
図１Ａは本発明の例示的実施形態による直視型ＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の概略図である。ディスプレイ装置１００は行と列に配列された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（概して「光変調器１０２」と呼ぶ）を含む。ディスプレイ装置１００において、光変調器１０２ａと１０２ｄは光の通過を許容する開状態にある。光変調器１０２ｂと１０２ｃは光の通過を妨害する閉状態にある。光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することにより、ディスプレイ装置１００は、一つまたは複数のランプ１０５により照明された場合にバックライトディスプレイの画像１０４を形成するために利用することができる。別の実施形態では、装置１００は、装置の前から来る周辺光の反射により画像を形成されてもよい。別の実施形態では、装置１００は、ディスプレイの前に配置した一つまたは複数のランプからの光の反射により（すなわち、前面光を利用することにより）画像を形成することができる。閉状態または開状態においては、光変調器１０２は、例えばそして限定するものではないが光の遮断、反射、吸収、フィルタリング、分極、回折により、あるいは光の特性または経路を変更することにより光路内の光と干渉する。
【００５４】
ディスプレイ装置１００において、各光変調器１０２は画像１０４内のピクセル１０６に対応する。他の実施形態では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内のピクセル１０６を形成するために複数の光変調器を利用することができる。例えばディスプレイ装置１００は３つの特定色光変調器１０２を含むことができる。特定のピクセル１０６に対応する一つまたは複数の特定色光変調器１０２を選択的に開くことにより、ディスプレイ装置１００は画像１０４内の色ピクセル１０６を生成することができる。別の実施例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内にグレイスケールを設けるためにピクセル１０６ごとに２つ以上の光変調器１０２を含む。画像に関し、用語「ピクセル」は画像分解能により定義される最小のピクチャエレメントに対応する。ディスプレイ装置１００の構造部品に関し、用語「ピクセル」は画像の単一ピクセルを形成する光を変調するために利用される機械的および電気的部品の組み合わせを指す。
【００５５】
ディスプレイ装置１００は、結像光学系を必要としないという点で直視型ディスプレイである。ユーザはディスプレイ装置１００を直接見ることにより画像を見る。別の実施形態では、ディスプレイ装置１００は投写型ディスプレイに組込まれる。このような実施形態では、ディスプレイはスクリーンまたは壁に光を投写することにより画像を形成する。投写型アプリケーションでは、ディスプレイ装置１００は投写される画像１０４より実質的に小さい。
【００５６】
直視型ディスプレイは透過モードまたは反射モードのいずれかで動作することができる。透過型ディスプレイでは、光変調器は、ディスプレイの後方に位置する一つまたは複数のランプから来る光をフィルタリングまたは選択的に遮断する。ランプからの光は、随意に光導波路内に注入される、すなわち「バックライト」される。透過直視型ディスプレイ実施形態は、光変調器を含む一つの基板がバックライト上に直接配置されるサンドイッチ組立構造配置を容易にするために、しばしば透明基板またはガラス基板上に構築される。いくつかの透過型ディスプレイ実施形態では、特定色光変調器はカラーフィルタ材料と各変調器１０２とを対応付けることにより作製される。他の透過型ディスプレイ実施形態では、色は、以下に説明するように、異なる原色を有するランプを交互に照明することによるフィールド順次カラー方式（ｆｉｅｌｄ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｌｏｒ  ｍｅｔｈｏｄ）を利用することにより生成することができる。
【００５７】
各光変調器１０２はシャッタ１０８とアパーチャ１０９を含む。画像１０４内のピクセル１０６を照明するために、シャッタ１０８は、光がアパーチャ１０９を通過してビューアに向かうことを許容するように配置される。ピクセル１０６を非点灯にしておくために、シャッタ１０８はアパーチャ１０９を通る光の通過を妨害するように配置される。アパーチャ１０９は反射材料または光吸収材料でパターン化された開口により画定される。
【００５８】
ディスプレイ装置はまた、基板と光変調器とに接続されたシャッタの運動を制御するための制御マトリックスを含む。制御マトリックスは、一行のピクセルごとに少なくとも一つの書込み許可配線１１０（「走査ライン配線」とも称する）を含む一連の電気配線（例えば配線１１０、１１２、１１４）と、一列のピクセル毎に一つのデータ配線１１２と、すべてのピクセルに対しあるいは少なくともディスプレイ装置１００内の複数列と複数行の両方からのピクセルに共通電圧を供給する共通の一つの配線１１４とを含む。適切な電圧（「書込み許可電圧、Ｖｗｅ」）の印加に応答して、所与の行のピクセルの書込み許可配線１１０は、新しいシャッタ移動命令を受けるために当該行にピクセルを用意する。データ配線１１２は新しい移動命令をデータ電圧パルスの形式で伝える。データ配線１１２に印加されたデータ電圧パルスは、いくつかの実施形態では、シャッタの静電運動に直接貢献する。他の実施形態では、データ電圧パルスは、光変調器１０２への別の作動電圧（通常はデータ電圧より大きい）の印加を制御するスイッチ例えばトランジスタまたは他の非線形回路素子を制御する。これらの作動電圧の印加は次にシャッタ１０８の静電駆動運動をもたらす。
【００５９】
図１Ｂはディスプレイ装置１００のブロック線図１５０である。図１Ａ、１Ｂを参照すると、上述のディスプレイ装置１００の要素に加え、ブロック線図１５０に示されるように、ディスプレイ装置１００は複数のスキャンドライバ１５２（「書込み許可電源」とも称する）と複数のデータドライバ１５４（「データ電源」とも称する）を含む。スキャンドライバ１５２は走査ライン配線１１０に書込み許可電圧を印加する。データドライバ１５４はデータ配線１１２にデータ電圧を印加する。ディスプレイ装置のいくつかの実施形態では、データドライバ１５４は、特に画像１０４のグレイスケールがアナログなやり方で発生される場合、光変調器にアナログデータ電圧を供給するように構成される。アナログ動作では、ある範囲の中間電圧がデータ配線１１２を介して印加されるとシャッタ１０８においてある範囲の中間的開状態したがって画像１０４内にある範囲の中間的照明状態（すなわちグレイスケール）が生じるように、光変調器１０２は設計される。
【００６０】
他の場合では、データドライバ１５４は、制御マトリックスに２つ、３つまたは４つのディジタル電圧レベルの縮小セットのみを印加するように構成される。これらの電圧レベルは、ディジタル的なやり方で開状態または閉状態のいずれかの状態を各シャッタ１０８に設定するように設計される。
【００６１】
スキャンドライバ１５２とデータドライバ１５４はディジタル制御回路１５６（「コントローラ１５６」とも称する）に接続される。コントローラ１５６は入力処理モジュール１５８を含む。入力処理モジュール１５８は、入力画像信号１５７を処理して、ディスプレイ装置１００の空間アドレス指定とグレイスケール機能とに適切なディジタル画像フォーマットへ変換する。各画像のピクセル位置およびグレイスケールデータは、データが必要に応じてデータドライバ１５４に供給されるようにフレームバッファ１５９に格納される。データは、行と画像フレームとによりグループ化された所定のシーケンスで編成された主にシリアルなやり方でデータドライバ１５４に送られる。データドライバ１５４は、直並列データ変換器と、レベルシフタと、そしていくつかのアプリケーションに対してはディジタルアナログ電圧変換器を含む。
【００６２】
ディスプレイ１００は一組の共通ドライバ１５３（共通電源とも称する）を随意に含む。いくつかの実施形態では、共通ドライバ１５３は、例えば一連の共通配線１１４に電圧を供給することにより光変調器アレイ１０３内のすべての光変調器に直流共通電位を供給する。他の実施形態では、共通ドライバ１５３は、コントローラ１５６からの命令に従って、電圧パルスまたは信号（例えばアレイ１０３の複数の行と列内のすべての光変調器の同時作動を駆動および／または始動することができるグローバル作動パルス）を光変調器アレイ１０３に発する。
【００６３】
異なる表示機能用のドライバ（例えばスキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、共通ドライバ１５３）はすべてコントローラ１５６内のタイミング制御モジュール１６０により時間同期される。モジュール１６０からのタイミング命令は、ランプドライバ１６８を介した赤、緑、青、白ランプ（それぞれ１６２、１６４、１６６、１６７）の照明と、ピクセルアレイ１０３内の特定の行の書込み許可と順番と、データドライバ１５４からの電圧の出力と、光変調器の作動をもたらす電圧の出力とを調整する。
【００６４】
コントローラ１５６は、アレイ１０３内の各シャッタ１０８が新しい画像１０４に適切な照明レベルに再設定され得るシーケンシングまたはアドレス方式を確定する。好適なアドレス指定、画像形成、グレイスケール技術の詳細は、米国特許出願第１１／３２６，６９６号明細書と米国特許出願第１１／６４３，０４２号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に援用する。周期的な間隔で新しい画像１０４を設定することができる。例えば、ビデオディスプレイでは、ビデオのカラー画像１０４またはフレームは１０ヘルツから３００ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実施形態では、アレイ１０３への画像フレームの設定は、交番する画像フレームが赤、緑、青色などの交番する一連の色で照明されるように、ランプ１６２、１６４、１６６の照明と同期される。それぞれの色の画像フレームはカラーサブフレームと称する。この方法（フィールド順次カラー方式と呼ぶ）では、カラーサブフレームが２０Ｈｚを超える周波数で交番されると、人間の脳は、交番するフレーム像を平均化して広い連続的な範囲の色を有する画像として認識する。別の実施形態では、赤、緑、青色以外の原色を利用することにより、赤、緑、青の三原色を含む４つ以上のランプをディスプレイ装置１００で利用することができる。
【００６５】
ディスプレイ装置１００がシャッタ１０８の開状態と閉状態との間でディジタル的に切り替えられるように設計されるいくつかの実施形態では、コントローラ１５６は、適切なグレイスケールを有する画像１０４を形成するためにアドレス指定シーケンスおよび／または画像フレーム間の時間間隔を確定する。シャッタ１０８が特定のフレームにおいて開放される時間量を制御することによりグレイスケールの様々なレベルを生成する処理は、時分割グレイスケールと呼ばれる。時分割グレイスケールの一実施形態では、コントローラ１５６は、当該ピクセルの所望の照明レベルまたはグレイスケールに従って、シャッタ１０８が開状態のままでいられる各フレーム内の時間間隔またはその時間の一部を確定する。他の実施形態では、画像フレームごとに、コントローラ１５６はアレイ１０３の複数の行と列において複数のサブフレーム画像を設定し、そしてコントローラは、各サブフレーム画像がグレイスケールに対して符号化ワード内で利用されるグレイスケール値または重み値に比例して照明される継続期間を変更する。例えば、一連のサブフレーム画像の照明時間は、２進符号化系列１、２、４、８、．．．に比例して変化させることができる。アレイ１０３内の各ピクセルのシャッタ１０８は、グレイスケールレベルに対するピクセルの２進符号化ワード内の対応する位置の値に従って、サブフレーム画像内で開状態または閉状態のいずれかに設定される。
【００６６】
他の実施形態では、コントローラは、特定のサブフレーム画像に望まれるグレイスケール値に比例してランプ１６２、１６４、１６６からの光の強度を変える。多くの複合化技術もまた、シャッタアレイ１０８からカラーとグレイスケールを形成するために利用可能である。例えば上述の時分割技術は、ピクセルごとに複数のシャッタ１０８を使用することと組み合わせることができ、あるいは特定のサブフレーム画像に対するグレイスケール値は、サブフレームタイミングとランプ強度の両方を組み合わせることにより設定することができる。これらおよび他の実施形態の詳細は、上に参照された米国特許出願第１１／６４３，０４２号明細書に見出すことができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、画像状態１０４のデータは、個々の行（走査ラインとも称する）を順次アドレス指定することによりコントローラ１５６により変調器アレイ１０３にロードされる。アドレス指定シーケンスの行または走査ラインごとに、スキャンドライバ１５２は書込み許可電圧をアレイ１０３の当該行の書込み許可配線１１０に印加し、その後データドライバ１５４は、選択された行内の列ごとに、所望のシャッタ状態に対応するデータ電圧を供給する。この処理は、データがアレイ内のすべての行にロードされるまで繰り返される。いくつかの実施形態では、データロードのために選択される行のシーケンスは線形であり、アレイ内の上から下へ進む。他の実施形態では、選択行のシーケンスは目に見える人為産物（ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を最小限にするために疑似的にランダム化される。そして他の実施形態では、シーケンスはブロックで編成される。ここでは一ブロックに対し、画像状態１０４の特定な一部分のみのデータが、例えばアレイの５行目ごとのみを順にアドレス指定することによりアレイにロードされる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、アレイ１０３へ画像データをロードする処理は、シャッタ１０８を作動させる処理から時間的に分離される。これらの実施形態では、変調器アレイ１０３はアレイ１０３内のピクセルごとにデータ記憶素子を含むことができ、制御マトリックスは、記憶素子に格納されたデータに従ってシャッタ１０８の同時作動を開始する共通ドライバ１５３からのトリガー信号を搬送するためのグローバル作動配線を含むことができる。様々なアドレス指定シーケンス（それらの多くは米国特許出願第１１／６４３，０４２号明細書に記載される）はタイミング制御モジュール１６０により調整することができる。
【００６９】
別の実施形態では、ピクセルアレイ１０３とピクセルを制御する制御マトリックスは、矩形状の行と列以外の構成で配置することができる。例えば、ピクセルは六角形状アレイまたは曲線状の行と列で配置することができる。一般的には、本明細書で使用されるように、用語「走査ライン」は書込み許可配線を共有する任意の複数のピクセルを指すものとする。
【００７０】
ディスプレイ装置１００は、タイミング制御モジュール１６０、フレームバッファ１５９、スキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、そしてドライバ１５３、１６８を含む複数の機能ブロックで構成される。各ブロックは、識別可能なハードウェア回路および／または実行可能なコードモジュールのいずれかを表すものと理解してよい。いくつかの実施形態では、機能ブロックは、個別チップとして、あるいは回路基板および／またはケーブルにより一緒に接続された回路として設けられる。あるいは、これらの回路の多くは、ガラスまたはプラスチックの同一基板上にピクセルアレイ１０３と共に作製することができる。他の実施形態では、複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および／またはブロック線図１５０の制御機能は、単一のシリコンチップ内に一緒に集積化することができる。シリコンチップはピクセルアレイ１０３を保持する透明基板に直接ボンディングされる。
【００７１】
コントローラ１５６はプログラムリンク１８０含み、このプログラムリンクにより、コントローラ１５６内で実施されるアドレス指定、カラー、および／またはグレイスケールアルゴリズムを特定のアプリケーションの必要性にしたがって変更することができる。いくつかの実施形態では、プログラムリンク１８０は、コントローラ１５６が環境条件に対応して撮像モードまたはバックライト電力を調整することができるように、周辺光センサーまたは温度センサーなどの環境センサーからの情報を伝達する。コントローラ１５６はまた、光変調器の作動だけでなくランプに必要な電力を供給する電源入力１８２を含む。必要ならば、ドライバ１５２、１５３、１５４、および／または１６８は、入力電圧１８２をシャッタ１０８の作動またはランプ１６２、１６４、１６６、１６７などのランプの照明に十分な様々な電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータを含んでもよいし、あるいはＤＣ−ＤＣコンバータが付随されてもよい。
【００７２】
図２Ａは、本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００への組み込みに好適な例示的なシャッタベースの光変調器２００透視図である。シャッタベースの光変調器２００（シャッタアセンブリ２００とも称する）は、アクチュエータ２０４に連結されたシャッタ２０２を含む。２００５年１０月１４日出願の米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書に記載されるように、アクチュエータ２０４は、２つの別個の弾性電極ビームアクチュエータ２０５（以下「アクチュエータ２０５」と称する）で形成される。シャッタ２０２は片側でアクチュエータ２０５に連結する。アクチュエータ２０５は、表面２０３と実質的に平行な運動面において、シャッタ２０２を表面２０３の上方で横に移動させる。シャッタ２０２の反対側は、アクチュエータ２０４により加えられる力に対抗する復原力を与えるばね２０７に連結する。
【００７３】
各アクチュエータ２０５は、シャッタ２０２をロードアンカー２０８に接続する弾性ロードビーム２０６を含む。弾性ロードビーム２０６と共にロードアンカー２０８は機械的支持体として機能し、表面２０３近傍にシャッタ２０２を吊るした状態に保つ。ロードアンカー２０８は、弾性ロードビーム２０６とシャッタ２０２とを表面２０３に物理的に接続し、ロードビーム２０６をバイアス電圧に（時にはグラウンドに）電気的に接続する。
【００７４】
各アクチュエータ２０５はまた、各ロードビーム２０６に隣接して配置された弾性駆動ビーム２１６を含む。駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６間で共有される駆動ビームアンカー２１８と一端で連結する。各駆動ビーム２１６の他端は自由に動くことができる。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端近くのロードビーム２０６とロードビーム２０６のアンカー端とに最接近するように湾曲する。
【００７５】
表面２０３は光の通過を許容する一つまたは複数のアパーチャ２１１を含む。シャッタアセンブリ２００が例えばシリコンから成る不透明な基板上に形成される場合、表面２０３は基板の表面であり、アパーチャ２１１は、穴アレイを、基板を貫通してエッチングすることにより形成される。シャッタアセンブリ２００が、例えばガラスまたはプラスチックから成る透明基板上に形成される場合、表面２０３は基板上に蒸着された光遮断層の表面であり、アパーチャ２１１は、表面２０３を穴アレイにエッチングすることにより形成される。アパーチャ２１１の形状は、概して、円形、楕円、多角形、蛇行形状、または不規則形状であってよい。
【００７６】
動作中、光変調器２００を内蔵するディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を印加する。ロードビーム２０６に第２の電位を印加することができる。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６間に生じる電位差は、駆動ビーム２１６の自由端をロードビーム２０６のアンカー端の方に引っ張り、そしてロードビーム２０６のシャッタ端を駆動ビーム２１６のアンカー端の方に引っ張ることによりシャッタ２０２を駆動アンカー２１８の方に横に駆動する。弾性部材２０６はばねとして働き、ビーム２０６と２１６間の電圧が取り除かれるとロードビーム２０６はロードビーム２０６に蓄えられたストレスを解放することによりシャッタ２０２をその初期位置に押し戻す。
【００７７】
シャッタアセンブリ２００（弾性シャッタアセンブリとも称する）は、電圧が取り除かれた後シャッタをその静止位置または弛緩位置に戻すためのばねなどの受動的復元力を組み込む。多くの弾性復元機構と様々な静電結合器は、静電アクチュエータ（シャッタアセンブリ２００内に例示される弾性ビームは単に一例である）となるように、あるいは静電アクチュエータと組み合わせて設計することができる。他の例は米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書と米国特許出願第１１／３２６，６９６号明細書に記載され、これらを参照により本明細書に援用する。例えば、動作の「開」状態と「閉」状態間の突然の遷移を支援し、そして多くの場合シャッタアセンブリに双安定またはヒステリシス動作特性を与える高度に非線形の電圧変位応答を設けることができる。アナロググレイスケール動作に好ましいであろう、より多くの増分電圧変位応答（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｖｏｌｔａｇｅ−ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）と著しく低減されたヒステリシスとを有する他の静電アクチュエータを設計することができる。
【００７８】
弾性シャッタアセンブリ内のアクチュエータ２０５は閉すなわち作動位置と弛緩位置との間で動作すると考えられる。しかしながら、設計者は、アクチュエータ２０５がその弛緩位置にあるときはいつでもシャッタアセンブリ２００が「開」状態（すなわち光を通す）または「閉」状態（すなわち光を遮断する）のいずれかであるようにアパーチャ２１１の設置を選択できる。例示目的のために、以下では、本明細書に記載の弾性シャッタアセンブリは、その弛緩状態において開放となるように設計されると仮定する。
【００７９】
多くの場合、制御電子回路がシャッタを開状態と閉状態のそれぞれに静電駆動することができるように、「開」アクチュエータと「閉」アクチュエータの２重化セットをシャッタアセンブリの一部として設けることが好ましい。
【００８０】
別の実施形態では、ディスプレイ装置１００は、上述のシャッタアセンブリ２００などのトランスバースシャッタベースの光変調器以外の光変調器を含む。例えば、図２Ｂは、本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の別の実施形態への組み込みに好適なローリングアクチュエータシャッタベースの光変調器２２０の断面図である。その全体を参照により本明細書に援用する米国特許第５，２３３，４５９号明細書、表題「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ」と米国特許第５，７８４，１８９号明細書、表題「Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」においてさらに説明されるように、ローリングアクチュエータシャッタベースの光変調器は、固定電極の反対側に配置された可動電極であって電界が印加されると好ましい方向に移動しシャッタを生成するようにバイアスがかけられる可動電極を含む。一実施形態では、光変調器２２０は、基板２２８と絶縁層２２４間に配置された平面電極２２６と、絶縁層２２４に固定端２３０が取り付けられた可動電極２２２とを含む。いかなる印加電圧もない場合、可動電極２２２の可動端２３２は、巻かれた状態を形成するために固定端２３０の方に自由に回転することができる。電極２２２と２２６間に電圧を印加すると、可動電極２２２が展開され絶縁層２２４に対し平坦に置かれ、これにより可動電極２２２は基板２２８を貫通して伝播する光を遮断するシャッタとして働く。電圧が取り除かれた後、可動電極２２２は弾性復元力により巻かれた状態に戻る。巻かれた状態への付勢は、異方性応力状態を含むように可動電極２２２を作製することにより実現することができる。
【００８１】
図２Ｃは、例示的な非シャッタベースのＭＥＭＳ光変調器２５０の断面図である。光タップ変調器２５０は、本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の別の実施形態への組み込みに好適である。その全体を参照により本明細書に援用する米国特許第５，７７１，３２１号明細書、表題「Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ  ａｎｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ」にさらに説明されるように、光タップは漏れ全内部反射（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）の原理に従って機能する。すなわち光２５２は光導波路２５４内に導かれる。光導波路２５４内では干渉することなく、光２５２の大部分は全内部反射のためにその前面または裏面を通って光導波路２５４を脱出することができない。光タップ２５０は、タップ素子２５６が光導波路２５４に接触するのに応じてタップ素子２５６に隣接する光導波路２５４の表面に当たる光２５２が光導波路２５４からタップ素子２５６を通ってビューアの方に逃れることにより画像形成に寄与するのに十分な高い屈折率を有するタップ素子２５６を含む。
【００８２】
一実施形態では、タップ素子２５６は可撓性透明材料のビーム２５８の一部として形成される。電極２６０はビーム２５８の片側の一部分を覆う。対向電極２６０は光導波路２５４の上に配置される。電極２６０の両端に電圧を印加することにより、タップ素子２５６の光導波路２５４に対する位置は、光導波路２５４から光２５２を選択的に抽出するように制御することができる。
【００８３】
ローラーベースの光変調器２２０と光タップ変調器２５０は、本発明の様々な実施形態に含むのに好適なＭＥＭＳ光変調器の唯一の例ではない。他のＭＥＭＳ光変調器が存在しそれらを本発明に組み込むことができることは理解されるであろう。
【００８４】
米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書と米国特許出願第１１／３２６，６９６号明細書は、適切なグレイスケールを有する画像（多くの場合は動画）を生成するために制御マトリックスを介しシャッタアレイを制御することができる様々な方法を説明している。ある場合には、制御は、ディスプレイの周縁の駆動回路に接続された行と列の配線の受動マトリクスアレイにより実現される。他の場合では、ディスプレイの速度、グレイスケール、および／または消費電力性能のいずれかを改良するために、アレイ（いわゆるアクティブマトリクス）の各ピクセル内にスイッチング素子および／またはデータ保存素子を含むことは適切である。
【００８５】
図３は、本発明の例示的実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００に組込まれた光変調器を制御するのに好適な制御マトリクス３００の概略図である。図４は、本発明の例示的実施形態による、図３の制御マトリックス３００に接続されるシャッタベースの光変調器アレイ３２０の透視図である。制御マトリックス３００はピクセルアレイ３２０（以下単に「アレイ３２０」と呼ぶ）をアドレス指定することができる。各ピクセル３０１は、アクチュエータ３０３により制御される図２Ａのシャッタアセンブリ２００などの弾性シャッタアセンブリ３０２含む。各ピクセルはまた、アパーチャ３２４を含むアパーチャ層３２２含む。シャッタアセンブリ３０２などのシャッタアセンブリのさらなる電気的および機械的な説明とその変形については、米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書と米国特許出願第１１／３２６，６９６号明細書に見出すことができる。別の制御マトリックスの記載も米国特許出願第１１／６０７，７１５号明細書に見出すことができる。
【００８６】
制御マトリックス３００は、シャッタアセンブリ３０２が形成される基板３０４の表面上に拡散または薄膜蒸着された電気回路として作製される。制御マトリックス３００は、制御マトリックス３００内のピクセル３０１の行ごとに走査ライン配線３０６を、そして制御マトリックス３００内のピクセル３０１の列ごとにデータ配線３０８を含む。各走査ライン配線３０６は、書込み許可電源３０７をピクセル３０１の対応する行内のピクセル３０１に電気的に接続する。各データ配線３０８はデータ電源（「Ｖｄ電源」）３０９を、ピクセル３０１の対応する列内のピクセル３０１に電気的に接続する。制御マトリックス３００では、データ電圧Ｖｄはシャッタアセンブリ３０２の作動に必要なエネルギーの大部分を供給する。したがって、データ電圧３０９はまた作動電源として機能する。
【００８７】
図３と図４を参照すると、ピクセルアレイ３２０内のピクセル３０１またはシャッタアセンブリ３０２毎に、制御マトリックス３００はトランジスタ３１０とキャパシタ３１２を含む。各トランジスタ３１０のゲートは、ピクセル３０１が配置されるアレイ３２０内の行の走査ライン配線３０６に電気的に接続される。各トランジスタ３１０のソースはその対応するデータ配線３０８に電気的に接続される。各シャッタアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３は２つの電極を含む。各トランジスタ３１０のドレインは、対応するキャパシタ３１２の一つの電極と、対応するアクチュエータ３０３の電極の一つとに並列に電気的に接続される。シャッタアセンブリ３０２内のキャパシタ３１２の他の電極とアクチュエータ３０３の他の電極は共通電位またはグランド電位に接続される。別の実施形態では、トランジスタ３１０は半導体ダイオードおよび／または金属−絶縁体−金属サンドイッチ型スイッチング素子で置換されてよい。
【００８８】
動作中、画像を形成するために、制御マトリックス３００は、各走査ライン配線３０６に順番にＶｗｅを印加することによりアレイ３２０内の各行を順番に書込み可能にする。書込み可能にされた行では、行内のピクセル３０１のトランジスタ３１０のゲートへＶｗｅを印加すると、データ配線３０８を通りそしてトランジスタ３１０を通る電流の流れがシャッタアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３へ電位を印加できるようになる。行が書込み可能にされている間、データ電圧Ｖｄはデータ配線３０８に選択的に印加される。アナロググレイスケールを設ける実施形態では、各データ配線３０８に印加されるデータ電圧は、書込み可能にされた走査ライン配線３０６とデータ配線３０８との交点に位置するピクセル３０１の所望の輝度に関係して変えられる。ディジタル制御方式を実現する実施形態では、データ電圧は、比較的小さい電圧（すなわちグラウンド電位近くの電圧）となるように、あるいはＶａｔ（作動閾値電圧）以上となるように選択される。データ配線３０８へのＶａｔの印加に応答して、その対応するシャッタアセンブリ３０２内のアクチュエータ３０３が作動しシャッタアセンブリ３０２内のシャッタを開く。データ配線３０８に印加される電圧は、制御マトリックス３００がＶｗｅを行に印加するのを停止した後でもピクセル３０１のキャパシタ３１２に蓄えられたままである。したがって、シャッタアセンブリ３０２が作動するのに十分に長い時間待って行上に電圧Ｖｗｅを維持する必要はない。すなわち、書込み許可電圧が行から取り除かれた後もこのような作動を続けることができる。キャパシタ３１２はまたアレイ３２０内の記憶素子として機能し、画像フレームの照明が必要な期間の間、作動命令を保存する。
【００８９】
アレイ３２０の制御マトリックス３００だけでなくピクセル３０１も基板３０４上に形成される。アレイは基板３０４上に配置されたアパーチャ層３２２を含む。アパーチャ層３２２はアレイ３２０内のそれぞれのピクセル３０１用の一組のアパーチャ３２４含む。アパーチャ３２４は各ピクセル内のシャッタアセンブリ３０２にアライメントされる。一実施形態では、基板３０４はガラスまたはプラスチックなどの透明材料で作られる。別の実施形態では、基板３０４は不透明な材料で作られ、基板３０４内にはアパーチャ３２４を形成するための穴がエッチングされる。
【００９０】
シャッタアセンブリ３０２の部品は制御マトリックス３００と同時に処理されるかあるいは同じ基板上において後続の処理工程で処理される。制御マトリックス３００内の電気部品は、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタアレーの製造と共通な多くの薄膜技術を使用することにより作製される。利用可能な技術は、Ｄｅｎ  Ｂｏｅｒ，Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，２００５）に記載されており参照により本明細書に援用する。シャッタアセンブリは、マイクロマシニングの技術と同様な技術あるいはマイクロメカニカル（すなわちＭＥＭＳ）装置の製造技術を使用することにより作製される。多くの適用可能な薄膜ＭＥＭＳ技術は、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ，ｅｄ．，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ＆  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，Ｗａｓｈ．１９９７）に記載され、これを参照により本明細書に援用する。ガラス基板上に形成されるＭＥＭＳ光変調器に固有の製造技術は米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書と米国特許出願第１１／７３１，６２８号明細書に見出すことができ、参照により本明細書に援用する。例えば、これらの出願に記載されるように、シャッタアセンブリ３０２は、化学蒸着処理により蒸着されるアモルファスシリコンの薄膜で形成することができる。
【００９１】
アクチュエータ３０３と共にシャッタアセンブリ３０２は双安定とすることができる。すなわち、シャッタは、シャッタをいずれかの位置に保持するのに電力はほとんど必要ないか全くない少なくとも２つの平衡位置（例えば開か閉の位置）に存在することができる。具体的には、シャッタアセンブリ３０２は機械的に双安定であってよい。一旦シャッタアセンブリ３０２のシャッタが適切な位置に設定されると、その位置を維持するのに電気エネルギーまたは保持電圧は必要ない。シャッタアセンブリ３０２の物理的要素上の機械的応力により、シャッタを所定位置に保持することができる。
【００９２】
アクチュエータ３０３と共にシャッタアセンブリ３０２もまた電気的に双安定にすることができる。電気的に双安定なシャッタアセンブリにおいては、シャッタアセンブリの作動電圧より低い電圧の範囲が存在する。この電圧が閉じたアクチュエータ（シャッタは開いているかまたは閉じている）に印加されると、シャッタアセンブリは、反力がシャッタに加わってもアクチュエータを閉じた状態にし、シャッタを適切な位置に保持する。反力はシャッタベースの光変調器２００内のばね２０７などのばねにより加えられてもよいし、あるいは「開いた」または「閉じた」アクチュエータなどの対向するアクチュエータにより加えられてもよい。
【００９３】
光変調器アレイ３２０はピクセルごとに単一のＭＥＭＳ光変調器を有するものとして描写される。複数のＭＥＭＳ光変調器を各ピクセル内に設けることにより各ピクセルの単なる２進の「オン」または「オフ」光学状態より多い状態の実現性を与える他の実施形態も可能である。ピクセル内の複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、これら光変調器のそれぞれに対応付けられたアパーチャ３２４が非均等なエリアを有する、特定の形式の符号化エリア分割グレイスケール（ｃｏｄｅｄ  ａｒｅａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｇｒａｙ  ｓｃａｌｅ）が可能である。
【００９４】
他の実施形態では、他のＭＥＭＳベースの光変調器だけでなくローラーベースの光変調器２２０または光タップ２５０もまた、光変調器アレイ３２０内のシャッタアセンブリ３０２と置換可能である。
【００９５】
図５は、本発明の例示的実施形態による、シャッタベースの光変調器（シャッタアセンブリ）５０２を内蔵するディスプレイ装置５００の断面図である。各シャッタアセンブリはシャッタ５０３とアンカー５０５を組み込む。アンカー５０５とシャッタ５０３間に接続されるとシャッタを基板表面の上方の短い距離の場所に吊るのを支援する弾性ビームアクチュエータは図示されない。シャッタアセンブリ５０２は、好ましくはプラスチックまたはガラスで作られる透明基板５０４上に配置される。基板５０４上に配置された裏面向きの反射層（反射膜５０６）は、シャッタアセンブリ５０２のシャッタ５０３の閉位置の下方に位置する複数の表面アパーチャ５０８を画定する。反射膜５０６は、表面アパーチャ５０８を通過しない光を反射してディスプレイ装置５００の裏面に向けて戻す。反射性アパーチャ層５０６は、スパッタリング、蒸発、イオンメッキ、レーザー切断、または化学気相蒸着を含む多くの蒸着技術により薄膜状に形成された、介在物を含まない微粒子金属膜であってよい。別の実施形態では、裏面向きの反射層５０６は誘電体ミラーなどのミラーで形成することができる。誘電体ミラーは、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料を繰り返す誘電体薄膜の積層として作製される。シャッタ５０３を反射膜５０６から分離する垂直のギャップ（この中をシャッタは自由に移動できる）は０．５〜１０ミクロンの範囲である。垂直のギャップの大きさは、閉状態におけるシャッタ５０３のエッジとアパーチャ５０８のエッジ間の横方向重なりより小さいことが好ましい。
【００９６】
ディスプレイ装置５００は、随意のディフューザ５１２、および／または基板５０４を平面状の光導波路５１６から分離する随意の輝度増強膜５１４を含む。光導波路は透明材料すなわちガラスまたはプラスチック材料で構成される。光導波路５１６はバックライトを形成する一つまたは複数の光源５１８により照明される。光源５１８は、例えばそして限定するものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザー、または発光ダイオード（ＬＥＤ）であってよい。反射器５１９は、ランプ５１８からの光を光導波路５１６に向けて導くのを助ける。前面向き反射膜５２０はバックライト５１６の背面に配置されて、光をシャッタアセンブリ５０２に向けて反射する。シャッタアセンブリ５０２の一つを通過しないバックライトからの光線５２１などの光線は、バックライトに戻され、膜５２０で再び反射される。このようにして、最初に、画像を形成するためにディスプレイから離れることに失敗した光は再利用することができ、シャッタアセンブリ５０２のアレイ内の他の開いたアパーチャを透過するのに利用可能となる。このような光の再利用はディスプレイの照明効率を上げるということが示された。
【００９７】
光導波路５１６は、ランプ５１８からの光をアパーチャ５０８の方に、したがってディスプレイの前面の方に再度導く一組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム５１７を含む。光リダイレクタは、その断面が三角形、台形、または曲線状であってよい、光導波路５１６のプラスチック本体内に成型されてよい。プリズム５１７の密度は一般的にはランプ５１８からの距離とともに増加する。
【００９８】
別の実施形態ではアパーチャ層５０６は光吸収物質で作ることができ、別の実施形態ではシャッタ５０３の表面は光吸収または光反射材料で覆うことができる。別の実施形態では、アパーチャ層５０６は、光導波路５１６の表面に直接蒸着することができる。別の実施形態では、アパーチャ層５０６はシャッタ５０３およびアンカー５０５と同じ基板上に配置される必要はない（後述のＭＥＭＳダウン構成を参照）。ディスプレイ照明システムのためのこれらおよび他の実施形態については、米国特許出願第１１／２１８，６９０号明細書と米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書に詳細に記載され、これらを参照により本明細書に援用する。
【００９９】
一実施形態では、光源５１８は、異なる色例えば赤、緑、青色のランプを含むことができる。カラー画像は、人間の脳が異なるカラー画像を単一のマルチカラー画像に平均化するのに十分な速度で、異なる色のランプにより画像を順次照明することにより形成することができる。様々な色特有画像（ｃｏｌｏｒ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｍａｇｅｓ）はシャッタアセンブリアレイ５０２を使用することにより形成される。別の実施形態では、光源５１８は４つ以上の異なる色を有するランプを含む。例えば、光源５１８は赤、緑、青、白色ランプ、または赤、緑、青、黄色ランプを有してよい。
【０１００】
カバープレート５２２はディスプレイ装置５００の前面を形成する。カバープレート５２２の裏側は、コントラストを強化するためにブラックマトリクス５２４で覆うことができる。別の実施形態では、カバープレートはカラーフィルタ（例えば、シャッタアセンブリ５０２の異なる色に対応する個別の赤、緑、青色フィルタ）を含む。カバープレート５２２は、ギャップ５２６を形成するシャッタアセンブリ５０２から所定の距離だけ離れて支持される。ギャップ５２６は、機械的な支持体またはスペーサ５２７により、および／またはカバープレート５２２を基板５０４に貼り付ける接着シール５２８により維持される。
【０１０１】
シーリング材５２８は、エポキシ、アクリル酸塩、またはシリコン材料などの重合体接着剤で形成することができる。接着シール５２８は、好適には２００°Ｃより低い硬化温度を有すべきであり、好適には約５０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張率を有すべきであり、かつ耐湿性を有さなければならない。例示的なシーリング材５２８はＥｐｏｘｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．より販売されるＥＰＯ−ＴＥＫ  Ｂ９０２１−１である。別の実施形態では、接着剤は、半田金属またはガラスフリット化合物などの熱リフロー可能な材料で形成される。
【０１０２】
接着シール５２８は作動流体５３０を密封する。作動流体５３０は、好ましくは約１０センチポイズ未満の粘度、好ましくは約２．０を超える比誘電率、そして約１０４Ｖ／ｃｍを超える絶縁破壊強度で設計される。作動流体５３０はまた潤滑剤として機能することができる。別の実施形態では、作動流体５３０は基板５０４の屈折率より大きいかあるいは小さい屈折率を有する。一実施形態では、作動流体は２．０を超える屈折率を有する。好適な作動流体５３０としては、限定するものではないが、イオン除去水、メタノール、エタノール、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイル、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、そしてジエチルベンゼンが挙げられる。
【０１０３】
別の実施形態では、作動流体５３０は高い表面濡れ性能を有する疎水性液である。この濡れ性能はシャッタアセンブリ５０２の裏面だけでなく前面も濡らすのに十分であることが好ましい。疎水性液はシャッタアセンブリ５０２の表面から水を排除することができる。別の実施形態では、作動流体５３０は、０．５〜２０ミクロンの範囲の直径を有する粒子の懸濁液を含む。このような粒子は光を散乱してディスプレイの視角を広げる。別の実施形態では、作動流体５３０は、ディスプレイのコントラストを増すために、可視光の周波数の一部またはすべてを吸収する色素分子を溶液中に含む。
【０１０４】
板金または成型プラスチックアセンブリブラケット５３２は、エッジのまわりにカバープレート５２２、基板５０４、バックライト５１６、そして他の構成部品を一緒に保持する。アセンブリブラケット５３２は、合体されたディスプレイ装置５００の剛性を増すためにねじまたはインデントタブで固定される。いくつかの実施形態では、光源５１８はエポキシ埋込用樹脂により所定位置に成型される。反射器５３６は、光導波路５１６のエッジから漏れる光を光導波路内に戻すのを助ける。シャッタアセンブリ５０２とランプ５１８へ電力だけでなく制御信号も供給する電気配線は図５では図示されない。
【０１０５】
ディスプレイ装置５００のさらなる詳細と別の構成（したがって製造方法を含む）については米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書と米国特許出願第１１／７３１，６２８号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に援用する。
【０１０６】
ディスプレイ装置５００はＭＥＭＳアップ構成と呼ばれる。この構成では、ＭＥＭＳベースの光変調器は基板５０４の前面（すなわちビューアの方に向いた面）上に形成される。シャッタアセンブリ５０２は、反射性アパーチャ層５０６の上に直接構築される。ＭＥＭＳダウン構成と呼ばれる本発明の別の実施形態では、シャッタアセンブリは、反射性アパーチャ層が形成される基板とは別の基板上に配置される。反射性アパーチャ層が形成されるとともに複数のアパーチャを画定する基板は、本明細書ではアパーチャ板と呼ぶ。ＭＥＭＳダウン構成では、ＭＥＭＳベースの光変調器を載せる基板はディスプレイ装置５００のカバープレート５２２の代わりをする。この基板は、ＭＥＭＳベースの光変調器が上部基板の裏面（すなわちビューアから離れる方向でバックライト５１６に面した面）に配置されるように、配向される。これによりＭＥＭＳベースの光変調器は、反射性アパーチャ層の正反対側に、そして反射性アパーチャ層から一定のギャップを隔てて配置される。ギャップは、アパーチャ板と、ＭＥＭＳ変調器が形成される基板とを接続する一連のスペーサポストにより維持することができる。いくつかの実施形態では、スペーサはアレイ内の各ピクセル内あるいはピクセル間に配置される。ＭＥＭＳ光変調器をその対応するアパーチャから離すギャップすなわち距離は、１０ミクロン未満あるいはシャッタとアパーチャ間の重なりより小さい距離であることが好ましい。
【０１０７】
ＭＥＭＳダウンディスプレイ構成のさらなる詳細と別の実施形態については、上に参照された米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書と米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書に見出すことができる。
【０１０８】
他の実施形態では、他のＭＥＭＳベースの光変調器だけでなくローラーベースの光変調器２２０または光タップ２５０もまた、ディスプレイアセンブリ５００内のシャッタアセンブリ５０２と置換可能である。
【０１０９】
図６Ａと６Ｂには、本発明の様々な実施形態に含むのに好適な別のシャッタベースの光変調器（シャッタアセンブリ）２２００を例示する。光変調器２２００は２重化アクチュエータシャッタアセンブリの例であり、図６Ａでは開状態で示される。図６Ｂは、閉状態における２重化アクチュエータシャッタアセンブリ２２００の図である。シャッタアセンブリ２２００については、上に参照された米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書においてさらに詳細に説明される。シャッタアセンブリ２００とは対照的に、シャッタアセンブリ２２００は、シャッタ２２０２の片側にアクチュエータ２２０８と２２１０を含む。各アクチュエータ２２１０と２２０８は独立して制御される。第１のアクチュエータ（シャッタ開放アクチュエータ２２１０）はシャッタ２２０２を開くように機能する。第２の対向するアクチュエータ（シャッタ閉鎖アクチュエータ２２０８）はシャッタ２２０２を閉じるように機能する。アクチュエータ２２１０と２２０８の両方は弾性ビーム電極アクチュエータである。アクチュエータ２２１０と２２０８は、その上にシャッタが吊るされるアパーチャ層２２０４と実質的に平行な平面においてシャッタ２２０２を駆動することによりシャッタ２２０２を開閉する。シャッタ２２０２は、アクチュエータ２２１０と２２０８に取り付けられたアンカー２２０６によりアパーチャ層２２０４の上から少し距離をおいて吊るされる。シャッタ２２０２の運動軸に沿ったシャッタの両端に取り付けられた支持体を含むことにより、シャッタ２２０２の面外方向の運動を減少させるとともにその運動を基板と平行な平面に実質的に制限する。図３の制御マトリックス３００からの類推により、シャッタアセンブリ２２００と共に使用するのに好適な制御マトリックスは、相対向するシャッタ開放およびシャッタ閉鎖アクチュエータ２２１０と２２０８のそれぞれに対し一つのトランジスタと一つのキャパシタを含んでよいであろう。
【０１１０】
シャッタ２２０２は光が通過することができる３つのシャッタアパーチャ２２１２を含む。シャッタ２２０２の残り部分は光の通過を妨害する。様々な実施形態では、シャッタ２２０２の反射性アパーチャ層２２０４に面する側は、通過を妨げられた光をそれぞれ吸収または反射するために光吸収物質または反射材料で覆われる。
【０１１１】
反射性アパーチャ層２２０４は、好ましくはプラスチックまたはガラスで形成される透明基板上に蒸着される。反射性アパーチャ層２２０４は、基板上に蒸着された金属の膜、誘電体ミラー、または他の高反射性材料または材料の組み合わせで形成することができる。反射性アパーチャ層２２０４には、透明基板からシャッタ２２０２に向かって光がアパーチャを通過すことを許容するための一組のアパーチャ２２１４が形成される。反射性アパーチャ層２２０４は各シャッタアパーチャ２２１２に対応する一つのアパーチャを有する。例えば、シャッタアセンブリ２２００を含む光変調器アレイでは、反射性アパーチャ層はシャッタアセンブリ２２００毎に３つのアパーチャ２２１４を含む。各アパーチャはその周縁に少なくとも一つのエッジを有する。例えば、矩形のアパーチャ２２１４は４つのエッジを有する。別の実施形態では、円形、楕円、卵形、または他の曲線状のアパーチャが反射性アパーチャ層２２０４内に形成される。各アパーチャは単一のエッジのみを有してもよい。他の実施形態では、アパーチャは分離されている、すなわち数学的な意味で非同一である必要はないが、アパーチャは互いに接続することができる。すなわち、アパーチャの一部分または成形部分は各シャッタとの対応関係を有することができ、これら部分のいくつかは、アパーチャの単一の連続的な周縁が複数のシャッタにより共有されるように接続されてよい。
【０１１２】
図６Ａでは、シャッタアセンブリ２２００は開状態にある。アクチュエータ２２０８は開放位置にあり、アクチュエータ２２１０は折畳み位置にある。シャッタアパーチャ２２１２を通してアパーチャ２２１４を見ることができる。見て明らかなように、シャッタアパーチャ２２１２は、反射性アパーチャ層２２０４内に形成されたアパーチャ２２１４より面積が大きい。この寸法差異により、光がシャッタアパーチャ２２１２を通過して所望のビューアに向かうことができる角度の範囲が増加する。
【０１１３】
様々な実施形態では、シャッタアセンブリに使用されるシャッタは、シャッタが閉位置にあるときに、対応するアパーチャと重なると有利である。
【０１１４】
図６Ｂでは、シャッタアセンブリは閉状態である。アクチュエータ２２０８は折畳み位置にあり、アクチュエータ２２１０は開放位置にある。シャッタ２２０２の光遮断部は反射性アパーチャ層２２０４のアパーチャ２２１４を覆う。シャッタ２２０２の光遮断部は反射性アパーチャ層２２０４のアパーチャ２２１４のエッジと所定の重なり２２１６だけ重なる。いくつかの実施形態では、シャッタが閉状態にあるときでも、一部の光はシャッタ２２０２に垂直な軸から離れた角度でアパーチャ２２１４を通って漏れることがある。シャッタアセンブリ２２００に含まれる重なりは、この光の漏れを減少させるかあるいはなくす。シャッタ２２０２の光遮断部は図６Ｂに示されるようにアパーチャの４つのエッジすべてと重なるが、シャッタ２２０２の光遮断部をエッジの一つとでも重ならせることにより光漏れを低減する。
【０１１５】
図７Ａ〜７Ｃは、反射性アパーチャ層２２０４が形成される透明基板に関した、シャッタアセンブリ２２００の様々な構成の断面図である。断面図は、図６Ａと６ＢのＢ−Ｂ’線に対応する。説明のため、図７Ａ〜７Ｃではシャッタ２２０２は単一のシャッタアパーチャ２３２３と２つの光遮断部２３２４のみを有するものとして例示される。
【０１１６】
図７Ａは、本発明の例示的実施形態による、Ｂ−Ｂ線に沿って取られた、閉状態における図６に示したものと同様なシャッタアセンブリ２３０１を含むディスプレイ装置２３００の第１の構成の断面である。第１の構成では、シャッタアセンブリ２３０１は反射性アパーチャ層２３０２上に形成される。反射性アパーチャ層２３０２は透明基板２３０４上に蒸着される薄い金属膜で形成される。あるいは、反射性アパーチャ層２３０２は、誘電体ミラー、または他の高反射性材料または材料の組み合わせで形成することができる。反射性アパーチャ層２３０２はアパーチャ２３０６を形成するためにパターン化される。透明基板２３０４は光導波路２３０８に近接して配置される。透明基板２３０４と光導波路２３０８は空気などの流体で充填されたギャップ２３０９により分離される。流体の屈折率は光導波路２３０８より小さいことが好ましい。ディスプレイ装置２３００に好適な光導波路２３０８は米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書においてさらに説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。ディスプレイ装置２３００はまた光導波路２３０８の裏側に隣接して配置された前面向きの裏側反射層２３１０を含む。
【０１１７】
シャッタアセンブリ２３０１は、相対向するアクチュエータ２３１８と２３２０の一部分を介してアンカー２３１６により反射性アパーチャ層２３０２に近接して支持されたシャッタ２３１４を含む。アンカー２３１６とアクチュエータ２３１８と２３２０は、反射性アパーチャ層２３０２上から約一定距離Ｈ１（シャッタ２３１４の底部から測定される）をおいてシャッタ２３１４を吊す。さらに、ディスプレイ装置２３００は、スペーサポスト２３１２により透明基板２３０４上に支持されたカバープレート２３１１を含む。スペーサポスト２３１２は、シャッタ２３１４の上部から約第２の距離Ｈ２だけ離れてカバープレートを保持する。基板２３０４と２３１１はガラスなどの実質的に剛性の材料で作ることができる。この場合、所望の間隔Ｈ２を維持するために比較的低密度のスペーサ２３１２を使用することができる。例えば、剛性基板により、ディスプレイ装置２３００は一実施形態では４つのピクセルごとに一つのスペーサ２３１２を含む。但し、他のより高いまたはより低い密度もまた利用できる。別の実施形態では、基板２３０４または２３１１のいずれかは、プラスチックなどの可撓性材料で作ることができる。この場合、より高密度のスペーサ２３１２（例えばアレイ内の各ピクセル内またはピクセル間に一つのスペーサ２３１２）を有することが好ましい。
【０１１８】
カバープレート２３１１と透明基板２３０４間のギャップは上述の作動流体５３０などの作動流体２３２２で充填される。作動流体２３２２は透明基板２３０４より大きな屈折率を有することが好ましい。別の実施形態では、作動流体は２．０を超える屈折率を有する。別の実施形態では、作動流体２３２２は透明基板２３０４の屈折率より小さい屈折率を有する。
【０１１９】
上に示したように、シャッタアセンブリ２３０１は閉状態にある。シャッタ２３１４の光遮断部２３２４は、反射性アパーチャ層２３０２内に形成されたアパーチャ２３０６のエッジと重なる。シャッタとアパーチャ間のギャップ（すなわち距離Ｈ１）をできるだけ小さくすると、シャッタ２３１４の光遮断特性が改善される。一実施形態では、Ｈ１は約１００μｍ未満である。別の実施形態では、Ｈ１は約１０μｍ未満である。さらに別の実施形態では、Ｈ１は約１μｍである。別の実施形態では、距離Ｈ１は０．５ｍｍを超えるがディスプレイピッチより依然として小さい。ディスプレイピッチは、ピクセル間の距離（中心間で測定される）として定義され、多くの場合、裏面向きの反射層２３０２のアパーチャ２３０６などのアパーチャ間の距離（中心間で測定される）として設定される。
【０１２０】
重なりＷ１の寸法は距離Ｈ１に比例することが好ましい。重なりＷ１はさらに小さくてもよいが距離Ｈ１以上であることが好ましい。一実施形態では、重なりＷ１は１ミクロン以上である。別の実施形態では、重なりＷ１が約１ミクロンから１０ミクロンの間にある。別の実施形態では、重なりＷ１は１０ミクロンを超える。特定の一実施形態では、シャッタ２３１４は約４μｍ厚である。Ｈ１は約２μｍであり、Ｈ２は約２μｍであり、Ｗ１＞＝２μｍである。重なりＷ１をＨ１以上にすることにより、シャッタアセンブリ２３０１が図７Ａに示されるような閉状態にある場合、アパーチャ２３０６を通って光導波路２３０８を脱出するのに十分な角度を有するほとんどの光はシャッタ２３１４の光遮断部２３２４にぶつかるので、ディスプレイ装置２３００のコントラスト比が改善される。
【０１２１】
Ｈ２はＨ１とほぼ同じ距離であることが好ましい。スペーサポスト２３１２は、リソグラフィでパターン化され、現像され、および／または筒状にエッチングされる高分子材料で形成されることが好ましい。スペーサの高さは硬化された高分子材料の厚さにより確定される。スペーサ２３１２の形成のための方法と材料は、２００６年２月２３日出願の共有の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書に開示され、これを参照により本明細書に援用する。別の実施形態では、スペーサ２３１２は、犠牲材料から成る鋳型内に電気化学的に蒸着される金属で形成することができる。
【０１２２】
図７Ｂは、本発明の例示的実施形態による、閉状態における図６に示されたものと同様なシャッタアセンブリ２３４１を含むディスプレイ装置２３４０の第２の構成の断面である。この第２の構成はＭＥＭＳダウン構成と称する。ここでは反射性アパーチャ層２３４４はアパーチャ板２３４６と称する透明基板（シャッタアセンブリ２３４１が係止される光変調器基板２３４２とは別個のものである）上に形成される。シャッタアセンブリは、その中に光遮断部２３６２とシャッタアパーチャ２３６３を形成したシャッタ２３５４を含む。アパーチャ板２３４６と同様に、光変調器基板２３４２もまた透明である。２つの基板２３４２と２３４６はギャップにより分離される。２つの基板２３４２と２３４６は、図６に示したようにシャッタが閉位置にあるときはアパーチャ２３４７のそれぞれとシャッタ２３５４の光遮断部２３６２のそれぞれとの間に、および／またはシャッタが開放位置にあるときはアパーチャ２３４７とシャッタアパーチャ２３６３間に１対１の対応が存在するように、組立中にアライメントされる。別の実施形態では、アパーチャと、光遮断部２３６２またはシャッタ２３５４のシャッタアパーチャ２３６３のいずれかとの間の対応は１対多または多対１である。
【０１２３】
ＭＥＭＳダウンディスプレイ装置２３４０では、シャッタアセンブリ２３４１は光変調器基板２３４２の裏面向きの面上すなわち光導波路２３４８に面する側に形成される。ディスプレイ装置２３４０では、アパーチャ板２３４６は光変調器基板２３４２と光導波路２３４８間に配置される。反射性アパーチャ層２３４４は、透明なアパーチャ板２３４６の前面向きの面上に蒸着される薄い金属膜で形成される。反射性アパーチャ層２３４４はアパーチャ２３４７を形成するためにパターン化される。別の実施形態では、反射層２３４４は誘電体ミラーなどのミラーで形成することができる。誘電体ミラーは、異なる屈折率を有する誘電体薄膜の積層、あるいは金属層と誘電体層の組み合わせで作製される。
【０１２４】
アパーチャ板２３４６はバックライトまたは光導波路の２３４８に近接して配置される。アパーチャ板２３４６は、空気などの流体で充填されたギャップ２３４９により光導波路２３４８から分離される。流体の屈折率は光導波路２３４８より小さいことが好ましい。ディスプレイ装置２３４０に好適なバックライト２３４８については米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書においてさらに説明され、その全体を参照により本明細書に援用する。ディスプレイ装置２３４０はまた、バックライト２３４８の裏側に隣接して配置された前面向きの裏側反射層２３５０を含む。裏面向きの反射層２３４４と組み合わせた前面向きの反射層２３５０は、アパーチャ２３４７を最初に通過しない光線の再利用を促進する光共振器を形成する。シャッタアセンブリ２３４１は、相対向するアクチュエータ２３５８と２３６０の一部分を介してアンカー２３５６により透明基板２３４２に近接して支持されたシャッタ２３５４を含む。アンカー２３５６とアクチュエータ２３５８と２３６０は、光変調器基板２３４２の下方、約一定距離Ｈ４（シャッタ２３５４の上部から測定される）のところにシャッタ２３５４を吊す。さらに、ディスプレイ装置は、アパーチャ板２３４６上に光変調器基板２３４２を支持するスペーサポスト２３５７を含む。スペーサポスト２３５７はアパーチャ板２３４６から約第２の一定距離Ｈ５離れたところに光変調器基板２３４２を保持し、これによりシャッタ２３５４の底面を反射性アパーチャ層２３４４の上方、約第３の一定距離Ｈ６のところに保持する。スペーサポスト２３５７はスペーサ２３１２と同様の方法で形成される。
【０１２５】
光変調器基板２３４２とアパーチャ板２３４６間のギャップは上述の作動流体５３０などの作動流体２３５２で充填される。作動流体２３５２は透明なアパーチャ板２３４６より大きな屈折率を有することが好ましい。別の実施形態では、作動流体は２．０を超える屈折率を有する。別の実施形態では、作動流体２３５２はアパーチャ板２３４６の屈折率以下の屈折率を有することが好ましい。
【０１２６】
上に示したように、シャッタアセンブリ２３４１は閉状態にある。シャッタ２３５４の光遮断部２３６２は、反射性アパーチャ層２３４４内に形成されるアパーチャ２３４７のエッジと重なる。重なりＷ２の寸法は距離Ｈ６に比例することが好ましい。重なりＷ２はさらに小さくてもよいが距離Ｈ６以上であることが好ましい。一実施形態では、Ｈ６は約１００μｍ未満である。別の実施形態では、Ｈ６は約１０μｍ未満である。さらに別の実施形態では、Ｈ６は約１μｍである。別の実施形態では、距離Ｈ６は０．５ｍｍを超えるが、ディスプレイピッチよりは依然として小さい。ディスプレイピッチはピクセル間の距離（中心間で測定される）として定義され、多くの場合、アパーチャ２３４７などの裏面向きの反射層のアパーチャのセンター間の距離として設定される。Ｈ４はＨ６とほぼ同じ距離であることが好ましい。特定の一実施形態では、シャッタ２３５４は約４μｍ厚であり、Ｈ６は約２μｍであり、Ｈ４は約２μｍであり、Ｈ５は約８μｍであり、そしてＷ２＞＝２μｍである。重なりＷ２をＨ６以上にすることにより、シャッタアセンブリ２３４１が図７Ｂに示されるような閉状態にある場合、アパーチャ２３４７を通ってバックライト２３４８を脱出するのに十分な角度を有するほとんどの光はシャッタ２３５４の光遮断部２３６２にぶつかるので、ディスプレイ装置２３４０のコントラスト比が改善される。
【０１２７】
図７Ｃは、本発明の例示的実施形態による、閉状態の図６に示されたものと同様なシャッタアセンブリ２３７１を含むディスプレイ装置２３７０の第３の構成の断面である。上述のディスプレイ装置２３４０の第２の構成との比較では、ディスプレイ装置２３７０は、シャッタアセンブリ２３７１が形成される光変調器基板２３７２（光変調器基板２３４２と同様な）と反射性アパーチャ層２３７６が蒸着されるアパーチャ板２３７４（アパーチャ板２３４６と同様な）とのアライメントとボンディングを行う間に発生し得る軽微なミスアラインメントを考慮して設計される。この潜在的な問題に対処するために、ディスプレイ装置２３７０は、光変調器基板２３７２上に蒸着される光吸収物質の追加層２３７７を含む。光吸収物質２３７７はブラックマスクの一部であってよいが、少なくとも光吸収物質２３７７の一部は、シャッタアセンブリ２３７１が対応するピクセルの内部に配置されることが好ましい。光吸収物質２３７７は、シャッタ２３８２が閉状態にある間は、そうでなければ光変調器基板２３７２を通過する光２３７８を吸収する。光（例えばシャッタ２３８２から偏向した光２３８０）を吸収するために、反射性アパーチャ層２３７６の前面側に追加の光吸収物質２３７７を蒸着することができる。
【０１２８】
図７Ｄは、本発明の例示的実施形態による、閉状態の図６に示されたものと同様なシャッタアセンブリ２３８５を含むディスプレイ装置２３９０の第４の構成の断面である。上述のシャッタアセンブリ２３５４の第２の構成との比較では、シャッタアセンブリ２３８５は異なる工程にしたがって作製され、その結果その部材の一部は異なる断面厚になる。生成されたシャッタ２３９３は本明細書では波形シャッタと呼ぶ。但し、ギャップ距離（例えばＨ８、Ｈ１０）と重なりパラメーターＷ４の設計ガイドラインは、上述の対応するギャップ距離と重なりパラメーターから変えないことが好ましい。ディスプレイ装置２３９０はシャッタアセンブリ２３８５が取り付けられる透明な光変調器基板２３８６（ＭＥＭＳダウン構成に基づく）を含む。ディスプレイ装置２３９０はまた、裏面向き反射性アパーチャ層２３８８が蒸着される透明なアパーチャ板２３８７を含む。ディスプレイ装置２３９０は基板２３８６と２３８７間のギャップを充填する流体２３８９を含む。流体２３８９は好適にはアパーチャ板２３８７より高い屈折率を有する。ディスプレイ装置はまた、前面向き反射層２３５０と共にバックライト２３４８を含む。
【０１２９】
シャッタアセンブリ２３８５は閉状態にある。波形シャッタ２３９３の光遮断部２３９１は反射性アパーチャ層２３８８に形成されたアパーチャ２３９４のエッジと重なる。波形シャッタ２３９３は接続された２つの平板部（すなわち水平に配向された部分２３９１と垂直に配向された部分２３９２）で構成される。各平板部２３９１と２３９２は０．２〜２．０μｍの範囲の厚さを有する薄膜材料で構成される。特定の実施形態では、水平部分２３９１の厚さは０．５μｍである。縦断面２３９２は、約２μｍより厚いバルク材の蒸着を必要とすることなく、剛性と、アクチュエータ２３５８と整合する高さとを波形シャッタ２３９３に与える。波形および／または３次元構造を有するシャッタの形成のための方法と材料については、２００６年２月２３日出願の共有米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書に開示され、これを参照により本明細書に援用する。
【０１３０】
ディスプレイ装置２３４０について説明された寸法と同様に、特定の実施例では、ディスプレイ装置２３９０のＨ８、Ｈ９、Ｈ１０の寸法はそれぞれ２μｍ、８μｍ、２μｍであってよい。重なりＷ４は距離Ｈ１０以上であることが好ましい。別の実施例では、距離Ｈ１０と重なりＷ４は１μｍ以上であってよい。しかしながら、波形シャッタ２３９３のための本材料と方法を使用することにより、部分２３９１の厚さは０．５μｍ程度に薄くすることができる。重なりＷ４をＨ１０以上にすることにより、シャッタアセンブリ２３８５が図７Ａに示されるような閉状態にある場合、アパーチャ２３９４を通ってバックライト２３４８を脱出するのに十分な角度を有するほとんどの光はシャッタ２３９３の光遮断部２３９１にぶつかるので、ディスプレイ装置２３９０のコントラスト比が改善される。
【０１３１】
図８は、本発明の例示的実施形態による、第１のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２４００の断面図である。光変調アレイ２４００は、光共振器２４０４上に形成された複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セル２４０２ａ〜２４０２ｄ（概して「セル２４０２」と呼ぶ）を含む。光変調アレイ２４００はまたセル２４０２に対応する一組のカラーフィルタ２４０６を含む。
【０１３２】
各セル２４０２は、水（または他の透明な導電性または極性流体）の層２４０８と、光吸収オイルの層２４１０と、透明電極２４１２（例えばインジウムスズ酸化物から成る）と、光吸収オイルの層２４１０と透明電極２４１２間に配置した絶縁層２４１４とを含む。このようなセルの例示的な実施形態については、２００５年５月１９日公開の米国特許第出願公開２００５／０１０４８０４号明細書、表題「Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ」においてさらに説明され、これを参照により本明細書に援用する。本明細書に記載の実施形態では、透明電極２４１２はセル２４０２の裏面の一部のみを占める。
【０１３３】
セル２４０２の裏面の残り部分は、光共振器２４０４の前面を形成する反射性アパーチャ層２４１６で形成される。裏面向き反射層２４１６はアパーチャを形成するためにパターン化される。アパーチャはセル２４０２の実施形態では透明電極２４１２と一致する。好適には、閉位置にあるとき、光吸収オイルの層２４１０は反射性アパーチャ層２４１６内のその対応するアパーチャの一つまたは複数のエッジの一部と重なる。反射性アパーチャ層２４１６は、反射金属または誘電体ミラーを形成する薄膜の積層などの反射材料で形成される。各セル２４０２では、アパーチャは、光が通過できるように反射性アパーチャ層２４１６内に形成される。別の実施形態では、セル用の電極２４１２はアパーチャ内にそして反射性アパーチャ層２４１６を形成する材料上に蒸着され、別の誘電体層により分離される。
【０１３４】
光共振器２４０４の残り部分は、反射性アパーチャ層２４１６に近接して配置された光導波路２４１８と、光導波路２４１８の反射性アパーチャ層２４１６とは反対側の第２の反射層２４２０とを含む。一連の光リダイレクタ２４２１は第２の反射層に近接した光導波路の裏面上に形成される。光リダイレクタ２４２１は拡散性または鏡面反射性の鏡であってよい。一つまたは複数の光源２４２２は光導波路２４１８内に光２４２４を注入する。
【０１３５】
別の実施形態では、光源２４２２は異なる色（例えば赤、緑、青色）のランプを含むことができる。カラー画像は、人間の脳が異なるカラー画像を単一のマルチカラー画像に平均化するのに十分な速度で、異なる色のランプで画像を順次照明することにより形成することができる。様々な色特有画像はエレクトロウェッティング変調セルアレイ２４０２を使用することにより形成される。別の実施形態では、光源２４２２は４つ以上の異なる色を有するランプを含む。例えば、光源２４２２は赤、緑、青、白色ランプ、または赤、緑、青色、黄色ランプを有してよい。
【０１３６】
別の実施形態では、セル２４０２と反射性アパーチャ層２４１６は光導波路２４１８とは別個のものであり、かつギャップにより分離された追加の光変調器基板上に形成される（例えば図９の光変調器基板２５１３を参照）。さらに別の実施形態では、光導波路２４１８より小さい屈折率を有する材料層が反射性アパーチャ層２４１６と光導波路２４１８間に挿入される。小さい屈折率を有する材料層は、光導波路２４１８から放射された光の均一性を改善するのに役立つ。
【０１３７】
動作中、セル（例えばセル２４０２ｂまたは２４０２ｃ）の電極２４１２に電圧を印加することにより、セル内の光吸収オイル２４１０がセル２４０２の一部分に溜まる。その結果、光吸収オイル２４１０は、反射性アパーチャ層２４１６内に形成されたアパーチャを通る光の通過をもはや妨害しない（例えば、セル２４０２ｂと２４０２ｃを参照）。アパーチャにおいてバックライトを脱出した光は、次に、セルを通りそして一組のカラーフィルタ２４０６内の対応するカラー（例えば赤、緑、または青色）フィルタを通って脱出し画像内の色ピクセルを形成することができる。電極２４１２がアースされると、光吸収オイル２４１０は反射性アパーチャ層２４１６のアパーチャを覆い、それを通過しようとするいかなる光２４２４も吸収する（例えばセル２４０２ａを参照）。
【０１３８】
電圧がセル２４０２に印加されるとオイル２４１０がその下に溜まる領域は、画像の形成に関して無駄なスペースを構成する。この領域は電圧が印加されようがされまいが光を通過させることができない。したがってこの領域は、反射性アパーチャ層２４１６の反射部を包含しなければ、そうでなければ画像の形成に寄与するために利用できたであろう光を吸収するであろう。しかしながら、反射性アパーチャ層２４１６を包含すると、そうでなければ吸収されていたであろうこの光は、異なるアパーチャを通る将来の脱出のために、反射されて光ガイド２４２０内に戻される。
【０１３９】
図９は、本発明の例示的実施形態による、第２のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２５００の断面図である。第２のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２５００は、互いに上下に配置されたカラーエレクトロウェッティングベースの光変調セル２５０２（概して「セル２５０２」と呼ぶ）の３つのサブアレイ２５０１ａ、２５０１ｂ、２５０１ｃを含む。各セル２５０２は、透明電極２５０４と、絶縁体２５０８により分離されたカラーオイル２５０６とを含む。一実施形態では、サブアレイ２５０１ａのセル２５０２内のオイル２５０６はシアン色が付けられ、サブアレイ２５０１ｂのセル２５０２内のオイル２５０６は黄色が付けられ、サブアレイ２５０１ｃのセル２５０２内のオイル２５０６はマゼンタ色が付けられる。サブアレイ２５０１ａ内のセル２５０２とサブアレイ２５０１ｂのセル２５０２は共通の水の層２５２０を共有する。サブアレイ２５０１ｃのセル２５０２は自身の水の層２５２０を含む。
【０１４０】
エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２５００は、３つのサブアレイ２５０１ａ〜２５０１ｃに連結された光再利用型光共振器２５１０を含む。光共振器２５１０は、光導波路２５１２と、ギャップ２５１５により光導波路２５１２から分離された光変調器基板２５１３とを含む。光変調器基板２５１３の前面は裏面向き反射性アパーチャ層２５１４を含む。反射性アパーチャ層２５１４は金属の層または誘電体ミラーを形成する薄膜の積層で形成される。アパーチャ２５１６は、サブアレイ２５０１ａ〜２５０１ｃのセル２５０２の下方の反射性アパーチャ層にパターン化され、光が光導波路を脱出してサブアレイ２５０１ａ〜２５０１ｃを通過し画像を形成することを許容する。セル２５０２の透明電極２５０４は反射性アパーチャ層２５１４の上方に形成される。
【０１４１】
基板同士（すなわち光導波路２５１２と変調器基板２５１３）は空気などの流体で充填されたギャップ２５１５により分離される。流体の屈折率は光導波路２５１２より小さい。前面向きの反射層２５１８は光導波路２５１２の反対側に、あるいはそれに近接して形成される。光変調アレイ２５００は光を光導波路２５１２内に注入するための少なくとも一つの光源２５２２を含む。ディスプレイ装置２６００に好適な光導波路２６１８は米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書においてさらに説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。
【０１４２】
図１０は、本発明の例示的実施形態による、第３のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２６００の断面図である。光変調アレイ２６００は、光共振器２６０４上に形成された複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セル２６０２ａ〜２６０２ｃ（概して「セル２６０２」と呼ぶ）を含む。光変調アレイ２６００はまた、セル２６０２に対応する一組のカラーフィルタ２６０６を含む。
【０１４３】
アレイ２４００はＭＥＭＳアップ構成のアレイの例と考えられ、一方アレイ２６００は、ＭＥＭＳダウン構成で組み立てられたエレクトロウェッティングベースのアレイの一例である。各セル２６０２は、水の層（または他の透明な導電性または極性流体）２６０８と、光吸収オイルの層２６１０と、透明電極２６１２（例えばインジウムスズ酸化物から成る）と、光吸収オイルの層２６１０と透明電極２６１２間に配置された絶縁層２６１４とを含む。但し、光変調器アレイ２６００のＭＥＭＳダウン構成では、絶縁層２６１４と透明電極２６１２の両方は、アパーチャ板２６３２とは別個の光変調器基板２６３０上に配置される。光変調器基板２６３０と同様に、アパーチャ板２６３２もまた透明基板である。光変調器基板２６３０は一番上の基板であり、透明電極２６１２などの制御電極が基板２６３０の裏面（すなわちビューアから離れる方向で光導波路に面した面）上に配置されるように配向される。透明電極２６１２に加えて、光変調器基板２６３０の裏面は、変調器アレイ用の切換えマトリックスまたは制御マトリックスの他の共通部品（限定するものではないが行電極、列電極、ピクセルごとのトランジスタ、ピクセルごととキャパシタを含む）を搭載することができる。アレイ内の光変調器の作動を管理する光変調器基板２６３０上に形成された電極と切換え部品は、アパーチャ板２６３２の前面向きの面上に配置された反射性アパーチャ層２６１６の反対側に、あるいはそれからギャップ２６３６を隔てて配置される。ギャップ２６３６は、エレクトロウェッティング流体成分である水２６０８とオイル２６１０で充填される。
【０１４４】
反射性アパーチャ層２６１６は、好ましくはプラスチックまたはガラスで形成される透明基板２６３２上に蒸着される。反射性アパーチャ層２６１６は、基板上に蒸着された金属の膜、誘電体ミラー、または他の高反射性材料または材料の組み合わせで形成することができる。反射性アパーチャ層２６１６は裏面向きの反射層であり、光共振器２６０４の前面を形成する。反射性アパーチャ層２６１６には、光がアパーチャを通ってエレクトロウェッティング流体成分２６０８と２６１０に向かうことを許容する一組のアパーチャ２６１７が形成される。随意に、アパーチャ板２６３２は、反射アパーチャ２６１６の上面に蒸着され、アパーチャ２６１７を充填する一組のカラーフィルタ２６０６を含む。
【０１４５】
アパーチャ板２６３２は光変調器基板２６３０と光導波路２６１８間に配置される。基板２６３２と２６１８は空気などの流体で充填されたギャップ２６３４により互いに分離される。流体の屈折率は光導波路２６１８より小さい。ディスプレイ装置２６００に好適な光導波路２６１８は米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書においてさらに説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。光共振器２６０４はまた、基板２６３２、２６１８と、光導波路２６１８の裏側に隣接して配置された前面向きの裏側反射層２６２０とを含む。一つまたは複数の光源２６２２は光導波路２６１８内に光を注入する。
【０１４６】
反射性アパーチャ層２６１６はアレイ２６００内の各光変調器セル２６０２に対応する一つのアパーチャ２６１７を有する。同様に、光変調器基板２６３０は、光変調器セル２６０２ごとに一つの透明電極２６１２または一組のピクセルトランジスタとキャパシタを有する。基板２６３０と２６３２は、セルが作動されたときあるいは開状態（例えばセル２６０２ｂ）に保持されたとき、光がオイル２６１０により妨害されない場所にその対応するアパーチャ２６１７が確実に配置されるように、組立中にアライメントされる。
【０１４７】
アパーチャ板の製作
図１１のアパーチャ板２７００は、本発明の例示的実施形態による、アパーチャ板２３４６、２３７４、２３８７、または２６３２などのアパーチャ板の一実施形態の詳細な構造を例示する。アパーチャ板２７００は、基板２７０２、誘電体強化金属ミラー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｍｉｒｒｏｒ）２７０４、光吸収層２７０６、そしてスペーサポスト２７０８を含む。誘電体強化金属ミラーと光吸収層はアパーチャ２７０９にパターン化されている。
【０１４８】
基板２７０２は透明材料（例えばガラスまたはプラスチック）であることが好ましい。誘電体強化金属ミラー２７０４は、基板から上へ順番にＳｉ３Ｎ４の薄膜２７１０と、ＳｉＯ２の薄膜２７１２と、別のＳｉ３Ｎ４の薄膜２７１０と、別のＳｉＯ２の薄膜２７１２と、アルミニウムの薄膜２７１４とを含む材料の５層の積層で構成される。これらの層の相対的な厚さと好ましい屈折率を表１に示す。
【０１４９】
【表１】
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【０１５０】
光吸収層２７０６は、酸化膜、または窒化物マトリクス中に懸濁された金属クロム粒子の合成物である黒色クロムの薄膜で形成することができる。その例として、Ｃｒ２Ｏ３マトリクス中のＣｒ粒子状物質またはＳｉＯ２マトリクス中のＣｒ粒子状物質が挙げられる。他の実施形態では、黒色クロムは、その上にＣｒＯｘ（亜酸化クロム）の薄膜が成長または蒸着されたクロムの薄い金属膜で形成することができる。黒色クロムの好ましい厚さは１５０ｎｍである。
【０１５１】
アパーチャ窓２７０９は、フォトリソグラフィとエッチングなどの当該技術領域で公知の処理により、あるいはフォトリソグラフィとリフトオフにより、材料２７０４と２７０６の薄膜積層からパターン化することができる。エッチング工程では、フォトレジスト層が薄膜積層の上部に加えられ、次にマスクを介してＵＶ光に晒される。露光されたフォトレジスト層内にアパーチャパターンを現像した後、積層全体はアパーチャ領域２７０９において基板２７０２までエッチングされる。このようなエッチングは、湿式薬物中の浸漬、ドライプラズマまたはイオンビームエッチング、あるいは上記の任意の組み合わせにより行うことができる。リフトオフ処理では、エッチングマスクパターンの反転パターンに現像されるフォトレジスト層が薄膜積層の蒸着前のガラスに加えられる。次に、薄膜積層は、薄膜積層がアパーチャ領域２７０９以外のすべての場所でガラスに接触するようにフォトレジスト上に蒸着される。薄膜積層の蒸着が完了した後、基板はフォトレジストの上に蒸着されたすべての薄膜材料だけでなくフォトレジストも溶解またはリフトオフする化学薬品の浴槽内に浸漬される。
【０１５２】
スペーサポスト２７０８は、感光性エポキシ（特にはノボラックエポキシ）または感光性ポリイミド材料などの感光性重合体で形成される。感光性の形で用意することができかつ本アプリケーションに有用な他の重合体族としては、ポリアリーレン、パリレン、ベンゾシクロブタン、過フルオロシクロブタン、シルセスキオキサン、シリコン重合体が挙げられる。スペーサアプリケーションに有用な特定の感光性レジストは、Ｎｅｗｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓに本部を置くＭｉｃｒｏｃｈｅｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＮａｎｏ  ＳＵ−８材料である。
【０１５３】
重合体スペーサ材料は、アパーチャ２７０９がパターン化された後、最初は薄膜積層２７０４と２７０６の上に厚膜として蒸着される。次に、感光性重合体はマスクを介してＵＶ光に晒される。アライメントマークは、生成されるスペーサ２７０８がアパーチャ２７０９に対し正しく配置されるのを保証するのに役立つ。例えば、アラインメント基準は、アパーチャ２７０９をエッチングする処理中にディスプレイの周縁に形成することができる。これらの基準は、スペーサ２７０８の正しい配置を保証するために露光マスク上の対応する一組の基準にアライメントされる。その結果、現像処理は、ＵＶ光に晒された場所以外の重合体をすべて取り除く際に効果的に行われる。代替方法では、露光マスク上の形状部は、アパーチャ２７０９などの基板２７０２上のディスプレイ形状部に直接アライメントすることができる。
【０１５４】
ディスプレイ装置２３４０に関して説明された特定の実施形態では、スペーサポストは高さ８ミクロンであってよい。他の実施形態では、スペーサ高さは約２ミクロン〜約５０ミクロンの範囲であってよい。基板２７０２の平面において切断したとき、スペーサは２〜５０ミクロンの範囲の幅を有する円柱または矩形などの一般的な形状をとってよい。あるいは、スペーサは、アパーチャ２７０９などの基板上の他の構造物間にぴったりはまり、かつスペーサの接触面積を最大にするように設計された複雑な不規則形状断面を有してよい。好ましい実施形態では、スペーサの寸法、形状、そして配置は、スペーサがシャッタ２３５４などのシャッタの運動あるいはディスプレイ装置２３４０のアクチュエータ２３５８などの他のＭＥＭＳ部品の運動と干渉しないように決定される。
【０１５５】
別の実施形態では、スペーサポスト２７０８は高分子材料としては設けられなく、そのかわり半田合金などの熱リフロー可能な接着剤から成る。例示的な熱リフロー可能な材料については図１３Ｂに関して後述される。半田合金は、半田合金が対向基板上の合わせ面を濡らすかあるいはそれに接合できるようにする溶融工程またはリフロー工程を通る。したがって、半田合金は、アパーチャ板２３４６などのアパーチャ板と基板２３４２などの変調器基板間の接着剤としての付加的な機能を行なう。リフロー工程のため、半田合金は通常は弛緩して偏球形状（半田バンプと称する）になる。基板間の所定の間隔は、半田バンプの材料の平均体積を制御することにより維持することができる。半田バンプは、薄膜蒸着、ステンシルマスクを介した厚膜蒸着、あるいは電気めっきによりアパーチャ板２７００に塗布することができる。
【０１５６】
別の実施形態では、アパーチャ板２７００は、光学層２７０４と２７０８を形成する工程後サンドブラスト処理することができる。サンドブラストはアパーチャ領域２７０９の基板表面を選択的に粗くする効果がある。アパーチャ２７０９における粗面は、ディスプレイに広い視角という利点を与えることができる光学ディフューザとして働く。別の実施形態では、アパーチャ２７０９における拡散面は、フォトマスクのフォトレジストの露光後にエッチングがアパーチャ領域２７０９内に選択的に施されるエッチング処理により設けられる。エッチピットまたはエッチトレンチはフォトマスクの適切な設計により形成することができ、ピットまたはトレンチの側壁角度または深さは湿式または乾式エッチング工程により制御することができる。このようにして、拡散広がりの程度を制御した光学的構造を形成することができる。このようにして、光を好ましい光学軸に沿って偏向し楕円および／または多方向円錐状の放射光を形成する異方性ディフューザを基板表面に形成することができる。
【０１５７】
別の実施形態では、エッチトレンチは、アパーチャアレイ２７０９の周縁（すなわちアクティブディスプレイ領域の周縁部）に沿ってディスプレイを実質的に取り囲む基板２７０２内に設けることができる。エッチトレンチは、アパーチャ板２７００を対向基板に密封するために使用される接着剤５２８などの接着剤の移動または流れを制限するための機械的な位置決め構造体として動作する。
【０１５８】
上述の材料と処理に関するさらなる詳細については２００６年２月２３日出願の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書内に見出すことができ、これを参照により本明細書に援用する。例えば、この出願は、アパーチャを有する誘電体強化金属ミラー、光吸収層、そしてスペーサポストの形成に関する追加の材料と処理方法論を含む。誘電体ミラーとスペーサはこの出願では集積化された（例えばＭＥＭＳアップ構成の）ディスプレイ設計との関連で説明されているが、同様の処理は、アパーチャ板２７００などのアパーチャ板の作製に適応させることができることが理解されるであろう。
【０１５９】
アパーチャ板２７００のいくつかの実施形態では、基板２７０２には透明プラスチック材料を利用することが望ましい。適用可能なプラスチックとしては限定するものではないが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とポリカーボネートが挙げられる。プラスチック材料が使用されると、スペーサポスト２７０８の形成には射出成形またはスタンピング処理を利用することも可能になる。このような処理では、スペーサポストは、誘電体強化金属ミラー２７０４の塗布の前に最初に鋳型またはスタンパーで形成される。このとき、誘電体強化金属ミラー２７０４のすべての層は、スペーサポスト２７０８を予め含む基板の上に順に蒸着される。光吸収層２７０６は誘電体ミラー２７０４上に蒸着される。アパーチャ窓２７０９をパターニングするために、スペーサポスト２７０８の存在により妨害されることなく薄膜の表面を一様に覆う特別のフォトレジストが塗布される。好適なフォトレジストとしては、スプレーオンフォトレジストと電気めっきフォトレジストが挙げられる。あるいは、スピンオンレジストが塗布され、その後アパーチャ領域２７０９内の薄膜表面全体に均一なレジスト膜厚を設けるリフロー工程が続く。次に、レジストの露光、現像、薄膜層のエッチングが上述のように進められる。フォトレジストの除去後、処理は完了する。リフトオフ処理もまた、上述のように誘電体強化ミラーをパターニングするために利用することができる。アパーチャ板２７００の作製に必要とされる材料コストを低減するためには、スペーサポスト２７０８の形成にモールド成形またはスタンピング処理を使用することが役立つ。
【０１６０】
いくつかのディスプレイ実施形態では、アパーチャ板２３４６は光導波路２３４８と合体されて一つの固形体（本明細書では単一バックライトまたは複合バックライトと呼ぶ）となるが、この詳細については米国特許出願第１１／２１８，６９０号明細書と米国特許出願第１１／５２８，１９１号明細書にそれぞれ説明されている。両出願を参照により本明細書に援用する。誘電体強化金属ミラー２７０４、光吸収層２７０６、および／またはスペーサポスト２７０８の形成についての上述のすべての処理は、接合する対象の基板に、あるいは光導波路と区別できない基板に同様に適用することができる。薄膜が付着される単一のバックライトの表面はガラスであってよく、あるいはプラスチック（スペーサポスト２３５７などのスペーサポストを形成するように成型されたプラスチックを含む）であってもよいであろう。
【０１６１】
一実施形態では、スペーサポスト２７０８は、アパーチャ板が変調器基板２３４２などの変調器基板にアライメントされる前にアパーチャ板２７００に形成または取り付けられる。ディスプレイ装置２３４０の別の実施形態では、スペーサポスト２３５７は、変調器基板がアパーチャ板２３４６にアライメントされる前に変調器基板２３４２の一部の上にそしてその一部として作製される。このような実施形態は、前述の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書の図２０に関して説明された。
【０１６２】
図１２は、本発明の例示的実施形態によるディスプレイの断面図である。ディスプレイアセンブリ２８００は変調器基板２８０２とアパーチャ板２８０４を含む。ディスプレイアセンブリ２８００はまた、一組のシャッタアセンブリ２８０６と反射性アパーチャ層２８０８を含む。反射性アパーチャ層２８０５はアパーチャ２８１０を含む。基板２８０２と２８０４間の所定のギャップまたはセパレーションＨ１２は、相対向する一組のスペーサ２８１２と２８１４により維持される。スペーサ２８１２は変調器基板２８０２上にまたはその一部として形成される。スペーサ２８１４はアパーチャ板２８０４上にまたはその一部として形成される。組立中、２つの基板２８０２と２８０４は、変調器基板２８０２上のスペーサ２８１２がそれぞれのスペーサ２８１４と接触するようにアライメントされる。
【０１６３】
この具体例のセパレーションまたは距離Ｈ１２は８ミクロンである。このセパレーションを設定するため、スペーサ２８１２は高さ２ミクロンでありスペーサ２８１４は高さ６ミクロンである。あるいは、スペーサ２８１２と２８１４の両方は高さ４ミクロンであってよい。あるいはスペーサ２８１２は高さ６ミクロンであり一方スペーサ２８１４は高さ２ミクロンであってよい。実際、それらの全高が所望のセパレーションＨ１２を設定する限り任意の組み合わせのスペーサ高さを採用することができる。
【０１６４】
基板２８０２と２８０４の両方の上のスペーサの設置は（それらは次に組立中にアライメントまたは嵌合される）、材料と加工費に関し利点を有する。感光性重合体の硬化、露光、現像には比較的長い時間を必要とするので、かなり高さのある（例えば８ミクロン）スペーサ（スペーサ２７０８など）の設置は高価となり得る。ディスプレイアセンブリ２８００におけるように嵌め合いスペーサを使用することにより、より薄い重合体のコーティングを各基板に利用できるようになる。
【０１６５】
別の実施形態では、変調器基板２８０２上に形成されるスペーサ２８１２は、シャッタアセンブリ２８０６を形成するのに使用される同じ材料とパターニング工程で形成することができる。例えば、シャッタアセンブリ２８０６に使用されるアンカー（アンカー２３５６と同様なもの）はまた、スペーサ２８１２と同様な機能を行なうことができる。この実施形態では、スペーサを形成するための高分子材料の別個の塗布は必要なく、またスペーサ用の別個の露光マスクは必要ないであろう。
【０１６６】
図１３Ａのディスプレイアセンブリ２９００は、本発明の例示的実施形態による、変調器基板とアパーチャ板のアライメントのための一つの方法を例示する。ディスプレイアセンブリ２９００は変調器基板２９０２とアパーチャ板２９０４を含む。ディスプレイアセンブリ２９００はまた、一組のシャッタアセンブリ２９０６と、アパーチャ２９１０を含む反射性アパーチャ層２９０８とを含む。基板２９０２と２９０４間の所定のギャップまたはセパレーションはスペーサ２９１２により維持される。スペーサ２９１２はアパーチャ板２９０４上にまたはその一部として形成される。ディスプレイアセンブリ２９００はまた、一組のアラインメントガイド２９１４を含む。これらのアラインメントガイドは変調器基板２９０２上にまたはその一部として形成される。変調器基板２９０２とアパーチャ板２９０４を組み立てる際、アライメントガイド２９１４とスペーサ２９１２間のギャップは密接しており、ある場合には１ミクロン未満である。密集したアライメントガイド間にスペーサポストを取り込むことにより変調器基板２９０２とアパーチャ板２９０４間の側方運動は制限され、これによりシャッタ２９０６とアパーチャ２９１０間のアラインメントが維持される。
【０１６７】
様々な実施形態では、アライメントガイド２９１４はリング状またはドーナツ状である。他の実施形態では、アライメントガイド２９１４は、アパーチャ板２９０４から壁状の形状を取り込んだ単純なスロットである。アラインメントスロットは変調器基板２９０３の一方または両方のエッジと平行に配向されてよい。異なる（そして好適には垂直の）配向を有するアラインメントスロットを含むと、基板２９０２の平面と平行な任意の方向の運動を防ぐのに役立つ。ただし他の配向を採用してもよい。アライメントガイド２９１４は、ピクセル間に、ピクセル内に、あるいはディスプレイの周縁に沿ったピクセルアレイの外に設置されてよい。
【０１６８】
変調器基板とアパーチャ板間のアラインメントを維持する代替手段が可能である。一実施形態では、図５の接着剤５２８などの接着剤は横方向アラインメントの際に２つの基板を一緒に保持するために設けられる。この実施形態では、アライメント装置（例えば併進モーター駆動装置とアライメントカメラを装備した機械的なプラットホーム）は、接着剤５２８などの接着剤が所定の位置で乾燥または硬化される間、２つの基板を適切な配向で保持するために使用される。ＵＶ放射により部分的あるいは完全に硬化されるエポキシ樹脂は本実施形態における接着剤として特に有用である。接着剤がディスプレイアセンブリの周縁において付着される実施形態では、これをエッジシールまたはガスケットシールと呼ぶ。いくつかの実施形態では、エッジシール剤は、対向基板間の所定のギャップまたは間隔を維持するためのスペーサとして働くガラスまたは重合体のビードを含む。
【０１６９】
図１３Ｂのディスプレイアセンブリ２９５０は、本発明の例示的実施形態による、変調器基板をアパーチャ板にアライメントするための別の手段を例示する。ディスプレイアセンブリ２９５０は変調器基板２９５２とアパーチャ板２９５４を含む。ディスプレイアセンブリ２９５０はまた、一組のシャッタアセンブリ２９５６と、アパーチャ２９６０を含む反射性アパーチャ層２９５８とを含む。基板２９５２と２９５４間の所定のギャップまたはセパレーションは、対向する一組のスペーサ２９６２と２９６４により維持される。スペーサ２９６２は変調器基板２９５２上にまたはその一部として形成される。スペーサ２９６４はアパーチャ板２９５４上にまたはその一部として形成される。
【０１７０】
スペーサ２９６２と２９６４は異なる材料で作られる。ディスプレイアセンブリ２９５０の実施形態では、スペーサ２９６２は半田などの熱リフロー可能な材料で作られ、一方スペーサ２９６４は実質的に固体であるかあるいはスペーサ２９６２よりかなり高い融点または軟化点を有する材料で作られる。実質的に固体のスペーサ２９６４に使用される材料は、スペーサポスト２７０８に関し述べられた材料（本明細書に援用する米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書においてリストされた材料を含む）のいずれであってよい、あるいは、導電スペーサ３１１２に関し後述される材料のいずれかであってよい。
【０１７１】
スペーサ２９６２（半田バンプとも称する）は、電気的接続の半田付けに一般に使用される多様な金属または合金で作ることができる。例示的な合金としては、限定しないが、Ｐｂ−Ｓｎ合金、Ｐｂ−Ｉｎ合金、Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｉｎ−Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｂｉ−Ｓｎ合金、あるいは実質的な純金属、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、またはＢｉが挙げられる。このような合金は、摂氏１５０〜４００度の範囲の温度で液化またはリフローし、また２つの対向するコンタクト材料の表面を濡らすように設計される。冷却と固化後、半田材料は２つの対向するコンタクト材料を接合し（そして随意に電気的に接続し）、接着剤として働く。ディスプレイアセンブリ２９５０により例示されたアプリケーションでは、半田材料２９６２はスペーサポスト２９６４と変調器基板２９５２間の接着リンクとして働く。非金属のリフロー材料もまたスペーサ２９６２としての用途に適用可能である。これらの材料としては、バリウムケイ酸塩または珪酸鉛ガラス、またはポリエチレン、ポリスチレン、またはポリプロピレンなどの熱可塑性の重合体の混合物などのガラスフリット材料、および／またはカルナバワックス、パラフィンまたはオレフィンワックスなどの天然および合成ワックスが挙げられる。
【０１７２】
ディスプレイ２９５０の組立工程は以下のように進められるであろう。最初に、スペーサ材料２９６２と２９６４がそれぞれの基板上に作製されるだろう。次に、２つの基板２９５２と２９５４はほぼ適切な横方向のアラインメントでもって組み合わされるであろう。次に、２つの基板は半田材料２９６２を液化またはリフローするように加熱されるだろう。一旦溶融すると、材料２９６２は、実質的に固体であり、対向するスペーサポスト２９６４の表面を濡らすことになるであろう。同時に、現在液体の原料２９６２の表面張力はその表面積を最小限にするように働く。その結果生じる毛管力は、２つの基板２９５２と２９５４を横方向に引っ張るか摺動させてより完全なアラインメントとする効果がある。冷却および固化後、２つの基板は半田材料２９６２の接着性によりアラインメント状態にロックされる。
【０１７３】
別の実施形態では、実質的に固体の材料は変調器基板上に作製することができ、一方熱リフロー可能な材料はアパーチャ板上に作製される。別の実施形態では、固体材料およびリフロー材料の両方は、変調器基板またはアパーチャ板の一方または他方に順次形成される。この実施形態では、半田材料は、対向基板上に配置されたボンディングパッドを濡らしそれに接合するように設計される。
【０１７４】
相対向する基板間のアラインメントを保証するために熱リフロー可能な材料を使用することができる他の接着配置がある。一実施形態では、半田バンプは両方の基板上に作製され、半田材料のバンプまたはビードはリフロー工程中に結合または接合される。この実施形態では、スペーサ２９６４などの実質的に固体のスペーサ材料は使用されない。２つの基板間のギャップは固化後の平均の半田バンプ体積により確定される。平均の半田バンプ体積は組立の前に作製された半田バンプの寸法により制御することができる。別の実施形態では、スペーサポスト２９６４は、中央にへこみを有する２つの基板の一方の上に形成されたリングまたは正方形枠などの戻り止めまたは半田レセプタクル構造体で置換えられる。溶融半田はリングの中央でギャップを濡らし充填する傾向があり、これにより相対向する基板を引っ張ってアラインメントさせる。半導体パッケージのアラインメントに関する同様の処理については米国特許第５，４７７，０８６号明細書においてさらに詳細に説明され、その全体を参照により本明細書に援用する。
【０１７５】
いくつかの実施形態では、熱リフロー可能な材料はアレイ内の各ピクセル内またはその間に配置される。他の実施形態では、リフロー材料と、対向基板上の対応するポスト、レセプタクル、または接続パッドとのペアは、ディスプレイの周縁またはディスプレイアセンブリの外側の角に配置することができる。リフロー材料がディスプレイの周縁に配置された場合、リフロー材料はいくつかの実施形態ではシーリング材またはガスケット材としてエポキシ５２８（図５参照）と同様な別の目的を果たすことができる。
【０１７６】
図１４Ａと１４Ｂは、本発明の例示的実施形態による、開位置と閉位置それぞれにおける図６Ａと６Ｂのシャッタアセンブリ２２００と類似のディスプレイアセンブリ３０００の平面図である。ディスプレイアセンブリ３０００は、反射性アパーチャ層３００４の上方に支持されたシャッタアセンブリ（シャッタ３００２を含む）を含む。シャッタアセンブリはまた、相対向するアクチュエータ３００８と３０１０の一部分を含む。ディスプレイアセンブリ３０００では、シャッタは、アクチュエータ３００８と３０１０とアンカー３００６と３００７を介して変調器基板２３４２などの変調器基板（図示せず）に接続される。反射性アパーチャ層３００４はアパーチャ板２３４６などの個別の基板上に形成される。シャッタアセンブリ３００１は、ディスプレイ装置に含まれる光変調器アレイ内に包含するのに好適である。
【０１７７】
シャッタ３００２は、光が通過することができる３つのシャッタアパーチャ３０１２を含む。シャッタ３００２の残り部分は光の通過を妨害する。反射性アパーチャ層３００４はまた、光の通過を許容するアパーチャ３０１４を含む。シャッタが開放位置にある図１４Ａでは、アパーチャ３０１２と３０１４は光の通過を許容するようにアライメントされる。シャッタが閉位置にある図１４Ｂでは、シャッタ３００２はアパーチャ３０１４を通る光の通過を妨害する。
【０１７８】
ディスプレイ装置３０００は、対向基板間の所定のギャップまたは間隔を維持するディスプレイ装置２３４０のスペーサポスト２３５７と同様に機能するスペーサポスト３０２０を含む。但し、スペーサポスト３０２０は、シャッタ３００２の固体延長部である移動止め３０２２間にぴったりはまることによりシャッタ３００２とアパーチャ３０１４間の適切なアラインメントを保証する付加機能を提供する。開位置にあるとき、シャッタ３００２は一組の移動止めを介しスペーサポスト３０２０と堅固に接触する。閉位置にあるとき、シャッタ３００２は別の一組の移動止め３０２２を介し再びスペーサポスト３０２０と接触する。各停止位置間でシャッタ３００２に許容される運動量は様々な実施形態では約５ミクロンから約５０ミクロンの範囲である。
【０１７９】
ディスプレイアセンブリ３０００のアラインメント制御方法は、アパーチャ３０１４とスペーサポスト３０２０の両方が一つの基板（例えばアパーチャ板）に取り付けられ、シャッタ３００２がアンカー３００７により別の基板（例えば変調器基板）に取り付けられる場合に効果的である。このような実施形態では、２つの基板の組立中に５ミクロンまたは１０ミクロンものミスアラインメントがあっても、シャッタ３００２とアパーチャ３０１４間の適切なアラインメントを実現することができる。こうして、１ミクロン程度の狭いシャッタ／アパーチャ重なり（例えばディスプレイ装置２３００内の重なりＷ１）を維持することができる。
【０１８０】
図１５は、本発明の別の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリ３１００の断面図である。ディスプレイアセンブリ３１００は変調器基板３１０２とアパーチャ板３１０４を含む。ディスプレイアセンブリ３１００はまた、一組のシャッタアセンブリ３１０６と反射性アパーチャ層３１０８を含む。さらに、アパーチャ板３１０４は誘電体絶縁層３１１４と導電性配線３１１６を含む。図１５の断面図は、反射層３１０８内のアパーチャ穴が存在しない線に沿って取られたものである。基板３１０２と３１０４間の所定のギャップまたはセパレーションは一組のスペーサ３１１２により維持される。
【０１８１】
ディスプレイアセンブリ３１００のスペーサ３１１２は導電性材料を含む。例えば、スペーサ３１１２は、電気めっき処理、エッチング処理、またはリフトオフ処理により形成される金属ポストで形成することができる。限定しないが、銅、ニッケル、アルミニウム、金、またはチタン金属はこのアプリケーションに有用である。あるいは、ポスト３１１２は複合材料、例えば導電性を与えるために金属粒子で含侵された重合体またはエポキシ材料で形成することができる。あるいはポスト３１１２は、表面が導電性となるように薄い金属膜で覆われた高分子材料で形成することができる。
【０１８２】
導電スペーサ３１１２は、シャッタアセンブリ３１０６の一つの電極と導電性配線３１１６間の電気的接続を与えるように配置される。例えば、図１５に示されるように、配線３１１６は、ディスプレイ内の行または列の一つと平行な金属配線としてパターン化することができる。スペーサ３１１２と配線３１１６は、次に、所与の行または列のすべてのシャッタアセンブリ３１０６内の電極間の共通電気的接続を与える。このようにして、ディスプレイ装置２３４０などのディスプレイのアドレス指定マトリックスまたは制御マトリックスを形成するのに使用される金属層の一部は、変調器基板３１０２上にではなくアパーチャ板３１０４の上に作製することができる。スペーサ３１１２は、アレイ内の各ピクセル内の光変調器３１０６間の個別の電気的接続を対向基板上の電気回路に与えるように構成することができる。極端な場合、各シャッタアセンブリの各電極は、全制御回路（トランジスタとキャパシタを含む）が光変調器と別個の基板上に、すなわち光変調器から離れた基板上に形成されるように、導電スペーサポストにより対向する基板上の回路に接続されてよい。
【０１８３】
導電スペーサポスト３１１２は、組立工程の前に変調器基板３１０２またはアパーチャ板３１０４上に形成することができる。一実施形態では、導電性スペーサは、組立工程の一部として基板３１０２または３１０４の一方または他方上に機械により個々に配置され接着される金合金スタッドで形成される。別の実施形態では、スペーサは、組立工程の一部として、基板３１０２または３１０４の一方または他方または両方の上に電気めっき処理またはテンシル処理される半田バンプで形成される。半田バンプ２９６２に関する上記半田材料のいずれもスペーサポスト３１１２に利用することができる。
【０１８４】
スペーサポストと対向基板上のランド領域間の整合または電気的接続の処理は、２つの表面間で良好な電気的接続がなされるように、相互拡散または半田処理などのリフロー処理を含んでよい。
【０１８５】
ディスプレイアセンブリ３１００はＭＥＭＳダウン構成の一部として例示されるが、導電スペーサポストの類似的用途は、例えばディスプレイ装置２３００と同様にＭＥＭＳアップ構成にも見出すことができる。ＭＥＭＳアップ構成では、光変調器と反射性アパーチャ層の両方は同じ基板上に形成され、配線３１１６などの導電性配線はカバープレートなどの対向基板上に形成される。このとき、スペーサ３１１２などの導電性スペーサは変調器基板とカバープレート間の電気的接続を形成するであろう。本発明は、カバープレートがタッチスクリーン入力装置としても働くアプリケーションに特に有用である。特に接続がアレイ内のピクセルごとに設けられる基板間の電気的接続は、タッチスクリーンセンサアレイと、ピクセルアレイ用の制御マトリックスを含む別の基板との間の電気的接続を設けるのに有用である。
【０１８６】
図１６は、本発明の例示的実施形態による別のディスプレイアセンブリ３２００の断面図である。ディスプレイアセンブリ３２００は変調器基板３２０２とアパーチャ板３２０４を含む。ディスプレイアセンブリ３２００はまた、変調器基板上に形成された一組の電気配線３２１０とアパーチャ板３２０４上に形成された一組の電気配線３２１２を含む。２つの基板は、異方性の導電接着剤３２１４により配線３２１０と３２１２間を電気的に接続する。アパーチャ板はまた、誘電体絶縁層３２１１と反射性アパーチャ層３２０８を含む。この断面図はピクセルアレイの外側のディスプレイの周縁に近い線に沿って取られるので、基板３２０２上に形成されたシャッタアセンブリまたは反射層３２０８内の任意のアパーチャ窓はこの図では図示されない。
【０１８７】
異方性の導電接着剤（すなわち「ＡＣＡ」）３２１４は、固体導電球群３２１６で含浸された重合体接着剤である。２つの基板３２０２と３２０４を互いに押し付けると、導電球は配線３２１０と３２１２の接触面間にトラップされる。これにより対向基板上の配線３２１０と３２１２間の電気的接続が設定される。電気的接続は、ＡＣＡの重合体マトリクスが硬化または重合化された後、所定の位置でロックされる。導電球３２１６は直径５〜５０ミクロンの範囲の大きさであってよい。導電球３２１６は、ニッケルなどの金属で、あるいはＮｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｇ、またはＣｒ−Ａｕなどの合金で作ることができる。ニッケルは、圧縮荷重下でその幾何学的形状を維持するのに十分な硬度を有する。導電球もまた、ガラスまたは重合体などの誘電体材料で作製することができ、金などの導電層で覆われる。別の実施形態では、ニッケルなどの金属球は、接触抵抗を低減するために金などのより高い導電率と耐酸化性を有する別の金属で覆うことができる。
【０１８８】
一様な直径となるように導電球が選択されると、コンタクト３２１０と３２１２を導電球３２１６に圧潰することによりコンタクト間に一定の間隔またはギャップが設定される。したがって、導電球３２１６はスペーサ２３１２または２３５７と同じ機能を果たすことができる。
【０１８９】
導電球は基板平面と平行な軸に沿って連続コンタクトを形成しない。その結果、電気的接続は通常、隣接する導体３２１０ペアまたは導体３２１２ペア間で設定されない。したがって、ＡＣＡ３２１４の単独の塗布は、配線３２１０または３２１２の独立した組の間で複数の独立した電気的接続を行うためには十分と考えられる。この特定の配線媒体は異方性導電媒体と称する。
【０１９０】
ＡＣＡ３２１４は、通常、テープまたはニードルディスペンサーによって複数の独立した電気的コンタクトにわたって付着される。ＡＣＡ３２１４は、ディスプレイの周縁に沿って複数の接続を行うために特に有用である。例えば、ＡＣＡ３２１４は、一つの基板上の一連の行配線を一緒に別の基板上の並列の行配線の組に接続することができる。これは、おそらく、ドライバチップがアパーチャ板３２０４上の並列の配線の組に取り付けられ制御マトリックスが変調器基板３２０２上に構築される場合に有用と考えられる。基板３２０２と３２０６の機能は、変調器基板がバックライトに最も近い底部上にありＡＣＡ３２１４の反対側の基板がカバープレートとして機能するように、逆にしてもよい。
【０１９１】
ディスプレイアセンブリ３１００における導電スペーサ３１１２はアレイ内のすべてのピクセル内で使用されることが好ましいが、アレイの周縁に取り付けてもよい。ディスプレイアセンブリ３２００における導電球３２１６（これらもまたスペーサである）はピクセルアレイの周縁に沿って取り付けられることが好ましい。ディスプレイアセンブリ３１００のスペーサ３０２０（移動止めとして機能する）はアレイ内のすべてのピクセルで使用されるのが好ましい。ディスプレイ装置２３００と２３４０それぞれのスペーサ２３１２または２３５７は、アレイの各ピクセル内またはピクセル間に配置することができる。同様に、米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書の図２０と図２１に示されたスペーサもまたアレイ内のすべてのピクセルに含まれてよい。
【０１９２】
しかしながら、基板間の所望のギャップを維持するためにはスペーサとすべてのピクセルとの対応付けは必要ではない。スペーサは例えば４つのピクセルの各グループまたは１６個のピクセルの各グループと対応付けてよい。他の実施形態では、スペーサはディスプレイの周縁に制限されてよいであろう。あるいは、ディスプレイアセンブリ３０００に示されるように、ディスプレイアセンブリはピクセルごとに複数のスペーサを含んでよい。
【０１９３】
ディスプレイ装置２３４０におけるスペーサ２３５７は例えばアパーチャをシャッタ間隔Ｈ６（１ミクロン程度であってよい）に維持する役割を担う。ディスプレイ解像度が行または列当たり２００ピクセルを超える場合あるいはディスプレイの対角線が２インチを超える場合、高密度なスペーサ配置は特に有用となる。高密度なスペーサアレイはまた、ディスプレイ装置２３００において例えば、ディスプレイの前面に塗布される潤滑流体２３２２上で一様圧力（そうでなければ指圧などの局所圧により乱され得る）を維持するのに役立つ。
【０１９４】
本発明に関して説明されたスペーサは、ディスプレイ装置２５００または２６００などのエレクトロウェッティングディスプレイにおける基板間のギャップを維持するのに有用に適用される。ＭＥＭＳベースの光変調器を利用するいかなるディスプレイも、実際上、光変調器アレイの内部に適用されるスペーサの恩恵を受けることができる。代替のＭＥＭＳベースの光変調器の例として、ディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）、干渉変調ディスプレイ（ＩＭＯＤ：ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙ）、光タップディスプレイ（ｌｉｇｈｔ  ｔａｐ  ｄｉｓｐｌａｙ）または減衰全反射ディスプレイ（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙ）が挙げられる。
【０１９５】
アライメント装置とアライメント技術
ディスプレイ装置２３００と２３４０およびシャッタアセンブリ２２００の考察において示したように、シャッタアセンブリとその対応するアパーチャとのアラインメントはＭＥＭＳ光変調器の重要な設計特微である。重なり２２１６または重なりＷ１とＷ２として示された重なりは、ＭＥＭＳ光変調器が閉状態（光遮断状態または暗状態とも称する）にある間、光漏れを減少するかなくす。ＭＥＭＳダウンディスプレイ装置２３４０では、重なりＷ２は、２つの基板２３４２と２３４６がアライメントされて互いに機械的に取り付けられるセル組立処理中に設定される。ディスプレイ装置２３４０では、アパーチャ２３４７はアパーチャ板２３４６上に形成され、シャッタアセンブリ２３４１は変調器基板２３４２上に形成されるかあるいは変調器基板２３４２で支持される。２つの基板２３４２と２３４６の正確なアラインメントのための手段を設けることができると、アパーチャ２３４７とシャッタアセンブリ２３４１間の適切な空間的関係を高精度に達成することができる。本発明の例示的実施形態による、２つの基板のアラインメントのための一方法は図１７に例示されるようにアライメント装置３３００により可能である。
【０１９６】
アライメント装置３３００は、固定チャック３３０２、一組の併進駆動装置またはモーター３３０４、視覚システム３３０５、そして一組のＵＶ露光ランプ３３０６を含む。変調器基板３３０８はチャック３３０２に堅固に取り付けられる。アパーチャ板３３１０は所定の位置に保持されてモーター３３０４により誘導される。モーター３３０４は、基板３３１０を３つの併進方向、例えば基板３３１０の平面内のｘおよびｙ座標に沿って、さらにｚ座標に沿って平行移動して２つの基板３３０８と３３１０間の距離を設定し変更する能力を与える。さらに、図１７に図示しないが、基板３３０８と３３１０の共平面性とｘ−ｙ平面におけるそれらの適切な回転関係との両方を保証する追加および随意の３つの回転モーターの一組を設けることができる。すべての併進モーター３３０４はアパーチャ板３３１０に取り付けられて示されているが、他の実施形態ではモーターは２つの基板間に違ったやり方で配置されてよい。例えば、ｘ−ｙ併進モーターをアパーチャ板３３１０に取り付け、Ｚ軸併進モーターとシータ回転モータ（Ｚ軸を中心とする）をチャック３３０２に取り付けてもよい。
【０１９７】
モーター３３０４に関しては様々な形式のモーターが利用できる。これらのモーターは、いくつかの実施形態ではディジタル制御ステッピングモータであってよく、ある場合には線形ねじ駆動装置であってもよく、また他の場合では磁気駆動されるソレノイド駆動装置であってよい。モーターは、基板３３１０などの基板を直接移動させるように配置される必要はない。そのかわり、モーターは、その上に加工中の製品または基板３３１０が堅固に取り付けられたステージまたはプラッタを移動させるように設計されてよい。移動ステージを使用すると、１μｍ未満の高精度でその併進位置を連続的に測定できるステージに追加の光学的測定システム（ある場合にはレーザー干渉システム）を設けることができるので有利である。このとき、ステージ位置の精度と安定性の両方を改善するためにモーター３３０４と光学測定系間にフィードバック電子回路を利用することができる。
【０１９８】
装置３３００のいくつかの実施形態では、チャック３３０２と随意の移動ステージの両方は基板３３０８と３３１０全体にわたって一様な温度を保証するためにヒーターおよび／または温度制御素子を備えてよい。特にその対角線が約２０センチメートルを超える基板については、一様な温度は２つの基板上のパターン間の適切なアラインメントを保証するのに役立つ。
【０１９９】
アライメント装置３３００は２つの基板３３０８と３３１０の相対位置を検知するための視覚システム３３０５を内蔵する。好ましい実施形態では、アライメントマークが基板３３０８と３３１０のそれぞれの上の薄膜にパターン化される（例えば、図１８のアライメントマーク３４０８と３４１２を参照）。視覚システムは、マークが異なる表面上すなわちｚ軸上の異なる位置に配置されるにもかかわらず、２つの基板のそれぞれの上のアライメントマークを同時に撮像することができる。
【０２００】
例示の実施形態では、視覚システム３３０５は２枚の撮像レンズ３３１２と３３１３と、スプリットフィールド撮像が可能な顕微鏡または２台のカメラ３３１４と３３１５のいずれかとを内蔵する。したがって、視覚システム３３０５は２組の別個のアライメントマークを実質的に同時に撮像することができる。２組のアライメントマークは変調器アレイまたはパネルの遠い側または角に配置されることが好ましい。
【０２０１】
動作中、オペレータは、マーク３４０８と３４１２などのアライメントマークの相対位置を見るために視覚システム３３０５を使用し、これにより２つの基板間のミスアライメントの方向と程度を判断する。このときオペレータは、２つの基板上のアライメントマークが許容できる程度の誤差以下のミスアライメントを示すまで、ドライブモータ３３０４を用いて基板３３０８と３３１０間のアラインメントを調整することができる。ミスアライメントを十分に低減した後、オペレータは、基板３３０８または３３１０上のスペーサ（スペーサ２３５７、２７０８、または２８１２と２８１４のいずれか）が対向基板３３０８または３３１０または対向スペーサと接触するまでＺ軸モーターを駆動する。多くの場合、基板のミス配向または非平面性のためにオペレータは２つの基板間のＺ軸距離が減少するにつれて基板間のｘ−ｙアラインメントを絶えず微調整する必要がある。いくつかの実施形態では、基板間で接続が設定された後でも最終的なｘ、ｙおよびシータ補正を行うことができる。接続された後、接着剤３３１８もまた２つの基板間の接続を行う。いくつかの実施形態では、方法３３０１の最後の工程として、接着剤は、アライメント装置３３００が２つの基板を適切な位置に保持している間に少なくとも部分的に硬化される。接着剤の硬化を開始または加速させるためにＵＶ露光ランプ３３０６を使用することができ、これにより２つの基板を相互に接着する。いくつかの実施形態では、基板ステージまたはチャック３３０２は接着剤３３１８の熱硬化を行うためのヒーターを備えている。アライメントマーク例えばマーク３４０８と３４１２は、通常、同時にパターニングされエッチングされ、そしてアパーチャ２３４７などのアパーチャとシャッタアセンブリ２３４１などのシャッタアセンブリとをそれぞれパターニングするために用いられるマスクと同じフォトマスクで印刷される。したがって、アライメントマークは基準機能用に設計されている。すなわちアライメントマーク間の十分なアラインメントを達成するオペレータは隣接アレイ内のシャッタとアパーチャもまた適切にアライメントされるという信頼性を持つ。
【０２０２】
ディスプレイ装置２３４０の考察によると、重なりＷ２は２μｍ以上であることが好ましい。実際上、製造中に確実に実現される重なりＷ２は、マスク内に設計された安全マージンにより、そしてアラインメント精度または公差により確定される。精度または実現可能な公差は、アライメント装置３３００の設計、アライメントマークの設計、温度、圧力、シール材の粘度または可塑性などのプロセス変数に基づく。許容公差設計について２つの例を以下に示す。製造中のアラインメントの際に比較的広いバラツキに耐える第１の例では、シャッタおよびアパーチャのアレイは公称２２μｍの重なりで設計される、すなわち完全にアライメントされるとシャッタはアパーチャと２２μｍだけ重なるように設計される。このとき装置３３００が＋／−２０μｍのアラインメント再現性を可能にする場合、設計者はシャッタのすべて（または、どのように信頼性が規定されるかに依存するが９９．９９％）が少なくとも２μｍの重なりを有するということを保証される。しかしながら、高密度なピクセルアレイすなわち高分解能ディスプレイについては、２２μｍの重なりのアレイ設計において得られる余裕は通常はない。したがって、より正確なアライメント能力が望まれる。
【０２０３】
第２の例では、名目上わずか１μｍの重なりがマスクに設けられ、装置３３００は第１と第２の基板上のパターン間に＋／−１μｍ以内のアラインメント精度を与えるように設計さる。この精度を実現するために、ａ）視覚システム３３０５は１μｍ未満の分解能を有し、ｂ）モーター３３０４（または関連する平行移動ステージ）は１μｍ未満の分解能で位置の相違を弁別するように安定して駆動し、ｃ）アライメントマークは、１μｍ未満の分解能の精密なエッジ、寸法、および／または配置でもってパターン化されエッチングされる。サブミクロン精度を有する自動アライメント装置は、今日では、半導体マスクアラインメント、光電子部品アセンブリ、マイクロメディカル装置の目的のために利用可能である。これらのシステムの代表的な供給者として、Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｔｏｏｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｒｐ．ｏｆ  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｐｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ  ＬＰ  ｏｆ  Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，Ｇｅｒｍａｎｙが挙げられる。
【０２０４】
一般的には、視覚システムと駆動モーターの設計、そしてアライメントマークの設計に注意を払えば、シャッタ２３４１とアパーチャ２３４７間の０μｍを超え２０μｍ未満の重なりＷ２を保証することができるアライメント装置３３００とアライメント方法を提供することは可能である。好ましい設計では、アライメント方法は０μｍを超え２μｍ未満の重なりＷ２を保証することができる。
【０２０５】
上記アライメント方法は、モーター３３０４の能動的制御を人間のオペレータに割り当てるアライメント方法の一例として提供された。他の方法においては、アラインメントを実現するためにオペレータの介在は必要ない。２つの基板上の基準間のミスアライメント量だけでなく方向も測定することができ、かつ測定されたミスアライメントが予め規定された水準未満になるまで自動的にモーター３３０４を駆動することができる装置３３００（すなわちディジタルカメラとコンピュータ画像処理を含むシステム）のためのインテリジェント視覚（マシンビジョン）システムは例えば上に挙げたベンダーから入手可能である。
【０２０６】
装置３３００で利用されるアライメントマークまたは基準は、次の図１８に関して示されるまたは考察されるもの以外に多くの形態をとることができる。いくつかの実施形態では、オペレータまたは機械視覚システムは、シャッタアセンブリ（例えばシャッタ２２０２）またはアパーチャ（例えばアパーチャ２２１４）の形状などの基板上の特定の機能パターンを認識することができる。これにより視覚システムはシャッタとアパーチャ間のミスアライメントを直接測定して最小化する。別の実施形態では、ディスプレイのエッジはシャッタとアパーチャの位置に対し正確な位置にカットまたはダイシングされる。これにより視覚システムは２つの基板のエッジ間のミスアライメントを測定して最小化する。
【０２０７】
人間オペレータまたは自動アライメント装置が基板同士をアラインメントして２つの基板間の接続を設定した後、少なくとも部分的に接着剤３３１８を硬化させるためにＵＶ露光ランプ３３０６を使用することができる。接着材３３１８は、装置３３００においてアラインメントが達成された後の基板３３０８と３３１０間の相対的移動を防ぐ。アラインメント後の２つの基板間のアラインメントを維持するための代替手段が利用可能である。これらの代替手段として、アライメントガイド２９１４などのアライメントガイド、スペーサ２９６２などの熱リフロー可能なスペーサ材料を使用することが挙げられる。
【０２０８】
アライメント装置３３００の機能はＭＥＭＳダウン構成のディスプレイ２３４０の例に関するものであったが、同様のアラインメント技術は、ディスプレイ装置５００により例示したようにＭＥＭＳアップ構成に適用される場合に有用である。ディスプレイアセンブリ５００では、シャッタアセンブリ５０２は基板５０４上に形成され、ブラックマトリクスおよび関連するアパーチャ５２４は基板５２２上に形成される。シャッタ５０３の少なくとも一つのエッジとブラックマトリクス５２４内の対応するアパーチャのエッジとの間に重なりが存在するようにアライメント装置３３００を使用することにより、２つの基板５０４および５２２をアライメントすることができる。アライメント装置３３００は０〜２０ミクロンのエッジ間の重なりを保証する。好ましい設計では、このアライメント方法は０ミクロンを超え５ミクロン未満あるいは、ある場合には２ミクロン未満である重なりを保証する。
【０２０９】
アライメント装置３３００の機能はシャッタアセンブリ２３４１などのトランスバースシャッタベースの光変調器を内蔵するディスプレイに関し説明されたが、上記アライメント装置３３００とアライメント方法は代替のＭＥＭＳ光変調器技術に有用に適用され得ることは理解されるであろう。例えば、光遮断状態、フィルタリング状態、または暗状態において重なりがオイル２６１０のエッジとアパーチャ２６１７のエッジ間に設定されるようにアパーチャ板２６３２が変調器基板２６３０にアライメントされる場合、エレクトロウェッティング変調器アレイ２６００は利点がある。同様に、光変調器２２０などのローリングアクチュエータ光変調器（第１の基板上のローラーアクチュエータ変調器の光遮断エッジと第２の基板上のパターン化された対応するアパーチャのエッジとの間に重なりが設けられる）は、同様の方法で作製しアライメントすることができる。
【０２１０】
他の非シャッタベースの変調器は上記アライメント装置３３００および方法の恩恵を受けることができる。例えば、第１の基板上に作製された光変調器２５０などのＭＥＭＳ干渉変調器またはＭＥＭＳ光タップ変調器は、第２の基板上に作製されたブラックマトリクスのエッジに対しアライメントすることができる。これらの光変調器の詳細は米国特許第６，６７４，５６２号明細書と米国特許第５，７７１，３２１号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に援用する。
【０２１１】
パネル作製プロセス
複数のディスプレイ用の変調器アレイを同一のガラスあるいはプラスチック基板上に並列に構築することができれば常に製造生産性を向上できる。パネルと称する大きなガラス基板とその関連する製作装置は、今日、２メーター四方の寸法まで利用可能である。図１８は、本発明の例示的実施形態による、複数のアパーチャ穴アレイを大きなアパーチャ板３４０４上に形成しつついかに複数のＭＥＭＳ光変調器アレイを一つの大きな変調器基板３４０２上に形成することができるかを示す。パネル３４０２は６つの変調器アレイの一組３４０６に加え４つの変調器アライメントマークの一組３４０８を含む。パネル３４０４は４つのアパーチャアライメントマークの一組３４１２に加えて６つのアパーチャアレイの一組３４１０を含む。パネル３４０２と３４０４同士がアライメントされ密封されるとその対応する変調器アレイ−アパーチャアレイ対のそれぞれがディスプレイアセンブリ（セルアセンブリとも称する）を形成するように、変調器アレイ３４０６のそれぞれはアパーチャアレイ３４１０の一つに対応するように設計される。したがって基板３４０２と３４０４間の単一のアラインメントおよび密封作業は６つのセルアセンブリを同時にアライメントし密封するのに十分である。図１８に示される例では、ガラスパネル３４０２と３７０４は対角線で３０ｃｍあり、セルアセンブリまたはディスプレイ領域のそれぞれは対角線で１０ｃｍであろう。他の実施形態では、パネル当たり２５個までの１０ｃｍ対角線ディスプレイを作製するために対角線５０ｃｍ以上のパネルを利用することができる。
【０２１２】
また、エポキシ系接着剤３４１４線（シール材の一種）と、アパーチャ板３４０４上のアレイのそれぞれに加えられたスペーサポスト３４１６とが図示されている。上記ディスプレイアセンブリ２３４０、２７００、２８００、２９００、３０００、３１００、３２００に関して説明されたように、様々なスペーサがアパーチャ板３４０４上の各アレイの内部に適用される。接着剤を塗布する処理についてはセル組立工程３６１４に関して後述される。
【０２１３】
本発明の例示的実施形態による、パネル３４０２、３４０４のアラインメントと密封完了後のパネルアセンブリ３５００を図１９に例示する。成功した２つの基板のアラインメントは、アパーチャアライメントマーク３４１２内の変調器アライメントマーク３４０８のネスティングにより示される。アライメントマークは、名目上１μｍのギャップがマーク３４１２の内側エッジとマーク３４０８の外側エッジ間で許容されるように設計されてよい（これらのギャップの大きさは説明のため図１９では誇張される）。このアラインメント設計では、オペレータおよび／または自動アライメント装置は、適切なギャップが入れ子状のアライメントマークのｘ方向とｙ方向の両方において見えるまで（例えば、ラインのいずれも交差または接触しなくなるまで）基板の相対位置をツール３３００で調整する。適切なギャップが見えると、アラインメントは成功した（すなわちミスアライメントは許容誤差内まで低減され、アレイ３４０６、３４１０のそれぞれにおける変調器とアパーチャ間の期待された重なりが達成された）と考えられる。アライメントマーク間の名目上のギャップは、アラインメント処理の期待される精度を満たすように設計することができる。例えばギャップは所望のアラインメント精度に依存して１０ミクロン、２ミクロン、または１ミクロンである。代替の設計では、一つのアライメントマークは円形のドットであり、他のマークはリングとして形成される。ギャップは、所望のアラインメントの精度に対応するドットとリングの間で設計することができる。いくつかのアラインメントの機械設計では、アライメントマーク間のギャップは必要なく、その代りに、機械がディジタルカメラを用いてドットとリングの両方の中央点を推定する。このときアラインメントソフトウェアがドットとリングの中央点同士をアライメントしようとする。
【０２１４】
２つのパネル３４０２と３４０４は接着剤により所定位置に接着される。この接着剤の硬化はセル組立工程３６２０に関して後述される。
【０２１５】
図１９はまた、パネルアセンブリ３５００の上に重ねられた一組のダイシング線３５０２を例示する。個々のアレイ（ディスプレイまたはセルアセンブリとも称する）がパネルから切り離されるように、ダイシング線３５０２はパネルがそれに沿って切断される線をマークする。単一化とも称する分離工程は、スクライブ＆ブレーク法により行うことができる。この処理では、線３５０２においてガラスパネルの表面に沿って線を引っ掻くためにダイヤモンドチップまたはカーバイドチップを用いる。このときスクライブ線に沿ってパネルを割るために、単純な折り曲げ処理を用いることができる。別の実施形態では、分離または単一化処理はダイシングソーにより行われる。基板３４０２と３４０８の両方が同じダイシング線に沿って切断される必要はない。変調器基板はアパーチャ基板に対し規定されたものより広い周縁幅にダイシングされると有利であることが多い。これにより、セルアセンブリが完了した後に変調器基板のエッジ上にドライバチップのボンディングのための空間が得られる。
【０２１６】
流体充填工程を含むセルの組立方法
図２０には、本発明の例示的実施形態による、ＭＥＭＳ光変調器を内蔵するディスプレイ装置を組み立てるための第１の方法３６００（セル組立方法３６００とも称する）を例示する。方法３６００は、その上にディスプレイ部品が作製される（工程３６０６、３６０８、３６１０）２つの基板を設けること（工程３６０２、３６０４）で始まる。この方法は、２つの基板の一方または両方にスペーサ（工程３６１２）とシーリング材（工程３６１４）を貼り付けることを続ける。このとき基板は互いにアライメントされ接着される。本方法は、大きなパネルアセンブリから個々のディスプレイを分離または単一化すること（工程３６２２）と、２つの基板間のギャップを流体または潤滑剤で充填すること（工程３６２４）を含む。最後に充填用穴が密封される（工程３６２６）。
【０２１７】
方法３６００の第１の実施形態は、ディスプレイ装置２３４０または２６００により例示されるようにＭＥＭＳダウンディスプレイアセンブリに関して説明される。ＭＥＭＳアップ構成のディスプレイの組立てのための第２の実施形態は後で説明される。
【０２１８】
ＭＥＭダウンディスプレイのためのセル組立方法３６００は工程３６０２と３６０４において２つの基板を設けることで始まる。これらの基板は両方とも透明でガラスまたはプラスチックから成る。本組立方法は、工程３６０６での制御マトリックスの作製と工程３６０８でのＭＥＭＳ変調器アレイの作製を続ける。好ましい実施形態では、制御マトリックスと変調器アレイの両方は変調器基板と称する第１の基板上に作製される。この例としては、図７と図１０の基板２３４２と２６３０がそれぞれ挙げられる。しかしながら、ディスプレイアセンブリ３１００に関し考察したように、変調器基板とは別個の基板上に制御マトリックスを作製することができ、この制御マトリックスを導電スペーサにより変調器基板に接続することができる実施形態が存在する。この変調器基板の作製に関するさらなる詳細は上に参照した米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書に見出すことができる。
【０２１９】
ＭＥＭＳダウン組立方法３６００は、アパーチャ層を作製することを含む工程３６１０に進む。アパーチャ層は好ましくは透明材料（例えばプラスチックまたはガラス）から成り、第２の基板上に作製される。ＭＥＭＳダウン構成では、第２の基板はアパーチャ板と呼ばれる。例示的な有効なプレートとしては、図７と図１０のアパーチャ板２３４６または２６３２が挙げられる。他のＭＥＭＳダウン実施形態では、アパーチャ層が作製される第２の基板は光導波路としても使用される。いくつかの実施形態では、アパーチャ層は、一連のアパーチャにパターン化される光吸収物質から成る。アパーチャ板２７００に関して説明した好ましい実施形態では、アパーチャ層は、基板から入射した光を反射して基板に戻すように設計される。例示的な反射性アパーチャ層としては、図１０と図１１の反射性アパーチャ層２６１６または２７０４がそれぞれ挙げられる。
【０２２０】
方法３６００はスペーサを塗布することを含む工程３６１２に続く。スペーサ２３５７、２７０８、２８１２、２８１４、２９１２、２９１４、２９６２、２９６４、３０２０、または３１１２により例示されたスペーサのすべて（したがって説明した作製方法を含む）を工程３６１２で取り入れることができる。スペーサは第１と第２の基板のいずれかまたは両方の上に形成されてよい。
【０２２１】
方法３６００は、エポキシシール材５２８などのシール材を貼り付けることを含む工程３６１４に続く。シール材は、方法３６００で使用される第１と第２の基板のいずれかまたは両方に塗布されてよい。シール材は、アラインメント工程後、第１と第２の基板の位置を維持する接着材である。シール材はまた２つの基板間のギャップ内に流体（工程３６２４で加えられる）を収容するために用いられる。適用可能なシール材は、エポキシ、アクリレートまたはシリコン材などの高分子材料であってよく、あるいはシール材は、半田バンプ２９６２などの熱リフロー可能な半田金属で形成することができる。いくつかの実施形態では、シール材は異方性の導電接着剤３２１４などの複合材料であってよい。シール材は、図１８のディスプレイパネル３４０４に関し示したように、変調器またはアパーチャアレイのそれぞれの周縁に沿って移動するノズルから分配することができる。シール材３４１４は、ディスプレイパネル３４０４上の各ディスプレイ領域の周縁を完全には包囲しない。充填用穴と称するギャップ３４１８は、工程３６２４におけるセルの流体による充填に対処するために、周縁のシール内に意図的に残される。
【０２２２】
分配後、シール材は硬化工程を経て比較的強固なものになる。工程３６１４の一部として、シール材は部分的に硬化されてよいが、多くの実施形態では、後の工程３６１８または３６２０の一つまで最終的な硬化は行わない。脱水硬化、ＵＶまたは紫外線硬化、熱的硬化、またはマイクロ波硬化を含む多くの他の形式の硬化を可能にするように、シール材を配合することができる。装置３３００などのアライメントツールを利用する場合、ＵＶ硬化エポキシ樹脂は好ましいであろう。
【０２２３】
図１８と図１９で示したように、制御マトリックス３６０６の作製、ＭＥＭＳ変調器３６０８の作製、アパーチャ層３６１０の作製、スペーサ３６１２の塗布、シール材３６１４の塗布のための工程はすべて、複数のディスプレイが大きなガラスまたはプラスチックパネル上に同時に作製されるパネルレベルで行なうことができる。あるいは、これらの工程は小さな基板上で個々のディスプレイごとに行なわれてもよい。組立工程３６０６、３６０８、３６１０、３６１２のさらなる作製の詳細は、上に参照した米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書に見出すことができる。
【０２２４】
方法３６００は導電接着剤を随意に分配することを含む工程３６１６に続く。工程３６１２と３６１４で加えられるスペーサまたはシール材が導電特性を有しない場合、この特性を有する追加の接着剤を加えることは有利であることが多い。工程３６１６で加えられた導電接着剤は、第１の基板上の制御マトリックスと第２の基板上のアパーチャ層間の電気的接続を可能にする。工程３６１６で加えられた接着剤は、通常、ディスプレイ領域の周縁に沿ったいくつかの点に配置される。
【０２２５】
方法３６００は、図１７のアライメント装置３３００に関し説明したように第１と第２の基板をアラインメントすることを含む工程３６１８に続く。アライメント装置３３００は、アラインメントが許容誤差程度内まで正確であることを確認するためのカメラおよび／または顕微鏡システムを含む。第１と第２の基板はアラインメント工程３６１８の一部としてスペーサにより接続される。
【０２２６】
アラインメント工程３６１８の一部として、接着材は、２つの基板を接着するためにあるいはその相対位置を維持するために少なくとも部分的に硬化される。アライメント装置３３００は、接着剤の硬化をもたらすヒーターおよび／またはＵＶ露光ランプを含む。いくつかの実施形態では、シール３４１４などの周縁全体のシールは工程３６１８の一部として少なくとも部分的に硬化される。他の実施形態では、熱硬化可能なシール材３４１４に加えて複数のＵＶ硬化可能な接着剤ドットがアラインメントに先立って基板上に設けられる。この実施形態では、エポキシドットのみがアラインメント工程３６１８の一部として硬化され、シール材の残りは後の工程３６２０で硬化される。
【０２２７】
方法３６００は、シール材を硬化することを含む工程３６２０に続く。多くの実施形態では、シール材が比較的硬い接着剤として働く場合のみ、第１と第２の基板間の適切なアラインメントを維持することができる。工程３６２０での接着剤硬化によりシール材の剛性を保証する。工程３６２０での硬化は、熱硬化、ＵＶ硬化、またはマイクロ波硬化として実行することができる。いくつかの実施形態では、シール材は、アセンブリをオーブン内に入れることにより、あるいは加圧下あるいはプレス機のプレート間でＵＶまたはマイクロ波露光システムにより工程３６２０において硬化される。加圧は、接着剤が硬化される間の基板の曲げまたはそりを最小化するのに役立つ。加圧は、スペーサ（スペーサ２３５７など）に対する各基板の強固な接触を確実にすることによりギャップＨ５またはＨ９（ディスプレイアセンブリ２３４０、２３９０に関して示された）などのギャップを確実に維持するのに役立つ。
【０２２８】
方法３６００は、複数のアレイを含む大きなパネルから個々のディスプレイアレイを随意に分離することを含む工程３６２２に続く。セル組立工程が、この時点までに、図１８と図１９において説明されたように大きなパネルの処理に従って進んできた場合のみに、このような分離が必要とされる。変調基板とアパーチャ板が工程３６０６〜３６１４で個々のディスプレイとして作製された場合、単一化または分離工程は必要ない。この分離は、スクライブ＆ブレーク処理またはダイシングソーにより実現することができる。
【０２２９】
方法３６００は、流体でディスプレイアセンブリを充填することを含む工程３６２４に続く。ディスプレイ装置５００と２３４０の考察で示したように、ディスプレイ装置の２つの基板はギャップＨ５などのギャップにより分離されることが好ましく、ギャップは作動流体５３０または２３５２などの流体により充填される。多くのディスプレイでは、流体は、ＭＥＭＳ光変調器を実質的に取り囲む潤滑材として働く。この流体もまた上に考察したような電気的および光学的性質を規定している。
【０２３０】
多くのアプリケーションでは、２つの基板間に形成されるギャップ内に気泡が入るのを回避しながらディスプレイアセンブリを液体で充填することが望ましい。ＭＥＭＳ光変調器の表面上に形成される気泡はこれら変調器の作動を邪魔する。気泡なしの充填処理は、流体充填処理中のある時点で真空雰囲気を利用することにより行うことができる。
【０２３１】
流体充填処理（工程３６２４）の詳細は、本発明の例示的実施形態による図２１に例示される流体充填装置３７００に関して説明される。流体充填装置は、作動流体３７０４の貯蔵槽により部分的に充填される真空チャンバ３７０２で形成される。パネルアセンブリ３５００などの、アライメントされかつ部分的に密封されるセルアセンブリまたはパネルアセンブリは、流体貯蔵槽の上にワンド３７０６によりまたは可動プラッタにより吊り下げられる。真空ポンプに通じるポート３７０８と真空チャンバ内を大気圧に換気するために用いられるポート３７１０が真空チャンバに取り付けられる。図２１に図示しないが、ポート３７０８と３７１０のそれぞれにはバルブが結合される。
【０２３２】
動作中、アセンブリ３５００などのパネルアセンブリ内の基板間のギャップを充填する処理は２段階の処理である。最初に、空気または他の気体が２つのプレートの間から除去され、次にギャップが流体で充填される。真空ポンプへのバルブが開かれると空気はプレートの間から除去され、チャンバ３７０２全体が実質的に１トール未満の圧力に低下される。次に真空バルブが閉じられ、そしてパネルアセンブリ３５００を作動流体の貯蔵槽３７０４中に浸すためにワンド３７０６が用いられる。一旦浸されると、通気弁は大気に対し開放されるか、あるいはボトルから窒素またはアルゴンガスを取り除くために開放される。戻入された空気は、すべての流体上の圧力を大気圧（または６００トールを超える圧力）にする。加圧下で、作動流体は次にセルアセンブリ３５００の基板間のギャップ内に導入される。セルアセンブリをチャンバ３７０２から取り出すと、セルアセンブリは流体で充填されており、こうして組立工程３６２４を完了する。
【０２３３】
代替の設計では、パネルアセンブリ３５００はワンド３７０６などの可動ワンドにより吊り下げられる必要はない。その代りに、パネルアセンブリを所定位置に固定することができ、また潤滑材３７０５を一連のバルブにより真空チャンバ３７０２内にまたは真空チャンバ３７０２から移動させることができる。流体がチャンバからほとんど無くなるまでの間、チャンバは排気される。排気後、チャンバ内の流体レベルはチャンバ内に追加の流体を流すことにより増加される。流体はアセンブリ３５００が流体中に浸されるまで加えられる。パネルを流体中に浸した後、本システムは、ギャップを流体で充填するために大気圧まで換気される。
【０２３４】
別の実施形態では、チャンバ３７０２は液体３７０４などの液体で充填されないが、その代り、チャンバ３７０２は、排気された後に気体で再充填される（ｂａｃｋｆｉｌｌｅｄ）。再充填する気体の例としては、不活性ガス（アルゴン、窒素）、気相潤滑材、特定の反応性ガス、または上記の任意の組み合わせが挙げられる。反応性ガスは、ＭＥＭＳ変調器の移動面と反応することができる気体であるか、あるいはその上に蒸着することができる気体である。反応性ガスは、界面エネルギーを低減することにより化学的に移動面の粘着性を和らげるか低減することができる。その例としては限定するものではないが、ジメチルジクロロシラン（ＤＤＭ）、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）が挙げられる。気相潤滑材は、装置の動作の間中実質的に気相状態のままであり、同様にして表面を和らげることができる気体である。その例としては限定するものではないが、六フッ化硫黄、そしてメタノール、エタノール、アセトン、エチレングリコール、グリセリン、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイル、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ジエチルベンゼンの気相形態、または上記の任意の混合物とが挙げられる。
【０２３５】
チャンバ３７０２内の流体充填処理は、セルレベルまたはパネルレベルで実行されてよい。組立工程３６００では、単一化工程３６２２は流体充填工程３６２４に先行する。このことは、個々のディスプレイ用のセルアセンブリが流体充填のために真空チャンバ３７０２内に装填されるということを意味する。真空チャンバ３７０２は、複数のディスプレイが同時に流体で充填されるように、単一のポンプダウン作業で複数の個々のディスプレイを保持し浸すことができるプラッタを含むことができる。あるいは、これらの工程の順番を逆にしてアセンブリ３５００などの完全なパネルアセンブリを真空チャンバ内に装填することも可能である。このとき、パネル上のディスプレイのそれぞれの中のギャップは同時に排気され充填される。次に、流体充填工程３６２４が完了した後、ダイシングまたは単一化処理３６２２が始まる。
【０２３６】
セルアセンブリは、充填用穴を密封することを含む方法３６００の工程３６２６で完了する。流体は、工程３６１４で周縁シール内に残された充填用穴３４１８を通って、工程３６２４において基板間の空間内に入る、あるいは導入された。この穴は、ディスプレイアセンブリからの流体の漏れを防ぐために組立工程の終わりに接着剤で埋められる。工程３６２６の一部としてそして充填材穴を密封することに先立って、加圧機を介しセルに圧力を印加することができる。加圧は２つの基板を押し付け、一方の基板上に作製されたスペーサを他方の基板に密着させる。これにより、２つの基板間に一様なギャップまたは間隔を設定する。次に、充填用穴３４１８は、ディスプレイから圧力を取り除く前に接着剤で密封される。一旦密封されると、セル内の密封されかつ流体で充填されたチャンバは基板が周囲条件下で分離するのを防ぐ。工程３６２６で使用される接着剤は、熱的硬化、ＵＶ硬化、またはマイクロ波硬化を使用することにより硬化される重合体接着剤であってよい。方法３６００の終了後にディスプレイを組み立てる最終工程は、総じてモジュール組立工程と称することが多い。モジュール組立は、制御および駆動回路を含む一つまたは複数のシリコンチップをガラス基板に直接取り付ける工程、ディスプレイと外部装置を相互接続するためのフレキシブル回路をボンディングする工程、コントラストフィルタなどの光学フィルムをボンディングする工程、バックライトを貼り付ける工程、そしてディスプレイを支持構造体または筐体内に実装する工程を含む。フレキシブル回路は単純な配線で構成されてもよいし、あるいは抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、または集積回路などの追加の電気的素子を含んでもよい。
【０２３７】
ＭＥＭＳアップディスプレイ構成に適用されるセル組立方法３６００について以下に精査する。その実施例は図５と図８のディスプレイアセンブリ５００と２４００により与えられる。ＭＥＭＳアップディスプレイ構成では、制御マトリックスとＭＥＭＳ変調器アレイの両方は工程３６０６と３６０８で第１の基板上に作製される。この実施例は変調器基板５０４または２４１８として与えられる。アパーチャ層は工程３６１０で第２の基板上に蒸着される。
【０２３８】
ディスプレイアセンブリ３１００に関して考察されたように、第２の基板上に制御マトリックスを作製することができる一方でＭＥＭＳ変調器アレイが第１の基板上に作製される実施形態がある。２つの基板は導電スペーサにより電気的に連通する。
【０２３９】
ＭＥＭＳアップディスプレイ構成では、第２の基板はカバープレート（カバープレート５２２など）と呼ばれる。工程３６１０で作製されるアパーチャ層はブラックマトリクス層（ブラックマトリクス５２４など）と呼ばれ、アパーチャアレイにパターン化される。ブラックマトリクス層は、ディスプレイの周囲コントラストを向上させるために光吸収物質で構成されることが好ましい。組立後、ブラックマトリクスアパーチャは変調器基板上に配置されるＭＥＭＳ光変調器と重なることが好ましい。
【０２４０】
ＭＥＭＳアップディスプレイ組立方法３６００では、カバープレートすなわち工程３６０４で設けられる第２の基板は透明材料すなわちプラスチックまたはガラスから成ることが好ましい。しかしながら、ＭＥＭＳアップ組立方法では、工程３６０２で設けられる変調器基板は、シリコンなどの不透明な材料で作ることができる。例えば、反射式ＭＥＭＳアップディスプレイでは、第１の基板（例えばシリコン）は、工程３６０６または３６０８において反射層で覆うことができる。透過式ＭＥＭＳアップディスプレイでは、第１の基板に使用される不透明な材料は、アパーチャ５０８などのアパーチャの位置のスルーホールアレイを用いてエッチングすることができる。
【０２４１】
ＭＥＭＳアップディスプレイアセンブリ３６００では、スペーサは工程３６１２で貼り付けられ、シール材は工程３６１４で第１または第２の基板（すなわち変調器基板またはカバープレート）に貼り付けられる。
【０２４２】
ＭＥＭＳアップディスプレイ組立方法３６００における後続の工程はＭＥＭＳダウンディスプレイ組立方法３６００と同様であり、アラインメント工程３６１８、シール材の硬化工程３６２０、パネルから個々のディスプレイを分離する工程３６２２、そして流体充填工程３６２４を含む。
【０２４３】
アライメント装置３６００に関して説明されたように、ＭＥＭＳアップまたはＭＥＭＳダウン構成の組立方法３６００は、エレクトロウェッティングディスプレイとローリングアクチュエータディスプレイを含む多くの代替ＭＥＭＳ光変調器技術に適用可能である。ＭＥＭＳアップディスプレイ組立方法３６００は、特に干渉変調器ディスプレイとＭＥＭＳ光タップ変調器ディスプレイに適用可能である。
【０２４４】
図２２には、ＭＥＭＳ光変調器を内蔵するディスプレイ装置を組み立てるための代替方法を例示する。方法３８００は、方法３６００に関して説明されたＭＥＭＳダウン構成またはＭＥＭＳアップ構成のいずれかの構成でディスプレイを組み立てるために採用することができる。方法３６００と同様に、組立方法３８００は、ディスプレイ部品が作製される（工程３８０６、３６０８、３８１０）２つの基板を設けること（工程３８０２と３８０４）で始まる。方法３８００は、２つの基板の一方または両方にスペーサ（工程３８１２）とシーリング材（工程３８１４）を貼り付ける工程に続く。方法３８００はまたディスプレイアセンブリ内のギャップを流体で充填する工程（工程３１１８）を含む。しかしながら、方法３６００とは対照的に、流体充填（工程３８１８）とディスプレイ組立（工程３８２０、３８２２、３８２４）の順序は逆転される。組立方法３８００は時に液晶滴下法（ｏｎｅ−ｄｒｏｐ  ｆｉｌｌ  ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれる。
【０２４５】
組立方法３８００は、第１と第２の基板を設けること（工程３８０２と３８０４）で始まり、制御マトリックスの作製（工程３８０６）、ＭＥＭＳ変調器アレイの作製（工程３８０８）、アパーチャ層の作製（工程３８１０）、スペーサの作製（工程３８１２）と続く。これらの工程は組立方法３６００における対応する工程に用いられたのと実質的に同じ組立工程を含む。
【０２４６】
方法３８００はシール材の貼り付けを含む工程３８１４に続く。シール材貼り付け工程３６１２で用いられたように、同様のシール材と同様の分配方法を工程３８１４で適用することができる。しかしながら工程３８１４では、いかなるギャップまたは充填用穴も、ディスプレイのアクティブ領域の周縁部のシール材内に残されない。
【０２４７】
接着剤塗布工程３６１６と同様の随意の導電接着剤貼り付け工程３８１６が続く。
【０２４８】
方法３８００は液体の貼り付けを含む工程３８１８に続く。潤滑性および他の電気的、機械的、光学的性質を含む適用可能な液体についてはディスプレイ装置５００に関して既に述べた。液体充填工程（工程３８００）では、装置３７００などの真空充填装置は必要ない。適切な量の流体を、第１または第２の基板の一方の開放面上に直接分配することができる。この基板は、一般的には、気泡が溜まるかもしれない空洞または凹部面を含むＭＥＭＳ部品を有さないので、流体はアパーチャ層が形成される第２の基板上に分配されることが好ましい。パネル３４０４のように、基板が複数のディスプレイを内蔵する大きなパネルである場合、適切な量の流体が各アレイのアクティブ領域内に分配される。一般的には、流体は、シール材３４１４の周縁により制限されるまで基板の表面全体に広がる。適切な量の流体は、周縁シールにより画成される空洞を完全に充填する。いくつかの実施形態では、パネル上の個々のアレイの実際の周縁寸法を測定することにより充填前に空洞ごとの正確な容積を確定するために、光学的測定ツールが用いられる。
【０２４９】
方法３８００は２つの基板のアラインメントを含む工程３８２０に続く。潤滑流体は基板の一方に既に塗布されているので、工程３８００に必要なアライメント装置は装置３３００により示されたものと異なる。基本的な相違として、このアライメント動作は減圧または真空状態下で行なわれることが好ましい。このことは、アラインメント用に設けられた可動部品および視覚システムの部品の多くだけでなく第１と第２の基板は、今度は、真空チャンバ（アラインメントチャンバと呼ぶ）内で処理されることを意味する。
【０２５０】
動作中、２つの基板はアラインメントチャンバに導かれ、チャンバは排気されるであろう。流体（工程３８１８で既に分配された）の蒸発を防ぐために、チャンバは潤滑流体の平衡蒸気圧に再充填されてもよい。２つの基板がアライメントされ接着された後、潤滑流体は２つの基板のそれぞれの表面と接触してＭＥＭＳ光変調器の可動部のそれぞれを実質的に取り囲む。基板同士が接触され流体がその全表面を濡らした後、アラインメントチャンバは換気され大気圧に戻される（工程３８２２）。部分的な硬化処理はまた、基板同士が接着された後に接着剤に適用されてよい。接着剤は、熱的手段または真空チャンバ内に設置されたＵＶランプにより硬化することができる。
【０２５１】
潤滑流体が高い蒸気圧を有する、すなわち潤滑流体が常温で直ちに蒸発するいくつかの実施形態では、パネルがアラインメントチャンバ内に導かれる前に、工程３８１８において流体を分配することは実用的ではないかもしれない。この実施形態では、アラインメントチャンバが排気され潤滑材の蒸気圧で再充填された後、ノズルを設け２つの基板のアライメント工程の直前に基板の一方の上に潤滑流体を分配することができる。
【０２５２】
工程３８２０でのアライメント動作中にシール材が完全には硬化されなかった場合、別の硬化工程が工程３８２４において適用される。工程３８２４の硬化は、熱硬化、ＵＶ硬化、またはマイクロ波硬化のいずれかとして実行されてよい。
【０２５３】
方法３８００は、複数のアレイを含む大きなパネルから個々のディスプレイアレイを随意に分離することを含む工程３８２６で完了する。セル組立工程が、この時点まで、図１８と図１９において説明されたように大きなパネル処理に従って進んだ場合のみ、このような分離は必要とされる。工程３８０６〜３８１４で変調基板とアパーチャ板が個々のディスプレイの形態で作製される場合、最終分離工程は必要ない。この分離は、スクライブ＆ブレーク処理により、またはダイシングソーを使用することにより実現することができる。
【０２５４】
方法３６００の終了後にディスプレイを組み立てる最終工程は、総じてモジュール組立工程と称することが多い。モジュール組立は、制御および駆動回路を含む一つまたは複数のシリコンチップをガラス基板に直接取り付ける工程、ディスプレイと外部装置を相互接続するためのフレキシブル回路をボンディングする工程、コントラストフィルタなどの光学フィルムをボンディングする工程、バックライトを貼り付ける工程、そしてディスプレイを支持構造体または筐体内に実装する工程を含む。フレキシブル回路は単純な配線で構成されてもよいし、あるいは抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、または集積回路などの追加の電気的素子を含んでもよい。
【０２５５】
図２３は、本発明の例示的実施形態による、液晶光変調器６０２を内蔵するディスプレイ装置６００の断面図である。ディスプレイ装置は、２つの透明基板６０６と６０８の間に挟まれた液晶材料６０４を含む。液晶材料の両端に印加される電圧を調整するための電極アレイ６１０と６１２が２つの基板のそれぞれの上に形成される。ディスプレイ装置６００は、電極６１０と６１２において選択された電圧に依存して、液晶材料６０４を通過する光の分極特性を変えることにより光を変調する。
【０２５６】
基板６０６上に配置された裏面向きの反射層（反射膜６１４）は、液晶光変調器６０２の下方に位置する複数の表面アパーチャ６１６を画定する。反射膜６１４は、表面アパーチャ６１６を通過しない光を反射してディスプレイ装置６００の裏面に向けて戻す。反射性アパーチャ層６１４は、スパッタリング、蒸発、イオンメッキ、レーザー切断、または化学蒸着法を含む多くの蒸着技術により薄膜状に形成された、介在物を含まない微粒子金属膜であってよい。別の実施形態では、裏面向きの反射層６１４は、誘電体ミラーなどのミラーで形成することができる。誘電体ミラーは、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料を繰り返す誘電体薄膜の積層として作製される。
【０２５７】
液晶ディスプレイ装置６００は、随意のディフューザ６２２、および／または基板６０６を平面状の光導波路６１６から分離する随意の輝度増強膜６２４を含む。光導波路は透明材料すなわちガラスまたはプラスチック材料で構成される。光導波路６１６はバックライトを形成する一つまたは複数の光源６１８により照明される。反射器６１９はランプ６１８からの光を光導波路６１６に向けて導くのを助ける。前面向きの反射膜６２０は光導波路６１６の背面に配置され、光を液晶変調器６０２の方に反射する。シャッタ液晶変調器６０２の一つを通過しないバックライトからの光線は、バックライトに戻され膜６２０により再び反射される。このようにして、画像を形成するためにディスプレイを離れることに最初に失敗した光を再利用することができ、液晶変調器６０２のアレイ内の他の開いたアパーチャを透過するのに利用できるようになる。
【０２５８】
光導波路６１６は、ランプ６１８からの光をアパーチャ６１６に向かって、したがってディスプレイの前面に向かって再度導く一組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム６１７を含む。光リダイレクタは、その断面が三角形、台形、または曲線状であってよい光導波路６１６のプラスチック本体内に成型されてよい。プリズム６１７の密度は通常、ランプ６１８からの距離とともに増加する。
【０２５９】
板金または成型プラスチックアセンブリブラケット６３２は、カバープレート６０８、基板６０６、バックライト６１６、および他の構成部分をエッジのまわりに一緒に保持する。アセンブリブラケット６３２は、合体されたディスプレイ装置６００の剛性を増すために、ねじまたはインデントタブで固定される。反射器６３６は、光導波路６１６のエッジから漏れる光を光導波路内に戻すのを助ける。
【０２６０】
図２４Ａは、本発明の例示的実施形態によるＭＥＭＳアップ構成のディスプレイモジュールアセンブリ７００の断面図を与える。図２４Ｂは、ディスプレイアセンブリ７００の分解等角投影図を与える。モジュールアセンブリは一つまたは複数のランプ７０２、光導波路７０４、ＭＥＭＳ変調器基板７０６、カバープレート７０８、駆動回路７１０、モジュールスペーサ７１２、アセンブリブラケット７１３と７１４、およびフレキシブル電気配線７１６と７１８を含む。ディスプレイ装置５００に関し例示されたものと同様に、モジュールアッセンブリ７００はまた、作動流体７２０、セルスペーサ（図２３に図示せず）、およびシール材７２２を含む。モジュールアッセンブリはまた、基板７０６と７０８間の電気的接続７２４を含む。アセンブリは前面向きの反射器膜７２８を含む。
【０２６１】
ＭＥＭＳ変調器基板７０６、カバープレート７０８、セルスペーサ、作動流体７２０、そしてシール７２２の組み合わせは、しばしばセルアセンブリ７０５と呼ばれる。セルアセンブリのアラインメント、流体充填、そして密封のための技術は、すでに米国特許出願第１１／７３１，６２８号明細書と米国仮特許出願第６０／９３０，８７２号明細書で説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。
【０２６２】
セルアセンブリの部品を合体した後、モジュール７００組立工程は次のように進む。最初に、駆動回路７１０がセルアセンブリ７０５に取り付けられる。駆動回路７１０はブロック線図１５０の一部として例示された機能ブロック（タイミング調整回路、バッファメモリー、スキャンドライバ、データドライバ、そして共通ドライバを含む）のいずれかまたはすべてを含むシリコンチップであってよい。電気的接続は、異方性導電接着剤７２６により駆動回路７１０と基板７０６上の配線との間でなされる。モジュール組立の第２の工程では、フレキシブル電気配線７１６はまた、異方性導電接着剤によりセルアセンブリ７０５に貼り付けられる。モジュール組立の随意の第３の工程では、一つまたは複数のランプ７０２が光導波路７０４に取り付けられる。ランプはまたフレキシブル電気配線７１８に取り付けられる。組立の随意の第４の工程では、前面向きの反射器７２８がモジュールスペーサ７１２の底面に取り付けられる。組立の第５の工程では、モジュールスペーサ７１２がアセンブリブラケット７１４内に挿入される。そして組立の第６の工程では、光導波路を始めとする残りの部品はすべてモジュールスペーサ７１２上またはその中の所定の位置に取り付けられる。組立の最終工程では、アセンブリブラケット７１３はセルアセンブリ７０５の上方の所定の位置に取り付けられる。
【０２６３】
アセンブリブラケット７１３は、ブラケット７１３をブラケット７１４に強固に接続することによりディスプレイモジュールの筐体を完成させるインデントタブを含む。モジュールスペーサ７１２は、モジュールの部品間の機械的なアラインメントを容易にしかつ維持するためのいくつかの形状部を含む。例えば、位置決め面７３０と７３２は、組立後のランプ７０２の動きを制限するのに役立つ。スペーサ７１２内のこのような面は、ランプ７０２と光導波路７０４間の適切なｘ−ｙアラインメントを維持するのに役立つ。モジュールスペーサ７１２内にこのような位置決め面（時には収納ポケットと呼ばれる）を適切に設計することにより、部品が手で組み立てられることになった場合でも部品間で高度のアラインメントを維持することができる。同様に、光導波路７０４とＭＥＭＳ変調器基板７０６間のｘ−ｙアラインメントは、位置決め面７３４と７３６によりそれぞれある程度保証される。
【０２６４】
アセンブリ７００の部品間の縦方向アライメントもまたモジュールスペーサ７１２内に設計された位置決め面により維持される。ＭＥＭＳ変調器基板７０６は例えば位置決め面７４０により形成される棚の上に載る。基板７０６は基板７０６の周縁部のいくつかの点で位置決め面７４０により支持される。同様に、光導波路７０４は位置決め面７４２上に載る。エアギャップ７４４が光導波路７０４とＭＥＭＳ変調器基板７０６間に設定された。位置決め面７４０と７４２間の垂直距離が光導波路７０４の厚さより意図的に大きくなっているため、このエアギャップは維持される。エアギャップ７４４は、光導波路内で光を分散する光導波路７０４の上面で全内部反射を利用できるようにするので、有用な機能を果たす。加えて、エアギャップは、ディスプレイ５００内の光線５２１などの光線がディスプレイの光共振器（例えば反射膜５０６と前面向きの反射器膜５２０との間に形成された）の２つの反射面間ではね返るのを邪魔しない。
【０２６５】
モジュールアセンブリ７００では、位置決め面７４２は光導波路の周縁に沿ってのみ光導波路７０４を支持する。ディスプレイの表示エリア内の光導波路７０４の下のモジュールスペーサ７１２内には開放エリアが残される。モジュールスペーサ７１２はまた、面７４２の反対側の面の周縁に沿って位置決め面７４６を含む。前面向きの反射器７２８は接着剤で位置決め面７４６に貼り付けられる。このようにして、エアギャップもまた前面向きの反射器７２８と光導波路７０４間に設けられる。代替の実施形態では、前面向きの反射器７２８はアセンブリブラケット７１４に直接接着される。
【０２６６】
モジュールスペーサ７１２はプラスチックまたは金属材料で作製することができる。磨き上げた金属材料は、その表面が光導波路７０４から脱出する光を反射して光共振器内に戻すので有用である。モジュール７００の特定の実施形態では、スペーサ７１２はポリカーボネートの射出成形により作製される。ポリカーボネートは白色に染められ、そのエッジは光共振器内に戻る光の反射を増強するために滑らかである。この部品に適用可能な他のプラスチック材料としては限定するものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、またはエポキシ材料が挙げられる。これら材料は、熱可塑性か熱硬化性のいずれかを使用することにより成型することができる。いくつかの実施形態では、モジュールスペーサは、電磁障害から保護するために導電性高分子または高分子複合材料で形成することができる。
【０２６７】
モジュールスペーサ７１２は、通常、光導波路７０４とＭＥＭＳ変調器基板７０６をその基板の周縁に沿ってのみ支持する。但し、アセンブリブラケット７１３と７１４はモジュールを、底部、側面、そしてまた上面の非可視部分に沿って完全に取り囲むように設計される。アセンブリブラケットの側面には、フレキシブル電気配線７１６と７１８を収容するためのギャップが残される。インデントタブにより接続されると、アセンブリブラケット７１３と７１４はディスプレイモジュールに機械剛性を与える。板金で形成された場合、アセンブリブラケットはまた、ディスプレイの電子遮蔽化と電磁障害からの保護とを実現する。いくつかの実施形態では、モジュールスペーサ７１２とアセンブリブラケット７１４の機能は、複合構造で合成することができる。このような複合構造では、プラスチック部品は、板金から成る基部の上またはその周囲に成型され、そして永続的に基部に接着される。プラスチック成形が完了した後、すべての板金突出部はさらに曲げられるかあるいは折り返されてインターロック筐体の一部を形成することができる。
【０２６８】
いくつかの実施形態では、モジュールスペーサ７１２上のそれぞれの位置決め面に沿った部品の移動を防ぐために、接着剤がセルアセンブリおよび／または光導波路７０４の周縁に沿って塗布される。他の実施形態では、弾性材（合成スポンジまたはゴム材料）が、部品間、例えば光導波路７０４と変調器基板７０６間および／またはカバープレート７０８とアセンブリブラケット７１４間に挿入される。弾性材は、アセンブリブラケット７１３と７１４を取り囲んだ後で圧縮することができ、これにより部品のさらなる移動を防ぐ。弾性材はまた機械的衝撃からディスプレイ部品を保護する。いくつかの実施形態では、アセンブリブラケット７１３または７１４内のインデントまたはタブとアライメントする突出部がスペーサ７１２内に設けられる。これらの位置検知用突出部はアセンブリブラケット７１４内のスペーサ７１２の移動を防ぐ。
【０２６９】
好ましい実施形態では、ＭＥＭＳ変調器基板７０６は光変調器２００と２２０などのシャッタベースのＭＥＭＳ変調器アレイを含むが、非シャッタベースのＭＥＭＳ光変調器を含む基板を本発明では有効に利用することができる。基板７０６上に配列することができる適用可能な非シャッタベースの変調器としては、光タップ２５０とエレクトロウェッティングベースの光変調器２４００が挙げられる。
【０２７０】
代替の実施形態では、ディスプレイ装置６００のセル部品は、ディスプレイ装置７００におけるＭＥＭＳ光変調器と置換可能である。例えば、基板６０６はＭＥＭＳ変調器基板７０６と置換可能であり、基板６０８はカバープレート７０８と置換可能である。本発明の液晶実施形態では、流体７２０は液晶材料６０４で置き換えることができる。モジュールスペーサ７１２の設計により得られる同様な利点は、モジュールスペーサ７１２が液晶ディスプレイ装置６００に使用される場合にも適用される。
【０２７１】
図２５は、本発明の例示的実施形態による、ＭＥＭＳアップ構成におけるディスプレイモジュールアセンブリ８００の詳細な図を与える。モジュールアッセンブリは、一つまたは複数のランプ８０２、光導波路８０４、変調器基板８０６、カバープレート８０８、駆動回路８１０、モジュールスペーサ８１２、前面向きの反射器８２８、アセンブリブラケット８１３と８１４、そしてフレキシブル電気配線８１６と８１８を含む。
【０２７２】
アセンブリ８００の部品間の縦方向アライメントもまた、モジュールスペーサ８１２内に設計された位置決め面により維持される。ＭＥＭＳ変調器基板８０６は例えば、位置決め面８３６により形成される棚の上に載る。基板８０６は基板８０６の周縁部のいくつかの点で位置決め面８３６により支持される。同様に、光導波路８０４は、モジュールスペーサ８１２上の位置決め面８３６の正反対側に位置する位置決め面８４０上に載る。エアギャップ８４４は、ディスプレイの周縁に沿った基板間にモジュールスペーサ８１２を挿入することにより光導波路８０４とＭＥＭＳ変調器基板８０６間に設定された。モジュールスペーサ８１２の形状は、基板８０４と８０６の周縁に沿ったいくつかの点でスペーサ材料が２つの基板間に配置されるように設計された。
【０２７３】
モジュールアセンブリ８００はまた弾性挿入物８５０と８５２を含む。弾性挿入物８５０はカバープレートとアセンブリブラケット８１３間に配置される。弾性挿入物８５２は光導波路８０４とアセンブリブラケット８１４間に配置される。弾性挿入物はブラケット８１３と８１４の封入中に圧縮でされ得るように弾性材（合成スポンジまたはゴム材料）で構成される。弾性挿入物は、光導波路８０４と変調器基板８０６が位置決め面８４０と８３６に対しそれぞれ確実に直接押しつけられるようにする。弾性材はまた機械的衝撃からディスプレイ部品を保護する。いくつかの実施形態では、前面向きの反射器８２８は、弾性挿入物８５２がアセンブリブラケット８１４と反射器８２８間に位置決めされるように光導波路８０４に直接接着される。
【０２７４】
図２６は、本発明の例示的実施形態による、ＭＥＭＳダウン構成におけるディスプレイモジュールアセンブリ９００の詳細な図を与える。モジュールアッセンブリは、一つまたは複数のランプ９０２、光導波路９０４、アパーチャ板９０６、変調器基板９０８、駆動回路９１０、モジュールスペーサ９１２、前面向きの反射器９２８、アセンブリブラケット９１３と９１４、そしてフレキシブル電気配線９１６と９１８を含む。
【０２７５】
ＭＥＭＳ変調器基板９０８、アパーチャ板９０６、セルスペーサ、作動流体９２０、そしてシール９２２の組み合わせはセルアセンブリ９０５と呼ばれる。しかしながら、ＭＥＭＳダウン構成では、ＭＥＭＳシャッタアセンブリアレイは、基板９０８の光導波路９０４に向けられかつビューアから離れる側に作製される。その結果、駆動回路９１０もまた変調器基板９０８の底面に搭載される。
【０２７６】
モジュールスペーサ９１２は、モジュールの部品間の機械的なアラインメントを容易にしかつ維持するためのいくつかの形状部を含む。例えば、スペーサ９１２は、ランプ９０２の適切な位置決めを保証するのに役立つ位置決め面９３０と９３２を含む。同様な形状部では、光導波路９０４とＭＥＭＳアパーチャ板９０６間のｘ−ｙアラインメントは位置決め面９３４と９３６によりそれぞれある程度保証される。
【０２７７】
アセンブリ９００の部品間の縦方向アライメントもまた、モジュールスペーサ９１２内に設計された位置決め面により維持される。アパーチャ板９０６は例えば、位置決め面９４０により形成された棚の上に載る。基板９０６は、基板９０６の周縁部のいくつかの点で位置決め面９４０により支持される。同様に、光導波路９０４は位置決め面９４２上に載る。エアギャップ９４４は光導波路９０４とアパーチャ板９０６間に設定された。位置決め面９４０と９４２間の垂直距離が光導波路９０４の厚さより意図的に大きくなっているため、このエアギャップは維持される。エアギャップ９４４は、光導波路内で光を分散する光導波路９０４の上面で全内部反射を利用できるようにするので、有用な機能を果たす。加えて、エアギャップは、ディスプレイ５００内の光線５２１などの光線がディスプレイの光共振器（例えば反射膜５０６と前面向きの反射器膜５２０との間に形成された）の２つの反射面間ではね返るのを邪魔しない。
【０２７８】
モジュールアセンブリ９００では、位置決め面９４２は光導波路の周縁に沿ってのみ光導波路９０４を支持する。ディスプレイの表示エリア内の光導波路９０４の下のモジュールスペーサ９１２内には開放エリアが残される。モジュールスペーサ９１２はまた、面９４２と反対側の面の周縁に沿って位置決め面９４６を含む。前面向きの反射器９２８は接着剤で位置決め面９４６に貼り付けられる。このようにして、エアギャップもまた前面向きの反射器９２８と光導波路９０４間に設けられる。代替の実施形態では、前面向きの反射器９２８はアセンブリブラケット９１４に直接接着される。
【０２７９】
本発明は、その趣旨または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。したがって、前述の実施形態はすべての点で例示的であり、本発明を限定するものではないと考えるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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