(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の面上に配置され、部分反射ミラーを備え、第１の位置から第２の位置に動くように構成される可動膜と、を備え、
前記基板が、第１の透明な基板、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＭｇＦ２層が前記第１の透明な基板上に配設され、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記部分反射ミラーが、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記第１の位置にある前記可動膜により、所望の波長範囲の可視光が、前記基板の第２の面及び前記可動膜を通過し、
前記第２の位置にある前記可動膜により、実質的にすべての所望の波長範囲の前記可視光が遮断される、透過型微小機械デバイス。
【請求項２】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記基板の前記第２の面上に入射する光の少なくとも９０％が遮断される、請求項１に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項３】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記基板の前記第２の面上に入射する前記光の少なくとも９５％が遮断される、請求項２に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項４】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記基板の前記第２の面上に入射する前記光の少なくとも９８％が遮断される、請求項３に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項５】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記基板の前記第２の面上に入射する前記光の少なくとも９９％が遮断される、請求項４に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項６】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記可動膜が、所定の波長の光を通すように構成された光干渉キャビティを少なくとも部分的に画定し、前記可動膜が他の波長の光を吸収するように構成された吸収層を備える、請求項５に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項７】
前記吸収層が半導体を含む、請求項６に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項８】
誘電体材料を含む機械層をさらに備える、請求項１に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項９】
前記誘電体材料がＳｉＮまたはＳｉＯ２を含む、請求項８に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項１０】
前記誘電体材料の上部に配設された金属の薄層をさらに備える、請求項８に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項１１】
前記金属の薄層がＡｕまたはＡｇを含む、請求項１０に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項１２】
前記部分反射ミラーが柔軟性のある銀で覆われた膜を備える、請求項１に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項１３】
前記微小機械デバイスを出る光を合焦するように構成されたレンズをさらに備える、請求項１２に記載の透過型微小機械デバイス。
【請求項１４】
第１の光学スタックと、
前記第１の光学スタックと間隙で離隔された第２の光学スタックとを備え、
前記第１の光学スタックが第１の実質的に透明な基板を備え、光源と前記第２の光学スタックとの間に配置され、
前記第２の光学スタックが第２の実質的に透明な基板を備え、前記第１の光学スタックとレンズとの間に配置され、
前記第１の光学スタックが、２つのＭｇＦ２層と２つのＳｉＣ層とを備え、第１のＭｇＦ２層が前記第１の実質的に透明な基板上に配設され、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
第２の光学スタックが２つのＭｇＦ２層と２つのＳｉＣ層とを備え、第１のＭｇＦ２層が前記第２の実質的に透明な基板上に配設され、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設されている、透過型機械デバイス。
【請求項１５】
直線偏光子をさらに備える、請求項１４に記載の透過型機械デバイス。
【請求項１６】
光アイソレータをさらに備える、請求項１４に記載の透過型機械デバイス。
【請求項１７】
前記レンズが、光を画素の上に合焦するように構成される、請求項１４に記載の透過型機械デバイス。
【請求項１８】
前記レンズが、レンズのアレイを備える、請求項１４に記載の透過型機械デバイス。
【請求項１９】
透明基板と、
前記透明基板の第１の面上に配設された第１の反射層と、
第２の反射層を備え、前記第２の反射層および前記第１の反射層が可変光キャビティを形成する可動膜と、を備え、
前記第１の反射層が、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＭｇＦ２層が前記透明基板上に配設され、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記第２の反射層が、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記可動膜が第１の位置から第２の位置に動くとき、前記可変光キャビティが調節され、
前記可動膜が前記第１の位置にある場合、前記可動膜によって、前記透明基板上に入射し透過する紫外光または赤外光の範囲の波長の光が、前記可動膜を透過することが可能になり、前記可動膜上に入射する可視光の実質的に全波長範囲を吸収する、透過型ディスプレイ。
【請求項２０】
前記第１の反射層が、２．０より大きい屈折率を有する材料を含む、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
前記第１の反射層がＡｕ、ＡｇまたはＳｉＣを含む、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２２】
入射光の前記全波長範囲が特定の波長である、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２３】
前記可動膜がおよそ３００ｎｍにおける前記第１の位置にある場合、ピーク透過率がおよそ６５０ｎｍである、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２４】
前記可動膜が前記第２の位置にある場合、ピーク透過率がおよそ４５０ｎｍである、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２５】
直線偏光子をさらに備える、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２６】
光アイソレータをさらに備える、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２７】
前記可動膜を出る光を合焦するように構成されたレンズをさらに備える、請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２８】
部分反射ミラーを備え、第１の位置から第２の位置に動くように構成される可動膜と、
前記可動膜の第１の面上に位置する基板と、を備え、
前記基板が、第１の透明な基板、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＭｇＦ２層が前記第１の透明な基板上に配設され、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記部分反射ミラーが、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記第１の位置にある前記可動膜により、前記可動膜の第２の面上に入射する所望の波長範囲の可視光が、前記可動膜及び前記基板を透過し、
前記第２の位置にある前記可動膜により、所望の波長範囲の実質的にすべての可視光が遮断される、デバイス。
【請求項２９】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記可動膜の前記第２の面上に入射する可視光の少なくとも９０％が遮断される、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記第２の位置にある前記可動膜により、前記可動膜が、所望の波長の光を通すように構成された光干渉キャビティを少なくとも部分的に画定し、前記可動膜が他の波長の光を吸収するように構成された吸収層を含む、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記吸収層が半導体を含む、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
誘電体材料を含む機械層をさらに含む、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記誘電体材料が窒化シリコン（「ＳｉＮ」）または二酸化シリコン（「ＳｉＯ２」）の少なくとも一方を含む、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記誘電体材料の上部に配設された金属の薄層をさらに備える、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記金属の薄層が金（「Ａｕ」）または銀（「Ａｇ」）の少なくとも一方を含む、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記部分反射ミラーが柔軟性のある銀で覆われた膜を含む、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記可動膜及び前記基板を透過する光を合焦するように構成されたレンズをさらに備える、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３８】
透明基板と、
前記透明基板の第１の面上に配設された第１の反射層と、
第２の反射層を備え、前記第２の反射層及び前記第１の反射層が可変光キャビティを形成する可動膜と、を備え、
前記第１の反射層が、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＭｇＦ２層が前記透明基板上に配設され、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記第２の反射層が、２つのＭｇＦ２層及び２つのＳｉＣ層を備え、第１のＳｉＣ層が前記第１のＭｇＦ２層上に配設され、第２のＭｇＦ２層が前記第１のＳｉＣ層上に配設され、第２のＳｉＣ層が前記第２のＭｇＦ２層上に配設され、
前記可動膜が第１の位置から第２の位置に動くとき、可変光キャビティが調節され、
前記可動膜が第１の位置にある場合、前記可動膜によって、前記可動膜上に入射し透過する波長の光が前記可動膜及び前記透明基板を透過し、入射可視光の実質的に全波長範囲を吸収する、透過型ディスプレイ。
【請求項３９】
前記第１の反射層が、２．０より大きい屈折率を有する材料を含む、請求項３８に記載のディスプレイ。
【請求項４０】
前記第１の反射層が、金（「Ａｕ」）、銀（「Ａｇ」）または炭化シリコン（「ＳｉＣ」）を含む、請求項３８に記載のディスプレイ。
【請求項４１】
入射光の前記全波長範囲が特定の波長である、請求項３８に記載のディスプレイ。
【請求項４２】
前記可動膜がおよそ３００ｎｍにおける前記第１の位置にある場合、ピーク透過率がおよそ６５０ｎｍである、請求項３８に記載のディスプレイ。
【請求項４３】
前記可動膜が前記第２の位置にある場合、ピーク透過率がおよそ４５０ｎｍである、請求項３８に記載のディスプレイ。
【請求項４４】
直線偏光子、光アイソレータ、または前記可動膜を出る光を合焦するように構成されたレンズをさらに備える、請求項３８に記載のディスプレイ。
【請求項４５】
前記レンズが、光を画素の上に合焦するように構成される、請求項４４に記載のディスプレイ。
【請求項４６】
前記レンズが、レンズのアレイを備える、請求項４４に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、微小機械素子、アクチュエータ、および電子機器を含む。微小機械素子は、基板および／または堆積された材料層の部分をエッチングで除去するか、または層を追加して電気デバイスおよび電気機械デバイスを形成する堆積、エッチング、および／または他の微細機械加工プロセスを使用して生成されうる。１つの種類のＭＥＭＳデバイスは、干渉変調器と呼ばれる。本明細書の中で使用される干渉変調器または干渉光変調器との用語は、光の干渉の原理を使用して光を選択的に吸収および／または反射するデバイスを指す。ある実施形態において、干渉変調器は、一対の導電性プレートを含むことができ、一対の導電性プレートの一方または両方が、全体的にまたは部分的に透明および／または反射性であってよく、適切な電気信号の印加に対して関連する動きをすることができる。特定の実施形態において、一方のプレートは、基板の上に堆積された固定層を備えることができ、他方のプレートは、空隙で固定層から分離された可動膜を含むことができる。本明細書の中でより詳細に説明されるように、一方のプレートの、もう一方との相対的な位置は、干渉変調器に入射する光の光学的干渉を変えることができる。そのようなデバイスは広範な用途を有しており、それらの特徴が既存の製品を改良し、また未だ開発されていない新しい製品を生み出すのに利用されうるように、これらの種類のデバイスの特性を利用し、および／または改変することは、当業界にとって有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０１５７２６５号明細書
【特許文献２】米国特許第５４１６５１４号明細書
【特許文献３】米国特許第６８７０５８１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／００８１１７８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、透過型微小機械デバイスは、基板と、基板の上の光学スタックと、光学スタックの上の可動膜とを含み、可動膜が部分反射ミラーを含み、可動膜が第１の位置から第２の位置に動くように構成され、それにより、可動膜が第１の位置にあるとき、透過型微小機械デバイスが所定の色の光を通すように構成され、可動膜が第２の位置にあるとき、微小機械デバイスが基板上に入射する実質的にすべての光を遮断するように構成される。
【０００５】
別の態様において、透過型機械デバイスは、間隙で選択可能に離隔された第１の光学スタックおよび第２の光学スタックを含み、第１の光学スタックが、実質的に透明な基板と、少なくとも１つの低屈折率層と、少なくとも１つの高屈折率層とを含み、第２の光学スタックが、実質的に透明な基板と、少なくとも１つの低屈折率層と、少なくとも１つの高屈折率層とを含む。
【０００６】
別の態様において、透過型機械デバイスは、間隙で離隔された第１の光学スタックおよび第２の光学スタックを含み、第１の光学スタックが、ガラス基板と、２より大きい屈折率を有する少なくとも１つの材料と、１．３より小さい屈折率を有する少なくとも１つの材料とを含み、第２の光学スタックが、２より大きい屈折率を有する少なくとも１つの材料と、１．３より小さい屈折率を有する少なくとも１つの材料とを含む。
【０００７】
別の態様において、透過型干渉変調器は、透明基板と、透明基板上の第１の反射面と、可動膜上に配設された第２の反射面とを含み、それにより、第２の反射面および第１の反射面が可変光キャビティを形成する。
【０００８】
別の態様において、透過型干渉変調器（「ＩＭＯＤ」）は、透明基板と、透明基板上に配設された第１の反射面と、可動膜上の第２の反射面とを含み、それにより、第２の反射面および第１の反射面が可変光キャビティを形成し、干渉変調器が、第１の位置に配設された第１の反射面により、所定の色の光を通すように構成され、半導体層が、第２の位置に配設された第１の反射面により、基板上に入射する実質的にすべての可視光を吸収するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の干渉変調器の可動反射層が弛緩位置にあり、第２の干渉変調器の可動反射層が駆動位置にある例示的干渉変調器ディスプレイの一部を示す等角図である。
【図２】３×３干渉変調器ディスプレイを組み込む例示的電子デバイスを示すシステムブロック図である。
【図３】図１の干渉変調器の例示的実施に対する、可動ミラーの位置対印加電圧の線図である。
【図４】干渉変調器ディスプレイを駆動するために使用されうる、一組の行と列の電圧を示す表である。
【図５Ａ】図２の３×３干渉変調器ディスプレイにおける、ディスプレイデータのフレームの一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａのフレームを書き込むために使用されうる、行と列の信号に対するタイミング図の一例を示す図である。
【図６Ａ】複数の干渉変調器を備える例示的画像表示デバイスのシステムブロック図である。
【図６Ｂ】複数の干渉変調器を備える例示的画像表示デバイスのシステムブロック図である。
【図７Ａ】図１のデバイスの断面図である。
【図７Ｂ】代替の干渉変調器の断面図である。
【図７Ｃ】他の代替の干渉変調器の断面図である。
【図７Ｄ】他の代替の干渉変調器の断面図である。
【図７Ｅ】他の代替の干渉変調器の断面図である。
【図８】透過型干渉変調器の一実施形態の略図である。
【図９Ａ】図８の干渉変調器が明状態にあるときの、ある波長範囲にわたる、図８の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図９Ｂ】図８の干渉変調器が暗状態にあるときの、ある波長範囲にわたる、図８の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１０】空隙で離隔された２つの光学スタックであって、各光学スタックが基板層と、銀層と、ＳｉＯ２層とを含む、２つの光学スタックを含む透過型干渉変調器の他の実施形態の図である。
【図１１Ａ】空隙がおよそ３０００Åであるときの、図１０の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１１Ｂ】空隙がおよそ２５０Åであるときの、図１０の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１１Ｃ】空隙がおよそ１５０Åであるときの、図１０の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１１Ｄ】図１０の実施形態に対するシミュレーションされたカラースペクトルを示すカラープロットである。
【図１２Ａ】空隙がおよそ３０００Åであるときの、２０ｎｍの厚さの銀を有する図１０の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１２Ｂ】空隙がおよそ２５０Åであるときの、２０ｎｍの厚さの銀を有する図１０の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１２Ｃ】空隙がおよそ１５０Åであるときの、２０ｎｍの厚さの銀を有する図１０の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１２Ｄ】２０ｎｍの厚さの銀を有する図１０の実施形態に対する、シミュレーションされたカラースペクトルを示すカラープロットである。
【図１３】空隙で離隔された２つの光学スタックであって、各光学スタックが基板層と、ＳｉＣ層およびＭｇＦ２が交互に重なった層とを含む、２つの光学スタックを含む透過型干渉変調器の他の実施形態の図である。
【図１４Ａ】空隙がおよそ２０００Åであるときの、図１３の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１４Ｂ】空隙がおよそ１０００Åであるときの、図１３の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１４Ｃ】空隙がおよそ５００Åであるときの、図１３の干渉変調器のシミュレーションされた透過率を示すグラフである。
【図１４Ｄ】図１３の実施形態に対するシミュレーションされたカラースペクトルを示すカラープロットである。
【図１５】ＩＭＯＤデバイスを組み込む透過型投写システムの側面図である。
【図１６】３つのＩＭＯＤデバイスを組み込む透過型投写システムの上面図である。
【図１７】ＩＭＯＤデバイスを組み込む反射型投写システムの上面図である。
【図１８】ＩＭＯＤデバイスを組み込む反射型投写システムの上面図である。
【図１９Ａ】光結合の中で使用される構成の１種類の等角投写図である。
【図１９Ｂ】光結合の中で使用される構成の１種類の上面図である。
【図１９Ｃ】光結合の中で使用される構成の１種類の側面図である。
【図１９Ｄ】光結合の中で使用される構成の１種類の上面図である。
【図２０】誘電体ミラーを有する、図７Ａ〜図７Ｅに示されるものと類似の構成の干渉変調器の一実施形態の側面断面図である。
【図２１】表に吸収性黒色マスクを、裏に反射性黒色マスクを有するディスプレイの一実施形態の側面断面図である。
【図２２】光誘導板と、角度転換フィルムと、光を平行にして再利用に役立つフィルムと、反射器とを含むバックライトを示す一実施形態の側面断面図である。
【図２３】画素配置を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、ある特定の実施形態に関するが、本明細書における教示は、多くの異なる方法において適用されうる。この説明において、全体を通して同じ部品が同じ数字で表される図面が参照される。以下の説明から明らかとなるように、実施形態は、動的（例えば、映像）、または静的（例えば、静止画像）、ならびに文書または図形で画像を表示するように構成された任意のデバイスにおいて実施されうる。より詳細には、実施形態は、携帯電話、無線デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ハンドヘルドまたは携帯コンピュータ、ＧＰＳ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、電卓、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ（例えば、オドメータディスプレイなど）、コックピットの制御機器および／またはディスプレイ、カメラ視野のディスプレイ（例えば、車両内の後方視野カメラのディスプレイ）、電子写真、電子広告板または看板、プロジェクタ、建築物、パッケージング、ならびに美的構造（例えば、１個の宝石の上への画像のディスプレイ）などであるがそれらに限定されない、多様な電子デバイスの中で、またはそれらに付随して、実施されうることが企図されている。また、本明細書で説明されるものと同様の構造のＭＥＭＳデバイスが、電子スイッチングデバイスなど、非表示用途において使用されうる。
【００１１】
以下に説明するような、特定の実施形態は、透過型バックライト付き干渉変調器ディスプレイを提供する。一実施形態において、バックライト付きディスプレイは、バックライトおよび透過型干渉変調器（ＩＭＯＤ）配列を含む。各干渉変調器は、固定光学スタックおよび可動光学スタックを含む。弛緩状態において、干渉変調器は、所望の波長範囲内の光を透過させる一方で、残りの光の少なくとも一部を反射する。駆動状態において、干渉変調器は、所望の波長範囲内の実質的にすべての光が吸収されるように（例えば、いくつかの実施形態において、少なくとも１０：１の透過状態と吸収状態との間のコントラスト比の状態に）させる。そのような透過型ＩＭＯＤは、図１〜図７に関して説明される反射型ＩＭＯＤのある態様を利用することができる。
【００１２】
干渉計ＭＥＭＳディスプレイ素子を備える１つの反射型干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイが、図１に示される。これらのデバイスにおいて、画素は、明状態か暗状態のいずれかにある。明（「オン」または「開」）状態において、ディスプレイ素子は、大部分の入射可視光をユーザに向けて反射する。暗（「オフ」または「閉」）状態において、ディスプレイ素子は、入射可視光をユーザに向けて、ほとんど反射しない。実施形態によっては、「オン」および「オフ」状態の光の反射特性が、反対となりうる。ＭＥＭＳ画素は、選択された色において顕著に反射し、白黒に加えてカラーディスプレイを可能にするように構成されうる。
【００１３】
図１は、画像表示の一連の画素の中の、隣り合う２つの画素を示す等角図であり、各画素はＭＥＭＳ干渉変調器を備える。いくつかの実施形態において、干渉変調器ディスプレイは、干渉変調器の行／列配列を含み、２つのそのようなＩＭＯＤは、図１に示す種類である。各干渉変調器は、少なくとも１つの可変寸法を有する共鳴光学間隙を形成するために、可変で制御可能な相互間距離に配置された、少なくとも１対の反射層（または層のスタック）を含む。例えば、反射層のうちの一方は、２位置の間を移動することができる。本明細書において弛緩位置と呼ばれる第１の位置において、可動反射層は、固定された部分反射層から比較的大きな距離をおいて配置される。本明細書において駆動位置と呼ばれる第２の位置において、可動反射層は、固定された部分反射層に、より密接に隣接して配置される。２つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置により、強め合うように、または弱め合うように干渉し、各画素の全反射または非反射のいずれかの状態を生み出す。
【００１４】
図１における画素アレイの図示された部分は、２つの隣接する反射型干渉変調器１２ａおよび１２ｂを含む。左の干渉変調器１２ａにおいて、可動反射層１４ａが、部分反射層を含む光学スタック１６ａから所定の距離にある弛緩位置において図示されている。右の干渉変調器１２ｂにおいて、可動反射層１４ｂが、光学スタック１６ｂに隣接する駆動位置において図示されている。
【００１５】
光学スタック１６ａおよび１６ｂ（まとめて、光学スタック１６と呼ばれる）は、本明細書において参照されるように、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの電極層および１つまたは複数の光層を含むことができるいくつかの融合層と、クロム（吸収剤）などの部分反射層と、透明な誘電体とを含むことができる。したがって、光学スタック１６は、導電性であり、例えば、上の層のうちの１つまたは複数を透明基板２０の上に堆積させることにより作製されうる。部分反射層は、様々な金属、半導体、および誘電体など、部分反射性を有する多様な材料から形成されうる。部分反射層は、１つまたは複数の材料の層から形成されてよく、層のうちのそれぞれは、単一の材料または材料の組合せから形成されてよい。
【００１６】
光学スタック１６の層が、平行なストリップにパターン化されてよく、以下にさらに説明されるように、ディスプレイデバイスの中で行電極を形成することができる。可動反射層１４ａ、１４ｂは、柱１８、および柱１８の間に堆積された介在犠牲材料の頂部に堆積された、（１６ａ、１６ｂの行電極に直交する）１つまたは複数の堆積金属層の、一連の平行なストリップとして形成されうる。犠牲材料がエッチングで除去されると、可動反射層１４ａ、１４ｂが、光学スタック１６ａ、１６ｂから、画定された隙間１９だけ離隔される。アルミニウムのような、高度に導電性で反射性の材料が、反射層１４のために使用されてよく、これらのストリップは、ディスプレイデバイスの中で列電極を形成することができる。
【００１７】
電圧が印加されない状態で、図１における画素１２ａで示されるように、隙間１９は、可動反射層１４ａと光学スタック１６ａとの間に留まり、可動反射層１４ａは機械的に弛緩状態にある。しかし、電位差が選択された行および列に印加されると、対応する画素における行電極と列電極の交点に形成されたキャパシタが帯電し、静電力が、電極を共に引っ張る。電圧が十分に高い場合は、可動反射層１４が変形され、光学スタック１６に押しつけられる。図１の右の画素１２ｂで示されるように、光学スタック１６内の誘電体層（この図に図示せず）は、層１４と層１６との間の短絡を防ぎ、分離距離を制御することができる。挙動は、印加された電位差の極性にかかわらず、同じである。このようにして、反射対非反射の画素状態を制御できる行／列駆動は、従来のＬＣＤおよび他のディスプレイ技術において使用される駆動と、多くの点で類似する。
【００１８】
図２〜図５Ｂは、ディスプレイ用途における干渉変調器アレイの使用に対する、プロセスおよびシステムの一例を示す。
【００１９】
図２は、本明細書の中の教示態様を組み込むことができる電子デバイスの一例を示すシステムブロック図である。電子デバイスは、ＡＲＭ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ  ＩＩ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ  ＩＩＩ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ  ＩＶ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）  Ｐｒｏ、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ（登録商標）、ＡＬＰＨＡ（登録商標）など、任意の汎用のシングルチップまたはマルチチップのマイクロプロセッサ、あるいは、ディジタルシグナルプロセッサ、マイクロコントローラ、またはプログラマブルゲートアレイなど、任意の専用のマイクロプロセッサであってよい、プロセッサ２１を含むことができる。当業界において一般的に、プロセッサ２１は、１つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成されうる。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話用途、Ｅメールプログラム、または任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されうる。
【００２０】
一実施形態において、プロセッサ２１はまた、配列ドライバ２２と通じるように構成されうる。配列ドライバ２２は、信号をディスプレイ配列すなわちパネル３０に供給する、行ドライバ回路２４および列ドライバ回路２６を含むことができる。図１に示されるアレイの断面が、図２の線１−１で示される。ＭＥＭＳ干渉変調器に対して、行／列駆動プロトコルは、図３に示されるような、これらのデバイスのヒステリシス特性を利用することができる。これらのデバイスは、可動層を弛緩状態から駆動状態に変形させるために、例えば１０ボルトの電位差を必要とすることがある。しかし、電圧がその値から低減される場合、電圧が１０ボルト未満下降して戻るのに、可動層はその状態を維持する。図３において、可動層は、電圧が２ボルト未満に下降するまでは、完全には弛緩しない。したがって、図３に示される実施形態において約３〜７Ｖの範囲であって、その範囲内において、デバイスが弛緩状態または被駆動状態のいずれかで安定である、印加電圧のウィンドウが存在する。これは、本明細書において「ヒステリシスウィンドウ」または「安定性ウィンドウ」と呼ばれる。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイ配列に対して、行／列駆動プロトコルが行をストローブする間、駆動されるべき、ストローブされた行の画素が、約１０ボルトの電圧差を受け、弛緩されるべき画素が、ゼロボルトに近い電圧差を受ける。ストローブの後、画素が、行ストローブが画素にならしめる何らかの状態に留まるように、画素は、約５ボルトの定常状態電圧差を受ける。書き込まれた後、各画素は、電位差を、この例では３〜７ボルトの「安定性ウィンドウ」の中に見る。この特徴は、被駆動状態、または事前の弛緩状態のいずれかにおいて、同じ印加電圧条件の下で、図１に示される画素設計を安定にする。干渉変調器の各画素は、被駆動状態であれ、弛緩状態であれ、固定および移動の反射層で形成されたキャパシタであると考えられるので、この安定状態は、ヒステリシスウィンドウの中の電圧で、電力をほとんど消費することなく保つことができる。印加される電位が固定されるならば、電流は画素に全く（または、ほとんど）流れ込まない。
【００２１】
いくつかの用途において、ディスプレイフレームが、第１の行の中の駆動画素の所望のセットに従って、列電極のセットをアサートすることにより生成されうる。次いで、行パルスが行１の電極に印加され、アサートされた列ラインに対応する画素を駆動する。次いで、アサートされた列電極のセットが、第２の行の中の被駆動画素の所望のセットに対応するように変更される。次いで、パルスが行２の電極に印加され、アサートされた列電極に従って、行２の中の適切な画素を駆動する。行１の画素は、行２のパルスの影響を受けず、行１のパルスの間にそれらの画素が設定された状態に留まる。このことが、フレームを作成するために、すべての連続する行に対して連続的に繰り返されうる。一般に、フレームは、このプロセスを毎秒所望のフレーム数で絶え間なく繰り返すことにより、新しい画像データでリフレッシュおよび／またはアップデートされる。画像フレームを作成するために、画素配列の行および列の電極を駆動するための広範なプロトコルが、また、よく知られている、本発明とともに使用されうる。
【００２２】
図４、図５Ａおよび図５Ｂは、図２の３×３配列のディスプレイフレームを生成する、１つの可能な駆動プロトコルを示す。図４は、図３のヒステリシス曲線を提示する画素のために使用されうる、列および行の電圧レベルの可能なセットを示す。図４において、画素の駆動は、適切な列を−Ｖｂｉａｓに、適切な行を＋ΔＶに設定することを伴い、それらは、それぞれ、−５ボルトおよび＋５ボルトに対応することができる。画素の弛緩は、適切な列を＋Ｖｂｉａｓに、適切な行を同じ＋ΔＶに設定し、画素の両端にゼロボルトの電位差を生み出すことにより、達成される。行電圧がゼロボルトに保持される、それらの行において、画素は、列が＋Ｖｂｉａｓであるか−Ｖｂｉａｓであるかにかかわらず、それらが元々あった状態が何であれ、安定である。やはり図４に示されるように、上述のものとは反対の極性の電圧が使用されてよく、例えば、画素を駆動することは、適切な列を＋Ｖｂｉａｓに、適切な行を−ΔＶに設定することを伴うことができる。この実施形態において、画素の弛緩は、適切な列を−Ｖｂｉａｓに、適切な行を同じ−ΔＶに設定し、画素の両端にゼロボルトの電位差を生み出すことにより達成される。
【００２３】
図５Ｂは、図２の３×３配列に印加される一連の行および列の信号を示すタイミング図であり、それは、駆動画素が非反射となる図５Ａに示されるディスプレイ配置を結果としてもたらす。図５Ａに示されるフレームを書き込む前に、画素は任意の状態にあってよく、この例では、すべての行が０ボルトであり、すべての列が＋５ボルトである。これらの印加電圧により、すべての画素が、それらが存在する被駆動状態、または弛緩状態において安定である。
【００２４】
図５Ａのフレームにおいて、画素（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）および（３，３）が駆動される。これを達成するために、行１に対する「ライン時間」の間、列１および列２が−５ボルトに設定され、列３が＋５ボルトに設定される。これは、全画素が３〜７ボルトの安定性ウィンドウの中に留まるため、いかなる画素の状態をも変化させない。次いで、行１が、０から５ボルトまで行き、そしてゼロに戻るパルスで、ストローブされる。これが、（１，１）および（１，２）の画素を駆動し、（１，３）の画素を弛緩させる。アレイの中の他の画素は、どれも影響されない。行２を所望に設定するために、列２が−５ボルトに設定され、列１および列３が＋５ボルトに設定される。次いで、行２に印加された同じストローブが、画素（２，２）を駆動し、画素（２，１）および（２，３）を弛緩させる。再び、配列の他の画素は、どれも影響されない。行３は、列２および列３を−５ボルトに、列１を＋５ボルトに設定することにより、同様に設定される。行３のストローブが、図５Ａに示されるように、行３の画素を設定する。フレームを書き込んだ後、行電位がゼロであり、列電位が＋５ボルトか−５ボルトのいずれかに留まってよく、表示は、したがって、図５Ａの配置で安定である。同じ手順が、数十または数百の行と列のアレイに対して使用されうる。行および列の駆動を実施するために使用される電圧のタイミング、順序、およびレベルは、上述の一般的な原理の範囲内で幅広く変更することができ、上の例は、例としてのみであり、任意の駆動電圧の方法が、本明細書で説明されるシステムおよび方法とともに使用されうる。
【００２５】
図６Ａおよび図６Ｂは、例示的ディスプレイデバイス４０を示すシステムのブロック図である。ディスプレイデバイス４０は、例えば、携帯電話または移動電話であってよい。しかし、ディスプレイデバイス４０と同じコンポーネント、またはそれがわずかに変更された形態のものが、やはり、テレビおよび携帯型メディアプレーヤなど、様々な種類のディスプレイデバイスの実例となる。
【００２６】
ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１、ディスプレイ３０、アンテナ４３、スピーカ４５、入力デバイス４８、およびマイクロフォン４６を含む。ハウジング４１は、一般に、射出成形、および真空成形を含む、多様な製造プロセスのうちのいずれかで形成される。さらに、ハウジング４１は、プラスティック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはそれらの組合せを含むが、それらに限定されない、多様な材料のうちのいずれかで作製されうる。一実施形態においてハウジング４１は、異なる色の、あるいは異なるロゴ、絵、またはシンボルを含む、他の取り外し可能な部分と交換されうる、取り替え可能な部分（図示せず）を含む。
【００２７】
例示的ディスプレイデバイス４０のディスプレイ３０は、本明細書で説明されるように、双安定ディスプレイを含む多様なディスプレイのうちのいずれかであってよい。他の実施形態において、ディスプレイ３０は、上述のように、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ  ＬＣＤ、またはＴＦＴ  ＬＣＤなど、フラットパネルディスプレイ、あるいはＣＲＴまたは他のチューブデバイスなど、非フラットパネルディスプレイを含む。しかし、説明を目的として、ディスプレイ３０は、本明細書で説明されるような、干渉変調器ディスプレイを含む。
【００２８】
例示的ディスプレイデバイス４０のコンポーネントが、図６Ｂに、概略的に示される。示された例示的ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１を含み、本明細書に少なくとも部分的には包含される追加のコンポーネントを含むことができる。例えば、例示的ディスプレイデバイス４０は、トランシーバ４７と結合されるアンテナ４３を含むネットワークインターフェース２７を含む。トランシーバ４７は、調整ハードウェア５２に接続されるプロセッサ２１に接続される。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（例えば、信号にフィルタをかける）ように構成されうる。調整ハードウェア５２は、スピーカ４５およびマイクロフォン４６に接続される。プロセッサ２１はまた、入力デバイス４８およびドライバコントローラ２９に接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８および配列ドライバ２２と結合され、そのことで、結果として、ディスプレイ配列３０と結合される。電源５０は、特別な例示的ディスプレイデバイス４０の設計の中に含まれる、すべてのコンポーネントに電力を供給する。
【００２９】
ネットワークインターフェース２７は、例示的ディスプレイデバイス４０が、ネットワーク上で１つまたは複数のデバイスと通じることができるように、アンテナ４３およびトランシーバ４７を含む。ネットワークインターフェース２７はまた、プロセッサ２１への要求を緩和するために、何らかの処理能力を有することができる。アンテナ４３は、信号を送受信するための任意のアンテナである。一例において、アンテナは、ＩＥＥＥ  ８０２．１１（ａ）、（ｂ）、または（ｇ）を含む、ＩＥＥＥ  ８０２．１１規格によるＲＦ信号を、送信および受信する。他の例において、アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ規格によるＲＦ信号を、送信および受信する。携帯電話の場合、アンテナは、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ、または、無線セルフォンネットワークの中で通信するために使用される、他の知られている信号を受信するように設計される。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信した信号を前処理し、それにより、その信号はプロセッサ２１で受信され、さらに処理されうる。トランシーバ４７はまた、プロセッサ２１から受信された信号を処理し、それにより、その信号は、アンテナ４３を介して例示的ディスプレイデバイス４０から送信されうる。
【００３０】
代替の実施形態において、トランシーバ４７が、受信機で置き換えられうる。他の代替の例において、ネットワークインターフェース２７が、プロセッサ２１へ送られるべき画像データを格納または生成可能な、画像ソースで置き換えられうる。例えば、画像ソースは、画像データを含むディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）またはハードディスクドライブ、あるいは画像データを生成するソフトウェアモジュールであってよい。
【００３１】
プロセッサ２１は、一般に、例示的ディスプレイデバイス４０の全体的動作を制御する。プロセッサ２１は、ネットワークインターフェース２７または画像ソースからの圧縮された画像データなどのデータを受け、そのデータを処理して、生の画像データ、または生の画像データに容易に処理されるフォーマットにする。次いで、プロセッサ２１は、処理されたデータをドライバコントローラ２９または格納のためのフレームバッファ２８に送る。生のデータは、画像の中の各位置における画像特性を同定する情報を意味する。例えば、そのような画像特性は、色彩、彩度、およびグレースケールレベルを含むことができる。
【００３２】
一例において、プロセッサ２１は、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、または論理ユニットを含む。調整ハードウェア５２は、一般に、スピーカ４５に信号を送るため、およびマイクロフォン４６から信号を受けるために、増幅器およびフィルタを含む。調整ハードウェア５２は、例示的ディスプレイデバイス４０の中の別々のコンポーネントであってよく、またはプロセッサ２１または他のコンポーネントの中に組み込まれてよい。
【００３３】
ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１で生成された生の画像データを、直接プロセッサ２１から、またはフレームバッファ２８からのいずれかから取り出し、その生の画像データを、配列ドライバ２２への高速送信に適するように再フォーマットする。具体的には、ドライバコントローラ２９は、生の画像データを、ラスタ状のフォーマットを有するデータフローに再フォーマットし、それにより、そのデータフローは、ディスプレイ配列３０にわたって走査するのに適する時間順序を有する。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報を配列ドライバ２２に送る。ＬＣＤコントローラなどのドライバコントローラ２９は、多くの場合、スタンドアローンの集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１に付随するが、そのようなコントローラは、多くの方法で実施されうる。ドライバコントローラ２９は、ハードウェアとしてプロセッサ２１に埋め込まれうるか、ソフトウェアとしてプロセッサ２１に埋め込まれうるか、または配列ドライバ２２とともにハードウェアの中に完全に一体化されうる。
【００３４】
アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマットされた情報を受け、ビデオデータを、ディスプレイの画素のｘ−ｙマトリックスから来る数百ときには数千のリード線に毎秒多数回加えられる、平行な波形のセットに再フォーマットする。
【００３５】
一例において、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイ配列３０が、本明細書で説明されるディスプレイの任意の種類に対して適切である。例えば、ドライバコントローラ２９は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ（例えば、干渉変調器コントローラ）である。他の例において、配列ドライバ２２は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ（例えば、干渉変調器ディスプレイ）である。ドライバコントローラ２９は、配列ドライバ２２と一体化されうる。そのようなドライバコントローラは、セル式電話、時計、および他の小面積ディスプレイなど、高度に集積化されたシステムにおいて一般的である。他の例において、ディスプレイ配列３０は、ディスプレイ配列または双安定ディスプレイ配列（例えば、干渉変調器の配列を含むディスプレイ）である。
【００３６】
入力デバイス４８により、ユーザが、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御することを可能となる。入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッドと、ボタンと、スイッチと、タッチスクリーンと、圧力感知膜または熱感知膜とを含む。一例において、マイクロフォン４６は、例示的ディスプレイデバイス４０のための入力デバイスである。マイクロフォン４６がデバイスにデータを入力するために使用されるとき、ユーザにより、ボイスコマンドが、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために供給されうる。
【００３７】
電源５０は、当業界でよく知られているような多様なエネルギー貯蔵デバイスを含むことができる。例えば、電源５０は、ニッケル−カドミウム電池またはリチウムイオン電池など、再充電可能電池であってよい。他の例において、電源５０は、プラスティック太陽電池および太陽電池塗料を含む、再生可能なエネルギーソース、キャパシタ、または太陽電池である。他の例において、電源５０は、壁のコンセントから電力を受けるように構成される。
【００３８】
いくつかの例において、制御のプログラム可能性は、上述のように、電子ディスプレイシステムの中のいくつかの場所に配置されうる、ドライバコントローラの中に存在する。いくつかの例において、制御のプログラム可能性は、配列ドライバ２２の中に存在する。上述の最適化は、任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネント、ならびに様々な形態において実施されうる。
【００３９】
上で説明した原理により動作する干渉変調器の構造の詳細は、幅広く変更することができる。例えば、図７Ａ〜図７Ｅは、可動反射層１４およびその支持構造の、５つの異なる実施形態を示す。図７Ａは、図１の断面図であり、金属材料１４のストリップが、直交して延びる支持体１８の上に堆積される。図７Ｂにおいて、可動反射層１４は、コーナーだけにおいてテザー３２で支持体に取り付けられている。図７Ｃにおいて、可動反射層１４は、柔軟性金属を含んでよい変形可能層３４からつり下げられている。変形可能層３４は、変形可能層３４の周囲の周りで、基板２０と直接または間接的に接触する。これらの接続部は、本明細書において、支柱と呼ばれる。図７Ｄは、変形可能層３４が載る支柱プラグ４２を示す。可動反射層１４は、図７Ａ〜図７Ｃにおけるように、隙間の上につり下げられたままであるが、変形可能層３４は、変形可能層３４と光学スタック１６との間の穴を埋めることにより、支柱を形成しない。むしろ、支柱は、支柱プラグ４２を形成するために使用される、平坦化材料から形成される。図７Ｅに示されるデバイスは、図７Ｄに基づくが、また、図７Ａ〜図７Ｃに示される変化のうちの任意のものとともに機能するようになされうる。図７Ｅに示されるように、金属または他の導電性材料の追加の層が、バス構造４４を形成するために使用されてきた。これは、信号が干渉変調器の背部に沿って通ることを可能にし、そうでなければ基板２０の上に形成されなければならなかった多くの電極を省略する。
【００４０】
図７に示されるように、干渉変調器は、変換器が整列される面と反対の面である透明な基板２０の前面から画像が見られる直視型デバイスとして機能することができる。これらの例において、反射層１４は、変形可能層３４を含めて、基板２０の反対の反射層の面上の干渉変調器の部分を光学的にシールドする。このことが、画像品質に悪い影響を与えることなく、シールドされた領域が構成され、動作することを可能にする。このようにシールドすることによって、変換器の光学的特性を、アドレス指定およびそのアドレス指定に起因する動きなど、変換器の電子機械的特性から分離する能力を提供する、図７Ｅのバス構造４４が可能となる。この分離可能な変換器構成により、変換器の電子機械的態様および光学的態様に対して使用される構造設計および材料が、互いに独立して選択され、機能することが可能となる。さらに、図７Ｃ〜図７Ｅに示される例は、変形可能層３４で実施される反射層１４の光学的特性をその機械的特性から切り離すことによって得られる、付加的な利点を有する。これによち、反射層１４に使用される構造設計および材料を光学的特性に関して最適化すること、ならびに、変形可能層３４に使用される構造設計および材料を所望の機械的特性に関して最適化することが可能となる。
【００４１】
いくつかの用途は、暗い周囲照明の条件で良好に視認されうる大きなディスプレイ（例えば、テレビまたはマルチメディア用途の約１４インチ×１６インチを超える大きな長方形ディスプレイ）を含むことができる。そのような用途に対して、反射型ディスプレイはフロントライトを含んでよく、反射型ディスプレイのフロントライト性能は、大きな対角線のスクリーンに適用されるとき、（例えば、ディスプレイ全体に均一な配光ができないために）悪化することがあるため、図１〜図７に関して上で説明したような反射型ディスプレイは、うまく機能しない可能性がある。フロントライトを反射型の干渉変調器ディスプレイに適用する様々な方法があるが、そのようなフロントライトは不十分であり、知覚されるディスプレイ性能を低下させる可能性がある。
【００４２】
以下に説明される特定の実施形態は、透過型バックライト付き干渉変調器または複数の干渉変調器構造を備えるバックライト付き干渉変調器ディスプレイを提供する。一実施形態において、バックライト付きディスプレイは、バックライトおよび透過型干渉変調器構造のアレイを含み、各干渉変調器は固定および移動の光学スタックを備える。透過型干渉変調器は、所望の波長範囲内の光を透過させる一方で、残りの光の少なくとも一部分を吸収する。透過型干渉変調器ディスプレイに関する実施形態は、図１〜図７Ｅに関して上で説明されたようなディスプレイ用途において組み込まれうる。
【００４３】
透過型干渉変調器５４内の光学フィルムのスタックの一実施形態が、図８に示される。図１〜図７に示されるような光学フィルムが組み込まれたＭＥＭＳ構造は、分かりやすくするために示していない。図８は、間隙６２（例えば、空隙、部分的真空、誘電体流体、または他のガスなど）で離隔された、固定光学スタック（固定透過層）５５および移動光学スタック（移動透過層）５７を備える透過型干渉変調器５４の断面図である。図８に示されるように、固定光学スタック５５は、ガラスおよび３５ｎｍの銀層６０Ａを含むことができる透明基板５６Ａを含む。移動光学スタック５７は、３５ｎｍの銀層６０Ｂと、透明電極層５８と、透明基板層５６Ｂとを含み、該透明基板層５６Ｂは、透明基板５６Ａのようにガラスを含んでよい。
【００４４】
動作において、透過型干渉変調器ディスプレイの画素は、明状態または暗状態のいずれかにある。ディスプレイ素子を照射する光源およびディスプレイ素子のユーザ（図示せず）は、ディスプレイ素子と異なる側に位置し得る。明（「オン」または「開」）状態において、ディスプレイ素子は、所望の波長範囲の中で、入射可視光の大部分をユーザに対して透過する。暗（「オフ」または「閉」）状態では、ディスプレイ素子は、実質的にすべての光をユーザに対して遮断する。本実施形態によれば、「オン」状態および「オフ」状態の光透過特性は、反転されうる。いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳ画素は、白黒に加えてカラーディスプレイを可能にするために、大部分、選択された色で透過するように構成される。
【００４５】
いくつかの実施形態において、干渉変調器ディスプレイは、これらの透過型干渉変調器の行／列配列を含む。各干渉変調器は、可変で制御可能な相互間隔で配置された一対の透過層を含み、少なくとも１つの可変寸法を有する共鳴光学間隙を形成する。一実施形態において、透過層の一方が、２位置間を移動することができる。本明細書の中で弛緩位置と呼ばれる第１の位置では、可動透過層が、固定透過層から比較的大きな間隔で配置される。本明細書の中で駆動位置と呼ばれる第２の位置では、可動透過層が、固定透過層に、より密に隣接して配置される。２層を通して透過する入射光は、固定層と可動層との間の間隙の高さに応じて強め合うように、または弱め合うように干渉し、所望の波長範囲内で各画素に対して全透過状態または非透過状態のいずれかを作り出す。画素は、透過状態において、特定の波長範囲の光を通し、非透過状態において、同じ波長範囲にわたって実質的にすべての可視光を遮断する。ある実施形態において、可動透過層は、弛緩位置および駆動位置とは別の第３の位置まで動くことができる。
【００４６】
透過型干渉変調器５４において、弛緩位置にある可動透過層５７は、固定透過層５５から所定の間隔にある。本明細書の中で参照されるように、透過層５５および５７は、様々な誘電体および／または透明な導電性酸化物（例えば、ＩＴＯ）など、部分的に透明である様々な材料から形成されうる。実施形態によっては、透過層５５および５７は、透明な誘電体から形成される。
【００４７】
透過層５５および５７は、静電駆動をもたらす電極と動作可能に結合され、透過層５５および５７の間の間隔が変更される。いくつかの実施形態において、透過層５５および５７が、電極が透過層５５および５７を取り囲むリング形電極（図示せず）に、動作可能に接続される。例えば、図７Ｂに示される実施形態に類似する一実施形態において、可動素子１４が、画素の中央に透過層５５および５７を含むことができ、一方で、柱近くのリング形電極が静電駆動をもたらす。電極は、導電性材料、例えば、金属または金属酸化物を含むことができる。電極が静電力のもとで互いに引き合うように、電極を類似して成形し、互いに整列することができる。例示的実施形態において、ディスプレイは、実質的に透明な基板の、（視認者に対して）背面上に堆積された干渉変調器アレイを含む。
【００４８】
一実施形態において、電極は、導電性材料、例えば、光を吸収する金属または金属酸化物を含む。電極は、実質的に透明な金属または金属酸化物、例えば、酸化亜鉛またはＩＴＯを含むことができる。電極が静電力のもとで互いに引き合うように、電極を類似して成形し、互いに整列することができる。電極は、透過層を通して透過される光が、電極で取り囲まれた中央の透過部を通過することができるように、リング形であってよい。中央の透過部は、１つの例示的透過型干渉変調器の、光学的に活性な領域を画定し、その領域は、入射光が可動および固定の透過層で干渉法により変調される干渉変調器の領域である。干渉変調器ディスプレイの残りの部分は、非活性領域と呼ばれる。リング形以外の電極形態がまた、電極として使用されてよい。
【００４９】
透過層５５および５７ならびに電極は、例えば、透明基板上に上記の層のうちの１つまたは複数を堆積することにより作製されうる。各層は、１つまたは複数の材料の層で形成されてよく、単一材料または材料の組合せで形成されてよい。
【００５０】
可動電極は、様々な方法で支持構造に接続されうる。例えば、いくつかの実施形態において、電極の角部は、テザーを介して支持物に取り付けられうる。
【００５１】
電極の両端に電圧が印加されない状態では、可動透過層５５と固定透過層５７との間に間隙が残存する。しかし、電位差が電極の両端に印加されると、静電力が電極を互いに引き付ける。電圧が十分高い場合、テザーは変形され、可動電極が固定電極に押しつけられ、それにより、電極とともに動く可動透過層５７は、固定透過層５５に押しつけられる。その挙動は、印加される電位差の極性に無関係に、同じである。それゆえ、空隙で離隔される２つの部分透過層の組合せが、波長範囲内の光を通す一方で、範囲外の光を吸収するために使用されうる。
【００５２】
一実施形態において、ディスプレイは、バックライトから放出された光の少なくとも一部を再利用するように構成される。例えば、バックライトから画素の非活性領域上に入射する光が、反射性黒色マスクにより反射されてバックライトに戻されうる。バックライトから画素の活性領域上に入射する光は、１つまたは複数の２つの透過層５５および５７で反射され、バックライトに再び入ることができる。背面反射された光は再利用可能であり、活性領域において２度目に干渉変調器配列に入ることができる。
【００５３】
図９Ａは、干渉変調器が明状態にあるときの、図８の干渉変調器の波長に応じてシミュレーションされた透過率６６Ａを示すグラフ６４Ａである。明状態において、干渉変調器の中の可動層は、「アップ」位置にある。図示するように、この実施形態は、６００ｎｍと７００ｎｍとの間で、光の最大透過率６８を達成する。
【００５４】
図９Ｂは、干渉変調器が「暗」状態にあるときの、図８の干渉変調器の波長に応じてシミュレーションされた透過率６６Ｂを示すグラフ６４Ｂである。暗状態において、干渉変調器の中の可動層は、「ダウン」位置にある。図示するように、干渉変調器が暗状態にあるとき、実質的にすべての可視光が遮断される。実施形態によっては、「実質的にすべての」は、基板上に入射する光の９０％超を含む。実施形態によっては、「実質的にすべての」は、基板上に入射する光の９５％超を含む。実施形態によっては、「実質的にすべての」は、基板上に入射する光の９８％超を含む。実施形態によっては、「実質的にすべての」は、基板上に入射する光の９９％超を含む。
【００５５】
透過型干渉変調器７４の他の実施形態が、図１０に示される。透過型干渉変調器７４は、間隙８２（例えば、空隙）で離隔された２つの光学スタック７５、７７を含む。固定光学スタック７５は、基板層７６Ａと、銀層８０Ａと、ＳｉＯ２層７８Ａとを含む。可動光学スタック７７は、基板層７６Ｂと、銀層８０Ｂと、ＳｉＯ２層７８Ｂとを含む。各光学スタックにおいて、銀層８０Ａ、８０Ｂは空隙８２と境界を成し、ＳｉＯ２層７８Ａ、７８Ｂは銀層８０Ａ、８０Ｂと基板７６Ａ、７６Ｂとの間に挟持される。示された図１０の実施形態において、ＳｉＯ２層７８Ａ、７８Ｂのそれぞれが、９４ｎｍの厚さを有し、銀層８０Ａ、８０Ｂのそれぞれが、３５ｎｍの厚さを有する。
【００５６】
図１１Ａは、図１０に示される透過型干渉変調器のモデル化された透過率８６Ａを示すグラフ８４Ａである。図１０Ａのモデル化された実施形態は、２つの光学スタックを有し、それぞれが、基板層と、銀層と、ＳｉＯ２層とを含む。図１０に関して上で述べた通り、各銀層はおよそ３５ｎｍの厚さを有し、各ＳｉＯ２層はおよそ９４ｎｍの厚さを有する。図１１Ａに示される例示的なモデル化された透過率は、空隙がおよそ３０００Åであるときに発生する。最大透過率８８Ａは、およそ７００ｎｍの波長において発生する。
【００５７】
図１１Ｂは、空隙がおよそ２５０Åであるときの、図１０の透過型干渉変調器のモデル化された透過率８６Ｂを示すグラフ８４Ｂである。最大透過率８８Ｂは、およそ６００ｎｍの波長において発生する。
【００５８】
図１１Ｃは、「ダウン」状態において、空隙がおよそ１５０Åであるときの、図１０の干渉変調器のモデル化された透過率８６Ｃを示すグラフ８４Ｃである。図示するように、実質的にすべての入射光が遮断され、その結果、きわめてわずかの入射光が透過される。
【００５９】
図１１Ｄは、図１０の実施形態に対する達成可能なカラースペクトルを示す、モデル化されたカラープロット（「色空間色度図」）９０である。外側の湾曲した境界９４の内部は、人間の視覚の全域としても知られている平均的な人に見えるすべての色が存在する。人間の視覚の全域の中に、緑、赤および青それぞれの色に対応する点、９２Ａ、９２Ｂおよび９２Ｃが存在する。線９６は、変化する間隙間隔に対する、図１０の透過型干渉変調器の実施形態に対するモデル化されたスペクトル反射率を示す。
【００６０】
図１２Ａは、図１０に示される実施形態に類似する、透過型干渉変調器のモデル化された透過率のプロット１０６Ａを示すグラフ１０４Ａである。透過率のグラフ１０４Ａは、２つの光学スタックを有する実施形態に基づき、２つの光学スタックのそれぞれが、基板層と、銀層と、ＳｉＯ２層とを含む。図１０の実施形態とは違って、図１２Ａのモデル化されたグラフに関与する実施形態における銀層のそれぞれが、２０ｎｍの厚さを有する。ＳｉＯ２層の厚さは９４ｎｍのままである。図１２Ａの実施形態の例示的なモデル化された透過率のプロット１０６Ａは、空隙がおよそ３０００Åの厚さを有するときに発生する。透過型干渉変調器のこの実施形態に対する最大透過率１０８Ａは、７００ｎｍよりわずかに大きい波長において発生する。
【００６１】
図１２Ｂは、空隙がおよそ２５０Åのときの、図１２Ａ（図１０に示されるような形態であるが、２０ｎｍの銀層８０Ａ、Ｂおよび９４ｎｍのＳｉＯ２層７８Ａ、Ｂを有する）のモデル化されたグラフに関与する実施形態のモデル化された透過率のプロット１０６Ｂを示すグラフ１０４Ｂである。透過型干渉変調器の最大透過率１０８Ｂは、６００ｎｍよりわずかに大きい波長において発生する。
【００６２】
図１２Ｃは、「ダウン」状態において、空隙がおよそ１５０Åであるときに、図１０に示されるものと同様であるが、２０ｎｍの銀層８０Ａ、Ｂおよび９４ｎｍのＳｉＯ２層７８Ａ、Ｂを有する干渉変調器の、モデル化された透過率のプロット１０６Ｃを示すグラフ１０４Ｃである。図示するように、実質的にすべての入射光が遮断され、その結果、きわめてわずかの入射光が、示された波長範囲にわたって透過される。
【００６３】
図１２Ｄは、図１２Ａ（図１０に示されるような形態であるが、２０ｎｍの銀層８０Ａ、Ｂおよび９４ｎｍのＳｉＯ２層７８Ａ、Ｂを有する）のモデル化された透過率のグラフを生成した実施形態に対するシミュレーションされた達成可能なカラースペクトルを示す、色空間色度図１１０である。外側の湾曲する境界１１４の内部は、人間の視覚の全域としても知られている、平均的な人に見えるすべての色が存在する。人間の視覚の全域の中に、緑、赤および青それぞれの色に対応する色の点、１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃが存在する。線１１６は、変化する間隙間隔に対する、図１２Ａのグラフ１０４Ａを生成するために使用された、透過型干渉変調器の実施形態に対するモデル化されたスペクトル反射率を示す。
【００６４】
図１３は、空隙１３２で離隔された２つの光学スタック１２５、１２７を備える透過型干渉変調器１２４の他の実施形態である。固定光学スタック１２５は、基板層１２６Ａと、ＳｉＣ層１３０Ａ、１３０ＢおよびＭｇＦ２層１２８Ａ、１２８Ｂが交互に重なった層とを含む。可動光学スタック１２７は、基板１２６Ｂと、ＳｉＣ層１３０Ｃ、１３０ＤおよびＭｇＦ２層１２８Ｃ、１２８Ｄが交互に重なった層とを含む。この実施形態において、各光学スタック１２５、１２７は、各光学スタックが、空隙１３２と境界を成すＳｉＣ層（それぞれ１３０Ｂ、１３０Ｃ）を有するように、基板上に配設された２つのＳｉＣ層および２つのＭｇＦ２層を有する。図示するように、各ＳｉＣ層１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄは５２ｎｍの厚さを有し、各ＭｇＦ２層１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃ、１２８Ｄは９９ｎｍの厚さを有する。
【００６５】
図１４Ａは、空隙１３２がおよそ２０００Åであるときの、図１３の干渉変調器のシミュレーションされた透過率のプロット１３６Ａを示すグラフ１３４Ａである。最大透過率１３８Ａ（ほぼ１．０で、１００％透過率）は、およそ４５０ｎｍの波長において発生する。５００ｎｍと７００ｎｍとの間の波長範囲に対して、ほぼすべての入射光が遮断される。
【００６６】
図１４Ｂは、空隙１３２がおよそ１０００Åであるときの、図１３の干渉変調器のシミュレーションされた透過率のプロット１３６Ｂを示すグラフ１３４Ｂである。最大透過率１３８Ｂ（ほぼ１．０）は、８００ｎｍのすぐ下の波長において発生する。４５０ｎｍと６５０ｎｍとの間の波長範囲に対して、ほぼすべての入射光が遮断される。
【００６７】
図１４Ｃは、空隙１３２がおよそ５００Åであるときの、図１３の干渉変調器のシミュレーションされた透過率のプロット１３６Ｃを示すグラフ１３４Ｃである。最大透過率１３８Ｃ（ほぼ１．０）は、７００ｎｍのすぐ下の波長において発生する。４５０ｎｍと６００ｎｍとの間の波長範囲に対して、ほぼすべての入射光が遮断される。
【００６８】
図１４Ｄは、図１３の実施形態に対して達成可能なカラースペクトルを示す、シミュレーションされた色空間色度図１４０である。外側の湾曲する境界１４４の内部は、人間の視覚の全域としても知られている、平均的な人に見えるすべての色が存在する。人間の視覚の全域の中に、緑、赤および青それぞれの色に対応する色の点、１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃが存在する。線１４６は、変化する間隙間隔に対する、図１３の透過型干渉変調器１２４のモデル化されたスペクトル反射率を表す。
【００６９】
［投写ＩＭＯＤ］
投写ディスプレイシステムは、ＩＭＯＤ変調器を含むことができる。投写ディスプレイの属性は、特に、ＩＭＯＤ特性に適合されうる。
【００７０】
今日用いられている２つの一般的な空間光変調器（ＳＬＭ）は、液晶表示器（ＬＣＤ）およびディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。いくつかの異なる種類のＬＣＤが用いられている一方で、ＤＭＤ（登録商標）は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社により供給されるユニークなデバイスである。３種類の一般的なＬＣＤは、２枚のガラス板に基づく透過型と、２枚のガラス板に基づく反射型と、シリコン基板に接着されたガラス板に基づく反射型とである。反射型の種類の後者は、通常、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）デバイスと呼ばれる。
【００７１】
すべての液晶デバイスは、（１）偏光の使用、（２）低開口率という現実、および／または（３）平行板液晶構造を生成するために使用される材料の本質的に低い光透過率により、光スループットが不十分であるという欠点を有する。さらに、継続的に改良してはいるが、ＬＣＤ材料の応答時間は、ビデオ速度に対して低い場合がある。上述のＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのデバイスは、本質的により高い光スループットおよび速い応答時間の両方を含む利点を有する。したがって、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのデバイスは、シリコン基板上に作製可能であり、そのデバイスは小型で、コストを低く保つことができる。このことが、低開口率をもたらす。また、最も一般的なＤＭＤベースの製品は、別々に赤、緑および青のチャネルを変調するための３つのデバイス使用する必要性を避けるために、１つのデバイスを色彩場逐次方式で使用する。上の要因が、ＬＣＤベースのプロジェクタに見られる程度の照明の不十分さをもたらす。実際、競合するＬＣＤとＤＭＤの製品を見ると、それぞれの性能は、全体的に同じであることが分かる。それぞれの性能は十分であるとみなされ、両製品の需用は強い。
【００７２】
それにもかかわらず、これらの変調器のコストを下げ、投写システム全体のコストを下げ、電力消費を減少させることは望ましい。これらの目標のそれぞれは、照明システムがより効率的であるならば、達成されうる。
【００７３】
上述のように、コストは、単一デバイスを使用すること（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、およびＬＣＤ寸法を小さく保つこと（様々なメーカー）により、下げられてきた。これらの方法は性能を限定するが、電力消費を下げるという目標に逆行する。さらに、プロジェクタ構成における広範囲の革新が成されてきた。不都合には、新しい構成は、ほんのわずかの性能向上を得るために、甚だしい設備更新コストを含む可能性がある。
【００７４】
図１５〜図１８は、ＩＭＯＤデバイスを反射型および透過型の投写システムの中に組み込むための４つの異なる方法を示す。図１９Ａ〜図１９Ｄは、ＩＭＯＤ変調器を透過型投写システムにおいて使用するために適用できる４つの代替の方法を示す。システムは、図１５〜図１８に示され、以下に論じられる種類のうちの１つでありうる。ＩＭＯＤ構成は、システム内の構成的形態に対してかなり不可知論的である可能性がある。このことは、現在の変調器タイプが、他のものよりも特定の構成を選択するので、利点となりうる。したがって、いくつかの実施形態において、ＩＭＯＤデバイスは、グレースケールを達成するために、面積変調方式（直視型ＩＭＯＤディスプレイにおいて使用されるものなど）またはパルス幅変調方式（ＤＭＤで使用されるものなど）のいずれかにおいて、動作される。
【００７５】
図１５は、透過型ＩＭＯＤ投写デバイス２００を示す。デバイス２００は、透過型干渉変調器（「ＩＭＯＤ」）２０４および一連のレンズを通る光を伝播するように構成された光源２０２を含む。いくつかの実施形態において、光源２０２はランプである。図１５に示されるように、光源２０２からの光は、透過型ＩＭＯＤ２０４の背面に入る前に、第１のレンズ２０６Ａおよび第２のレンズ２０６Ｂを通過する。透過型ＩＭＯＤ２０４を通過後、光は、第３のレンズ２０６Ｃおよび第４のレンズ２０６Ｄを通過する。透過型ＩＭＯＤ２０４は、レンズ２０６Ａおよび２０６Ｂの組合せの後焦点面に配置され、その焦点面は、レンズ２０６Ａおよび２０６Ｂの組合せのフーリエ変換面に相当する。したがって、図１５の例示的実施形態において、第１のレンズ２０６Ａおよび第２のレンズ２０６Ｂは、光源２０２のフーリエ変換に相当する、透過型ＩＭＯＤ２０４上の照明パターンを作り出す。したがって、事実上点源である光源２０２は、例えば、有利には、均一な照明パターンをＩＭＯＤアレイ２０４上に作り出す。光源２０２の配光のフーリエ変換は、配光を変調する透過型ＩＭＯＤ２０４を通して透過される。変調された配光は、透過型ＩＭＯＤ２０４を視認のための投写スクリーン上に映すように配設されたレンズ２０６Ｃおよび２０６Ｄを通して伝播する。この実施形態において、第３および第４のレンズ２０６Ｃおよび２０６Ｄはまた、ＩＭＯＤ２０４の反転画像を投写スクリーン上にもたらすように構成される。
【００７６】
図１６は、別の透過型ＩＭＯＤ投写デバイス２２０の上面図を示す。デバイス２２０は、光源２２２と、透過型ＩＭＯＤ２２４Ａ、２２４Ｂ、２２４Ｃと、レンズ２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃと、２色フィルタ２２８Ａ、２２８Ｂと、ミラー２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃとを含む。動作において、光は、光源２２２から伝播され、第１の２色フィルタ２２８Ａにより波長で分割される。例示的実施形態において、赤色光が第１の２色フィルタ２２８Ａを通過し、その光が、次いで、第１のミラー２３０Ａに当たり、第１の透過型ＩＭＯＤ２２４Ａに向かって反射される。緑色光および青色光が、第１の２色フィルタ２２８Ａにより、第２の２色フィルタ２２８Ｂに向かって反射される。緑色光が、第２の２色フィルタ２２８Ｂで反射され、第２の透過型ＩＭＯＤ２２４Ｂに入る。青色光が、第２の２色フィルタ２２８Ｂを通過し、次いで、第２のミラー２３０Ｂで初めて反射される前に第１のレンズ２２６Ａを通過し、次いで、第３の透過型ＩＭＯＤ２２４Ｃに入る前に第３のミラー２３０Ｃで反射される。
【００７７】
第１の透過型ＩＭＯＤ２２４Ａを通過する赤色光、第２の透過型ＩＭＯＤ２２４Ｂを通過する緑色光、および第３の透過型ＩＭＯＤ２２４Ｃを通過する青色光はすべて、結合キューブ２３２の中で再結合される。結合キューブ２３２を出た光は、第２のレンズ２２６Ｂおよび第３のレンズ２２６Ｃから成るレンズ群で反転され、焦点に導かれる。いくつかの実施形態において、結合キューブ２３２は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００５／０１５７２６５号に開示される種類の色回転子構成を使用する。色回転子構成は、赤、緑および青の光の成分を組み合わせて、結合キューブ２３２を出る白色光にするために、偏光回転フィルムまたはノッチフィルムで離隔された複数の透明キューブを使用する。いくつかの実施形態において、透明キューブは、反射防止膜で覆われる。図１９Ａは、色回転子構成３００を示す等角投影図である。
【００７８】
いくつかの実施形態において、個別の赤色、緑色および青色のビームが、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５４１６５１４号に開示される種類の回転プリズムキューブの使用により、幾何学的領域ではなく経時的領域の中で組み合わされる。プリズム組立体は、４つの等しい平らな側面を有し、その中央縦軸周りに回転させられる。プリズム組立体の回転により、赤、緑および青の色帯域が、屈折により、逐次的に下向きに（または、上向きに）スキャンされる。図１９Ｂは、この種類の回転するプリズム組立体構成３１０を示す側平面図である。
【００７９】
いくつかの実施形態において、経時的結合は、赤、緑および青の光を組み合わせるための回転円盤構成を使用して達成される。回転円盤構成のいくつかの種類が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６８７０５８１号に開示されている。図１９Ｃは、回転円盤構成３２０を示す立面の側面図である。図示するように、回転円盤構成３２０は、円盤の回転を可能にする心棒を有する円盤である。その素子は、赤、青および緑の色帯域を、視認平面全体に非常に速く移動させて、視認者が動きの産物であることを感じず、表示された色が、たとえ個別のビームが互いに位相を外していたとしても、完全に組み合わされているように見えるのに十分な速さでスピンする。
【００８０】
いくつかの実施形態において、結合キューブ２３２は、カラープリズム構成を使用する。上で参照された構成と同様に、カラープリズム構成を使用して、赤、緑および青の光を組み合わせ、結合キューブ２３２を単一の方向に出る白色光とする。いくつかの種類のカラープリズム構成が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００３／００８１１７８号に開示される。図１９Ｄは、１つの種類のカラープリズム構成３３０を示す上面図である。
【００８１】
図１７は、反射型ＩＭＯＤ投写デバイス２４０の上面図を示す。デバイス２４０は、光を、偏光子２４４を通して伝播させ、偏光ビームスプリッタ２５０に入るように構成された光源２４２を含む。偏光された光が偏光ビームスプリッタ２５０に入り、反射されてビームスプリッタの外に出て、１／４波長板２４８に至る。偏光された光は１／４波長板で部分的に回転され、次いで、ＩＭＯＤ２５２に衝突し、ＩＭＯＤ２５２から反射する。光は、１／４波長板を２度通過し、次いで、進行して偏光ビームスプリッタに入る。２度の１／４波回転およびＩＭＯＤにおける反射を経て、光は、ビームスプリッタ２５０を真っ直ぐに通過して外に出る。第１のレンズ２４６Ａおよび第２のレンズ２４６Ｂを含むレンズ群は、投写デバイス２４０から出る光を反転し、焦点に導く。
【００８２】
図１８は、前面が立ち上がったＩＭＯＤ投写デバイス２６０の一実施形態の側平面図を示す。光は、光源２６２から伝播され、反射型ＩＭＯＤ２６４から、光がデバイス２６０を出るときに光を反転し合焦するように構成された、第１のレンズ２６６Ａおよび第２のレンズ２６６Ｂを含むレンズ群に向かって反射される。
【００８３】
照明源の発散角はプロジェクタにおいて制御されうるので（周囲の光で照明される直視形ディスプレイの状況に反して）、拡散フィルムを、投影に使用されるＩＭＯＤディスプレイに添付する必要はない。実際には、入射光角度にわたるＩＭＯＤの色依存性が、投影の状況に利用されうる。非常に細いビームは、高度に飽和した色をもたらすことができ、より広いビームは、より明るく、飽和度の低い色をもたらすことができる。システム設計者は、この状況に基づいて交換することができる。これは、より広い角度のビームが、より低いコントラスト比および黒レベルの劣化という犠牲を払うが、より明るい色をもたらすことができるという、現在のプロジェクタにおけるものとは異なる状況である。
【００８４】
投写システムは、透過型ＩＭＯＤ  ＳＬＭを使用し得る直視形ディスプレイの設計に挑戦する前面反射の種類とは格別であるので、透過型ＩＭＯＤディスプレイはとりわけ効率的でありうる。
【００８５】
大きなガラス板の上に作製される低コストのＩＭＯＤ  ＳＬＭは、別の設計上の利点を提供する。非常に小さい寸法（ＤＭＤおよびＬＣＯＳデバイスが、そうであるような）に対するコストに制約されずに、競合する技術の手が届かないほどの高いビット深度を達成するために、より大きなパネルが面積変調を利用するように使用されうる。
【００８６】
ＩＭＯＤは光学スタックから始まるので、作製上の経済性を取り入れることができる。大抵のプロジェクタは、不必要な熱をＳＬＭに伝達することを避けるために、照明用光学システムの中にコールドミラーを有する。いくつかの実施形態において、最終的なプロジェクタ組立体における部品総数を削減するために、コールドミラーをＩＭＯＤの前面の一部として作製することができる。
【００８７】
投写用途において、ＩＭＯＤは、ＳＬＭ寸法上の著しい制約を有しない。より小さいＳＬＭは、通常、より小さい投写システムをもたらすが、極端に小さいことが、大きな投写システムの中で特別な利点を有することはない。ＩＭＯＤ  ＳＬＭは、あらゆる用途に適用される寸法であることができる。このことが、あらゆる用途において、最適な性能を可能にする。
【００８８】
ＩＭＯＤは、コントラスト比性能に直接強い影響を与えることなく、色性能をトレードオフすることができる。
【００８９】
ＩＭＯＤは、面積アレイ変調およびパルス幅変調の両方の可能性を有する。このため、デバイスが高電力および低電力の両用途に対して最適化される。
【００９０】
［大スクリーンディスプレイ用誘電体干渉変調器］
大スクリーンＩＭＯＤディスプレイデバイスは、テレビおよびコンピュータモニタと接続して使用されうる。いくつかの実施形態では、これらのデバイスは、電力供給（１００〜１１０ＶＡＣ、または２００Ｖ超、例えば英国または欧州において）と接続されるため、電力は、携帯型のバッテリ駆動のデバイスに課せられる制約に比較すると、重要性は小さい。いくつかの実施形態において、ディスプレイは、パルス幅変調技術を使用してグレースケールを達成することができる。いくつかの実施形態において、パルス幅変調駆動は、短いフレームタイムおよび／または高導電性の行および列のトレースを必要とする。いくつかの実施形態において、デバイスは、バックライト付きデバイスである。いくつかの実施形態において、デバイスは、多層フィルムスタックを有する透過型ＩＭＯＤを含む。
【００９１】
いくつかの実施形態において、ＩＭＯＤは、各画素において選択された色帯域を透過する一方で、すべての他の波長を反射するように、２つの誘電体ミラーを（金属ミラーの代わりに）使用することができる。これらの変調器素子のアレイを協調設計されたバックライトとともに使用して透過型バックライト付きディスプレイを形成することができる。
【００９２】
大きな直視型ディスプレイは、ほとんど例外なく自己発光型またはバックライト付きである。そのようなディスプレイ、特にテレビ用途に設計されたディスプレイは、多くの場合、暗い周囲照明条件のもとで使用される。反射型ディスプレイはフロントライトを含む可能性があり、大きな対角線スクリーンに適用されるとフロントライト性能が悪化するため、これらの用途において、反射型ディスプレイは不利となる。反射型ＩＭＯＤディスプレイを背面から照明する方法はあるが、それらは不十分であり、ＩＭＯＤの性能を低下させる傾向がある。
【００９３】
反射型ＩＭＯＤに対して、様々な現在のバックライト方法がある。第１の方法は、ＩＭＯＤ基板の前面上に、内側を向いた反射器を配置し、ＩＭＯＤ画素を取り巻く小さな開口を通して、バックプレートの後ろから光を出すことにより、内側を向いた反射器を照明することを含む。そのような光は、次いで、画素の上に反射されうる。この方法は、おそらく、画素の端を照明するだけである可能性がある。この方法は不十分であり、視認可能な中抜き（ｃｏｒｉｎｇ）の影響を引き起こす可能性がある。
【００９４】
第２の方法は、ＩＭＯＤ基板の前面上に後ろ向きエミッタを配置することを含む。これは、論理的に複雑で、ＩＭＯＤの光学的性能を損なう可能性があり、好ましい視認が未だもたらされていない。
【００９５】
後方からの光をＩＭＯＤの前方に管で送るＩＭＯＤ構造（支柱など）を使用する方法も存在するが、そのような方法はすべて、設計に妥協をもたらす。
【００９６】
図２０は、背面バス３５４および透明基板３５６を含む大スクリーンディスプレイ３５０の一実施形態の側面断面図を示す。いくつかの実施形態において、透明基板３５６は、ガラスを含む。図２０に示されるように、１つまたは複数の高い支柱３５８が、透明基板３５６と背面バス３５４とを接続する。１つまたは複数の固定光学スタック３６０が、透明基板３５６と背面バス３５４との間で、透明基板３５６上に配設される。１つまたは複数の可動光学スタック３６２がまた、透明基板３５６と背面バス３５４との間に配置される。１つまたは複数の可動光学スタック３６２上の接続リング３６４が、透明基板３５６に取り付けられている低い柱３６６に接続される。図２０に示されるように、図７Ａ〜図７Ｅに示されるものと類似の構成において、現在の反射ミラーを誘電体ミラー３５４で置き換えることができる。いくつかの実施形態では、光学スタックは、単一の複雑な光学スタックを含むように変更される。その結果得られた、空隙で離隔される２つの光学スタックの組合せは、１つの波長帯域を通す一方で、他のすべての波長を反射するように組み合わせることができる。
【００９７】
図７Ａ〜図７Ｅに示されるものに類似する構成の機械層は、ミラーを支えるというその通常の目的を果たし、また、バネに復元力をもたらす。また、この層は、誘電体ミラーの一部を覆い、基板上の同様の形状の電極により引きつけられうる導電性電極を形成する。いくつかの実施形態において、電極はリング形である。他の実施形態において、電極はリング形ではない。
【００９８】
従来のＩＭＯＤにおけるように、光学スタック（１つまたは複数の固定光学スタック３６０および１つまたは複数の可動光学スタック３６２）は、２つの誘電体スタックが共に引き合うときに、共振波長が可視スペクトルの外に移動し、ミラーが視認者の眼に黒く映るように設計される。１つまたは複数の固定光学スタック３６０および１つまたは複数の可動光学スタック３６２の組合せによって、その特定の画素から得られる色が生成されうる。１つまたは複数の固定光学スタック３６０および１つまたは複数の可動光学スタック３６２の両方が、透明な開口の周りの領域を覆う導電性の外部リングを有する透明な中央開口を含んでよい。外部リングは電極として作用し、静電引力を介して可動光学スタック３６２を固定光学スタック３６０の近くに引き寄せる。背面バス３５４は、高伝導率をもたらすように構成される。いくつかの実施形態では、かなりの面積が電極、柱、およびバスにあてられるので、前面バスを含んでよい。
【００９９】
図２１は、大スクリーンディスプレイ３７０の他の実施形態の側面断面図を示す。大スクリーンディスプレイ３７０は、バックライト３７４と、背部透明層３７６と、前部透明層３７８とを含む。いくつかの実施形態において、背部透明層３７６および前部透明層３７８は、ガラスを含む。１つまたは複数の固定光層３８０が、前部透明層３７８上に配設される。１つまたは複数の移動光学層３８２が、接続リング３８４により互いに接続される。柱は、背部透明層３７６を前部透明層３７８に接続する。図２１において、吸収性黒色マスク３９０が、コントラスト比を改良するために、前部透明層３７８上に配設されることが示され、反射性黒色マスク３９２が、バックライトからＩＭＯＤの背部に入る光が画素の非活性領域に到達するのを防ぐために、背部透明層３７６上に配設されることが示される。反射性黒色マスク３９２の反射特性が、光の再利用を増強する。
【０１００】
いくつかの実施形態において、前部透明層３７８が、不要な光が前部から非活性領域に入ることを防ぐように、およびこれらの領域に入った光が前部に出ることを防ぐように構成された吸収性黒色マスクで完全に覆われる。いくつかの実施形態において、反射性黒色マスク３９２は、バックライトからの光だけが、画素の活性領域に入ることを確実にするように構成される。いくつかの実施形態において、バックライト３７４は、現在の活性領域ディスプレイにおける制限を補償するためのバックライトの再利用である。いくつかの実施形態において、バックライト３７４は、活性領域に当たらない光をもたらすように構成される。いくつかの実施形態において、バックライト３７４は、活性領域に当たる光、および／またはバックライトに再入し、反射されてＩＭＯＤに２度入る機会を有する、前記光の波長を選択する光をもたらすように構成される。結局、この光は、適切な活性領域に当たる機会を有する。そのようなバックライトが図２２に示される。
【０１０１】
図２２は、光学スタック４０２を備える大スクリーンディスプレイ４００の別の実施形態の側面断面図を示す。光学スタック４０２は、反射器層４０４と、反射器層４０４を覆って配設された光誘導板４０６と、光誘導板４０６を覆って配設された角度転換フィルム４０８とを含む。光誘導板は、その上面から角度転換フィルムに向かって光を放出するように設計されている。反射器層４０４は、ＩＭＯＤ４１４から反射された光の再利用、および光誘導板４０６の上面から散乱された光の方向変換をもたらす。光は、反射器層４０４から光誘導板４０６および角度転換フィルム４０８を通って進行し、次いで、輝度フィルム４１２に入る前に間隙４１０を横切る。輝度フィルム４１２は、光を平行にし、光の再利用に役立つように構成される。輝度フィルム４１２を通過した光は、次いで、大スクリーンディスプレイ４００から出る前に、透過型ＩＭＯＤ４１４に入る。
【０１０２】
図２３には、画素レイアウト４２０の上面図がより詳細に示される。画素レイアウト４２０は、移動光学スタック４２２と、複数の柱４２４と、電極リング４２６とを含む。電極リング４２６は、電極リング４２６の中心に開口４２８を含む。柔軟性のある機械層が、移動光学スタック４２２を複数の柱４２４に接続する。機械層は、移動光学スタック４２２の背部上にパターン化され、電極リング４２６を形成する。同様の電極リングが、基板上にパターン化されうる。いくつかの実施形態において、誘電体ミラーを充填してよく、電極部を可能な限り小さく作製してよく、グレースケールを生成するためにパルス幅変調を使用してよい。高速のパルス幅変調は、高コンダクタンスの行および列のトレースを必然的に含み、そのため、バックサイドバスを使用することができる。バックプレートを、バックサイドバスのリード線を支持するために使用される柱の最上の層に直接適用してよい。このことにより、きわめて小さい基板間間隙しか残らず、その小さい基板間間隙が、密封されたパッケージングを達成するために、その構造をリフロー金属のエッジシールを用いて組み立てることを可能にする。
【０１０３】
画素の「ブルズアイ（ｂｕｌｌｓ−ｅｙｅ）」的特性により、小型レンズアレイを画素に整列させることが望ましい。この場合、バックプレートおよび小型レンズ配列を一体に作ることが好ましい。
【０１０４】
好ましい実施形態において、バックライト付きフラットパネルＴＶが、大部分が（比較的コストの低い）既存のＩＭＯＤ作製方法を用いて作製されうる。いくつかの実施形態（図２０〜図２３に示されるものなど）において、２つの誘電体光学スタックは、互いに離れるときに、可視スペクトルにおける好ましい波長帯域を通し、互いに隣接するときに、可視スペクトルの外のスペクトル領域における１帯域または複数帯域を通すように機能することができる。いくつかの実施形態において、吸収されるのではなく通過しない光が、反射されてバックライトの中に戻る。いくつかの実施形態において、バックライトは、再使用するための光を、統計的に再利用するように設計され、または、バックライトは、排除された光が隣接する画素に好適に反射するように、明確に設計されうる。いくつかの実施形態において、ＩＭＯＤの背部上の反射性マスクを使用する代わりに、マイクロレンズアレイが、入射光をマイクロレンズアレイの透明な活性開口の中に収斂させるために使用される。
【０１０５】
前述の説明は、ある実施形態を詳述する。しかし、前述の事項が、文章の中でいかに詳細であるように見えるとしても、本明細書の中で説明された教示は、補足的な方法で実施されうる。ある特性または態様を説明するときに特定の専門用語を使用する場合、専門用語が関連する特性または態様の何らかの具体的な特徴を含むことを限定するようにその専門用語が本明細書の中で再定義されることを暗示するものではない。さらに、多くの用途が、本開示のデバイスに対して可能である。様々な改変形態および変更形態が、本発明の範囲を逸脱することなく、成されうることが理解されよう。そのような改変形態および変更形態は、添付の特許請求の範囲により定義されるように、本発明の範囲の中に入ることが企図される。
【符号の説明】
【０１０６】
１２ａ、１２ｂ  干渉変調器
１４、１４ａ、１４ｂ  可動反射層
１６、１６ａ、１６ｂ  光学スタック
１８  柱
１９  間隙
２０  透明基板
２１  プロセッサ
２２  配列ドライバ
２４  行ドライバ回路
２６  列ドライバ回路
２７  ネットワークインターフェース
２８  フレームバッファ
２９  ドライバコントローラ
３０  ディスプレイ配列
３２  テザー
３４  変形可能層
４０  ディスプレイデバイス
４１  ハウジング
４２  支柱プラグ
４３  アンテナ
４４  バス構造
４５  スピーカ
４６  マイクロフォン
４７  トランシーバ
４８  入力デバイス
５０  電源
５２  調整ハードウェア
５４  透過型干渉変調器
５５  固定光学スタック
５６Ａ、５６Ｂ  透明基板
５７  移動光学スタック
５８  透明電極層
６０Ａ、６０Ｂ  銀層
６２  間隙
６４Ａ、６４Ｂ  グラフ
６６Ａ、６６Ｂ  シミュレーションされた透過率
６８  最大透過率
７４  透過型干渉変調器
７５  固定光学スタック
７６Ａ、７６Ｂ  基板
７７  可動光学スタック
７８Ａ、７８Ｂ  ＳｉＯ２層
８０Ａ、８０Ｂ  銀層
８２  空隙
８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ  グラフ
８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ  モデル化された透過率
８８Ａ、８８Ｂ  最大透過率
９０  モデル化されたカラープロット（色空間色度図）
９２Ａ  緑に対応する点
９２Ｂ  赤に対応する点
９２Ｃ  青に対応する点
９４  境界
９６  線
１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ  グラフ
１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ  モデル化された透過率のプロット
１０８Ａ、１０８Ｂ  最大透過率
１１０  色空間色度図
１１２Ａ  緑に対応する点
１１２Ｂ  赤に対応する点
１１２Ｃ  青に対応する点
１１４  境界
１１６  線
１２４  透過型干渉変調器
１２５  固定光学スタック
１２６Ａ、１２６Ｂ  基板
１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃ、１２８Ｄ  ＭｇＦ２層
１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ  ＳｉＣ層
１３２  空隙
１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ  グラフ
１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃ  シミュレーションされた透過率のプロット
１３８Ａ、１３８Ｂ、１３８Ｃ  最大透過率
１４０  色空間色度図
１４２Ａ  緑に対応する点
１４２Ｂ  赤に対応する点
１４２Ｃ  青に対応する点
１４４  境界
１４６  線
２００  透過型ＩＭＯＤ投写デバイス
２０２  光源
２０４  透過型干渉変調器
２０６Ａ  第１のレンズ
２０６Ｂ  第２のレンズ
２０６Ｃ  第３のレンズ
２０６Ｄ  第４のレンズ
２２０  透過型ＩＭＯＤ投写デバイス
２２２  光源
２２４Ａ、２２４Ｂ、２２４Ｃ  透過型ＩＭＯＤ
２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃ  レンズ
２２８Ａ、２２８Ｂ  ２色フィルタ
２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ  ミラー
２３２  結合キューブ
２４０  反射型ＩＭＯＤ投写デバイス
２４２  光源
２４４  偏光子
２４６Ａ  第１のレンズ
２４６Ｂ  第２のレンズ
２４８  波長板
２５０  偏光ビームスプリッタ
２５２  ＩＭＯＤ
２６０  ＩＭＯＤ投写デバイス
２６２  光源
２６４  反射型ＩＭＯＤ
２６６Ａ  第１のレンズ
２６６Ｂ  第２のレンズ
３００  色回転子構成
３１０  回転するプリズム組立体構成
３２０  回転円盤構成
３３０  カラープリズム構成
３５０  大スクリーンディスプレイ
３５４  背面バス
３５６  透明基板
３５８  高い柱
３６０  固定光学スタック
３６２  可動光学スタック
３６４  接続リング
３６６  低い柱
３７０  大スクリーンディスプレイ
３７４  バックライト
３７６  背部透明層
３７８  前部透明層
３８０  固定光層
３８２  移動光層
３８４  接続リング
３９０  吸収性黒色マスク
３９２  反射性黒色マスク
４００  大スクリーンディスプレイ
４０２  光学スタック
４０４  反射器層
４０６  光誘導板
４０８  角度転換フィルム
４１０  間隙
４１２  輝度フィルム
４１４  透過型ＩＭＯＤ
４２０  画素レイアウト
４２２  光学スタック
４２４  柱
４２６  電極リング
４２８  開口
【図１】
0005444255.tif 000002
【図２】
0005444255.tif 000003
【図３】
0005444255.tif 000004
【図４】
0005444255.tif 000005
【図５Ａ】
0005444255.tif 000006
【図５Ｂ】
0005444255.tif 000007
【図６Ａ】
0005444255.tif 000008
【図６Ｂ】
0005444255.tif 000009
【図７Ａ】
0005444255.tif 000010
【図７Ｂ】
0005444255.tif 000011
【図７Ｃ】
0005444255.tif 000012
【図７Ｄ】
0005444255.tif 000013
【図７Ｅ】
0005444255.tif 000014
【図８】
0005444255.tif 000015
【図９Ａ】
0005444255.tif 000016
【図９Ｂ】
0005444255.tif 000017
【図１０】
0005444255.tif 000018
【図１１Ａ】
0005444255.tif 000019
【図１１Ｂ】
0005444255.tif 000020
【図１１Ｃ】
0005444255.tif 000021
【図１１Ｄ】
0005444255.tif 000022
【図１２Ａ】
0005444255.tif 000023
【図１２Ｂ】
0005444255.tif 000024
【図１２Ｃ】
0005444255.tif 000025
【図１２Ｄ】
0005444255.tif 000026
【図１３】
0005444255.tif 000027
【図１４Ａ】
0005444255.tif 000028
【図１４Ｂ】
0005444255.tif 000029
【図１４Ｃ】
0005444255.tif 000030
【図１４Ｄ】
0005444255.tif 000031
【図１５】
0005444255.tif 000032
【図１６】
0005444255.tif 000033
【図１７】
0005444255.tif 000034
【図１８】
0005444255.tif 000035
【図１９Ａ】
0005444255.tif 000036
【図１９Ｂ】
0005444255.tif 000037
【図１９Ｃ】
0005444255.tif 000038
【図１９Ｄ】
0005444255.tif 000039
【図２０】
0005444255.tif 000040
【図２１】
0005444255.tif 000041
【図２２】
0005444255.tif 000042
【図２３】
0005444255.tif 000043