(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成される開口アレイと、
前記開口アレイに空間的に対応して形成されるＭＥＭＳ光変調器アレイとを備え、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイが、
第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第１のＭＥＭＳ光変調器グループと、
前記第１の方向とは異なる第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第２のＭＥＭＳ光変調器グループとを含み、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記光変調器アレイが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替行グループを含み、各行グループが１つまたは複数の行を含む、ディスプレイ。
【請求項２】
前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の厚さよりも小さい、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記光変調器アレイが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替列グループを含み、各列グループが１つまたは複数の列を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の厚さよりも小さい、請求項３に記載のディスプレイ。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に形成される開口アレイと、
前記開口アレイに空間的に対応して形成されるＭＥＭＳ光変調器アレイとを備え、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイが、
第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第１のＭＥＭＳ光変調器グループと、
前記第１の方向とは異なる第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第２のＭＥＭＳ光変調器グループとを含み、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記光変調器アレイが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替クラスタを含み、各クラスタが前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループまたは第２のＭＥＭＳ光変調器グループのうちの１つのみからの少なくとも４つの光変調器を備える、ディスプレイ。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に形成される開口アレイと、
前記開口アレイに空間的に対応して形成されるＭＥＭＳ光変調器アレイとを備え、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイが、
第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第１のＭＥＭＳ光変調器グループと、
前記第１の方向とは異なる第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第２のＭＥＭＳ光変調器グループとを含み、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記光変調器アレイが、前記第１および前記第２の光変調器グループのランダム化配列を含む、ディスプレイ。
【請求項７】
前記アレイ中の各ＭＥＭＳ光変調器がシャッターを含む、請求項１、請求項５または請求項６のうちの何れか１つに記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記第１および前記第２の光変調器グループにおける光変調器の各々が、対応する開口に部分的に光を通させる第３の状態を含む、請求項１、請求項５または請求項６のうちの何れか１つに記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記光変調器アレイにデータおよび作動電圧を送信するための、ドライバチップと、コントローラマトリクスとを含むコントローラをさらに含む、請求項１、請求項５または請求項６のうちの何れか１つに記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記コントローラマトリクスが、光変調器を前記遮光状態から前記光透過状態に移すための制御信号に応答して、前記第１の光変調器グループを前記第１の方向に、前記第２の光変調器グループを前記第２の方向に作動させるように構成される、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記アレイ中の各光変調器について、前記第１および第２の移動方向のどちらが、前記光透過状態に達するのに適しているかをメモリに記憶する、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記基板が透明基板である、請求項１、請求項５または請求項６のうちの何れか１つに記載のディスプレイ。
【請求項１３】
ディスプレイを製造するための方法であって、
基板上に開口アレイを形成することと、
第１のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることと、
第２のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、前記第１の方向とは異なる第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることとを含み、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記第１および前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替行グループを組み立てることを含み、各行グループが１つまたは複数の行を含む、方法。
【請求項１４】
前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の厚さよりも小さい、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替列グループを組み立てることを含み、各列グループが１つまたは複数の列を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の厚さよりも小さい、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ディスプレイを製造するための方法であって、
基板上に開口アレイを形成することと、
第１のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることと、
第２のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、前記第１の方向とは異なる第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることとを含み、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記第１および前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替クラスタを組み立てることを含み、各クラスタが前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループまたは第２のＭＥＭＳ光変調器グループのうちの１つのみからの少なくとも４つの光変調器を備える、方法。
【請求項１８】
ディスプレイを製造するための方法であって、
基板上に開口アレイを形成することと、
第１のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることと、
第２のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、前記第１の方向とは異なる第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることとを含み、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記第１および前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および前記第２の光変調器グループのランダム化配列を組み立てることを含む、方法。
【請求項１９】
前記光変調器アレイにデータおよび作動電圧を送信するための制御マトリクスを前記基板上に組み立てることと、前記制御マトリクスにコントローラを電気結合することとをさらに備え、前記コントローラが、前記アレイ中の各ＭＥＭＳ光変調器について、前記第１および第２の移動方向のどちらが前記光透過状態に達するのに適しているかを記憶するためのメモリを含む、請求項１３、請求項１７または請求項１８のうちの何れか１つに記載の方法。
【請求項２０】
前記基板が透明基板である、請求項１３、請求項１７または請求項１８のうちの何れか１つに記載の方法。
【請求項２１】
光を変調して、基板上の開口アレイと、前記開口アレイに空間的に対応して配列されたＭＥＭＳ光変調器アレイとを含むディスプレイ上に画像を形成するためのシステムであって、
第１の方向での前記ＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第１のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させるための手段と、
前記第１の方向とは異なる第２の方向での前記ＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第２のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させるための手段とを備え、
前記第２の方向は、前記第１の方向に相対して、約４５度、約６０度、または約９０度のうちの一つで配向され、
前記ＭＥＭＳ光変調器アレイが、
交替行グループであって、各行グループが１つまたは複数の行を含む、交替行グループか、
前記第１および前記第２の光変調器グループの交替クラスタであって、各クラスタが前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループまたは第２のＭＥＭＳ光変調器グループのうちの１つのみからの少なくとも４つの光変調器を備える、交替クラスタか、または、
前記第１および前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループのランダム化配列か
のうちの１つを含む、
システム。
【請求項２２】
前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の厚さよりも小さい、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記光変調器アレイが、前記第１および前記第２の光変調器グループの交替列グループを含み、各列グループが１つまたは複数の列を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の厚さよりも小さい、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記アレイ中の各ＭＥＭＳ光変調器について、前記第１および第２の移動方向のどちらが、前記光透過状態に達するのに適しているか判断するための手段と、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイにデータおよび作動電圧を送信するための手段とをさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記基板が透明基板である、請求項２１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概して、本出願は、画像ディスプレイへの応用を含む、光変調アレイの分野に関する。詳細には、本出願は、音響放射および可聴雑音が低減されて動作するように設計された光変調器アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的光変調器から構築されたディスプレイは、液晶技術に基づくディスプレイに対する、魅力的な代替物である。機械的光変調器は、良好な視野角、ならびに広範な色およびグレースケールでビデオコンテンツを表示できるほど高速である。機械的光変調器は、投影型ディスプレイアプリケーションにおいて成功しており、近頃では、直視型アプリケーション用に提案されている。
【発明の概要】
【０００３】
機械的光変調器から構築されたいくつかのディスプレイプロトタイプが、近年生産されているが、その多くは、望ましくない可聴雑音を生じる。機械的光変調器アレイから構築されるディスプレイは、何万もの光変調器、すなわちディスプレイの画素ごとに少なくとも１つを含んでよく、最大何百万もの光変調器を含み得る。各光変調器の動きは、バックプレーン回路と呼ばれることもある制御マトリクスを通して指令されるコマンドによって制御される。ビデオ動作の場合、個々の光変調器の動作状態は、毎秒５０回から、毎秒５０，０００回にまで変更することができる。その結果、何千ものシャッターアセンブリが、可聴周波数の時間スケール特性にわたって移動するので、ディスプレイは、望ましくない音響雑音を副産物として放射する可能性がある。
【０００４】
ディスプレイアセンブリ内の個々の画素はしばしば、数十ミクロンから数百ミクロンのサイズにすぎないが、ディスプレイにおける一般的な画像は、ミリメートルまたはセンチメートルもの寸法であり得る、均等な色またはコントラストの領域を有し得る。それゆえ、ディスプレイの隣接領域内の何十または何百もの光変調器が、同様の動きおよび同様の計時信号をもつ制御マトリクスからの信号によって移動させられることはよくある。隣接し合う画素の移動のこの同期または相関は、音響放射の振幅の一因となる。
【０００５】
それゆえ、隣接し合うＭＥＭＳ光変調器の移動方向における相関を低減し、そうすることによって、音響放射の振幅を低減することができる光変調器アレイのための設計が求められる。
【０００６】
一態様によると、本開示は、基板と、基板上に形成される開口アレイと、開口アレイに空間的に対応して形成されるＭＥＭＳ光変調器アレイとを含むディスプレイに関する。ＭＥＭＳ光変調器アレイは、第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第１の変調器グループを含む。アレイは、第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第２のＭＥＭＳ光変調器グループをさらに含む。第２の方向は、第１の方向とは実質的に異なる。一実装形態では、基板は透明である。
【０００７】
いくつかの実装形態において、第１の方向および第２の方向は、平面上の反対方向である。代替実装形態では、第２の方向は、第１の方向に相対して、約９０、６０、または４５度回転され得る。光変調器アレイはまた、隣接するＭＥＭＳ光変調器の移動方向に、相関を低減するように配列される。ある実装形態では、第１および第２のグループの光変調器は、交替列グループに配列され、各グループは、少なくとも１つの列を含む。別の実装形態では、第１および第２のグループの光変調器は、交替行グループに配列され、各グループは、１つまたは複数の行を含む。さらに別の実装形態では、第１および第２のグループの光変調器は、交替クラスタに配列され、各クラスタは、少なくとも１つの変調器を含む。いくつかの実装形態において、２つの光変調器グループの間の空間的交替周期は、開口アレイを有する基板の大体の厚さよりも小さい。さらに別の実装形態では、第１および第２のグループの光変調器は、ランダムに配列される。
【０００８】
いくつかの実装形態において、ＭＥＭＳ光変調器は、シャッター式光変調器であり得る。いくつかの実装形態において、光変調器は、シャッターが、対応する開口からの光を完全には遮断しないための第３の状態を含み得る。
【０００９】
いくつかの実装形態において、ディスプレイ装置は、制御マトリクスと、第１の基板上に形成されたアレイにデータと作動電圧とを送信するためのドライバチップとを含む。ディスプレイ装置は、アレイ中の各光変調器について、第１および第２の移動方向のどちらが、光透過状態に達するのに適しているかをメモリに記憶するコントローラも含む。
【００１０】
いくつかの実装形態において、制御マトリクスは、２つのグループを実質的に異なる方向に作動させるための固有の配線レイアウトを有して構成される。代替実装形態では、コントローラは、アレイ中の第１および第２の光変調器グループのマップと、光変調器に関連付けられた、アクティブ状態に達するための移動方向とを、メモリに記憶する。コントローラは、画素データを、制御マトリクスを通して送るのに先立って処理して、各画素についての正しい移動方向を判断する。
【００１１】
別の態様によると、本開示は、ディスプレイを製造するための方法に関する。この方法は、基板上に開口アレイを形成することと、第１のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、第１の方向の移動により遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、開口アレイに空間的に対応して、基板上に第１のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることとを含む。この方法は、第２のＭＥＭＳ光変調器グループ中の光変調器が、第２の方向の移動により遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、開口アレイに空間的に対応して、基板上に第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることをさらに含む。第２の方向は、第１の方向とは実質的に異なる。
【００１２】
別の態様によると、本開示は、光を変調して、ディスプレイ上に画像を形成するためのシステムに関する。このシステムは、基板上の開口アレイと、開口アレイに空間的に対応して配列されたＭＥＭＳ光変調器アレイとを含む。このシステムは、第１の方向でのＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第１のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させるための手段と、第２の方向でのＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第２のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させるための手段とをさらに含む。第２の方向は、第１の方向とは実質的に異なる。
【００１３】
別の態様によると、本開示は、光を変調して、基板上の開口アレイと、開口アレイに空間的に対応して配列されたＭＥＭＳ光変調器アレイとを含むディスプレイ上で画像を形成するための方法に関する。この方法は、第１の方向でのＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第１のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させることを含む。この方法は、第２の方向でのＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第２のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させることをさらに含む。第２の方向は、第１の方向とは実質的に異なる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】例示的実装形態によるディスプレイ装置の例を示す図。
【図１Ｂ】例示的実装形態による、図１Ａのディスプレイ装置のブロック図。
【図２】例示的実装形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイへの組込みに適した例示的シャッター式光変調器の例を示す図。
【図３】例示的実装形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイに組み込まれた光変調器を制御するのに適した制御マトリクスの概略図。
【図４】例示的実装形態による、図３の制御マトリクスに接続されたシャッター式光変調器アレイの例を示す図。
【図５Ａ】例示的実装形態による、第１の二重アクチュエータシャッター式光変調器の例を示す図。
【図５Ｂ】例示的実装形態による、第２の二重アクチュエータシャッター式光変調器の例を示す図。
【図６】例示的実装形態による、シャッター式光変調器を組み込むディスプレイ装置の断面図。
【図７Ａ】例示的実装形態による、シャッターと開口との間の第１の可能な空間関係を有する光変調器の例を示す図。
【図７Ｂ】例示的実装形態による、シャッターと開口との間の第２の可能な空間関係を有する光変調器の例を示す図。
【図８Ａ】ディスプレイ内の画素グルーピング配列の例を示す図。
【図８Ｂ】ディスプレイ内の画素グルーピング配列の例を示す図。
【図８Ｃ】ディスプレイ内の画素グルーピング配列の例を示す図。
【図９Ａ】アレイ中の２つの光変調器グループの特定の配列の例を示す図。
【図９Ｂ】アレイ中の２つの光変調器グループの特定の配列の例を示す図。
【図９Ｃ】アレイ中の２つの光変調器グループの特定の配列の例を示す図。
【図１０】制御マトリクスの例を示す図。
【図１１】交替制御マトリクスの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
画像を表示するための特定の装置および方法を全体的に理解してもらうために、いくつかの例示的実装形態について、ここで記載する。ただし、本明細書に記載するシステムおよび方法は、対処されるアプリケーションに適したように適合および修正され得ることと、本明細書に記載するシステムおよび方法は、他の適したアプリケーションにおいて利用され得ることと、そのような他の追加および修正は、本明細書の範囲から逸脱しないこととが、当業者には理解されよう。
【００１６】
本開示は、ＭＥＭＳシャッターなどのＭＥＭＳ光変調器アレイを含むＭＥＭＳ方式ディスプレイに関する。ＭＥＭＳ光変調器は、対応する開口を通る光を変調する。ＭＥＭＳ光変調器のうちの多くが、可聴周波数の時間スケール特性にわたって一斉に移動することになった場合、そのようなディスプレイは、望ましくない音響雑音を副産物として放射し得る。そのような雑音放射を部分的に防ぐために、本明細書で開示するディスプレイは、実質的に異なる方向で、発光状態から遮光状態に作動する光変調器を含む。
【００１７】
図１Ａは、例示的実装形態によるディスプレイ装置１００の例である。ディスプレイ装置１００は、行および列に配列された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（全体として「光変調器１０２」）を含む。ディスプレイ装置１００において、光変調器１０２ａおよび１０２ｄは開状態にあり、光を通させる。光変調器１０２ｂおよび１０２ｃは閉状態にあり、光の通過を妨げる。光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的にセットすることによって、ディスプレイ装置１００は、１つのランプまたは複数のランプ１０５で照射された場合、バックライト付きディスプレイ用の画像１０４を形成するのに使用することができる。
【００１８】
さらに後で記載する別の実装形態では、装置は、装置の前面から発する周辺光の反射によって、画像を形成することができる。別の実装形態では、装置は、ディスプレイの前面に配置された１つのランプまたは複数のランプからの光の反射によって、すなわちフロントライトを使用して、画像を形成することができる。さらに別の実装形態では、装置は、装置の前面から発する周辺光と、バックライトからの光の両方を反射する半透過モードで作用し得る。概して、閉または開状態のうちの１つにおいて、光変調器１０２は、たとえば、限定はしないが、遮断し、反射し、吸収し、フィルタリングし、偏光し、回折し、または場合によっては光のプロパティまたは経路を変えることによって、光路中の光と干渉する。
【００１９】
ディスプレイ装置１００において、各光変調器１０２は、画像１０４中の画素１０６に対応する。他の実装形態では、ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器を使用して、画像１０４中の画素１０６を形成することができる。たとえば、ディスプレイ装置１００は、３つの色固有光変調器１０２を含み得る。特定の画素１０６に対応する色固有光変調器１０２のうちの１つまたは複数を選択的に開くことによって、ディスプレイ装置１００は、画像１０４中のカラー画素１０６を生成することができる。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４中のグレースケールを与えるために、画素１０６ごとに２つ以上の光変調器１０２を含む。画像に関して、「画素」は、画像の解像度によって定義される最も小さいピクチャ要素に対応する。ディスプレイ装置１００の構造構成要素に関して、「画素」という用語は、画像の単一画素を形成する光を変調するのに使用される、機械構成要素と電気構成要素の組合せを指す。
【００２０】
ディスプレイ装置１００は、結像光学素子を必要としないという点で、直視型ディスプレイである。ディスプレイ装置１００を直接見ることによって、ユーザには画像が見える。代替実装形態では、ディスプレイ装置１００は、投影型ディスプレイに組み込まれる。そのような実装形態では、ディスプレイは、スクリーンまたは壁に光を投影することによって、画像を形成する。投影型アプリケーションでは、ディスプレイ装置１００は実質的に、投影画像１０４よりも小さい。
【００２１】
直視型ディスプレイは、透過または反射モードのいずれかで動作し得る。透過型ディスプレイでは、光変調器は、ディスプレイの後ろに配置された１つのランプまたは複数のランプから発する光をフィルタリングし、または選択的に遮断する。ランプからの光は、光ガイドまたは「バックライト」に場合によっては注入される。透過直視型ディスプレイ実装形態は、アセンブリ配列をはさむのを円滑にするように、プラスチックまたはガラス基板の上に構築され、ここで、光変調器を含む一方の基板は、バックライトのすぐ上に配置される。一部の透過型ディスプレイ実装形態では、白色ランプが使われ、カラーフィルタ材料を各変調器１０２に関連付けることによって、色固有光変調器が作成される。他の透過型ディスプレイ実装形態では、後で説明するように、異なる原色をもつランプの交替照明によるフィールド順次式カラー方法を使って、色を生成することができる。
【００２２】
各光変調器１０２は、シャッター１０８と開口１０９とを含む。画像１０４中の画素１０６を照明するために、シャッター１０８は、見ている人に向かって光が開口１０９を通るように配置される。画素１０６を未点灯のまま保つために、シャッター１０８は、光が開口１０９を通過するのを妨げるように配置される。開口１０９は、反射または光吸収材料を通してパターニングされた開きによって画定される。
【００２３】
半透過実装形態において、各光変調器は、バックライト１０５からの光と、周辺光の両方を変調する。特定の一実装形態において、開口から反射材料が完全に除かれるとは限らず、この反射材料は場合によっては、開口を形成するためにエッチング除去される。残りの反射材料は、画像１０４の一部を形成するために、見ている人に向かって入射光を逆反射する。別の実装形態では、開口は完全にクリアにされ、周辺光は、ランプ１０５の後ろに配置された前向き反射層によって反射される。
【００２４】
ディスプレイの反射実装形態では、バックライト１０５と開口１０９とを含めるのではなく、光吸収材料が、開口１０９の代わりに基板の上面に施され、光反射材料が、光変調器１０２の上面に施される。あるいは、光反射材料が、開口１０９の代わりに基板の上面に施され、光吸収材料が、光変調器１０２の上面に施される。光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的にセットすることによって、周辺光またはフロントライトからの入射光が、画像１０４を形成するように選択的に反射または吸収され得る。
【００２５】
ディスプレイ装置は、シャッターの移動を制御するための、基板と、光変調器とに接続された制御マトリクスも含む。制御マトリクスは、画素の行ごとに、少なくとも１つの書込み許可相互接続１１０（「スキャンライン相互接続」とも呼ばれる）と、各画素列に対する１つのデータ相互接続１１２と、すべての画素に、または少なくとも、ディスプレイ装置１００中の複数の列と複数の行の両方にある画素に共通電圧を与える１つの共通相互接続１１４とを含む、一連の電気相互接続（たとえば、相互接続１１０、１１２、および１１４）を含む。適切な電圧（「書込み許可電圧、Ｖwe」）の印加に応じて、所与の画素行に対する書込み許可相互接続１１０は、行中の画素を、新規シャッター移動命令を受諾するように準備する。データ相互接続１１２は、新規移動命令を、データ電圧パルスの形で伝達する。データ相互接続１１２に印加されるデータ電圧パルスは、いくつかの実装形態において、シャッターの静電的な移動に直接寄与する。他の実装形態では、データ電圧パルスは、スイッチ、たとえば、トランジスタ、または、データ電圧よりも通常、規模が高い別個の作動電圧の、光変調器１０２への印加を制御する他の非線形回路要素を制御する。次いで、これらの作動電圧を印加した結果、シャッター１０８の静電駆動移動が生じる。
【００２６】
図１Ｂは、一例示的実装形態による、図１Ａのディスプレイ装置１００のブロック図１５０である。上述したディスプレイ装置１００の要素に加え、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ブロック図１５０に示すように、ディスプレイ装置１００は、複数のスキャンドライバ１５２（「書込み許可電圧源」とも呼ばれる）と複数のデータドライバ１５４（「データ電圧源」とも呼ばれる）とを含む。スキャンドライバ１５２は、スキャンライン相互接続１１０に書込み許可電圧を印加する。データドライバ１５４は、データ相互接続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装形態において、データドライバ１５４は、特に画像１０４のグレースケールがアナログ方式で導出されるべきである場合、光変調器にアナログデータ電圧を与えるように構成される。アナログ動作において、光変調器１０２は、ある範囲の中間電圧がデータ相互接続１１２を通して印加されると、シャッター１０８における、ある範囲の中間開状態と、それゆえ、ある範囲の中間照明状態または画像１０４におけるグレースケールが生じるように設計される。
【００２７】
他のケースでは、データドライバ１５４は、２、３、または４つのデジタル電圧レベルの縮小セットのみを制御マトリクスに印加するように構成される。これらの電圧レベルは、デジタル方式で、シャッター１０８の各々に対して、開状態または閉状態のいずれかをセットするように設計される。
【００２８】
スキャンドライバ１５２およびデータドライバ１５４は、デジタルコントローラ回路１５６（「コントローラ１５６」とも呼ばれる）に接続される。コントローラ１５６は、入力処理モジュール１５８を含み、モジュール１５８は、着信画像信号１５７を処理して、ディスプレイ１００の空間アドレス指定およびグレースケール能力に適したデジタル画像形式にする。各画像の画素ロケーションおよびグレースケールデータは、フレームバッファ１５９に記憶され、そうすることによって、データは、データドライバ１５４の必要に応じて送り出され得る。データは、行および画像フレームでグルーピングされた所定のシーケンスに編成されて、ほぼ直列方式で、データドライバ１５４に送られる。データドライバ１５４は、直列並列データコンバータと、レベルシフティングと、一部のアプリケーション向けにはデジタルアナログ電圧コンバータとを含み得る。
【００２９】
ディスプレイ１００装置は、場合によっては、共通電圧源とも呼ばれる１組の共通ドライバ１５３を含む。いくつかの実装形態において、共通ドライバ１５３は、たとえば、一連の共通相互接続１１４に電圧を供給することによって、光変調器アレイ１０３内のすべての光変調器にＤＣ共通電位を与える。他の実装形態では、共通ドライバ１５３は、コントローラ１５６からのコマンドに従って、電圧パルスまたは信号、たとえばアレイ１０３の複数の行および列中のすべての光変調器の同時作動を駆動および／または開始することが可能であるグローバル作動パルスを、光変調器アレイ１０３に発行する。
【００３０】
異なるディスプレイ機能のためのドライバ（たとえば、スキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、および共通ドライバ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によって時間同期される。モジュール１６０からのタイミングコマンドが、ランプドライバ１６８と、画素アレイ１０３内の特定の行の書込み許可およびシーケンシングと、データドライバ１５４からの電圧の出力と、光変調器作動を可能にする電圧の出力とにより、赤、緑および青および白色ランプ（それぞれ、１６２、１６４、１６６、および１６７）の照明を調整する。
【００３１】
コントローラ１５６は、アレイ１０３中のシャッター１０８の各々が、新規画像１０４に適した照明レベルにリセットされ得るためのシーケンシングまたはアドレス指定方式を決定する。適切なアドレス指定、画像形成、およびグレースケール技法の詳細については、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／３２６，６９６号および第１１／６４３，０４２号に見ることができる。新規画像１０４は、周期的間隔でセットされ得る。たとえば、ビデオディスプレイの場合、カラー画像１０４またはビデオフレームは、１０〜３００ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実装形態において、アレイ１０３への画像フレームの設定は、交替画像フレームが、赤、緑、および青など、交替する一連の色で照射されるように、ランプ１６２、１６４、および１６６の照明と同期される。それぞれの色のための画像フレームは、カラーサブフレームと呼ばれる。フィールド順次式カラー方法と呼ばれるこの方法では、カラーサブフレームが、２０Ｈｚを超過する周波数で交替される場合、人間の脳は、交替するフレーム画像を、広い連続する範囲の色を有する画像の知覚に平均する。代替実装形態では、原色をもつ４つ以上のランプが、ディスプレイ装置１００において利用されてよく、赤、緑、および青以外の原色を利用する。
【００３２】
ディスプレイ装置１００が、開状態と閉状態との間のシャッター１０８のデジタル切替えのために設計されるいくつかの実装形態において、コントローラ１５６は、適切なグレースケールをもつ画像１０４を生じるための、アドレス指定シーケンスおよび／または画像フレームの間の時間間隔を決定する。特定のフレームにおいてシャッター１０８が開である時間量を制御することによって、可変レベルのグレースケールを生成するプロセスは、時分割グレースケールと呼ばれる。時分割グレースケールの一実装形態では、コントローラ１５６は、その画素について所望される照明レベルまたはグレースケールに従って、シャッター１０８が開状態に留まることを許される、各フレーム内の期間または時間の一部を決定する。他の実装形態では、各画像フレームについて、コントローラ１５６は、アレイ１０３の複数の行および列において複数のサブフレーム画像をセットし、コントローラは、グレースケール用の符号化語中で利用されるグレースケール値または重要度値に比例して各サブフレーム画像が照射される持続期間を変える。たとえば、一連のサブフレーム画像に対する照明時間は、２進符号化シリーズ１，２，４，８．．．に比例して変えることができる。アレイ１０３中の各画素用のシャッター１０８は次いで、グレーレベル用の画素の２進符号化語における対応する位置での値に従って、サブフレーム画像において開または閉状態のいずれかにセットされる。
【００３３】
他の実装形態では、コントローラは、ランプ１６２、１６４、および１６６からの光の強度を、特定のサブフレーム画像について所望されるグレースケール値に比例して変える。いくつかのハイブリッド技法も、シャッターアレイ１０８からカラーおよびグレースケールを形成するために利用可能である。たとえば、上述した時分割技法は、画素ごとに複数のシャッター１０８の使用と組み合わせてもよく、特定のサブフレーム画像についてのグレースケール値を、サブフレームタイミングとランプ強度の両方の組合せにより確立してもよい。これらおよび他の実装形態の詳細は、上で参照した米国特許出願第１１／６４３，０４２号に見ることができる。
【００３４】
いくつかの実装形態において、画像状態１０４についてのデータは、コントローラ１５６によって、変調器アレイ１０３に、スキャンラインとも呼ばれる個々の行の順次アドレス指定によりロードされる。シーケンス中の各行またはスキャンラインごとに、スキャンドライバ１５２は、アレイ１０３のその行について、書込み許可相互接続１１０に書込み許可電圧を印加し、続いて、データドライバ１５４が、選択された行中の各列について、所望のシャッター状態に対応するデータ電圧を供給する。このプロセスは、アレイ中のすべての行についてデータがロードされるまで繰り返す。いくつかの実装形態において、データローディングのための選択された行のシーケンスは、線形であり、アレイ中の上から下に進む。他の実装形態では、選択された行のシーケンスは、視覚的アーティファクトを最小限にするために擬似ランダム化される。また、他の実装形態では、シーケンシングはブロックで編成され、この場合、ブロックに対して、画像状態１０４の特定の一部のみについてのデータが、たとえば、シーケンス中のアレイの５行おきにのみアドレス指定することによってアレイにロードされる。
【００３５】
いくつかの実装形態において、アレイ１０３に画像データをロードするためのプロセスは、シャッター１０８を作動させるプロセスとは、時間的に分離される。これらの実装形態において、変調器アレイ１０３は、アレイ１０３中の各画素に対するデータメモリ要素を含むことができ、制御マトリクスは、メモリ要素に記憶されたデータに従って、シャッター１０８の同時作動を開始するためのトリガ信号を、共通ドライバ１５３から搬送するためのグローバル作動相互接続を含み得る。様々なアドレス指定シーケンスは、その多くが米国特許出願第１１／６４３，０４２号に記載されているが、タイミング制御モジュール１６０を用いて調整することができる。
【００３６】
代替実装形態では、画素アレイ１０３と、画素を制御する制御マトリクスとが、方形の行および列以外の構成で配列され得る。たとえば、画素は、六角形アレイまたは曲線をなす行および列で配列され得る。概して、本明細書で使用するスキャンラインという用語は、書込み許可相互接続を共有する、任意の複数の画素を指すものである。
【００３７】
いくつかの実装形態において、変調器アレイは、そのそれぞれの開口に関して異なる空間定位をもつ２つ以上のグループに分割され得る。入力処理モジュール１５８はさらに、各変調器を遮光状態から光透過状態に作動させるための動き方向を判断するために、各画素の空間定位のマップと、プロセス制御信号とを、制御マトリクスに送るのに先立って記憶することができる。
【００３８】
ディスプレイ１００は、タイミング制御モジュール１６０と、フレームバッファ１５９と、スキャンドライバ１５２と、データドライバ１５４と、ドライバ１５３および１６８とを含む複数の機能ブロックを含む。各ブロックは、区別可能ハードウェア回路および／または実行可能コードのモジュールのいずれかを表すものと理解してよい。いくつかの実装形態において、機能ブロックは、回路板および／またはケーブルを用いて互いに接続された固有のチップまたは回路として設けられる。あるいは、これらの回路の多くは、同じガラスまたはプラスチック基板上に、画素アレイ１０３とともに組み立てられ得る。他の実装形態では、ブロック図１５０にある複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および／または制御機能はともに、単一シリコンチップ内に統合することができ、このチップは次いで、画素アレイ１０３を保持する透明基板に直接接着される。
【００３９】
コントローラ１５６は、コントローラ１５６内で実装されるアドレス指定、色、および／またはグレー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従って変え得るためのプログラミングリンク１８０を含む。いくつかの実装形態において、プログラミングリンク１８０は、周辺光または温度センサなど、環境センサからの情報を伝え、そうすることによってコントローラ１５６は、環境条件に対応して、結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。コントローラ１５６は、ランプならびに光変調器作動に必要とされる電力を与える電源入力１８２も含む。ドライバ１５２  １５３、１５４、および／または１６８はまた、１８２での入力電圧を、シャッター１０８の作動またはランプ１６２、１６４、１６６、および１６７などのランプの照明に十分である様々な電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータを含み、またはＤＣ−ＤＣコンバータに関連付けられ得る。
【００４０】
図２は、例示的実装形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００への組込みに適した例示的シャッター式光変調器２００の透視図である。シャッター式光変調器２００（シャッターアセンブリ２００とも呼ばれる）は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッター２０２を含む。アクチュエータ２０４は、米国特許第７，２７１，９４５号に記載されているように、２つの別個のコンプライアント電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）から形成される。シャッター２０２は、一方では、アクチュエータ２０５に結合する。アクチュエータ２０５は、表面２０３に対して平行である運動面における表面２０３の上方で、シャッター２０２を横方向に移動する。シャッター２０２の反対側は、アクチュエータ２０４によって加えられる力に対向する復元力を与えるスプリング２０７に結合する。
【００４１】
各アクチュエータ２０５は、シャッター２０２をロードアンカ２０８に接続するコンプライアントロードビーム２０６を含む。ロードアンカ２０８は、コンプライアントロードビーム２０６とともに、機械的サポートとして働き、シャッター２０２を、表面２０３に近接してサスペンドされたまま保つ。ロードアンカ２０８は、コンプライアントロードビーム２０６とシャッター２０２とを表面２０３に物理接続し、ロードビーム２０６を、バイアス電圧、一部の事例ではグランドに電気接続する。各アクチュエータ２０５は、各ロードビーム２０６に隣接して配置されたコンプライアント駆動ビーム２１６も含む。駆動ビーム２１６は、一方の端部において、駆動ビーム２１６の間で共有される駆動ビームアンカ２１８に結合する。各駆動ビーム２１６の他端は、自由に移動する。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端と、ロードビーム２０６の固定端との近くのロードビーム２０６に最接近するように湾曲される。
【００４２】
表面２０３は、光を通過させるための１つまたは複数の開口２１１を含む。シャッターアセンブリ２００が、たとえばシリコンから作られた不透過性基板上に形成される場合、表面２０３は基板の表面であり、開口２１１は、基板を通して穴アレイをエッチングすることによって形成される。シャッターアセンブリ２００が、たとえばガラスやプラスチックで作られた透明基板上に形成される場合、表面２０３は、基板に蒸着された遮光層の表面であり、開口は、表面２０３を、穴アレイ２１１にエッチングすることによって形成される。開口２１１は概して、円形、楕円、多角形、蛇状、または形状が不規則でよい。
【００４３】
動作時、光変調器２００を組み込むディスプレイ装置は、駆動ビームアンカ２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を印加する。第２の電位が、ロードビーム２０６に印加され得る。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との間の得られる電位差は、駆動ビーム２１６の自由端を、ロードビーム２０６の固定端の方に引き付け、ロードビーム２０６のシャッター端を、駆動ビーム２１６の固定端の方に引き付け、そうすることによって、シャッター２０２を、駆動アンカ２１８に向かって横に駆動する。コンプライアント部材２０６は、ビーム２０６および２１６にわたる電圧が除去されたとき、ロードビーム２０６がシャッター２０２をその初期位置に押し戻すように、スプリングとして働き、ロードビーム２０６に蓄えられた応力を解放する。
【００４４】
弾性シャッターアセンブリとも呼ばれるシャッターアセンブリ２００は、電圧が除去された後にシャッターをその休止または弛緩位置に戻すための、スプリングなどの受動復元力を組み込む。いくつかの弾性復元機構および様々な静電結合を、静電アクチュエータ内に、または静電アクチュエータとともに設計することができ、シャッターアセンブリ２００内に示されるコンプライアントビームは単なる一例である。他の例が、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第７，２７１，９４５号および米国特許出願第１１／３２６，６９６号に記載されている。たとえば、「開」と「閉」動作状態との間の急激な移行を好み、多くの場合、シャッター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、高度に非線形である電圧変位応答が与えられ得る。より漸増的な電圧変位応答を有し、たとえばアナロググレースケール動作において大幅に低減されたヒステリシスを有する、他の静電アクチュエータも設計することができる。
【００４５】
弾性シャッターアセンブリ内のアクチュエータ２０５は、閉または作動位置と弛緩位置との間で動作すると言われる。ただし、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常に、シャッターアセンブリ２００が「開」状態、すなわち光通過、または「閉」状態、すなわち遮光になるように開口２１１を置くことを選ぶことができる。
【００４６】
いくつかの実装形態において、シャッターアセンブリは、「開」および「閉」アクチュエータの２種セットを含み、それにより制御エレクトロニクスは、シャッターを、開および閉状態の各々に静電駆動することが可能である。
【００４７】
米国特許第７，２７１，９４５号および米国特許出願第１１／３２６，６９６号は、制御マトリクスによりシャッターアレイを制御して、画像を生じるようにし、多くの場合、適切なグレースケールで画像を移動させるための様々な方法について記載している。一部のケースでは、制御は、ディスプレイの周囲にあるドライバ回路に接続された行および列相互接続の受動マトリクスアレイを用いて遂行される。他のケースでは、速度、ディスプレイのグレースケールおよび／または電力消散性能のいずれかを向上させるために、切替えおよび／またはデータ記憶要素を、アレイ（いわゆるアクティブマトリクス）の各画素中に含めることが適切である。
【００４８】
図３は、例示的実装形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００に組み込まれた光変調器を制御するのに適した制御マトリクス３００の概略図である。図４は、例示的実装形態による、図３の制御マトリクス３００に接続されたシャッター式光変調器アレイ３２０の例である。制御マトリクス３００は、画素アレイ３２０（「アレイ３２０」）をアドレス指定することができる。各画素３０１は、アクチュエータ３０３によって制御される、図２のシャッターアセンブリ２００などの弾性シャッターアセンブリ３０２を含む。各画素は、開口３２４を含む開口層３２２も含む。シャッターアセンブリ３０２などのシャッターアセンブリ、およびそれに対する変形形態についてのさらなる電気的および機械的記述は、米国特許第７，２７１，９４５号および米国特許出願第１１／３２６，６９６号に見ることができる。また、交替制御マトリクスについての記述は、図１０および図１１に関係して後で、ならびに米国特許出願第１１／６０７，７１５号において見ることができる。
【００４９】
制御マトリクス３００は、シャッターアセンブリ３０２が形成される基板３０４の表面に、拡散または薄膜蒸着電気回路として組み立てられる。制御マトリクス３００は、制御マトリクス３００中の画素３０１の各行に対するスキャンライン相互接続３０６と、制御マトリクス３００中の画素３０１の各列に対するデータ相互接続３０８とを含む。各スキャンライン相互接続３０６は、書込み許可電圧源３０７を、対応する画素３０１の行中の画素３０１に電気接続する。各データ相互接続３０８は、データ電圧源（「Ｖｄソース」）３０９を、対応する画素３０１の列中の画素３０１に電気接続する。制御マトリクス３００中で、データ電圧Ｖdは、作動エネルギーの大部分をシャッターアセンブリ３０２に与える。このように、データ電圧源３０９は、作動電圧源としても働く。
【００５０】
図３および図４を参照すると、画素アレイ３２０中の各画素３０１または各シャッターアセンブリ３０２に対して、制御マトリクス３００は、トランジスタ３１０とキャパシタ３１２とを含む。各トランジスタ３１０のゲートは、画素３０１が置かれているアレイ３２０中の行のスキャンライン相互接続３０６に電気接続される。各トランジスタ３１０のソースは、それに対応するデータ相互接続３０８に電気接続される。各シャッターアセンブリ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１つの電極、および対応するアクチュエータ３０３の電極のうちの１つと並列に電気接続される。シャッターアセンブリ３０２内のキャパシタ３１２の他方の電極およびアクチュエータ３０３の他方の電極は、共通または接地電位に接続される。代替実装形態では、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素子で置き換えることができる。
【００５１】
動作時、画像を形成するために、制御マトリクス３００は、各スキャンライン相互接続３０６にＶweを順に印加することによって、シーケンス中のアレイ３２０中の各行を書込み可能にする。書込み可能にされた行に対して、行中の画素３０１のトランジスタ３１０のゲートへのＶweの印加により、トランジスタ３１０を通してデータ相互接続３０８に電流が流れて、シャッターアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３に電位が印加される。行が書込み可能にされている間、データ電圧Ｖdが、データ相互接続３０８に選択的に印加される。アナロググレースケールを与える実装形態では、各データ相互接続３０８に印加されるデータ電圧は、書込み可能にされたスキャンライン相互接続３０６とデータ相互接続３０８の交差に置かれた画素３０１の所望の輝度との関係で変えられる。デジタル制御方式を提供する実装形態では、データ電圧は、比較的低規模の電圧（すなわち、グランドに近い電圧）になるように、またはＶat（作動閾電圧）を満たし、もしくは超えるように選択される。データ相互接続３０８へのＶatの印加に応答して、対応するシャッターアセンブリ３０２内のアクチュエータ３０３が作動し、シャッターアセンブリ３０２内のシャッターを開く。データ相互接続３０８に印加された電圧は、制御マトリクス３００が行にＶweを印加するのをやめた後でも、画素３０１のキャパシタ３１２に蓄えられたまま留まる。それゆえ、シャッターアセンブリ３０２が作動するのに十分な程長い時間、行における電圧Ｖweを待ち、保持する必要はなく、そのような作動は、書込み許可電圧が行から除去された後も進行し得る。キャパシタ３１２は、アレイ３２０内のメモリ要素としても機能し、画像フレームの照明に必要な期間、作動命令を記憶する。
【００５２】
アレイ３２０の画素３０１ならびに制御マトリクス３００は、基板３０４上に形成される。アレイは、基板３０４上に配設された開口層３２２を含み、開口層３２２は、アレイ３２０中のそれぞれの画素３０１に対する１組の開口３２４を含む。開口３２４は、各画素中のシャッターアセンブリ３０２と整列される。一実装形態では、基板３０４は、ガラスまたはプラスチックなどの透明材料から作られる。別の実装形態では、基板３０４は、不透過性材料から作られるが、この場合、穴がエッチングされて開口３２４を形成する。
【００５３】
シャッターアセンブリ３０２の構成要素は、制御マトリクス３００と同時に、または同じ基板上での後続処理ステップにおいて処理される。制御マトリクス３００中の電気構成要素は、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタアレイの製造と共通して、多くの薄膜技法を用いて組み立てられる。利用可能な技法が、参照によって本明細書に組み込まれている、Ｄｅｎ  Ｂｏｅｒ、Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、２００５年）に記載されている。シャッターアセンブリは、微細加工の分野と同様の技法を用いて、または微細機械（すなわち、ＭＥＭＳ）デバイスの製造から組み立てられる。多くの応用可能薄膜ＭＥＭＳ技法が、参照によって本明細書に組み込まれている、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ＆  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ、Ｗａｓｈ．１９９７年）に記載されている。ガラス基板上に形成されるＭＥＭＳ光変調器に特有の組立て技法は、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第７，４０５，８５２号および第７，６７５，６６５号に見ることができる。たとえば、それらのアプリケーションで説明されているように、シャッターアセンブリ３０２は、化学蒸着プロセスによって蒸着された、アモルファスシリコンの薄膜から形成することができる。
【００５４】
シャッターアセンブリ３０２は、アクチュエータ３０３とともに、双安定にされ得る。つまり、シャッターは、いずれかの位置にシャッターを保持するための電力がほとんどまたは全く要求されることなく、少なくとも２つの均衡位置（たとえば開または閉）に存在し得る。より具体的には、シャッターアセンブリ３０２は、機械的に双安定であり得る。シャッターアセンブリ３０２のシャッターが正しい位置でセットされると、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要求されない。シャッターアセンブリ３０２の物理要素に対する機械的圧力が、シャッターを所定の場所で保持し得る。
【００５５】
シャッターアセンブリ３０２も、アクチュエータ３０３とともに、電気的に双安定にされ得る。電気的に双安定のシャッターアセンブリでは、シャッターアセンブリの作動電圧を下回る電圧範囲が存在し、この電圧範囲は、（シャッターが開または閉のいずれかの状態で）閉アクチュエータに印加されると、シャッターに対向力が加えられたとしても、アクチュエータを閉のまま、およびシャッターを所定の位置で保持する。対向力は、シャッター式光変調器２００内のスプリング２０７などのスプリングによって加えることができ、または対向力は、「開」もしくは「閉」アクチュエータなどの対向アクチュエータによって加えることができる。
【００５６】
光変調器アレイ３２０は、画素ごとに単一ＭＥＭＳ光変調器を有するものとして示されている。各画素中に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられる他の実装形態も可能であり、そうすることによって、各画素中の単なる２進「オン」または「オフ」光学状態以上のものを可能にする。画素中の複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、光変調器の各々に関連付けられた開口３２４が不等面積をもつ符号化面積分割グレースケールのいくつかの形が可能である。
【００５７】
図５Ａおよび図５Ｂは、例示的実装形態による、二重アクチュエータシャッター式光変調器５００の例を示す。光変調器５００は、図５Ａにおいて、開状態で示されている。図５Ｂは、閉状態にある二重アクチュエータシャッターアセンブリ５００の図である。シャッターアセンブリ５００は、シャッター５０６の片側に、アクチュエータ５０２および５０４を含む。各アクチュエータ５０２および５０４は、独立に制御される。第１のアクチュエータ、シャッター開アクチュエータ５０２は、シャッター５０６を開くのを担当する。第２の対向アクチュエータ、シャッター閉アクチュエータ５０４は、シャッター５０６を閉じるのを担当する。アクチュエータ５０２および５０４は両方とも、コンプライアントビーム電極アクチュエータである。アクチュエータ５０２および５０４は、シャッターがその上方でサスペンドされている開口層５０７と平行の面にあるシャッター５０６を駆動することによって、シャッター５０６を開閉する。シャッター５０６は、アクチュエータ５０２および５０４に取り付けられたアンカ５０８によって、開口層５０７の上方の短い距離だけサスペンドされる。シャッター５０６の移動軸に沿って、シャッター５０６の両端に取り付けられたサポートの含有により、シャッター５０６の面外の動きが低減され、基板と平行な面への動きが制限される。シャッターアセンブリ５００などのシャッターアセンブリはしばしば、制御マトリクスと同じ基板上に組み立てられる。
【００５８】
シャッター５０６は、光が通り得る２つのシャッター開口５１２を含む。開口層５０７は、３つの開口５０９からなるセットを含む。図５Ａにおいて、シャッターアセンブリ５００は開状態にあり、したがって、シャッター開アクチュエータ５０２は作動されており、シャッター閉アクチュエータ５０４はその弛緩位置にあり、開口５１２および５０９の中心線が一致する。図５Ｂにおいてシャッターアセンブリ５００は閉状態に移されており、したがって、シャッター開アクチュエータ５０２はその弛緩位置にあり、シャッター閉アクチュエータ５０４は作動されており、シャッター５０６の遮光部分は今では、開口５０９（点線として示す）を通る光の透過を遮断するための所定の位置にある。
【００５９】
各開口は、その周囲に、少なくとも１つの辺をもつ。たとえば、方形開口５０９は、４つの辺をもつ。円形、楕円、卵型、または他の湾曲開口が開口層５０７に形成される代替実装形態では、各開口は、単一辺のみを有し得る。他の実装形態では、開口は、数学的な意味において分離され、または独立する必要はなく、連結されてよい。すなわち、開口の一部または成形断面が、各シャッターとの対応を維持し得る間、これらのセクションのいくつかは、開口の単一の連続外周が複数のシャッターによって共有されるように連結され得る。
【００６０】
様々な出口角をもつ光を、開状態にある開口５１２および５０９に通すために、開口層５０７中の開口５０９の対応する幅またはサイズよりも大きい幅またはサイズをシャッター開口５１２に与えることが有利である。閉状態において光が漏れるのを効果的に阻止するために、シャッター５０６の遮光部分は開口５０９と重なる。図１Ｂは、シャッター５０６内の遮光部分の辺と、開口層５０７内に形成される開口５０９の１つの辺との間の所定の重複５１６を示す。
【００６１】
静電アクチュエータ５０２および５０４は、その電圧変位挙動により、シャッターアセンブリ５００に双安定特性が与えられるように設計される。シャッター開およびシャッター閉アクチュエータの各々について、作動電圧を下回る電圧範囲が存在し、この電圧範囲は、そのアクチュエータが閉状態である（シャッターは開または閉のいずれかである）間に印加されると、対向アクチュエータに作動電圧が印加された後でも、アクチュエータを閉じたまま、およびシャッターを所定の位置に保持する。そのような対向力に対してシャッターの位置を維持するのに必要とされる最小電圧は、維持電圧Ｖmと呼ばれる。双安定動作特性を利用するいくつかの制御マトリクスが、上で参照した米国特許出願第１１／６０７，７１５号に記載されている。
【００６２】
図６は、１つの例示的実装形態による、シャッター式光変調器（シャッターアセンブリ）６０２を組み込むディスプレイ装置６００の断面図である。各シャッターアセンブリは、シャッター６０３とアンカ６０５とを組み込む。アンカ６０５とシャッター６０３との間で接続されると、表面の少し上でシャッターをサスペンドするのを助けるコンプライアントビームアクチュエータについては図示していない。シャッターアセンブリ６０２は、いくつかの実装形態では、プラスチックまたはガラスで作られた透明基板６０４上に配設される。基板６０４上に配設された後ろ向き反射層、反射膜６０６が、シャッターアセンブリ６０２のシャッター６０３の閉位置の下に置かれた複数の表面開口６０８を画定する。反射膜６０６は、表面開口６０８を通らない光を、ディスプレイ装置６００の後ろに向かって逆反射する。反射開口層６０６は、スパッタリング、蒸発、イオンめっき、レーザアブレーション、または化学蒸着を含むいくつかの蒸着技法によって薄膜方式で形成された含有物をもたない微粒金属膜であり得る。別の実装形態では、後ろ向き反射層６０６は、誘電鏡などの鏡から形成され得る。誘電鏡は、高および低屈折指数の材料を交互に繰り返す誘電薄膜の積層として組み立てられる。シャッターが自由に移動する反射膜６０６からシャッター６０３を分離する垂直ギャップは、０．５〜１０ミクロンの範囲内である。いくつかの実装形態において、垂直ギャップの規模は、図５Ｂに示す重複６１６など、閉状態における、シャッター６０３の辺と、開口６０８の辺との間の横の重複よりも小さい。
【００６３】
ディスプレイ装置６００は、基板６０４を平面光ガイド６１６から分離する随意のディフューザ６１２および／または随意の輝度増強膜６１４を含む。光ガイドは、透明な、すなわちガラスまたはプラスチック材料を含む。光ガイド６１６は、１つまたは複数の光源６１８によって照射され、バックライトを形成する。光源６１８は、たとえば、限定はしないが、白熱電球、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）でよい。反射体６１９は、ランプ６１８から光ガイド６１６に光を向けるのを助ける。前向き反射膜６２０が、バックライト６１６の後ろに配設され、シャッターアセンブリ６０２に向かって光を反射する。シャッターアセンブリ６０２のうちの１つを通らない、バックライトからの光線６２１などの光線は、バックライトに戻され、膜６２０から再度反射される。この方式において、第１のパス上に画像を形成するためにディスプレイを離れることができない光は、リサイクルし、シャッターアセンブリアレイ６０２中の他の開いた開口の透過のために利用可能にすることができる。そのような光リサイクルは、ディスプレイの照明効率を上げることがわかっている。
【００６４】
光ガイド６１６は、ランプ６１８から開口６０８の方に、したがってディスプレイの前面の方に光を向け直す１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、交替で断面が三角形、台形、または湾曲することができる形状をもつ光ガイド６１６のプラスチック本体内に成形することができる。プリズム６１７の密度は概して、ランプ６１８からの距離とともに増大する。
【００６５】
代替実装形態では、開口層６０６は、光吸収材料で作ることができ、代替実装形態では、シャッター６０３の表面は、光吸収材料または光反射材料のいずれかでコーティングすることができる。代替実装形態では、開口層６０６は、光ガイド６１６の表面に直接蒸着され得る。代替実装形態では、開口層６０６は、シャッター６０３およびアンカ６０５と同じ基板上に配設される必要はない（後で説明するＭＥＭＳダウン構成を参照）。ディスプレイ照明システムのこれらおよび他の実装形態は、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第７，４１７，７８２号および米国特許第７，８７６，４８９号に詳細に記載されている。
【００６６】
一実装形態では、光源６１８は、異なる色、たとえば、赤、緑、および青色のランプを含み得る。人間の脳が、異なる色の画像を単一の多色画像に平均するのに十分なレートで、異なる色のランプで画像を連続して照明することによって、カラー画像が形成され得る。様々な色固有画像が、シャッターアセンブリアレイ６０２を使って形成される。別の実装形態では、光源６１８は、３つよりも多い異なる色をもつランプを含む。たとえば、光源６１８は、赤、緑、青および白色ランプまたは赤、緑、青、および黄色ランプを有し得る。
【００６７】
カバープレート６２２は、ディスプレイ装置６００の前面を形成する。カバープレート６２２の後ろ側は、コントラストを増すために、ブラックマトリクス６２４でカバーされ得る。代替実装形態では、カバープレートは、カラーフィルタ、たとえば、シャッターアセンブリ６０２のうちの異なるものに対応する、固有の赤、緑、および青フィルタを含む。カバープレート６２２は、シャッターアセンブリ６０２から所定の距離だけ離れて支えられ、ギャップ６２６を形成する。ギャップ６２６は、機械的サポートもしくはスペーサ６２７によって、および／またはカバープレート６２２を基板６０４に付着させる粘着シール６２８によって維持される。
【００６８】
粘着シール６２８は、作動流体６３０を封じ込める。作動流体６３０は、約１０センチポアズを下回る粘度、約２．０を上回る比誘電率、および約１０4Ｖ／ｃｍを上回る誘電破壊強度で工作される。作動流体６３０は、潤滑油としても働き得る。一実装形態では、作動流体６３０は、高い表面湿潤性をもつ疎水性液体である。代替実装形態では、作動流体６３０は、基板６０４のものよりも大きい、または小さい屈折指数をもつ。
【００６９】
板金または成形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６２２と、基板６０４と、バックライト６１６と、他の構成要素部とを合わせて、辺の周りに保持する。アセンブリブラケット６３２は、複合ディスプレイ装置６００に剛性を加えるために、ねじまたは刻みタブで取り付けられる。いくつかの実装形態において、光源６１８は、エポキシポッティング化合物によって、所定の場所に成形される。反射体６３６は、光ガイド６１６の辺から漏れた光を光ガイドに戻すのを助ける。シャッターアセンブリ６０２およびランプ６１８に制御信号ならびに電力を与える電気相互接続は、図２に示していない。
【００７０】
それゆえ、製造方法を含む、ディスプレイ装置６００用のさらなる詳細および代替構成は、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第７，４１７，７８２号および第７，８７６，４８９号に見ることができる。
【００７１】
ディスプレイ装置６００は、ＭＥＭＳアップ構成と呼ばれ、ＭＥＭＳ方式光変調器が、基板６０４の前面、すなわち見ている人の方を向く表面に形成される。シャッターアセンブリ６０２は、反射開口層６０６のすぐ上に構築される。ＭＥＭＳダウン構成と呼ばれる代替実装形態において、シャッターアセンブリは、反射開口層が形成される基板とは別個の基板上に配設される。複数の開口を画定する反射開口層が形成される基板は、本明細書では、開口プレートと呼ばれる。ＭＥＭＳダウン構成において、ＭＥＭＳ方式光変調器を収容する基板は、ディスプレイ装置６００におけるカバープレート６２２に取って代わり、上部基板の後面、すなわち見ている人の方ではなくバックライト６１６の方を向く面上にＭＥＭＳ方式光変調器が配置されるように配向される。ＭＥＭＳ方式光変調器は、そうすることによって、反射開口層にあるギャップに直接対向して、およびギャップにわたって配置される。ギャップは、開口プレートと、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って維持することができる。いくつかの実装形態において、スペーサは、アレイ中の各画素内に、または各画素の間に配設される。いくつかの実装形態において、ＭＥＭＳ光変調器を、それに対応する開口から分離するギャップまたは距離は、１０ミクロン未満、または重複５１６など、シャッターと開口との間の重複よりも小さい距離である。ＭＥＭＳダウンディスプレイ構成についてのさらなる詳細および代替実装形態は、上で参照した米国特許第７，４０５，８５２号および第７，６７５，６６５号に見ることができる。
【００７２】
機械的光変調器アレイから構築されるディスプレイは、何万もの光変調器、すなわちディスプレイの各画素用に少なくとも１つを含んでよく、最大何百万もの光変調器を含み得る。各光変調器の動きは、バックプレーン回路と呼ばれることもある制御マトリクスを通して指令されるコマンドによって制御される。ビデオ動作の場合、個々の光変調器の動作状態は、毎秒５０回から、毎秒５０，０００回にまで変更することができる。その結果、何千ものシャッターアセンブリが、可聴周波数の時間スケール特性にわたって移動するので、ディスプレイは、望ましくない音響雑音を副産物として放射する可能性がある。ディスプレイ装置が、作動流体６３０などの作動流体を含むとき、その流体は、隣接する光変調器の動きを互いに結合し、かつ／または光変調器アレイの動きを、カバープレート６２２などのカバープレートに結合し得る。カバープレートは、音響周波数で液体を移動することによって駆動される場合、環境に可聴雑音をブロードキャストするためのトランスデューサとして働き得る。
【００７３】
ディスプレイアセンブリ内の個々の画素はしばしば、数十ミクロンから数百ミクロンのサイズにすぎないが、ディスプレイにおける一般的な画像は、ミリメートルまたはセンチメートルもの寸法であり得る、均等な色またはコントラストの領域を有し得る。それゆえ、ディスプレイの隣接領域内の何十または何百もの光変調器が、同様の動きおよび同様の計時信号をもつ制御マトリクスからの信号によって移動させられることはよくある。隣接し合う画素の移動のこの同期または相関は、音響放射の振幅の一因となる。
【００７４】
それゆえ、隣接し合う画素の移動における相関を低減し、そうすることによって、音響放射の振幅を低減することができる光変調器アレイのための設計が求められる。そのような設計のいくつかの例が、以下で説明される。
【００７５】
図７Ａは、例示的実装形態による、シャッター７０４と開口７０２との間の第１の空間関係を有する光変調器７００の例を示す。図７Ａの光変調器７００は、非アクティブ状態にあり、完全に開口７０２に光を通過させるわけでも、光の通過を完全に遮断するわけでもない。図７Ａは、開口７０２に対して垂直配向されたシャッター７０４を示す。図７Ａにおいて、シャッター７０４は、第１のアクティブ状態、すなわち、シャッター７０４が、光が開口を通るのを完全に妨げる閉状態に達するために上方移動する。シャッター７０４は、対向方向、または下方向の移動によって、第２のアクティブ状態、すなわち、開状態に移すこともできる。開口７０２に対して下方および開位置に移動されると、第２のアクティブ状態にあるシャッター７０４は、開口７０２に光を通させる。
【００７６】
図７Ｂは、例示的実装形態による、シャッターと開口との間の第２の空間関係を有する光変調器７００の例を示す。図７Ｂの光変調器７００は、非アクティブ状態にあり、完全に開口７０２に光を通過させるわけでも、光の通過を完全に遮断するわけでもない。図７Ｂは、開口７０２に対して垂直配向されたシャッター７０４を示す。図７Ｂにおいて、シャッター７０４は、第１のアクティブ状態、すなわち、シャッター７０４が、光が開口を通るのを完全に妨げる閉状態に達するために下方移動する。シャッター７０４は、対向方向、上方向の移動によって、第２のアクティブ状態、すなわち、開状態に移すこともできる。開口７０２に対して上方および開位置に移動されると、第２のアクティブ状態にあるシャッター７０４は、開口７０２に光を通させる。
【００７７】
図７Ａおよび図７Ｂは、たとえばシャッターと開口との間の第１の可能な空間関係が、シャッターが非アクティブ状態から第１のアクティブ状態、すなわち、閉状態に移るために左に移動する関係であり得るように、水平配向でかなり簡単に描かれているであろうことが理解できよう。逆に、シャッターと開口との間の第２の空間関係は、シャッターが、非アクティブ状態から第１のアクティブ状態、すなわち、閉状態に移るために右に移動する関係であり得る。
【００７８】
大規模アレイ中のシャッターおよび開口すべての空間関係が同じである場合、シャッターすべてが同じアクティブ状態に切り替わるときに、アレイは、いくつかの多大な圧力波を作成し得る。これらの圧力波は、作動流体によって増幅され、ディスプレイから放射される雑音に転換する。この問題は、何万もの光変調器がすべて同じ方向に同時に、および５００Ｈｚ以上の周波数で移動させられ得る、無色またはほぼ無色のパターンにとっては非常に大きい。
【００７９】
この問題を軽減するために、光変調器アレイは、光変調器と、それに対応する開口との間の空間関係が全く同じにはならないように構成され得る。そのような構成において、特定の無色パターンに対して、光変調器は、すべてが同じ方向に移動することにはない。たとえば、光変調器アレイは、少なくとも２つの光変調器グループを含んでよく、第１の光変調器グループは、第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成され、第２の光変調器グループは、第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成される。第２の方向は、第１の方向とは実質的に異なる。
【００８０】
いくつかの実装形態において、２つの変調器グループについての第１および第２の動き方向は、平面上の反対方向になる。他の実装形態では、第１および第２の方向は、互いから約９０、６０、または４５度に配向されてもよい。さらに他の実装形態では、非アクティブ状態から第１のアクティブ状態への運動は、たとえば光変調器が片持ばりによってサポートされる円形運動でよい。この実装形態では、変調器が非アクティブ状態から第１のアクティブ状態に時計方向で駆動されるような第１の光変調器グループが提供され、第２のグループの光変調器は、第１のアクティブ状態への移動が反時計方向であるように提供される。
【００８１】
図８Ａ〜図８Ｃは、ディスプレイにおける画素グルーピング配列の例を示す。画素は、アレイ全体がシャッターと開口との間の同じ空間関係をもたず、シャッターが、同じアクティブ状態に達するために同じ方向に移動しないように配列される。図８Ａは、いくつかの概ね方形の画素のグループを示す。図８Ｂは、概ね六角形の画素のグループを示す。図８Ｃは、さらに別の適切な画素グルーピングを示す。
【００８２】
図８Ａのアレイ８００は、シンボル「Ａ」で示される、アレイ中の画素の各々が同じ空間定位を有して配列される従来技術を示す。図８Ａのアレイ８１０は、アレイの光変調器が、シンボル「Ａ」および「Ｂ」で示される固有の空間関係をもつ２つのグループを含む、１つの例示的実装形態を表す。グループ「Ａ」の光変調器は、第１の方向に移動して第１のアクティブ状態に達し、グループ「Ｂ」の光変調器は、第２の方向に移動して同じ第１のアクティブ状態に達する。グループ「Ａ」および「Ｂ」の光変調器は、交替する行８１２および８１４に配列される。
【００８３】
図８Ａのアレイ８２０は、アレイの光変調器が、シンボル「Ａ」および「Ｂ」で示される固有の空間関係をもつ同じ２つのグループを含む、別の例示的実装形態を表す。グループ「Ａ」の光変調器は、第１の方向に移動して第１のアクティブ状態に達し、グループ「Ｂ」の光変調器は、第２の方向に移動して同じ第１のアクティブ状態に達する。グループ「Ａ」および「Ｂ」の光変調器は、交替する列８２２および８２４に配列される。
【００８４】
行および列の交替は、単一行単位で、または単一列単位で起こり得るが、起こる必要があるわけではない。あるいは、同じ配向をもつ画素の複数の行または列が、並んでグルーピングされ得る。そのような構成では、雑音を制限するために、２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期を、基板の大体の厚さよりも小さく保つことが有用である。たとえば、６００ｕｍ厚さのガラスの上に構築される１２７ＰＰＩディスプレイ（２００ｕｍの画素ピッチをもつ）では、グループの間の交替は、３画素分の幅以下である。
【００８５】
図８Ａのアレイ８３０は、アレイの光変調器が、シンボル「Ａ」および「Ｂ」で示される固有の空間関係をもつ同じ２つのグループを含む、別の例示的実装形態を表す。グループ「Ａ」および「Ｂ」の光変調器は、グループ「Ａ」のメンバーがグループ「Ｂ」のメンバーに隣接しないように、毎行および毎列ごとに交替するように配列される。
【００８６】
アレイ８３０の代替実装形態において、グループ「Ａ」および「Ｂ」は、交替クラスタまたはチェッカーボード型クラスタに配列されてもよい。クラスタ内に、たとえば２画素×２画素ブロック中に同じ空間関係をもつ、わずか４つの光変調器だけ、またはクラスタ内に、たとえば６ｘ６または１０ｘ１０画素ブロック中に、３６個もしくは１００個もの同様の光変調器があり得る。
【００８７】
別の実装形態では、グループ「Ａ」および「Ｂ」にある光変調器は、アレイ全体にランダムに配列され得る。追加利益として、グループ「Ａ」および「Ｂ」にある光変調器が、アレイ全体にランダムに分散される場合、モジュール組立て中のマスキングステップの間の不整列、または２つの基板の間の不整列に関連したいくつかの視覚的アーティファクトは、低減し、またはなくすことができる。
【００８８】
図８Ａのアレイ８４０は、アレイの光変調器が、シンボル「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、および「Ｄ」で示される固有の空間関係の４つのグループを含む、別の例示的実装形態を表す。グループ「Ａ」８４２の光変調器は、第１の方向に移動して、第１のアクティブ状態に達する。グループ「Ｂ」８４４の光変調器は、第２の方向に移動して、同じ第１のアクティブ状態に達する。グループ「Ｃ」８４６の光変調器は、第３の方向に移動して同じ第１のアクティブ状態に達し、グループ「Ｄ」８４８の光変調器は、第４の方向に移動して同じ第１のアクティブ状態に達する。説明のための例として、同じ第１のアクティブ状態、たとえば、開を達成するために、グループ「Ａ」８４２中の光変調器は上向きに移動し、グループ「Ｂ」８４４中の光変調器は右に移動し、グループ「Ｃ」８４６中の光変調器は下向きに移動し、グループ「Ｄ」８４８中の光変調器は左に移動する。この例では、グループ「Ａ」８４２および「Ｃ」８４６は、平面上の反対方向に作動し、グループ「Ｂ」８４４および「Ｄ」８４８も、平面上の反対方向であるが、グループ「Ａ」８４２および「Ｃ」８４６とは実質的に異なる方向に作動する。
【００８９】
図８Ａは、いくつかの方形画素グルーピング配列を示すが、画素は、他の幾何学構成にも配列され得る。たとえば、図８Ｂは、２つの六角形画素グループを示す。第１の構成８５０において、アレイは、シンボル「Ａ」および「Ｂ」で示される固有の空間定位をもつ２つの変調器グループを含む。各グループは、たとえば、２つが第１の行にあり、４つは第２の行にあり、２つは第３の行にある、８つの画素を含む、六角形の画素グルーピングから形成される。グループ「Ａ」の光変調器は、第１の方向に移動して第１のアクティブ状態に達し、グループ「Ｂ」の光変調器は、第２の方向に移動して同じ第１のアクティブ状態に達する。図８Ａのアレイ８２０と同様、グループ「Ａ」および「Ｂ」の光変調器は、交替する列８５２および８５４に配列される。
【００９０】
図８Ｂのアレイ８６０は、シンボル「Ａ」８６２、「Ｂ」８６８、「Ｃ」８６６、および「Ｄ」８６４で示される、実質的に異なる空間定位の４つのグループに分割された六角形の画素構成を有する、別の例示的実装形態を表す。図８Ａのアレイ８４０と同様、４つのグループの光変調器は、４つの実質的に異なる方向に移動して、第１のアクティブ状態に達する。説明のための例として、同じアクティブ状態、すなわち、開を達成するために、グループ「Ａ」８６２中の光変調器は上向きに移動して、第１のアクティブ状態に達し、グループ「Ｂ」８６８中の光変調器は右に移動し、グループ「Ｃ」８６６中の光変調器は下向きに移動し、グループ「Ｄ」８６４中の光変調器は左に移動する。表示エリア８６０中の画素は、対角線行の中でグループ「Ａ」８６２および「Ｃ」８６６が交替するように配列される。同様に、グループ「Ｂ」８６８および「Ｄ」８６４も、グループ「Ａ」８６２および「Ｃ」８６６を有する行に隣接する対角線行の中で、交替する。
【００９１】
図８Ｃは、外部領域８７２、中間領域８７４、および内部領域８７６に配列された表示エリア８７０中に光変調器を有する、別の例示的実装形態を表す。この例では、シンボル「Ｂ」で示される中間領域８７４中の光変調器は、シンボル「Ａ」で示される外部および内部領域８７２および８７６中の光変調器とは実質的に異なる方向に移動する。実質的に異なる空間定位の変調器を分散するために、他の任意の画素領域も、表示エリア中に定義され得ることが理解できよう。
【００９２】
図８Ａ〜図８Ｃは、説明のための例として提示しているにすぎず、上で示した例以外の、空間定位と幾何学構成の他の組合せも、隣接し合う画素の移動における相関を低減するのに使うことができ、そうすることによって、音響放射の振幅が低減される。
【００９３】
図９Ａ〜図９Ｃは、アレイ中の２つの光変調器グループ９１０および９２０の特定の配列の例を示す。図９Ａ〜図９Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂに示したシャッターの動きに対して垂直配向を採用する。これらの垂直配向の場合、図中に矢印で示すように、グループ「Ａ」シャッター９１０は、上方向に移動して第１のアクティブ状態に達し、グループ「Ｂ」シャッター９２０は、下方向に移動して第１のアクティブ状態に達する。図９Ａのグループ「Ａ」９１０および「Ｂ」９２０は、図８Ａのアレイ８１０と同様、交替する行に配列される。その結果、同じアクティブ状態にアクティブ化されたときの、隣接し合う列の中のシャッターは、同じ方向に移動する傾向があり、隣接し合う行の中のシャッターは、互いに向かって、または互いから離れて移動する傾向がある。対照的に、図９Ｂのグループ「Ａ」９１０および「Ｂ」９２０は、図８Ａのアレイ８２０と同様、交替する列に配列される。その結果、図９Ｂの場合、隣接し合う行の中のシャッターは、同じアクティブ状態に作動されると、同じ方向に移動する傾向があり、隣接し合う列の中のシャッターは、互いを超えてスライドする傾向がある。図９Ｂに示すせん断運動は、局地化圧力を低減する傾向があり、それゆえ、ディスプレイからの可聴雑音を低減する。
【００９４】
図９Ｂにおいて、グループ「Ａ」９１０中の開口９０２は、グループ「Ｂ」９２０中の開口９０２と整列されていない。この不整列は、生じた画像中で、望まれない結像アーティファクトを引き起こし得る。この問題に対処するために、図９Ｃのグループ「Ａ」９１０および「Ｂ」９２０についての画素配列は、開口を整列するようにずらされている。このようにして、光変調器は、互いを超えてスライドしながら、開口の厳密な整列を維持する、隣接し合う列から生成されたせん断効果から、以前として利益を受ける。
【００９５】
アレイ中の光変調器は、ディスプレイの設計段階においてシャッターおよび開口の位置を取り決めることによって、シャッターと対応する開口との間の異なる空間関係を有して設けられる。空間関係における変動、および少なくとも２つの光変調器グループの画素の間の配列は、フォトリソグラフィ微小工作用のフォトマスクのためのアートワークに設計される。フォトマスクにより、機械的光変調器および制御マトリクスのパターンが、微小工作中に薄膜および厚膜に印刷されるときに決定される。いくつかの実装形態では、図７Ａおよび図７Ｂに示したように、光変調器は、非アクティブ状態に対応する位置に組み立てられる。ただし、非アクティブ状態にあるシャッターに対する開口の空間関係により、第１のアクティブ状態に達するための適切な動き方向が決定される。
【００９６】
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、一実装形態では、非アクティブ状態にあるシャッターアセンブリ９０４の位置は、グループ「Ａ」９１０または「Ｂ」９２０のいずれか１つへのその割当てにかかわらず、フォトマスク上で、同一であり対称的に見える場合がある。ただし、開口９０２の位置は、グループ「Ａ」９１０または「Ｂ」９２０のうちの１つへの特定の画素の割当てに依存して、画素中で異なる位置を有する場合がある。
【００９７】
図９Ａおよび図９Ｂのシャッターアセンブリは、同一であり対称的に見え得るが、図面中の変調器アレイに関連付けられた制御マトリクス（図示せず）は、グループ「Ａ」および「Ｂ」のうちの１つへの、その割当てに依存して、第１のアクティブ状態に駆動されると、シャッターアセンブリが、それに対応する開口に対して適切な方向に移動するように、シャッターアセンブリの作動のための異なる信号を与えるように構成される。適切な方向は、図９Ａおよび図９Ｂにおいて矢印で印付けされている。たとえば、図９Ａにおいて、同じ行の中の隣接し合う画素は、グループ「Ａ」または「Ｂ」の一方または他方への、その割当てに依存して、第１のアクティブ状態に達するために、上または下のいずれかに作動させられ得る。
【００９８】
図１０は、制御マトリクス１０００の例である。米国特許出願第１１／８１１，８４２号の図１５に記載されている制御マトリクスに基づく、図１０の制御マトリクス１０００は、ある実装形態による、制御マトリクスの１つのレイアウトを示す。制御マトリクス１０００は、画素の各々についての行割当てに依存して、２つの異なる作動方向を使って、第１のアクティブ状態に向かう作動を駆動し得る。制御回路１０００は、各画素に対して、シャッター開アクチュエータ１００２とシャッター閉アクチュエータ１００４の両方を含む各シャッターアセンブリ１００１を有するシャッターアセンブリ１００１を含む。図１０の制御マトリクス向けの画素の行ごとの配列は、図８Ａのアレイ８１０に示した「Ａ」および「Ｂ」グループ配列に対応する。この図では、２つのグループの中の対応する要素を示すのに小文字を使っている。たとえば、閉状態に達するために、シャッター１００１ａは、開口１００３ａを覆うように下向きに移動し、シャッター１００１ｂは、開口１００３ｂを覆うように上向きに移動する。
【００９９】
制御マトリクス１０００は、画素行ごとに、および画素行の間で共有されるいくつかの実装形態では、グローバル駆動相互接続１００６を含む。この例の場合、グローバル駆動相互接続１００６は、各シャッターアセンブリのシャッター開アクチュエータ１００２に電気接続される。制御マトリクス１０００はまた、画素列ごとに、列データ相互接続１００８と、画素各行ごとに、スキャンライン相互接続１０１０とを含む。制御マトリクス１０００は、ディスプレイにおける、ある行の中の複数の画素の間および隣接行の間で共有される、いくつかのグローバル相互接続１０１２、１０１４、１０１６、および１０１８も含む。これらのグローバル相互接続は、プリチャージ相互接続１０１２と、ＶｈｉｇｈまたはＶ作動相互接続１０１４と、カスコード相互接続１０１６と、更新相互接続１０１８とを含む。
【０１００】
制御マトリクス１０００はまた、各画素ごとに、シャッター充電トランジスタ１０２０と、充電カスコードトランジスタ１０２２と、シャッター放電トランジスタ１０２６と、放電カスコードトランジスタ１０２４と、シャッター書込み許可トランジスタ１０２８と、データ記憶キャパシタ１０３０とを含む。作動電圧以上の電圧差が、シャッター閉アクチュエータ１００４およびシャッター１００１にわたって課されると、シャッターアセンブリ１００１は閉状態に駆動され、開口１００３を通る光の通過を遮断する。
【０１０１】
図３に関係して説明したように、各スキャンライン相互接続１０１０は、書込み許可電圧源を、画素の対応する行中の画素に電気接続する。列データ相互接続１００８は、データ電圧源（「Ｖｄソース」）を、画素の対応する列中の画素に電気接続する。データ電圧源Ｖｄは、作動エネルギーの大部分を、シャッターアセンブリ１００１に与える。このように、データ電圧源は、作動電圧源としても働く。
【０１０２】
動作時、画像を形成するために、制御マトリクス１０００は、各スキャンライン相互接続１０１０に書込み許可電圧Ｖweを印加することによって、各行を書込み可能にする。書込み許可された行に対して、その行の中の書込み許可トランジスタ１０２８のゲートへのＶweの印加により、トランジスタ１０２８を通してデータ相互接続１００８に電流が流れて、データ記憶キャパシタ１０３０に電位が印加される。行が書込み許可されている間、データ電圧Ｖｄが、列データ相互接続１００８に選択的に印加される。電圧Ｖｄは、制御マトリクス１０００が行にＶweを印加するのをやめた後でも、キャパシタ１０３０に蓄えられたまま留まる。それゆえ、シャッターアセンブリ３０２が作動するのに十分な程長い時間、行における電圧Ｖweを待ち、保持する必要はなく、そのような作動は、書込み許可電圧が行から除去された後も進行し得る。キャパシタ３１２は、アレイ３２０内のメモリ要素としても機能し、画像フレームの照明に必要な期間、作動命令を記憶する。
【０１０３】
二重アクチュエータシャッターアセンブリ１００１の存在にかかわらず、制御マトリクス１０００は、制御マトリクス１０００中の各画素列に対して、単一列データ相互接続１００８のみを含む。カスコード相互接続１０１６は、トランジスタ１０２２および１０２４の各々のゲートに接続される。プリチャージ相互接続１０１２、更新相互接続１０１８、シャッター共通相互接続１０３２、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４、およびカスコード相互接続１０１６は、アレイにおける複数の行および複数の列の中の画素の間で共有され得る。一実装形態では、相互接続１０１２、１０１８、１０３２、１０１４、および１０１６は、制御マトリクス１０００中のすべての画素の間で共有される。
【０１０４】
制御マトリクス１０００中の各画素ごとに、充電カスコードトランジスタ１０２２には、シャッター充電トランジスタ１０２０とシャッター閉アクチュエータ１００４との中間に接続された、トランジスタ１０２２のソースおよびドレインが挿入される。放電カスコードトランジスタ１０２４にも、シャッター閉アクチュエータ１００４とシャッター放電トランジスタ１０２６との中間に接続されたトランジスタ１０２４のソースおよびドレインが挿入される。制御マトリクス１０００は、２つの相補型トランジスタ、すなわちｐチャネルトランジスタとｎチャネルトランジスタの両方を利用する。それゆえ、制御マトリクス１０００は、相補ＭＯＳ制御マトリクスまたはＣＭＯＳ制御マトリクスと呼ばれる。充電トランジスタ１０２０および１０２２は、ｐＭＯＳタイプで作られ、放電トランジスタ１０２４および１０２６は、ｎＭＯＳタイプのトランジスタで作られる。他の実装形態では、トランジスタのタイプが反転してよく、たとえば、充電トランジスタ１０２０および１０２２にｎＭＯＳトランジスタを使うことができ、放電トランジスタ１０２４および１０２６にｐＭＯＳトランジスタを使うことができる。ＣＭＯＳ回路とともにプリチャージ相互接続１０１２を使用することで、シャッター作動を達成するのに必要とされる電圧変動セットを低減するのを助ける。
【０１０５】
シャッター充電トランジスタ１０２０のソースは、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４に電気接続され、ゲートは、プリチャージ相互接続１０１２に接続される。動作の間ずっと、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４は、作動電圧Ｖatと等しい一定電圧で維持される。代替実装形態では、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４は、ディスプレイの周囲にある電圧源もしくは電流源のいずれか、またはより全般的にはエネルギー源に接続される。シャッター充電トランジスタ１０２０がオフ状態に保持されるべきであるときはいつでも、プリチャージ相互接続１０１２は、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４のものと同じ作動電圧Ｖatで維持される。シャッター充電トランジスタ１０２０をオンにするために、プリチャージ相互接続１０１２に対する電圧は、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４とプリチャージ相互接続１０１２との間の電圧差が、シャッター充電トランジスタ１０２０の閾電圧よりも大きくなるように低減される。いくつかの実装形態において、閾電圧は、２〜８ボルトの範囲で変わり得る。シャッター充電トランジスタがｐＭＯＳトランジスタである一実装形態では、シャッター充電トランジスタ１０２０がオフであるとき、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４とプリチャージ相互接続１０１２の両方が、４０ボルトのＶatで保持される。シャッター充電トランジスタ１０２０をオンにするために、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４に対する電圧は、４０ボルトに留まることになるが、プリチャージ相互接続１０１２に対する電圧は、一時的に３５ボルトまで低減される。シャッター充電トランジスタ１０２０にｎＭＯＳトランジスタが使われる場合、Ｖatは、−４０ボルトになり、−３５ボルトのプリチャージ相互接続電圧は、トランジスタをオンにするのに十分である。
【０１０６】
充電カスコードトランジスタ１０２２の追加は、シャッター充電トランジスタ１０２０または充電カスコードトランジスタ１０２２のいずれか用のソースおよびドレインまたはゲートおよびドレインのいずれかにわたって受けられる電圧降下を低減するのを助ける。放電カスコードトランジスタ１０２４の追加は、シャッター放電トランジスタ１０２６または放電カスコードトランジスタ１０２４のいずれか用のソースおよびドレインまたはゲートおよびドレインのいずれかにわたって受けられる電圧降下を低減するのを助ける。カスコード相互接続１０１６に印加される正しい電圧により、確実に、充電トランジスタ１０２０と１０２４の両方が実質的に同時にオンになる。同じ電圧が、確実に放電トランジスタ１０２４および１０２６が実質的に同時にオンになるのを助ける。動作中、カスコード相互接続１０１６は、作動電圧Ｖatの約半分の一定電圧に保持される。充電動作中、すなわちシャッター充電トランジスタ１０２０がオンにされるようにプリチャージ相互接続１０１２がＶatを下回る電圧に低減されると、次いで、トランジスタ１０２２もオンになるような電圧が、充電カスコードトランジスタ１０２２のゲートとドレインとの間に現れる。トランジスタ１０２２のゲートが、作動電圧Ｖatの約半分で保持される場合、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４において課される電圧がＶat（たとえば、４０ボルト）に留まるとしても、トランジスタ１０２２のソースドレイン電圧がＶatの２分の１に大体の閾電圧を足したものを超える可能性は低い。シャッター充電トランジスタ１０２０のソースドレイン電圧は次いで、Ｖatと、充電カスコードトランジスタ１０２２を通る電圧との間の差を受ける。その結果、大きい電圧Ｖat、すなわちトランジスタのうちのいずれか１つにおいて破滅的破壊を引き起こすのに十分に大きい電圧が、Ｖｈｉｇｈ相互接続１０１４において課されるとしても、制御マトリクス１０００は、個々のトランジスタのうちのいずれかを通るＶatの一部のみが常に現れるように設計され、そうすることによって、回路を保護する。
【０１０７】
同様に、放電動作中、すなわちデータ記憶キャパシタ１０３０に電荷が蓄えられ、更新相互接続１０１８がゼロボルトにされると、トランジスタシャッター放電トランジスタ１０２６に加え、トランジスタ１０２４もオンになるような電圧が、放電カスコードトランジスタ１０２４のゲートとドレインとの間に現れることになる。放電カスコードトランジスタ１０２４のゲートが、作動電圧Ｖatの約半分に保持される場合、シャッター閉アクチュエータ１００４と更新相互接続との間の電圧差がＶat（たとえば、４０ボルト）もの高さになり得るとしても、放電カスコードトランジスタ１０２４のソースドレイン電圧が、Ｖatの２分の１に大体の閾電圧を足したものを超える可能性は低い。シャッター放電トランジスタ１０２６のソースドレイン電圧は次いで、Ｖatと放電カスコードトランジスタ１０２４を通る電圧との間の差を受ける。その結果、シャッター閉アクチュエータ１００６とシャッター共通相互接続１０３２との間で、大きい電圧Ｖat、すなわちトランジスタのうちのいずれか１つにおいて破滅的破壊を引き起こすのに十分に大きい電圧が降下されたとしても、制御マトリクス１０００は、個々のトランジスタのうちのいずれかを通るＶatの一部のみが常に現れるように設計され、そうすることによって、回路を保護する。
【０１０８】
２つの異なる動き方向をもつ画素の制御は、図１０の回路レイアウトの観察から明白である。画素Ａおよび画素Ｂについての回路レイアウトは同様であるが、開口１００３に関するシャッター１００１の空間定位は、これら２つの行において反転している。したがって、画素Ａのシャッター閉アクチュエータ１００４ａは、その画素に対する制御マトリクスが、それに対応するデータ相互接続１０１０ａからシャッター閉信号を受信した後、シャッター１００１ａが下に、およびそれに対応する開口１００３ａに向かって移動するように接続される。逆に、画素Ｂのシャッター閉アクチュエータ１００４ｂは、その画素に対する制御マトリクスが、シャッター閉信号を受信した後、シャッター１００１ｂが上に、およびそれに対応する開口１００３ｂに向かって移動するように接続される。このようにして、同じシャッター閉コマンドが、シャッター１００１を、どのグループ「Ａ」または「Ｂ」に画素が属すかに従って、異なる方向に移動させ得る。
【０１０９】
図１０の制御マトリクス１０００用の回路配列は、同じ行の中のシャッターアセンブリすべて、または共通スキャンライン相互接続１０１０を共有するシャッターアセンブリすべてが、同じアクティブ状態（「閉」または「開」状態のいずれか）に向かって移動するためのコマンドを受信したとき、同じ方向（「上」または「下」方向）のシャッター動き向けに設計されているので、空間効率的に問題なく働く。隣接行、たとえばいくつかのグローバル共通相互接続を共有する行にあるシャッターアセンブリは、交替方向に移動するように設計することができる。
【０１１０】
制御回路の代替実装形態において、アレイ中の各行には、グローバル駆動相互接続１００６、プリチャージ相互接続１０１２、ＶｈｉｇｈまたはＶ作動相互接続１０１４、カスコード相互接続１０１６、および更新相互接続１０１８など、それ自体のグローバル相互接続セットが割り当てられる。ただし、シャッターアセンブリ用に交替動き方向の配列を達成するために、グローバル駆動信号は、その画素について所望される動き方向に依存して、シャッターアセンブリの片側から反対側にルーティングされる。たとえば、シャッターカスコードトランジスタ１０２２および１０２４への回路接続も、シャッターアセンブリの片側から反対側にルーティングされなければならなくなる。これらの余剰回路ルーティングラインは、フォトマスクに描き込まれるが、画素中の開口エリア用の空間を犠牲にする。
【０１１１】
図１１は、代替制御マトリクス１１００の例である。図１１の制御マトリクス１１００は、米国特許出願第１２／６５２，４７７号の図５Ａに記載されているものと同様であり、各画素に対する行または列割当てのいずれかに依存して、２つの異なる作動方向を使って同じ第１のアクティブ状態への作動を駆動する制御マトリクスを示す。制御マトリクス１１００は、各画素に対して、シャッター開アクチュエータ１１０２とシャッター閉アクチュエータ１１０４の両方を含む各シャッターアセンブリを有するシャッターアセンブリ１１０１を含む。図１０でのように、図１１の制御マトリクス用の画素の行ごとの配列は、図８のアレイ８１０に示した「Ａ」および「Ｂ」グループ配列に対応する。たとえば、閉状態に達するために、シャッター１１０１ａは、開口１１０３ａを覆うように下向きに移動し、シャッター１１０１ｂは、開口１１０３ｂを覆うように上向きに移動する。
【０１１２】
図１１に示す制御マトリクスは、更新相互接続を含まないが、その代わりに各画素についてシャッター開アクチュエータ１１０２とシャッター閉アクチュエータ１１０４の両方を制御する、トランジスタのフリップフロップまたはラッチ配列を与える。制御マトリクス１１００はまた、画素列ごとに、列データ相互接続１１０８と、画素各行ごとに、スキャンライン相互接続１１１０とを含む。制御マトリクス１１００は、ディスプレイ中の複数の画素と複数の行との間で共有され得るいくつかのグローバル相互接続も含む。これらのグローバル相互接続は、ＢＣＯＭ相互接続１１１２と、作動またはＶ作動相互接続１１１４と、更新相互接続１１１６とを含む。
【０１１３】
図１１に示す制御マトリクスはまた、各画素ごとに、シャッター開充電トランジスタ１１２４と、シャッター開放電トランジスタ１１２６と、シャッター閉充電トランジスタ１１２０と、シャッター閉放電トランジスタ１１２２と、シャッター書込み許可トランジスタ１１２８と、シャッターフリップフロップ許可トランジスタ１１３０と、データ記憶キャパシタ１１３２とを含む。作動電圧Ｖat以上の電圧差が、シャッター閉アクチュエータ１１０４およびシャッター１１０１にわたって課されると、シャッターアセンブリ１１０１は閉状態に駆動され、開口１１０３を通る光の通過を遮断する。
【０１１４】
制御マトリクス１１００は、２つの相補型トランジスタ、すなわちｐチャネルトランジスタとｎチャネルトランジスタの両方を利用する。それゆえ、制御マトリクス１１００は、相補ＭＯＳ制御マトリクスまたはＣＭＯＳ制御マトリクスと呼ばれる。書込み許可トランジスタ１１２８、シャッターフリップフロップトランジスタ１１３０ならびに放電トランジスタ１１２２および１１２６は、ｎＭＯＳタイプで作られ、充電トランジスタ１１２０および１１２４は、ｐＭＯＳタイプのトランジスタで作られる。他の実装形態では、ＣＭＯＳトランジスタのタイプは、反転され（すなわち、ｐＭＯＳがｎＭＯＳで切り替えられ）てよく、または他のタイプのトランジスタ（すなわち、ＢＪＴ、ＪＦＥＴもしくは任意の他の適したタイプのトランジスタ）が使われてもよいことが当業者には認識されよう。
【０１１５】
いくつかの実装形態において、作動相互接続１１１４は、作動電圧Ｖatに等しいかまたはそれよりも大きく維持される電圧源に接続される。シャッター相互接続１１８は、接地電位近くで維持される。いくつかの実装形態において、シャッター極性は、フル作動電圧（たとえば、ほぼ２５ボルト）で維持され得る。いくつかの実装形態では、シャッター相互接続１１１８の極性は、１つまたは複数の電位の間で周期的に交替され得る。たとえば、シャッター相互接続１１１８は、各フルビデオフレームの後で、または他のケースでは、それより高頻度で、もしくは低頻度で、２５ボルトと０ボルトとの間で交替され得る。シャッター極性は、シャッター相互接続１１１８に正しい電圧を印加することによって制御することができる。いくつかの実装形態において、データの極性は、やはり、シャッター電位が交替されるのに対応して交替される。
【０１１６】
各シャッターアクチュエータ１１０２および１１０４は、それぞれの充電トランジスタ１１２４および１１２０の「オン／オフ」状態に依存して、作動相互接続１１１４に接続される。たとえば、シャッター開アクチュエータ１１０２に接続されているシャッター開充電トランジスタ１１２４が「オン」状態にあるとき、作動相互接続１１１４からシャッター開アクチュエータ１１０２に電荷が流される。次いで、概算的にＶatである電圧が、シャッター開アクチュエータ１１０２とシャッター相互接続１１１８との間に課され（シャッター相互接続１１１８が共通電位にあると想定する）、シャッターは開状態に駆動される。同様のプロセスが、シャッター開充電トランジスタ１１２４が「オフ」状態にあり、シャッター閉充電トランジスタ１１２０が「オン」状態にあるときに起こり、その結果、シャッターを、対向する状態に駆動する。いくつかの実装形態において、概算的にＶatである電圧が、シャッター開アクチュエータ１１０２に印加され、同様の電圧がシャッター１１０１に印加され、そうすることによって、シャッター１１０１とアクチュエータ１１０２との間に０ボルト電位が生じる。
【０１１７】
制御マトリクス１１００は、データ記憶キャパシタ１１３２を含む。上述したように、データ記憶キャパシタ１１３２は、蓄積電荷を用いて、コントローラ１５６などのコントローラによって、データローディングまたは書込み動作の一部として画素に送られる「データ」命令（たとえば、開または閉）を蓄える。キャパシタ１１３２に蓄えられた電圧により、制御マトリクス１１００中のトランジスタ１１２０、１１２２、１１２４、および１１２６のラッチ状態が部分的に決定される。データロード動作中、アレイの各行は、アドレス指定シーケンスにおいて書込み許可される。制御マトリクス１１００中の電圧源（図示せず）は、選択された行に対応する行相互接続１１１０に書込み許可電圧を印加する。書込み許可された行に対する行相互接続１１１０への電圧の印加により、対応する行ライン中の画素の書込み許可トランジスタ１１２８をオンにし、そうすることによって、画素を書込み可能にする。画素の選択された行が書込み許可されている間、データ電圧源は、制御マトリクス１１００中の画素の各列に対応する列相互接続１１０８に、適切なデータ電圧を印加する。列相互接続１１０８に印加される電圧は、そうすることによって、それぞれの画素のデータ記憶キャパシタ１１３２に蓄えられる。特定の実装形態では、列相互接続１１０８に印加される電圧は、負または正（たとえば、−５〜５ボルトの範囲）であり得る。
【０１１８】
データローディングステップにおいて、次の状態のためのすべてのデータが、選択された行の中のキャパシタ１１３２に蓄えられた後、制御マトリクス１１００は、次の保持状態への、画素部分もしくはバンク、またはディスプレイ全体の更新に進む。更新ラッチシーケンスは、作動相互接続１１１４に対する電圧を、ＢＣＯＭ相互接続１１１２における電圧まで下げさせ、または近づかせることによって始まる。こうすることにより、シャッター開アクチュエータ１１０２とシャッター閉アクチュエータ１１０４の両方における電圧が、ＢＣＯＭ相互接続１１１２と同じ電圧に近づく。次に、更新相互接続１１１６は、作動電圧Ｖatにされ、そうすることによって、シャッターフリップフロップトランジスタ１１３０を導電「オン」状態に切り替え、記憶されたデータを、データ記憶キャパシタ１１３２から、クロス結合インバータラッチのトランジスタ１１２０〜１１２６に渡させる。更新相互接続１１１６が、作動相互接続１１１４の電圧がＢＣＯＭ相互接続１１１２の電圧にされた後、あまりにも早くアクティブ化された場合、次の状態データの、記憶された次の状態は、減衰するだけの十分な時間がなかったラッチの現在の状態データによって破損される可能性がある。この非重複タイミングは、回路寄生、トランジスタ閾電圧、キャパシタサイズおよび蓄積データ電圧レベルの関数であり得る。たとえば、必要とされる遅れは、約１０μｓであり得る。ただし、この遅延時間は、ディスプレイによっては、かなり長く、または短くなり得る。
【０１１９】
ラッチトランジスタ１１２０〜１１２６を動作させるのに十分なだけ高い中間電圧（たとえば、インバータトランジスタ１１２４および１１２６または１１２０および１１２２の閾電圧の合計にほぼ等しい。レベルは、大幅に小さくてもよく、必要とされるタイミング、寄生電荷注入、詳細なトランジスタ特性などの詳細によって制限される）が、作動相互接続１１１４に印加される。作動相互接続１１４に印加される中間電圧は、次の状態にラッチするのに使われる電力を最小限にするように機能する。いくつかの実装形態では、クロス結合インバータラッチは、全体的な非常駐切替え電力を低減するために、確実に実施され得るような低い中間電圧レベルでラッチされる。データ記憶キャパシタ５３８に記憶されているデータは、トランジスタ１１２０〜１１２６を含むクロス結合インバータラッチにラッチされる。中間電圧の印加は、更新相互接続１１１６をアクティブ化するのと同時、前または後に実施することができる。たとえば、いくつかの実装形態では、作動相互接続１１１４への中間電圧の印加は、完全に更新パルスの後で行ってもよく、中間電圧パルスが、更新電圧パルスと部分的または完全に重なってもよい。いくつかの実装形態において、クロス結合インバータラッチの次の状態の制御は、特にデータラッチの寄生容量が低い場合、２つの状態の重複によって実行される。
【０１２０】
最終的に、更新相互接続１１１６は、接地電位に近づかされ、そうすることによって、シャッターフリップフロップトランジスタ１１３０を非導電「オフ」状態に切り替え、画素５０４のクロス結合インバータラッチから、データ記憶キャパシタ１１３２を分離する。作動相互接続１１１４をフル電圧まで上昇させる前に更新相互接続１１１６を非アクティブ化することによって、データ記憶キャパシタ１１３２をフル作動電圧まで充電させないことにより、多大な電力が節約される。
【０１２１】
いくつかの実装形態において、シャッターフリップフロップトランジスタ１１３０を全くもたないことが可能である。この場合、データローディング動作は、ラッチ状態を、行単位でロードされるときに直接変化させることになる。これは、ラッチ状態を判断するためのより低いデータ電圧を可能にするために、作動相互接続１１１４を、適切な中間レベルまで、もしくは概算的に接地電位まで、次いで、行単位でも中間レベルまで同時に下げることによって、またはデータローディング動作全体中にディスプレイ全体に対する作動相互接続１１１４を適切な中間レベルまで下げることによって起こり得る。あるいは、電力が問題ではなく、または電力が二次的問題になる程作動電圧が十分に低い場合、データ電圧は、フル作動電圧レベル以上でよく、作動相互接続１１１４は、ラッチを所望の状態に強制するように、フルＶatで維持される。また、シャッターフリップフロップトランジスタ１１３０をなくすことによって、レイアウト面積が節約され得る。
【０１２２】
データが転送され、ラッチ状態が更新されると、制御マトリクス１１００は、シャッター１１０１を次の状態に作動させることに進む。
【０１２３】
最初に、作動相互接続１１１４は、フル作動電圧Ｖatにさせられる。フル作動電圧は、シャッターを片側または反対側に作動させ、次のフレームアドレス指定周期まで、シャッターをその位置に保持するのに必要とされる電圧であり得る。ラッチ状態は早期にセットされたので、各インバータ（１１２４および１１２６または１１２０および１１２２）内には、直列した２つのトランジスタを通る、作動相互接続１１４からの伝導経路がない。したがって、シャッター容量および様々な寄生容量の作動を命じることを意図された電流のみが流され、結果として電力消散が最小限になる。
【０１２４】
２つの画素中のラッチ回路に最接近しているアクチュエータ１１０４ａおよび１１０２ｂが、ラッチ回路内のトランジスタに、異なるように配線されることは、図１１の観察によって明白である。画素Ａのための下部アクチュエータ１１０４ａは、シャッター閉充電トランジスタ１１２０ａおよびシャッター閉放電トランジスタ１１２２ａに接続され、それゆえ、ラッチ回路のシャッター閉状態に応答するように配線される。対照的に、画素Ｂのための下部アクチュエータ１１０２ｂは、シャッター開充電トランジスタ１１２４ｂおよびシャッター開放電トランジスタ１１２６ｂに接続され、したがって、ラッチ回路のシャッター開状態に応答するように配線される。この方式において、画素Ａ中の制御回路は、対応するデータ相互接続１１１４ａからシャッター閉コマンドを受信すると、シャッター１１０１ａを、開口１１０３ａの下、およびにそれに向かって駆動するように構成され、画素Ｂ中の制御回路は、対応するデータ相互接続１１１４ｂからシャッター閉コマンドを受信すると、シャッター１１０１ｂを、開口１１０３ｂの上、およびそれに向かって駆動するように構成されることが明白である。このようにして、同じシャッター閉コマンドが、シャッター１１０１を、どのグループ「Ａ」または「Ｂ」に画素が属すかに従って、異なる方向に移動させ得る。
【０１２５】
図１１の制御回路は、同じアクティブ状態（「閉」または「開」状態のいずれか）に向かう移動のためのコマンドを受信すると、２つの異なる方向に移動することによって応答する２つの画素グループを各々が含む、多くの代替画素配列用に構成され得る。「Ａ」および「Ｂ」画素の２つのグループは、変調器の交替行、交替列、交替クラスタに配列され、または画素アレイ全体にわたってランダムにも配列され得る。シャッター閉作動信号を受信したときの、特定のシャッターについての動き方向を指定するのに必要とされるのは、そのシャッターのアクチュエータの配線を、ラッチ回路内の２つのデータ状態のうちのいずれか一方に配列することだけである。
【０１２６】
代替実装形態において、制御回路は、２つの異なる動き方向を遂行するために、２つの画素グループ（「Ａ」および「Ｂ」）の各々についての固有のレイアウトも配線パターンも必要としない。画素動きの、あらかじめ指定された交替配列の制御は、制御マトリクスに送られる前の、画素データの事前処理により遂行され得る。この実装形態では、画素の２つの異なる空間関係は、依然として、所定のやり方で、たとえば、図９Ａまたは図９Ｂに示すように、画素中の開口の位置を交替させることによって、フォトマスクにレイアウトされる。シャッターと、画素中の開口との間の空間関係により、第１のアクティブ状態に向かって移動するためのコマンドに応じて必要とされるプリセット動き方向が決定する。この実装形態では、ただし、データプロセッサが、アレイ中の画素の各々についての動きのプリセット方向のマップを記憶する。画素を第１のアクティブ状態にセットするためのコマンドを受信すると、データプロセッサは、アレイ中の画素の各々について、第１のアクティブ状態に達するのに、どの動き方向が必要とされるかを、メモリから判断する。この情報に依存して、データプロセッサは次いで、その画素についての第１のアクティブ状態に対応するために、どの動き方向がプリセットされているかに依存して、画素の各々に「上方移動」または「下方移動」コマンドを送る。代替実装形態では、データプロセッサは、「左移動」対「右移動」方向でもよく「時計回り移動」対「反時計回り移動」方向でもよい、アレイ中の画素を作動させるための２つのプリセット方向に対応する他のタイプの動きを判断する。
【０１２７】
本明細書で開示する装置および方法は、その精神または本質的な特性から逸脱することなく他の特定の形で実施され得る。前述した実装形態は、それゆえ、すべての点において限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]  基板と、
前記基板上に形成される開口アレイと、
前記開口アレイに空間的に対応して形成されるＭＥＭＳ光変調器アレイとを備え、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイが、
第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第１のＭＥＭＳ光変調器グループと、
第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に駆動されるように構成された第２のＭＥＭＳ光変調器グループであって、前記第２の方向が、前記第１の方向とは実質的に異なる、第２のＭＥＭＳ光変調器グループとを含む、ディスプレイ。
[２]  前記第１の方向および前記第２の方向が平面上の反対方向である、[１]に記載のディスプレイ。
[３]  前記第２の方向が、前記第１の方向に相対して約９０度回転される、[１]に記載のディスプレイ。
[４]  前記第２の方向が、前記第１の方向に相対して約６０度回転される、[１]に記載のディスプレイ。
[５]  前記第２の方向が、前記第１の方向に関して約４５度回転される、[１]に記載のディスプレイ。
[６]  前記光変調器アレイが、前記第１および第２の光変調器グループの交替行グループを含み、各グループが１つまたは複数の行を含む、[１]に記載のディスプレイ。
[７]  前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の大体の厚さよりも小さい、[６]に記載のディスプレイ。
[８]  前記光変調器アレイが、前記第１および第２の光変調器グループの交替列グループを含み、各グループが１つまたは複数の列を含む、[１]に記載のディスプレイ。
[９]  前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の大体の厚さよりも小さい、[８]に記載のディスプレイ。
[１０]  前記光変調器アレイが、前記第１および第２の光変調器グループの交替クラスタを含み、各クラスタが少なくとも１つの光変調器を備える、[１]に記載のディスプレイ。
[１１]  前記光変調器アレイが、前記第１および第２の光変調器グループのランダム化配列を含む、[１]に記載のディスプレイ。
[１２]  前記アレイ中の各ＭＥＭＳ光変調器がシャッターを含む、[１]に記載のディスプレイ。
[１３]  前記第１および第２の光変調器グループが、対応する開口に部分的に光を通させる第３の状態を含む、[１]に記載のディスプレイ。
[１４]  前記光変調器アレイにデータおよび作動電圧を送信するための、ドライバチップと、コントローラマトリクスとを含むコントローラをさらに含む、[１]に記載のディスプレイ。
[１５]  前記コントローラマトリクスが、前記光変調器を前記遮光状態から前記光透過状態に移すための制御信号に応答して、前記第１の光変調器グループを前記第１の方向に、前記第２の光変調器グループを前記第２の方向に作動させるように構成される、[１４]に記載のディスプレイ。
[１６]  前記コントローラが、前記アレイ中の各光変調器について、前記第１および第２の移動方向のどちらが、前記光透過状態に達するのに適しているかをメモリに記憶する、[１４]に記載のディスプレイ。
[１７]  前記基板が透明基板である、[１]に記載のディスプレイ。
[１８]  ディスプレイを製造するための方法であって、
基板上に開口アレイを形成することと、
前記第１のＭＥＭＳ光変調器グループ中の前記光変調器が、第１の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に第１のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることと、
前記第２のＭＥＭＳ光変調器グループ中の前記光変調器が、第２の方向の移動により、遮光状態から光透過状態に作動するように構成されるように、前記開口アレイに空間的に対応して、前記基板上に第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることであって、前記第２の方向が前記第１の方向とは実質的に異なる、組み立てることとを備える方法。
[１９]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１の方向および前記第２の方向が平面上の反対方向になるように前記光変調器を組み立てることを含む、[１８]に記載の方法。
[２０]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを製造することが、前記第２の方向が前記第１の方向に相対して約９０度回転されるように前記光変調器を組み立てることを含む、[１８]に記載の方法。
[２１]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第２の方向が前記第１の方向に相対して約６０度回転されるように前記光変調器を組み立てることを含む、[１８]に記載の方法。
[２２]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第２の方向が前記第１の方向に相対して約４５度回転されるように前記光変調器を組み立てることを含む、[１８]に記載の方法。
[２３]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および第２の光変調器グループの交替行グループを組み立てることを含み、各グループが１つまたは複数の行を含む、[１８]に記載の方法。
[２４]  前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の大体の厚さよりも小さい、[２３]に記載の方法。
[２５]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および第２の光変調器グループの交替列グループを組み立てることを含み、各グループが１つまたは複数の列を含む、[１８]に記載の方法。
[２６]  前記２つの光変調器グループの間の交替の空間的周期が、前記基板の大体の厚さよりも小さい、[２５]に記載の方法。
[２７]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および第２の光変調器グループの交替クラスタを組み立てることを含み、各クラスタが少なくとも１つの光変調器を備える、[１８]に記載の方法。
[２８]  前記第１および第２のＭＥＭＳ光変調器グループを組み立てることが、前記第１および第２の光変調器グループのランダム化配列を組み立てることを含む、[１８]に記載の方法。
[２９]  前記光変調器アレイにデータおよび作動電圧を送信するための制御マトリクスを前記基板上に組み立てることと、前記制御マトリクスにコントローラを電気結合することとをさらに備え、前記コントローラが、前記アレイ中の各ＭＥＭＳ光変調器について、前記第１および第２の移動方向のどちらが前記光透過状態に達するのに適しているかを記憶するためのメモリを含む、[１８]に記載の方法。
[３０]  前記基板が透明基板である、[１８]に記載の方法。
[３１]  光を変調して、基板上の開口アレイと、前記開口アレイに空間的に対応して配列されたＭＥＭＳ光変調器アレイとを含むディスプレイ上に画像を形成するためのシステムであって、
第１の方向での前記ＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第１のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させるための手段と、
第２の方向での前記ＭＥＭＳ光変調器の移動を開始することによって、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイ中の第２のＭＥＭＳ光変調器グループを、遮光状態から光透過状態に作動させるための手段であって、前記第２の方向が前記第１の方向とは実質的に異なる手段とを備えるシステム。
[３２]  前記第１の方向および前記第２の方向が平面上の反対方向である、[３１]に記載のシステム。
[３３]  前記第２の方向が、前記第１の方向に相対して約９０度回転される、[３１]に記載のシステム。
[３４]  前記第２の方向が、前記第１の方向に関して約４５度回転される、[３１]に記載のシステム。
[３５]  前記アレイ中の各ＭＥＭＳ光変調器について、前記第１および第２の移動方向のどちらが、前記光透過状態に達するのに適しているか判断するための手段と、前記ＭＥＭＳ光変調器アレイにデータおよび作動電圧を送信するための手段とをさらに備える、[３１]に記載のシステム。
[３６]  前記基板が透明基板である、[３１]に記載のシステム。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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