(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置であって、
複数の光透過領域を画定する第１の反射面と、
前記複数の光透過領域の方へ光を反射するための、前記第１の反射面に対して平行もしくは全面が傾斜して配置された第２の反射面、または前記第１の反射面に対向して配置された凹面状の第２の反射面と、
前記第１および第２の反射面の間に形成されたキャビティの実質的に全体にわたって光を分散させるための光ガイドと、
前記第１の反射面と前記ディスプレイ装置の前面との間に位置し、前記複数の光透過領域を選択的に遮り、それにより前記ディスプレイ装置上にピクセルを形成するための光変調器のアレイと
を備え、
前記光変調器のアレイは、前記第１の反射面から、約１００μｍ未満のギャップによって隔てられ、
前記光変調器のアレイ内の光変調器は、ＭＥＭＳ光変調器を含み、前記ＭＥＭＳ光変調器のそれぞれは可動シャッタを含み、
前記ＭＥＭＳ光変調器のそれぞれは第１の柔軟な電極及びそれに対向する第２の柔軟な電極を有するアクチュエータを含み、
前記第１の柔軟な電極及び前記第２の柔軟な電極の一方が前記可動シャッタに接続して移動可能に支持し、前記第１の柔軟な電極と前記第２の柔軟な電極との間に電圧を印加すると、前記第１の柔軟な電極と前記第２の柔軟な電極とが静電引力により変形して引き寄せあい、それにより前記可動シャッタを移動させる、ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記反射面のうちの１つは、反射鏡、誘電体反射鏡、および金属膜のうちの１つから形成される、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光透過領域のうちの少なくとも１つは、アパーチャを備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光透過領域のうちの少なくとも１つは、対応するフィルタを有する、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光変調器のアレイ内の光変調器は、別個に制御可能および一括して制御可能のうちの１つである、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１および第２の反射面の間の空間は、実質的に透明なキャビティを画定する、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記第１の反射面は、前記第２の反射面に、実質的に平行であり、対向する、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記光変調器のアレイは、平面内に配置された複数のシャッタを備え、前記シャッタのうちの少なくとも１つは、前記複数の光透過領域のうちの対応する１つを通した光の通過を許可する実質的に前記平面内の第１の位置と、第２の反射面から反射された光を遮るための実質的に前記平面内の第２の位置とを有する、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１の反射面は、前記光ガイドの表面上に配置される、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
基板を備え、前記基板上に前記光変調器のアレイが配置される、
請求項９に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記基板は、実質的に透明である、
請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記基板は、実質的に不透明であり、
前記基板は、前記第１の反射面内の前記複数の光透過領域に対応する複数のアパーチャを画定する、
請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記ギャップを維持するためのスペーサを備える、
請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記ギャップを満たす流体を備える、
請求項１３に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記光ガイドは、前記基板に結合される、
請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
基板を備え、前記基板上に前記第１の反射面と前記光変調器のアレイとが配置される、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記第１の反射面は、反射膜を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第２の反射面は、前記光ガイドの、前記第１の反射面に最も近い側とは反対の側上に配置される、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記光ガイドは、前記光ガイドから出る光の方向を変えるための複数の散乱点を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記光ガイド内に光を導入するための光源を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
基板を備え、前記基板上に前記第１の反射面が配置される、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記基板は、実質的に透明である、
請求項２１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記光ガイドと前記基板とを相互に所定の距離だけ離して維持し、それによりギャップを形成するためのスペーサを備える、
請求項２１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記基板と前記光ガイドとの間の前記ギャップを満たす流体を備える、
請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記ギャップは、約１０μｍ以下である、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記第１の反射面は、誘電体膜を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記光ガイドは第１の屈折率を有し、前記ディスプレイ装置は、さらに、前記光ガイドと前記第１の反射面との間に配置された前記第１の屈折率より低い屈折率を有する膜を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
前記光変調器のアレイ内の光変調器は、別個に制御可能および一括して制御可能のうちの１つである、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記第１および第２の反射面の間の前記キャビティは、実質的に透明なキャビティを画定する、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記基板は、実質的に不透明であり、
前記基板は、前記第１の反射面内の前記複数の光透過領域に対応する複数のアパーチャを画定する、
請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記光ガイドは、前記光ガイドから出る光の方向を変えるための複数の散乱点を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３２】
前記第１の反射面は、誘電体膜を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３３】
前記光ガイドは第１の屈折率を有し、前記ディスプレイ装置は、さらに、前記光ガイドと前記第１の反射面との間に配置された前記第１の屈折率より低い屈折率を有する膜を備える、
請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３４】
ディスプレイ装置であって、
複数の光透過領域を画定する第１の反射層と、
前記複数の光透過領域の方へ光を反射するための、前記第１の反射層に対して平行もしくは全面が傾斜して配置された第２の反射層、または前記第１の反射層に対向して配置された凹面状の第２の反射層と、
前記ディスプレイ装置のピクセルを照明するために前記第１および第２の反射層の間に形成されたキャビティの実質的に全体にわたって光を分散させるための光ガイドと、
前記第１の反射層と前記ディスプレイ装置の前面との間に位置し、前記複数の光透過領域を選択的に遮り、それにより前記ディスプレイ装置上にピクセルを形成するための光変調器のアレイと、
を備え、
前記第１の反射層は、前記光ガイドの表面上に直接配置され、
前記光変調器のアレイ内の光変調器は、ＭＥＭＳ光変調器を含み、前記ＭＥＭＳ光変調器のそれぞれは可動シャッタを含み、
前記ＭＥＭＳ光変調器のそれぞれは第１の柔軟な電極及びそれに対向する第２の柔軟な電極を有するアクチュエータを含み、
前記第１の柔軟な電極及び前記第２の柔軟な電極の一方が前記可動シャッタに接続して移動可能に支持し、前記第１の柔軟な電極と前記第２の柔軟な電極との間に電圧を印加すると、前記第１の柔軟な電極と前記第２の柔軟な電極とが静電引力により変形して引き寄せあい、それにより前記可動シャッタを移動させる、ディスプレイ装置。
【請求項３５】
前記反射層のうちの１つは、反射鏡、誘電体反射鏡、および金属膜のうちの１つから形成される、
請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【請求項３６】
前記光透過領域のうちの少なくとも１つは、アパーチャを備える、
請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記第１の反射層は、前記光ガイドの表面上に配置される、
請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は、空間光変調の分野に関し、特に、改良されたバックライトを有するディスプレイに関する。
【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の、魅力的な代替選択肢である。機械的光変調器は、映像コンテンツを、良好な視野角と、広範なカラーおよびグレースケールとを伴って表示するために十分高速である。機械的光変調器は、投写型ディスプレイの適用例において成功を収めてきた。機械的光変調器を使用するバックライト付きディスプレイが、輝度と低電力との十分に魅力的な組み合わせであることはまだ示されていない。透過モードで動作させられる場合、１０〜２０％の範囲内の開口率を有する、多くの機械的光変調器は、バックライトからの利用可能な光のうちの１０〜２０％を、画像の生成のために、見る人へ提供することができるのみである。メカニカルアパーチャをカラーフィルタと組み合わせた場合、光学的効率は約５％に、すなわち、現在のカラー液晶ディスプレイで得られる効率と変わらない値に減少する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
向上した発光効率を有する、低電力のディスプレイが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に記載する装置および方法は、改良された発光効率を有する機械的光変調器を提供し、メカニカルアクチュエータを、携帯型および大面積ディスプレイにおける使用のために魅力的にする。場合によっては、バックライトに結合された機械的変調器の透過率または光学的効率は、４０〜６０％のレベルまで、あるいは、液晶ディスプレイにおいて典型的である値よりも１０倍効率的に、改良される可能性がある。さらに、本明細書に記載する装置および方法は、ディスプレイの輝度を向上し、ディスプレイ適用例における所要電力を減らすために、光変調機構に関係なく、小型の高解像度ディスプレイ内に組み込まれることが可能である。
本明細書に記載する光変調器は、明るく、かつ低電力でありうる携帯型ビデオディスプレイを可能にする。光変調器は、カラーフィルタに依拠する代わりに、タイムシーケンシャルカラー技術（ｔｉｍｅ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｌｏｒ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を使用してカラー画像を提供するために、十分高速に切り換えられることが可能である。ディスプレイは、メカニカルシャッタ組立体と、アレイのアドレス指定のために必要な電気的接続との両方を形成するための、わずか３つの機能層を使用して構築されてもよい。
【０００５】
一態様では、本発明は、第１の反射面と第２の反射面とを含む、空間光変調器に関する。第１の反射面は、アパーチャ、フィルタ、または液晶成分などの、いくつかの光透過領域を画定する。第２の反射面は、第１の反射面に少なくとも部分的に面し、第１の反射面によって画定される光透過領域の方へ光を反射する。反射面は、反射鏡、誘電体反射鏡、または機能性薄膜であってもよい。一実施形態では、第１の反射面は、第２の反射面に平行、または実質的に平行である。別の実施形態では、反射面は、少なくとも部分的に相互に交差する。第１の反射面と第２の反射面との間の空間は、実質的に透明な光キャビティの領域を画定する。
【０００６】
一実施形態では、空間光変調器は、光透過領域を選択的に遮るための、光変調器のアレイを含む。遮ることは、以下に限定されるものではないが、部分的にまたは完全に、光をブロックすること、反射すること、偏向させること、吸収すること、あるいはその他の方法で、光が空間光変調器の意図された見る人に到達するのを妨げることを含んでもよい。一実施形態では、光変調器のアレイは、第１の反射面を含む。光変調器のアレイ内の光変調要素の１つの特徴は、それらが個別に制御可能であるということである。一実施形態では、光変調要素は、ＭＥＭＳベースのシャッタ組立体であってもよく、任意選択で、双安定な、または変形可能なシャッタであってもよい。シャッタ組立体は、一実装では、１つの方向からシャッタに当たる光を吸収するために第１の膜を使用してコーティングされ、そして、別の方向からシャッタに当たる光を反射するために第２の膜を使用してコーティングされた、シャッタを含む。一実施形態では、シャッタは、１つの位置では、対応する光透過領域を光が通過するのをシャッタが実質的に妨げ、第２の位置では、光透過領域を光が通過するのをシャッタが許可するように、平面内を移動する。別の実施形態では、シャッタは、それらが含まれるシャッタ組立体のアレイによって画定される平面から、少なくとも部分的に、離れて移動する。実質的に平面内にある間、シャッタは、対応する光透過領域を光が通過するのを妨げる。実質的に平面から離れている間、シャッタは、光透過領域を光が通過するのを許可する。別の実施形態では、光変調器のアレイは、複数の液晶セルを含む。
【０００７】
別の実施形態では、空間光変調器は、光キャビティ全体にわたって光を分散させるための光ガイドを含む。反射面は、光ガイドの前面および後面上に直接配置されてもよい。あるいは、前部反射面は、光変調器のアレイが上に配置される別個の基板上に配置されてもよい。同様に、第２の反射面は、光ガイドの後ろ側に直接結合されてもよく、または、第３の面に取り付けられてもよい。
【０００８】
光変調器のアレイが上に形成される基板は、透明または不透明であってもよい。不透明基板の場合、アパーチャは、光透過領域を形成するために、基板を貫通してエッチングされる。基板は、光ガイドに直接結合されてもよく、または、１つ以上のスペーサまたは支持体を使用して光ガイドから隔てられてもよい。さらなる実施形態では、空間光変調器は、拡散体または輝度強化膜を含む。空間光変調器は、さらに、発光ダイオードなどの光源を含んでもよい。
【０００９】
別の態様では、本発明は、画像を形成する方法に関する。方法は、反射型光キャビティ内に光を導入するステップを含む。反射型キャビティは、複数の光透過領域を含み、その光透過領域を通して、光は反射型光キャビティから脱出することが可能である。方法は、さらに、導入された光が、光透過領域のうちの少なくとも１つを通して、反射型光キャビティから脱出することを許可することによって、画像を形成するステップを含む。一実施形態では、光の脱出は、光透過領域を光が通過するのを妨げるか、または光が通過するのを許可する、光変調器のアレイによって調節される。別の実施形態では、方法は、複数の異なるカラー光源を交互に照射することによって、カラー画像を形成するステップを含む。さらなる実施形態では、方法は、遮られていない光透過領域に当たる環境光の少なくとも一部分を反射するステップを含む。
【００１０】
さらに別の態様では、本発明は、空間光変調器を製造する方法に関し、第１および第２の対向する側を有する、内部に光が導入されることが可能な、実質的に透明なキャビティを形成するステップを含む。方法は、さらに、第１の反射面を、透明キャビティの第１の側に、第１の反射面が透明キャビティの内部に面するように結合するステップを含む。複数の光透過領域が、第１の反射面内に形成される。さらに、方法は、第２の反射面を、透明キャビティの第２の側に、第２の反射面が透明キャビティの内部に面するように結合するステップを含む。
【００１１】
別の態様では、本発明は、環境光を受け入れ、そして、少なくとも１つの基板上に形成されたシャッタを、受け入れた環境光を選択的に反射して画像を形成するように配置することによって、画像を形成する方法に関する。
【００１２】
本発明の目的は、ディスプレイのコントラスト比および輝度を増加させるために、機械的光変調器の表面上に、または機械的光変調器の表面を通して光を集中させるための、集光装置のアレイを利用する、ディスプレイのための装置および方法を提供することである。
【００１３】
一態様では、本発明は、見る人に画像を表示するためのディスプレイに関する。ディスプレイは、光変調器のアレイと、光変調器のアレイと見る人との間に配置された反射型光ファンネルのアレイとを含む。反射型光ファンネルのアレイは、光変調器のアレイ内の光変調器のうちの各１つの上に、光を集中させる。一実施形態では、光変調器のアレイは、画像を表示するために、見る人の方へ光を選択的に反射させる。別の実施形態では、光変調器のアレイは、画像を表示するために、見る人の方への光を選択的に変調する。
【００１４】
別の態様では、本発明は、反射型または透過型光変調器のアレイを形成することによって、ディスプレイを製造する方法に関する。方法は、さらに、実質的に透明な材料のシート内に凹部のアレイを形成することによって、反射型光ファンネルのアレイを形成するステップを含む。各凹部は、上部と、下部と、壁とを有する。反射型光ファンネルのアレイを形成するステップは、さらに、凹部の壁上に反射膜を蒸着し、そして、凹部の下部における光開口部を、凹部の上部の直径よりも小さな直径をその光開口部が有するように形成するステップを含む。あるいは、反射型光ファンネルのアレイは、透明材料内にファンネル形状の物体のアレイを形成し、ファンネル形状の物体の壁の外側に反射膜を使用してコーティングすることによって形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
システムおよび方法は、以下の図面を参照することにより、以下の例示的説明から、より良く理解することができる。
【図１Ａ】本発明の例示的実施形態による、光変調器のアレイの等角投影概念図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的実施形態による、図１Ａの光変調器のアレイ内に含まれるシャッタ組立体の断面図である。
【図１Ｃ】本発明の例示的実施形態による、図１Ｂのシャッタ組立体のシャッタ層の等角図である。
【図１Ｄ】図１Ａの光変調アレイなどの、光変調アレイのさまざまな機能層の上面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による、空間光変調器内で使用するための光キャビティの断面図である。
【図３Ａ】本発明の例示的実施形態による、代替のシャッタ組立体設計の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的実施形態による、代替のシャッタ組立体設計の断面図である。
【図３Ｃ】本発明の例示的実施形態による、代替のシャッタ組立体設計の断面図である。
【図３Ｄ】本発明の例示的実施形態による、代替のシャッタ組立体設計の断面図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による、第１のコーティングされたシャッタを有するシャッタ組立体の断面図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、第２のコーティングされたシャッタを有するシャッタ組立体の断面図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、弾性アクチュエータを有するシャッタ組立体の断面図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、変形シャッタを有するシャッタ組立体の断面図である。
【図８Ａ】本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、不透明基板上に構築されたシャッタ組立体の断面図である。
【図８Ｂ】本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、不透明基板上に構築されたシャッタ組立体の断面図である。
【図９】本発明の例示的実施形態による、液晶ベースの空間光変調器の断面図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、第１のシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、第２のシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態による、第３、第４、第５、および第６の例示的なシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態による、第３、第４、第５、および第６の例示的なシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態による、第３、第４、第５、および第６の例示的なシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１２Ｄ】本発明の実施形態による、第３、第４、第５、および第６の例示的なシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１３】本発明の例示的実施形態による、第７のシャッタベースの空間光変調器の断面図である。
【図１４Ａ】本発明の例示的実施形態による、２つの追加の空間光変調器の断面図である。
【図１４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、２つの追加の空間光変調器の断面図である。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、追加のシャッタ組立体の断面図である。
【図１６】本発明の例示的実施形態による、さらなる空間光変調器の断面図である。
【図１７】本発明の実施形態による、例示的な半透過型シャッタ組立体である。
【図１８】本発明の実施形態による、第２の例示的な半透過型シャッタ組立体である。
【図１９】本発明の例示的実施形態による、前部反射型シャッタ組立体の断面図である。
【図２０】本発明の例示的実施形態による、光変調アレイのアレイから形成される、より大きな規模のディスプレイの等角図である。
【図２１Ａ】ピクセルのアレイをアドレス指定するために、ディスプレイ装置１００内に含めるのに適した、アクティブ制御マトリクス２１００の概略図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａの制御マトリクスを含む、ピクセルのアレイの部分の等角図である。
【図２２】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置の概念等角図である。
【図２３】本発明の例示的実施形態による、図２２のディスプレイ装置の、個々のシャッタおよびピクセル組立体の部分断面図である。
【図２４Ａ】本発明の例示的実施形態による、さまざまな作動状態における、図２２および図２３のディスプレイ装置のシャッタ層の上面図である。
【図２４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、さまざまな作動状態における、図２２および図２３のディスプレイ装置のシャッタ層の上面図である。
【図２５】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置内にシャッタ組立体を配置するための概念タイリング図を示す、図２２〜図２４Ｂのディスプレイ装置のシャッタ層の、図２２の等角図に類似した、等角図である。
【図２６Ａ】本発明の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２６Ｂ】本発明の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２６Ｃ】本発明の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２６Ｄ】本発明の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２７Ａ】本発明の別の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２７Ｂ】本発明の別の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２７Ｃ】本発明の別の例示的実施形態による、さまざまな製造段階における、図２２〜図２５のディスプレイ装置の集光子アレイ層の部分断面図である。
【図２８】本発明の例示的実施形態による、図２２〜図２７Ｃのディスプレイ装置の、個々のシャッタおよびピクセル組立体の部分等角断面図である。
【図２９】本発明の例示的実施形態による、半透過型ディスプレイとして実装された、図２２〜図２８のディスプレイ装置の、個々のシャッタおよびピクセル組立体の部分等角断面図である。
【図３０】本発明の例示的実施形態による、透過型ディスプレイとして実装された、図２２〜図２８のディスプレイ装置の、個々のシャッタおよびピクセル組立体の部分等角断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の全体的な理解を提供するために、ここで、光を空間的に変調するための装置および方法を含む、特定の例示的実施形態を説明する。ただし、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、扱われる適用例にとって適切なように適合および修正されてもよいということと、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、他の適切な適用例の中で使用されてもよいということと、そのような他の追加および修正は、本明細書の範囲を逸脱するものではないということが、当業者によって理解されるであろう。
【００１７】
図１Ａは、本発明の例示的実施形態による、光変調器のアレイ１００（「光変調アレイ１００」とも呼ばれる）の等角投影概念図である。光変調アレイ１００は、行および列内に配置された複数のシャッタ組立体１０２ａ〜１０２ｄ（一般に「シャッタ組立体１０２」）を含む。一般に、シャッタ組立体１０２は、開および閉という、２つの状態を有する（ただし、グレースケールを伝えるために、部分的な開きが使用されてもよい）。シャッタ組立体１０２ａおよび１０２ｄは、開状態になっており、光の通過を許可している。シャッタ組立体１０２ｂおよび１０２ｃは、閉状態になっており、光の通過を妨げている。シャッタ組立体１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することにより、光変調アレイ１００は、ランプ１０５によって照射される、投射型またはバックライト付きディスプレイで画像１０４を形成するために利用されてもよい。光変調アレイ１００内の、各シャッタ組立体は、画像１０４内のピクセル１０６に対応している。代替の実装では、光変調アレイは、各ピクセルについて、３つの色固有シャッタ組立体を含む。ピクセルに対応する色固有シャッタ組立体のうちの１つ以上を選択的に開くことによって、シャッタ組立体は、画像内にカラーピクセルを生成してもよい。
【００１８】
各シャッタ組立体１０２の状態は、パッシブマトリクスアドレス指定方式を使用して制御されてもよい。各シャッタ組立体１０２は、列電極１０８と、２つの行電極１１０ａ（「行開電極（ｒｏｗ  ｏｐｅｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」）および１１０ｂ（「行閉電極（ｒｏｗ  ｃｌｏｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」）とによって制御される。光変調アレイ１００内で、所与の列内のすべてのシャッタ組立体１０２は、１つの列電極１０８を共有する。行内のすべてのシャッタ組立体は、共通の行開電極１１０ａおよび共通の行閉電極１１０ｂを共有する。アクティブマトリクスアドレス指定方式もまた可能である。（薄膜トランジスタアレイによってピクセルおよびスイッチングの電圧が制御される）アクティブマトリクスアドレス指定は、印加された電圧が、ビデオフレームの周期全体を通して安定したやり方で維持される必要がある状況において有用である。アクティブマトリクスアドレス指定を使用した実装は、ピクセルにつき１つのみの行電極を使用して構築されることが可能である。
【００１９】
パッシブマトリクスアドレス指定方式では、シャッタ組立体１０２の状態を閉状態から開状態に変えるためには、すなわち、シャッタ組立体１０２を開くためには、光変調アレイ１００は、シャッタ組立体１０２が配置されている光変調アレイ１００の列に対応する列電極１０８に電位を印加し、そして、シャッタ組立体１０２が配置されている光変調アレイ１００内の行に対応する行開電極１１０ａに、場合によっては反対の極性を有する、第２の電位を印加する。シャッタ組立体１０２の状態を開状態から閉状態に変えるためには、すなわち、シャッタ組立体１０２を閉じるためには、光変調アレイ１００は、シャッタ組立体１０２が配置されている光変調アレイ１００の列に対応する列電極１０８に電位を印加し、そして、シャッタ組立体１０２が配置されている光変調アレイ１００内の行に対応する行閉電極１１０ｂに、場合によっては反対の極性を有する、第２の電位を印加する。一実装では、シャッタ組立体は、所定のスイッチングしきい値を超える、列電極と、行電極１１０ａまたは１１０ｂのうちの１つとに印加される電位の差に応じて状態を変える。
【００２０】
画像を形成するためには、一実装では、光変調アレイ１００は、各シャッタ組立体１０２の状態を、一度に一行ずつ、順番に設定する。所与の行について、光変調アレイ１００は、最初に、対応する行閉電極１１０ｂに電位を印加し、すべての列電極１０８に電位のパルスを印加することによって、行内の各シャッタ組立体１０２を閉じる。次に、光変調アレイ１００は、行開電極１１０ａに電位を印加し、行内の開かれるべきシャッタ組立体を含む列についての列電極１０８に電位を印加することによって、光を通過させるべきであるシャッタ組立体１０２を開く。１つの代替の動作モードでは、シャッタ組立体１０２の各行を順次閉じる代わりに、光変調アレイ１００内のすべての行が、画像１０４を形成するための適切な位置に設定された後で、光変調アレイ１００は、すべての行閉電極１１０ｂおよびすべての列電極１０８に一斉に電位を印加することによって、すべてのシャッタ組立体１０２を同時に、全体的にリセットする。別の代替の動作モードでは、光変調アレイ１００は、シャッタ組立体１０２のリセットをなしで済ませて、後続の画像１０４を表示するために状態を変える必要があるシャッタ組立体１０２の状態のみを変更する。
【００２１】
列電極１０８と、行電極１１０ａおよび１１０ｂとに加えて、各シャッタ組立体は、シャッタ１１２と、アパーチャ１１４とを含む。画像１０４内のピクセル１０６を照明するためには、シャッタは、光が、見る人に向けて、大きな障害は何もなしに、アパーチャ１１４を通過することを許可するように配置される。ピクセルを点灯されていないままにするためには、シャッタ１１２は、アパーチャ１１４を通した光の通過を妨げるように配置される。アパーチャ１１４は、各シャッタ組立体内の、列電極１０８などの反射性材料を貫通してエッチングされた領域によって画定される。アパーチャ１１４は、誘電体材料によって満たされてもよい。
【００２２】
図１Ｂは、シャッタ組立体１０２の追加の特徴を示す、図１Ａのシャッタ組立体１０２のうちの１つの断面図（図１Ｄ内の、以下の線Ａ−Ａ’を参照）である。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、シャッタ組立体１０２は、光変調アレイ１００の他のシャッタ組立体１０２と共有される、基板１１６上に構築される。基板１１６は、最大約２０００行および最大約２０００列内に配置された、４，０００，０００ものシャッタ組立体を支持してもよい。
【００２３】
上述のように、シャッタ組立体１０２は、列電極１０８と、行開電極１１０ａと、行閉電極１１０ｂと、シャッタ１１２と、アパーチャ１１４とを含む。列電極１０８は、基板１１６上に蒸着された、反射性金属の実質的に連続的な層である、列金属層（ｃｏｌｕｍｎ  ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ）１１８から形成される。列金属層１１８は、光変調アレイ１００内のシャッタ組立体１０２の列についての、列電極１０８として働く。列金属層１１８の連続性は、１つの列電極１０８を、光変調アレイ１００の他の列内のシャッタ組立体１０２の列電極１０８から、電気的に絶縁するために中断される。上記のとおり、各シャッタ組立体１０２は、光透過領域を形成するために列金属層１１８を貫通してエッチングされた、アパーチャ１１４を含む。
【００２４】
シャッタ組立体は、誘電体材料または金属の、１つ以上の間にはさまれた層によって、列金属層１１８から隔てられた、行金属層（ｒｏｗ  ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ）１２０を含む。行金属層１２０は、光変調アレイ１００内のシャッタ組立体１０２の行によって共有される、２つの行電極１１０ａおよび１１０ｂを形成する。行金属層１２０は、さらに、列金属層１１８内の、アパーチャ１１４の上以外のギャップを通過する光を反射する働きをする。列金属層および行金属層の厚さは、約０．１〜約０．２ミクロンである。（以下で説明する）図１Ｄに示すような、代替の実装では、シャッタ組立体１０２内で、行金属層１２０は、列金属層１１８の下に配置されてもよい。
【００２５】
シャッタ組立体１０２は、シャッタ１１２を含む、シャッタ層１２２と呼ばれる第３の機能層を含む。シャッタ層１２２は、金属または半導体から形成されてもよい。金属または半導体ビア１２４が、列金属層１１８と、行金属層１２０の行電極１１０ａおよび１１０ｂとを、シャッタ層１２２上のフィーチャに電気的に接続する。シャッタ層１２２は、潤滑剤、真空、または空気によって行金属層１２０から隔てられ、それにより、シャッタ１１２に動きの自由が提供される。
【００２６】
図１Ｃは、本発明の例示的実施形態による、シャッタ層１２２の等角図である。図１Ｂおよび図１Ｃの両方を参照すると、シャッタ層１２２は、シャッタ１１２に加えて、４つのシャッタアンカー１２６と、２つの行アンカー１２８ａおよび１２８ｂと、それぞれが２つの対向するコンプライアントビームからなる、２つのアクチュエータ１３０ａおよび１３０ｂとを含む。シャッタ１１２は、遮断部分１３２と、任意選択で、図１Ｃに示すような、シャッタアパーチャ１３４とを含む。開状態では、シャッタ１１２がアパーチャ１１４から離れているか、またはシャッタアパーチャ１３４がアパーチャ１３４の上に配置されており、それにより、光がシャッタ組立体１０２を通過することが許可される。閉状態では、遮断部分１３２がアパーチャの上に配置されており、シャッタ組立体１０２を通した光の通過が妨げられる。代替の実装では、シャッタ組立体１０２は追加のアパーチャ１１４を含んでもよく、シャッタ１１２は複数のシャッタアパーチャ１３４を含んでもよい。例えば、シャッタ１１２は、一連の狭いスロットを有するシャッタアパーチャ１３４を使用して設計されてもよく、シャッタアパーチャ１３４の総面積は、図１Ｃに示す１つのシャッタアパーチャ１３４の面積と等しくてもよい。そのような実装では、開状態と閉状態との間で動くために、シャッタに要求される移動は、大幅に減らされてもよい。
【００２７】
各アクチュエータ１３０ａおよび１３０ｂは、２つの対向するコンプライアントビームから形成される。コンプライアントビームの第１のペアである、シャッタアクチュエータビーム１３５は、シャッタ１１２の各端を、シャッタ組立体１０２の各隅に配置されたシャッタアンカー１２６に、物理的および電気的に接続する。シャッタアンカー１２６は、さらに、列金属層１１８に電気的に接続される。コンプライアントビームの第２のペアである、行アクチュエータビーム１３６ａおよび１３６ｂは、行アンカー１２８ａおよび１２８ｂのそれぞれから伸びる。行アンカー１２８ａは、ビアを介して、行開電極１１０ａに電気的に接続される。行アンカー１２８ｂは、ビアを介して、行閉電極１１０ｂに電気的に接続される。シャッタアクチュエータビーム１３５と行アクチュエータビーム１３６ａおよび１３６ｂと（総称して「アクチュエータビーム１３５および１３６」）は、Ａｕ、Ｃｒ、またはＮｉなどの蒸着された金属から、または、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコンなどの蒸着された半導体から、または、埋め込み酸化物の上に形成される場合は、単結晶シリコン（シリコンオンインシュレータとしても知られている）から形成される。アクチュエータビーム１３５および１３６は、アクチュエータビーム１３５および１３６がコンプライアントであるように、幅約１〜約２０ミクロンの寸法にパターニングされる。
【００２８】
図１Ｄは、本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ１００’のさまざまな機能層の上面図である。光変調アレイ１００’は、さまざまな完成段階における１２のシャッタ組立体１０２’ａ〜１０２’ｌを含む。シャッタ組立体１０２’ａおよび１０２’ｂは、光変調アレイ１００’の列金属層１１８’のみを含む。シャッタ組立体１０２’ｃ〜１０２’ｆは、光変調アレイ１００’の行金属層１２０’（すなわち、行開電極および行閉電極）のみを含む。シャッタ組立体１０２’ｇおよび１０２’ｈは、列金属層１１８’および行金属層１２０’を含む。図１Ｂのシャッタ組立体１０２とは対照的に、列金属層１１８’は、行金属層１２０’の上に蒸着される。シャッタ組立体１０２’ｉ〜ｌは、シャッタ組立体１０２’の３つの機能層である、行金属層１２０’と、列金属層１１８’と、シャッタ金属層１２２’とをすべて示す。シャッタ組立体１０２’ｉおよび１０２’ｋは、閉じられており、これは、シャッタ組立体１０２’ｉおよび１０２’ｋ内に含まれるシャッタアパーチャ１３４’を通して、列金属層１１８’が見えることによって示されている。シャッタ組立体１０２’ｊおよび１０２’ｌは、開状態にあり、これは、シャッタアパーチャ１３４’内で、列金属層１１８’内のアパーチャ１１４’が見えることによって示されている。
【００２９】
他の代替実施形態では、シャッタ組立体は、ピクセルにつき、（例えば、１〜１０の）複数のアパーチャと、対応するシャッタおよびアクチュエータとを含んでもよい。このシャッタ組立体の状態を変更する際の、作動させられるアクチュエータの数は、印加されるスイッチング電圧に依存してもよく、あるいは、スイッチング電圧の受け入れのために選択される行および列電極の特定の組み合わせに依存してもよい。最小および最大のスイッチング電圧の間の途中のスイッチング電圧を提供することによって、アナログ形式でアパーチャの部分的な開きが可能にされる実装も可能である。これらの代替の実装は、グレースケールを生成する改良された手段を提供する。
【００３０】
シャッタ組立体１０２の作動に関しては、シャッタ組立体１０２の列電極１０８への電位の印加に応じて、シャッタアンカー１２６と、シャッタ１１２と、シャッタアクチュエータビーム１３５とが、印加された電位によって、同様に付勢される。行電極１１０ａまたは１１０ｂのうちの１つに電圧印加する際には、対応する行アンカー１２８ａまたは１２８ｂと、対応する行アクチュエータビーム１３６ａまたは１３６ｂも電圧が印加される。結果としてもたらされる、行アクチュエータビーム１３６ａおよび１３６ｂと、その対向するシャッタアクチュエータビーム１３５との間の電位差が、所定のスイッチングしきい値を超えた場合、行アクチュエータビーム１３６ａまたは１３６ｂは、その対向するシャッタアクチュエータビーム１３５を引き寄せ、それにより、シャッタ組立体１０２の状態を変える。
【００３１】
アクチュエータビーム１３５および１３６が相互に引き寄せられるにつれて、それらは曲がるか、または形状を変える。アクチュエータビーム１３５および１３６の各ペア（すなわち、行アクチュエータビーム１３４ａまたは１３４ｂと、その対向するシャッタアクチュエータビーム１３５）は、平行な形状または曲率を有して相互に引き寄せられるか、または、それらの曲率に反対の符号を有して、安定したやり方で離れたまま維持されるかの、２つの交互の、安定した形態の曲率のうちの１つを有することが可能である。したがって、各ペアは、機械的に双安定である。アクチュエータビーム１３５および１３６の各ペアは、１つはシャッタ１１２が「開」位置、そして第２はシャッタ１１２が「閉」位置の、２つの位置において安定である。アクチュエータビーム１３５および１３６が安定位置のうちの１つに到達したら、シャッタ１１２をその安定位置に維持するために、列電極１０８にも、行電極１１０ａまたは１１０ｂのいずれにも、いかなる電力も、いかなる印加電圧も印加される必要はない。シャッタ１１２を安定位置の外に移動させるには、所定のしきい値を超える電圧が印加される必要がある。
【００３２】
シャッタ組立体１０２の開および閉位置の両方がエネルギー的に安定ではあるとはいえ、一方の安定位置は、もう一方の安定位置よりも低いエネルギー状態を有してもよい。一実装では、シャッタ組立体１０２は、閉位置が、開位置よりも低いエネルギー状態を有するように設計される。すべて黒の画像にも対応する、その最低の応力状態にアレイ全体を戻すためには、したがって、任意のまたはすべてのピクセルに、低いエネルギーのリセットパルスが印加されてもよい。
【００３３】
光変調アレイ１００およびその構成要素のシャッタ組立体１０２は、リソグラフィ、エッチング技術（ウェットケミカル、ドライ、およびフォトレジスト除去など）、シリコンの熱酸化、電気めっきおよび無電界めっき、拡散プロセス（ホウ素、リン、ヒ素、およびアンチモンの拡散など）、イオン打ち込み、膜蒸着（蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）（フィラメント、電子ビーム、フラッシュ、シャドウイング、およびステップカバレージ）、スパッタリング、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、エピタキシ（気相、液層、および分子線）、電気めっき、スクリーン印刷、およびラミネーションなど）を含む、当業界で周知の標準的なマイクロマシニング技術を使用して形成される。概要については、Ｊａｅｇｅｒ著、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｍａｓｓ．  １９８８）と、Ｒｕｎｙａｎら著、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｍａｓｓ．  １９９０）と、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８７〜１９９８と、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ＆  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ、Ｗａｓｈ．  １９９７）とを参照されたい。
【００３４】
より詳細には、（通常は、金属と誘電体とが交互になった）複数の材料層が、基板の上に蒸着されて、スタックを形成する。１つ以上の材料層がスタックに追加された後で、スタックから除去されるべき、またはスタック上に残るべき材料を示すパターンが、スタックの一番上の層に適用される。ウェットおよび／またはドライエッチを含む、さまざまなエッチング技術が、次に、不要な材料を除去するために、パターン付きスタックに適用される。エッチの化学的性質、スタック内の層、およびエッチが適用される時間の長さに基づいて、エッチプロセスは、スタックの１つ以上の層から材料を除去してもよい。製造プロセスは、層形成、パターニング、およびエッチングの、複数回の繰り返しを含んでもよい。
【００３５】
プロセスは、さらに、解除ステップを含む。結果としてもたらされる装置内で部品が移動するための自由度を提供するために、犠牲層が、スタック内の、完成した装置内の移動部品を形成する材料に隣接して、間に配置される。エッチによって、犠牲材料のほとんどが除去され、それにより、部品は自由に移動できるようになる。
【００３６】
解除の後は、移動部品間で接触時に電荷が移動しないように、移動するシャッタの表面が絶縁される。これは、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４などの絶縁体の、熱酸化および／またはコンフォーマル化学気相蒸着法によって、あるいは、同様の材料を、原子層蒸着などの技術を使用して蒸着することによって達成されてもよい。絶縁された表面は、接触している表面間の摩擦（スティクション）などの問題を防ぐために、絶縁された表面のフッ素化または水素化などの化学転化プロセスによって、化学的に保護される。
【００３７】
図２は、本発明の例示的実施形態による、空間光変調器内で使用するための光キャビティ２００の断面である。光キャビティ２００は、前部反射面２０２と後部反射面２０４とを含む。前部反射面２０２は、光透過領域２０６のアレイを含み、光透過領域２０６を通して、光２０８は、光キャビティ２００を脱出することが可能である。光２０８は、１つ以上の光源２１０から光キャビティ２００に入る。光２０６は、光透過領域２０６のうちの１つを通して反射されるまで、前部および後部反射面２０２および２０４の間で反射される。追加の反射面が、光キャビティ２００の側面に沿って追加されてもよい。
【００３８】
前部および後部反射面２０２および２０４は、一実装では、ガラスまたはプラスチック基板上に、金属または半導体を蒸着することによって形成される。他の実装では、反射面２０２および２０４は、基板上に積み重ねられる一連の薄膜のうちの１つとして蒸着される誘電体膜の上に、金属または半導体を蒸着することによって形成される。反射面２０２および２０４は、約５０％を超える反射率を有する。例えば、反射面２０２および２０４は、７０％、８５％、９６％、またはそれよりも高い反射率を有してもよい。
【００３９】
より滑らかな基板と、よりきめの細かい金属とによって、より高い反射率がもたらされる。滑らかな表面は、ガラス基板を研磨することによって、またはプラスチックを滑らかな壁を有する形態に成型することによって得られてもよい。あるいは、ガラスまたはプラスチックは、液体／空気界面の静置（settling）によって滑らかな表面が形成されるように、注型されてもよい。含有物のない、きめの細かい金属膜は、スパッタリング、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、イオンプレーティング、レーザアブレーション、または化学気相蒸着法を含む、いくつかの蒸着技術によって形成されてもよい。この反射型適用例のための効果的な金属としては、以下に限定されるものではないが、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、および／またはその合金が挙げられる。
【００４０】
あるいは、反射面は、光キャビティ２００内の光ガイドと、その上に蒸着される一連の薄膜のうちのいずれかとの間に、低い屈折率の誘電体材料を介在させることによって形成されてもよい。光ガイドと薄膜との間の屈折率の変化は、光ガイド内での内部全反射の条件をもたらし、それにより、十分に低い入射角の入射光は、ほぼ１００％の効率で反射されてもよい。
【００４１】
代替案では、反射面２０２および２０４は、誘電体反射鏡などの、反射鏡から形成されてもよい。誘電体反射鏡は、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料とが交互になった誘電体薄膜のスタックとして製造される。屈折率が変化する各界面から、入射光の一部が反射される。誘電体層の厚さを、波長の、いくらかの固定された割合または倍数に制御することによって、そして、複数の平行な界面からの反射を加算することによって、９８％を超える反射率を有する最終的な反射面を生成することが可能である。一部の誘電体反射鏡は、９９．８％よりも大きな反射率を有する。誘電体反射鏡は、可視域内のあらかじめ指定された範囲の波長を受け入れるように、そして、あらかじめ指定された範囲の入射角を受け入れるように、カスタム設計されてもよい。誘電体膜スタック内の滑らかさを製造者が制御できる限り、これらの条件下での９９％を超える反射率が可能である。スタックは、約２０〜約５００の膜を含んでもよい。
【００４２】
別の代替案では、第１および第２の反射面２０２および２０４は、別個の構成要素として、光キャビティ２００内に含まれる。研磨されたステンレス鋼またはアルミニウムの薄板は、この目的のために十分であってもよい。さらに、プラスチックの連続シートまたはロールの表面上に、反射性金属面または誘電体反射鏡を生成することも可能である。反射性プラスチックのシートは、次に、光キャビティ２００内の他の構成要素に取り付けまたは付着されてもよい。
【００４３】
光透過領域２０６は、ピクセルを形成するためにアレイ状に配置され、ピクセルから画像が形成される。例示的実施形態では、光透過領域２０６は、約１００〜約３５０ミクロンの間隔をおいて配置される。光透過領域は、長円形または長方形の形状で、大きい方の寸法は約５０〜約３００ミクロン、狭い方の寸法は２〜１００ミクロンであるが、他の形状およびサイズが適していてもよい。投射型ディスプレイの場合、ピッチはわずか２０ミクロンであってもよく、アパーチャ幅はわずか５ミクロンであってもよい。光透過領域２０６によって占められる前部反射面２０２の面積と、前部反射面２０２の総面積との間の比率は、本明細書では、透過比率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅｎｅｓｓ  ｒａｔｉｏ）と呼ばれる。光キャビティ２００の例示的実装は、約５％〜約５０％の透過比率を有する。通常、そのような低い透過比率を有する空間光変調器は、使用可能な画像を形成するには不十分な光しか放射しない。光キャビティ２００からのより大きな光２０８の放射を確実にするために、前部および後部反射面２０２および２０４は、反射された光２０８が光透過領域２０６を通過するまで、または、光２０８が反射によってエネルギーを失うまで、光２０８を前後に何度も反射する。より高い反射率の表面によって、より多くの光２０８が光キャビティ２００から脱出して画像を形成することがもたらされる。以下の表１は、光透過領域２０６を通って脱出する、光キャビティ２００に導入された光２０８のパーセンテージを、いくつかの透過比率／反射率のペアについて、（効率に関して）示す。
【００４４】
【表１】
0005936916.tif 000002
【００４５】
光キャビティ２００が、透過型ディスプレイの基礎を形成するために使用される場合、１つ以上の光源２１０が、光キャビティ２００内に光を導入する。光源（１つ以上）２１０は、例えば、米国特許第４，８９７，７７１号明細書および米国特許第５，００５，１０８号明細書で開示された任意のタイプを含む、任意の適切なタイプであってもよく、これらの開示の全体は、参照により本明細書に組み入れられるものとする。特に、光源（１つ以上）２１０は、アーク灯、白熱電球（さらに、色付き、フィルタ付き、または塗装済みであってもよい）、レンズエンドバルブ（ｌｅｎｓ  ｅｎｄ  ｂｕｌｂ）、ラインライト、ハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＥＤからのチップ（ｃｈｉｐ  ｆｒｏｍ  ａｎ  ＬＥＤ）、ネオン管、蛍光管、遠隔光源から伝達する光ファイバライトパイプ、レーザまたはレーザダイオード、あるいは、任意のその他の適切な光源であってもよい。さらに、光源は、所望の色または白の光出力分布を提供するために、多色ＬＥＤ、または複数色の放射源２１０の組み合わせであってもよい。例えば、さまざまな色（赤、青、緑）のＬＥＤ、または複数色のチップを有する１つのＬＥＤなどの、複数の着色光が、各個別の着色光の強度を変化させることによって白色光または任意のその他の着色光出力分布を作成するために使用されてもよい。光キャビティ２００から遠ざかるように放射された光２０８を、光キャビティ２００の方へ反射させるための反射器が、光源２１０に隣接して配置されてもよい。一実装では、１つは赤の光源２１０、１つは緑の光源２１０、そして１つは青の光源２１０の、３つの光源２１０が、２０〜６００Ｈｚの範囲内の周波数で交代しながら、光２０８を光キャビティ２００内に順に導入する。１００Ｈｚを超えるレートは、一般に、人間の目が検出できるレートよりも速く、したがって、カラー画像が提供される。
【００４６】
図３Ａは、開位置にあるシャッタ組立体３００の線形断面図である。シャッタ組立体３００は、約０．３ｍｍ〜約２ｍｍの厚さを有する透明基板３０２上に形成される。基板３０２は、例えば、ガラスまたはプラスチックで作られてもよい。適切なガラスには、ホウケイ酸ガラス、あるいは、摂氏４００度以上の処理温度に耐えることが可能な、その他のガラスが含まれる。基板３０２のための適切なプラスチックには、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＥＴＦ）、あるいは、２００℃を超える処理温度に耐えることが可能な、その他の実質的に透明なプラスチックが含まれる。その他の候補となる基板材料には、８００℃を超える処理温度に耐えると理解される、石英およびサファイアが含まれる。
【００４７】
シャッタ組立体３００の、「列金属層」３０４と呼ばれる、最下層は、図２の光キャビティの前部反射面２０２として働く。シャッタ組立体３００の製造プロセス中に、アパーチャ３０６が列金属層３０４を貫通してエッチングされて、図２の光透過領域２０６などの、光透過領域が形成される。アパーチャ３０６は、一般に、円形、楕円形、多角形、蛇行形状、または不規則な形であってもよい。アパーチャは、光変調アレイ内の特定のシャッタ組立体３００専用の領域の、約５％〜約２５％を占める。アパーチャ３０６における以外は、列金属層３０４は実質的に連続している。アパーチャ３０６は、誘電体材料３０７で満たされる。シャッタ組立体３００内に含めるのに適した誘電体の例としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌ２Ｏ３が挙げられる。
【００４８】
次の層は、列金属層３０４を、上の層に配置される行電極３０８ａおよび３０８ｂから分離する、誘電体材料３０７によって大部分が構成される。誘電体層３１６の厚さは、０．３〜１０ミクロンであってもよい。シャッタ組立体３００の最上層は、シャッタアンカー３１２と、２つの行アンカー３１３と、２つのアクチュエータと、シャッタ３１０とを含む。シャッタ組立体３００の断面は、行アクチュエータビームが行アンカー３１３と交わり、シャッタアクチュエータビームがシャッタ３１０と交わる位置において取られているため（例えば、図１Ｄの線Ｂ−Ｂ’を参照されたい）、アクチュエータのビームは図示されていない。シャッタ３１０が自由に動くことができるように、最上層は、アンカー３１２によって、下の層の上で支持される。
【００４９】
代替の実装では、行電極３０８ａおよび３０８ｂは、シャッタ組立体３００内の、列金属層３０４よりも下の層に配置される。別の実装では、シャッタ３１０およびアクチュエータは、列金属層３０４、または行電極３０８ａおよび３０８ｂの、いずれかよりも下の層に配置されてもよい。
【００５０】
図１Ｂに関連して説明したように、シャッタ組立体内に含まれるアクチュエータは、機械的に双安定であるように設計されてもよい。あるいは、アクチュエータは、１つのみの安定位置を有するように設計されてもよい。すなわち、何らかの形態の作動力の印加がない場合、そのようなアクチュエータは、開または閉のいずれかの、所定の位置に戻る。そのような実装においては、シャッタ組立体３００は１つの行電極３０８を含み、その行電極に電圧ガ印加された場合、アクチュエータは、シャッタ３１０を押すかまたは引いて、その安定位置から出るようにさせる。
【００５１】
図３Ｂは、本発明の例示的実施形態による、開位置における、第２の代替のシャッタ組立体３００’の断面図である。第２のシャッタ組立体３００’は、基板３０２’と、列金属層３０４’と、アパーチャ３０６’と、行電極３０８ａ’および３０８ｂ’と、シャッタ３１０’と、２つのアクチュエータと、シャッタアンカー３１２’と、２つの行アンカー３１３’とを含む。シャッタ組立体３００’の断面は、行アクチュエータビームが行アンカー３１３’と交わり、シャッタアクチュエータビームがシャッタ３１０’と交わる位置において取られているため、アクチュエータのビームは図示されていない。（例えば、図１Ｄの線Ｂ−Ｂ’を参照されたい）。
【００５２】
シャッタ組立体３００’では、列金属層３０４’内に追加のギャップがエッチングされる。ギャップは、列金属層３０４’の各部分に異なる電圧が印加されることが可能なように、列金属層３０４’の異なる部分を電気的に分離する。例えば、列金属層３０４’と、行電極３０８ａ’および３０８ｂ’との間に、それらのオーバーラップの結果として発生する可能性がある、寄生容量を減らすために、行電極３０８ａ’および３０８ｂ’と、アンカー３１２’とのすぐ下に位置する、列金属層３０４’の区画３１４に、電圧が選択的に印加されてもよい。
【００５３】
図３Ｃは、本発明の例示的実施形態による、別の第３の代替のシャッタ組立体３００’’の断面図である。シャッタ組立体３００’’は、基板３０２’’と、列金属層３０４’’と、アパーチャ３０６’’と、行電極３０８ａ’’および３０８ｂ’’と、シャッタ３１０’’と、２つのアクチュエータと、シャッタアンカー３１２’’と、２つの行アンカー３１３’’とを含む。シャッタ組立体３００’’の断面は、行アクチュエータビームが行アンカー３１３’’と交わり、シャッタアクチュエータビームがシャッタ３１０’’と交わる位置において取られているため、アクチュエータのビームは図示されていない。（例えば、図１Ｄの線Ｂ−Ｂ’を参照されたい）。シャッタ組立体３００’’は、基板３０２’’上に配置された反射膜３１６を含む。反射膜３１６は、シャッタ組立体３００’’を組み込んだ光キャビティのための、前部反射面として働く。光透過領域を提供するために反射膜３１６内に形成されるアパーチャ３０６’’を除いて、反射膜３１６は実質的に連続している。誘電体層３１８が、反射膜３１６を列金属層３０４’’から分離する。少なくとも１つの追加の誘電体層３１８が、列金属層３０４’’を、２つの行電極３０８ａ’’および３０８ｂ’’から分離する。行電極３０８ａ’’および３０８ｂ’’と、列金属層３０４’’との間に形成される可能性がある潜在的静電容量を減らすために、第３の代替のシャッタ組立体３００’’の製造プロセス中に、列金属層３０４’’がエッチングされて、行電極３０８ａ’’および３０８ｂ’’の下に配置された金属が除去される。列金属層３０４’’内に形成されるギャップ３２０は、誘電体で満たされる。
【００５４】
図３Ｄは、本発明の例示的実施形態による、閉位置における、さらなる代替のシャッタ組立体３００’’’の断面図である。第４の代替のシャッタ組立体３００’’’は、基板３０２’’’と、列金属層３０４’’’と、アパーチャ３０６’’’と、行電極３０８ａ’’’および３０８ｂ’’’と、シャッタ３１０’’’と、２つのアクチュエータと、シャッタアンカー３１２’’’と、２つの行アンカー３１３’’’とを含む。シャッタ組立体３００’’’の断面は、行アクチュエータビームが行アンカー３１３’’’と交わり、シャッタアクチュエータビームがシャッタ３１０’’’と交わる位置において取られているため、アクチュエータのビームは図示されていない。（例えば、図１Ｄの線Ｂ−Ｂ’を参照されたい）。以前に示したシャッタ組立体１０２、３００、３００’、および３００’’とは対照的に、第４の代替のシャッタ組立体３００’’’の構築において使用された誘電体材料のほとんどは、１つ以上のエッチングステップによって除去される。
【００５５】
シャッタ組立体３００’’’の移動部品間の、摩擦を減らし、スティクションを防止するために、以前に誘電体材料によって占められていた空間は、潤滑剤によって満たされてもよい。潤滑剤流体は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度と、好ましくは約２．０を超える大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍを超える誘電破壊強度とを有するように設計される。そのような機械的および電気的特性は、シャッタを開位置と閉位置との間で移動させるために必要な電圧を減らすことにおいて効果的である。一実装では、潤滑剤は、好ましくは約１．５未満の、低い屈折率を有することが好ましい。別の実装では、潤滑剤は、基板３０２の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な潤滑剤としては、以下に限定されるものではないが、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコン油、フッ素化シリコン油、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼンが挙げられる。
【００５６】
図４は、本発明の例示的実施形態による、コーティングされたシャッタ４０２を有するシャッタ組立体４００の断面図である。シャッタ組立体４００は、図３Ａのシャッタ組立体３００の全般的構造を有するとして示されている。ただし、シャッタ組立体４００は、上記のシャッタ組立体１０２、３００、３００’、３００’’、または３００’’’の、あるいは下記の任意のその他のシャッタ組立体の、いずれの形態を取ってもよい。
【００５７】
シャッタ４０２が閉位置にある場合に、シャッタ組立体４００を通して光４０６を反射させるために、反射膜４０４が、シャッタ４０２の底部を覆う。適切な反射膜４０４としては、以下に限定されるものではないが、Ａｌ、Ｃｒ、またはＮｉの滑らかな蒸着が挙げられる。そのような膜４０４の蒸着は、膜４０４の厚さが約０．２ミクロンよりも大きい場合、シャッタの、９５％またはそれよりも高い反射率を提供する。あるいは、アモルファスまたは多結晶Ｓｉは、滑らかな誘電体表面上に蒸着された場合、この適用例において有用であるための十分に高い反射率を提供することが可能である。
【００５８】
シャッタ組立体４００の上部に当たる環境光４１０の反射を減らすために、シャッタ４０２の上部は、光吸収膜４０８で覆われる。光吸収膜４０８は、粗い表面または多孔性の表面を作る方法で、Ｃｒ、Ｎｉ、あるいはＡｕまたはＳｉなどの、いくつかの金属の蒸着および／または陽極酸化から形成されてもよい。あるいは、光吸収膜４０８は、光吸収色素を含む、アクリルまたはビニル樹脂を含んでもよい。シャッタ組立体４００の代替の実装では、吸収膜４０８は、シャッタ組立体４００の上面の全体に、または実質的に全体に適用される。
【００５９】
図５は、本発明の例示的実施形態による、第２のコーティングされたシャッタ５０２を有するシャッタ組立体５００の断面図である。シャッタ組立体５００は、図３Ａの第１の代替のシャッタ組立体３００の全般的構造を有するとして示されている。ただし、シャッタ組立体は、上記のシャッタ組立体１０２、３００、３００’、３００’’、および３００’’’の、あるいは下記の任意のその他のシャッタ組立体の、いずれの形態を取ってもよい。シャッタ組立体５００では、シャッタ５０２の上部および下部の両方が、光吸収膜４０８などの、光吸収膜５０４で覆われる。シャッタ５０２の底部の光吸収膜５０４は、閉位置におけるシャッタ５０２に衝突する光を吸収する。シャッタ組立体５００を含む、図２の光キャビティ２００などの、光キャビティの場合、光キャビティを出る光の強度は、形成される画像に依存しない。すなわち、光の強度は、開または閉位置にあってもよいシャッタの割合とは無関係である。
【００６０】
図６は、本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ１０２などの、光変調アレイ内で使用するための、弾性的に作動させられるシャッタ組立体６００の断面図である。弾性的に作動させられるシャッタ組立体６００は、金属列層６０２と、１つの行電極６０４と、弾性要素６０６と、シャッタ６０８とを含む。弾性要素６０６は、シャッタ６０８を、列金属層６０２内の対応するアパーチャ６１０から離れた開位置に維持する、復元力を提供する。開位置では、光６１２がアパーチャ６１０を通過することが可能である。１つの行電極６０４へのスイッチング電圧の提供は、弾性要素６０６の力に対抗し、それにより、シャッタ６０８を、アパーチャ６１０上の閉位置に置く。閉位置では、シャッタ６０８は、光６１２がアパーチャ６１０を通して出るのを妨げる。代替の実装では、シャッタ組立体６００は、シャッタ６０８が閉じられた後で、シャッタ６０８が開くことなしに行電極６０４が消勢されてもよいように、シャッタ６０８を閉位置に固定するための、ラッチを含んでもよい。シャッタ６０８を開くためには、ラッチが解除される。シャッタ組立体６００のさらに別の実装では、弾性アクチュエータは、シャッタ６０８を閉位置に維持する傾向がある。行電極６０４に電圧を印加すると、シャッタ６０８は開位置に移動する。
【００６１】
図７は、本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、変形可能なシャッタ７０１を有するシャッタ組立体７００の断面図である。シャッタ組立体７００は、基板７０８上に形成された、列金属層７０２と、１つの行電極７０４とを含む。変形シャッタ７０１は、開閉のために、シャッタ組立体７００の一方の側から、シャッタ組立体７００のもう一方の側へ平行移動する代わりに、行電極７０４の電圧印加に応じて変形する。変形シャッタ７０１は、変形シャッタ７０１が残留応力を保持するように形成され、結果として、変形シャッタ７０１は、それが含まれている光変調アレイの平面から離れて丸まる傾向を有する。行電極７０４と列金属層７０２との間にスイッチング電圧をかけることによって、変形シャッタ７０１は、基板７０８の方へ引き寄せられ、それにより、列金属層７０２内に形成されたアパーチャ７１０を覆う。変形可能な、または蝶番タイプのアクチュエータは、当業界で、例えば、米国特許第４，５６４，８３６号明細書および米国特許第６，７３１，４９２号明細書で述べられている。
【００６２】
図８Ａは、本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、シリコンなどの、不透明基板８０２を有するシャッタ組立体８００の断面図である。不透明基板８０２は、約２００ミクロン〜約１ｍｍの範囲の厚さを有する。シャッタ組立体８００は、図３Ａのシャッタ組立体３００に類似しているが、シャッタ組立体８００は、図３〜図７で説明したシャッタ組立体３００、３００’、３００’’、３００’’’、４００、５００、６００、または７００のうちのいずれかと実質的に同じ形態を取ってもよい。アパーチャ８０４は、不透明基板８０２の全体を貫通してエッチングされる。一実装では、アパーチャ８０４は、プラズマまたはイオンアシストを使用した、ＣＦＣｌ３ガス内などでの、異方性ドライエッチを使用して形成される。シャッタ組立体８００は、さらに、
不透明基板８０２の、列金属層とは反対の側に蒸着された、反射性コーティング８１０を含んでもよい。
【００６３】
図８Ｂは、本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための、不透明基板８０２’を有する第２のシャッタ組立体８００’の断面図である。図８Ａのシャッタ組立体８００と比較すると、不透明基板８００’の下面がエッチングにより除去され、シャッタ組立体８００’のアパーチャ８０４’の下にキャビティ８０６が形成されている。キャビティ８０６は、より大きな角度範囲からの光が、アパーチャ８０４’を通して脱出することを可能にする。より大きな範囲によって、より明るい画像と、より大きな視野角とが提供される。
【００６４】
図１および図３〜図８で説明したシャッタ組立体は、作動のために静電力に依存する。以下に限定されるものではないが、電磁アクチュエータ、熱弾性アクチュエータ、圧電アクチュエータ、およびエレクトロスティクション（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｉｃｔｉｏｎ）アクチュエータの使用を含む、いくつかの代替のアクチュエータ強制機構が、シャッタ組立体の設計に盛り込まれてもよい。アパーチャを制御可能に遮るために使用されてもよい、その他のシャッタの動きとしては、以下に限定されるものではないが、スライド、回転、曲げ、旋回、蝶番式開閉、またはフラッピングが挙げられ、すべての動きは、反射面の平面内、またはその平面に対して交差する方向のいずれかである。
【００６５】
図９は、液晶ベースの空間光変調器９００の断面図である。液晶ベースの空間光変調器９００は、液晶セル９０２のアレイ９０１を含む。液晶セル９０２は、液晶分子の層９０６の両側に、対向する透明電極９０４のペアを含む。液晶アレイ９０１の一方の側には、液晶ベースの空間光変調器９００は、偏光子９０８を含む。アレイ９０１のもう一方の側には、液晶ベースの空間光変調器９００は、検光子９１０を含む。したがって、介入がない場合、偏光子９０８を通過する光は、検光子９１０によってフィルタリングされ、ブロックされる。透明電極９０４間に電圧がかけられると、電極９０４間の液晶分子９０６が、結果として生じる電場に整列して、偏光子９０８を通過する光の向きを、検光子９１０を通過できるように変える。偏光子９０８は、複数の光透過領域９１３を画定する、前部反射面９１１の上に配置される。アレイ９０１は、光キャビティ２００などの、光キャビティに取り付けられ、カバープレート９１２を含む。カバープレートについては、図１１に関連してさらに詳細に説明する。
【００６６】
各液晶セル９０２は、対応する赤、緑、または青の色固有フィルタを有してもよい。あるいは、色の区別は、図２に関連して上述したように、順に動作する複数のランプによって提供されてもよい。
【００６７】
ほとんどの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、１インチ当たり８０〜１００ドットの解像度を有するように設計され、ピクセル幅は２５０〜３３０ミクロンの範囲内である。そのようなＬＣＤディスプレイの場合、アクティブマトリクスまたは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアドレス指定またはスイッチングを使用しても、液晶ディスプレイの透過比率は７５〜９０％の範囲内である。ただし、所望される画像解像度が１インチ当たり３００〜５００ドットで、ピクセルの直径はわずか５０ミクロンである、高解像度の適用例（例えば、文書ディスプレイまたは投射型ディスプレイの場合）については、ＴＦＴアドレス指定のために必要なオーバヘッドによって、得られる透過比率は約３０〜５０％に制限される可能性がある。したがって、そのような高解像度ディスプレイは、通常、開口率の低下により、それらのより低い解像度の対応物よりも低い発光効率しか得られない。上述のように、光キャビティを使用して液晶ディスプレイを構築することにより、高解像度ＬＣＤディスプレイにおいても、より大きな発光効率を達成することが可能となる。
【００６８】
図１０は、本発明の例示的実施形態による、第１のシャッタベースの空間光変調器１０００の断面図である。シャッタベースの空間光変調器１０００は、光変調アレイ１００２と、光キャビティ１００４と、光源１００６とを含む。光変調アレイ１００２は、図３〜図８で上述したシャッタ組立体３００、３００’、３００’’、３００’’’、４００、５００、６００、７００、８００、または８００’のうちのいずれかを含んでもよい。第１のシャッタベースの空間光変調器１０００内の、光キャビティ１００４は、前面と後面とを有する光ガイド１００８から形成される。前部反射面１０１０は、光ガイド１００８の前面上に直接蒸着され、第２の反射面１０１２は、光ガイド１００８の後面上に直接蒸着される。
【００６９】
光ガイド１００８は、ガラス、あるいは、ポリカーボネートまたはポリエチレンなどの透明プラスチックから形成されてもよい。光ガイド１００８の厚さは、約３００ミクロン〜約２ｍｍである。光ガイド１００８は、光キャビティ１００４内に導入された光１０１４を、前部反射面１０１０の表面全体にわたって実質的に均一に分散させる。光ガイド１００８は、そのような分散を、内部全反射の組によって、および、光散乱要素１０１６の公平な配置によって達成する。光散乱要素１０１６は、光１０１４が、光ガイド１００８から出るように、そして、前部反射面１０１０内に形成された光透過領域１０１９を通るように、方向を変えるのを助けるために、光ガイド１０１８の後ろ側の、中または上に形成されてもよい。
【００７０】
図１１は、本発明の例示的実施形態による、第２のシャッタベースの空間光変調器１１００の断面図である。図１０の第１のシャッタベースの空間光変調器１０００と同様に、第２のシャッタベースの空間光変調器１１００は、光変調アレイ１１０２と、光キャビティ１１０４と、光源１１０６とを含む。さらに、第２の空間光変調器は、カバープレート１１０８を含む。
【００７１】
カバープレート１１０８は、光変調アレイ１１０２を機械的および環境的損傷から保護することを含む、いくつかの機能を果たす。カバープレート１１０８は、ポリカーボネートなどの薄い透明プラスチック、またはガラスシートである。カバープレートは、ブラックマトリクス１１１０とも呼ばれる光吸収性材料を使用してコーティングされ、パターニングされてもよい。ブラックマトリクスは、光吸収色素を含む、厚膜アクリルまたはビニル樹脂として、カバープレート上に蒸着されてもよい。
【００７２】
ブラックマトリクス１１１０は、光キャビティ１１０４内に形成された光透過領域１１１６に実質的に隣接して配置された、パターニングされた光透過領域１１１４内への、入射環境光１１１２を除く、ほとんどすべての入射環境光１１１２を吸収する（環境光は、空間光変調器１１００の外の、見る人の近くからの光である）。ブラックマトリクス１１１０は、それにより、空間光変調器１１００によって形成される画像のコントラストを増加させる。ブラックマトリクス１１１０は、さらに、漏洩的または時間連続的なやり方で放射される場合がある、光キャビティ１１０４から逃げる光を、吸収するために機能してもよい。
【００７３】
一実装では、例えばアクリルまたはビニル樹脂の形態の、カラーフィルタが、カバープレート１１０８上に蒸着される。フィルタは、ブラックマトリクス１１１０を形成するために使用されるのと類似したやり方で蒸着されてもよいが、ただし、フィルタは、光キャビティ１１０４の開いているアパーチャの光透過領域１１１６の上にパターニングされる。樹脂は、赤、緑、または青の色素を使用して交互にドープされてもよい。
【００７４】
光変調アレイ１１０２とカバープレート１１０８との間の間隔は、１００ミクロン未満であり、わずか１０ミクロン以下であってもよい。光変調アレイ１１０２とカバープレート１１０８とは、場合によっては所定の点を除いて、接触しないことが好ましく、その理由は、接触することによって光変調アレイ１１０２の動作が妨げられる可能性があるからである。間隔は、光変調アレイ１１０２内の個々の光変調器の間に配置された、高さ２〜２０ミクロンの、リソグラフィで画定されたスペーサまたはポストによって維持されてもよく、または、間隔は、組み合わせられた装置の端の周囲に挿入された、シートメタルスペーサによって維持されてもよい。
【００７５】
図１２Ａは、本発明の例示的実施形態による、第３のシャッタベースの空間光変調器１２００の断面図である。第３のシャッタベースの空間光変調器１２００は、光キャビティ１２０２と、光源１２０４と、光変調アレイ１２０６とを含む。さらに、第３のシャッタベースの空間光変調器１２０４は、図１１に関連して説明したカバープレート１１０８などの、カバープレート１２０７を含む。
【００７６】
第３のシャッタベースの空間光変調器１２００内の、光キャビティ１２０２は、光ガイド１２０８と、光変調アレイ１２０６の後ろ向き部分とを含む。光変調アレイ１２０６は、独自の基板１２１０上に形成される。光ガイド１２０８および基板１２１０の両方は、それぞれが、前側と後ろ側とを有する。光変調アレイ１２０６は、基板１２１０の前側上に形成される。第２の金属層の形態の、前向きの、後部反射面１２１２は、光ガイド１２０８の後ろ側上に蒸着されて、光キャビティ１２０２の第２の反射面を形成する。あるいは、光キャビティ１２０２は、光ガイド１２０８の後ろ側の背後に、光ガイド１２０８の後ろ側と実質的に向かい合うように配置された、第３の面を含む。そのような実装においては、前向きの、後部反射面１２１２は、光ガイド１２０８の後ろ側上に直接蒸着されるのではなく、空間光変調器１２００の前方を向いた、第３の面上に蒸着される。光ガイド１２０８は、図１０に関連して説明した光散乱要素１０１６などの、複数の光散乱要素１２０９を含む。図１０におけるのと同様に、光散乱要素は、光キャビティ全体にわたるより均一な光の分散を作るために、光ガイド１２０８の後ろ向きの側上に所定のパターンで分散される。
【００７７】
一実装では、光ガイド１２０８と基板１２１０とは、相互に密着して保持される。それらの界面における反射が回避されるように、それらは類似した屈折率を有する材料で形成されることが好ましい。別の実装では、小さなスタンドオフまたはスペーサ材料が、光ガイド１２０８と基板１２１０とを所定の距離だけ離して維持し、それにより、光ガイド１２０８と基板１２１０とを相互に光学的に分離する。光ガイド１２０８と基板１２１０との間に間隔をあけることにより、結果として、光ガイド１２０８と基板１２１０との間にエアギャップ１２１３が形成される。エアギャップは、光ガイド１２０８内での、その前向きの面における内部全反射を促進し、それにより、光散乱要素１２０９のうちのいずれかによって光１２１４が光変調器アレイ１２０６のシャッタ組立体の方へ向けられる前に、光ガイド内での光１２１４の分散が促進される。あるいは、光ガイド１２０８と基板１２１０との間のギャップは、真空、１つ以上の選択された気体、または液体によって満たされてもよい。
【００７８】
図１２Ｂは、本発明の例示的実施形態による、第４のシャッタベースの空間光変調器１２００’の断面図である。図１２Ａの空間光変調器１２００と同様に、第４の空間光変調器１２００’は、光キャビティ１２０２’と、光源１２０４’と、光変調アレイ１２０６’と、図１１に関連して説明したカバープレート１１０８などの、カバープレート１２０７’とを含む。光キャビティ１２０２’は、光変調アレイ１２０６’内の後ろ向きの反射面と、光ガイド１２０８’と、前向きの後部反射面１２１２’とを含む。第３の空間光変調器１２００と同様に、第４の空間光変調器１２００’の光変調アレイ１２０６’は、光ガイド１２０８’から分離した、基板１２１０’上に形成される。
【００７９】
第４の空間光変調器１２００’では、光ガイド１２０８’と基板１２１０’とは、光拡散体１２１８および輝度強化膜１２２０によって隔てられる。拡散体１２１８は、散乱光１２１４’の光角をランダム化して、均一性を向上し、光源１２０４または光変調アレイ１２０６からのゴーストイメージの形成を減らすために役立つ。一実装では、輝度強化膜１２２０は、薄いプラスチックシートとなるように成型され、狭い円錐状の照射となるように光を注ぎ込むように働く、光学プリズムのアレイを含む。輝度強化膜１２２０は、光透過領域１２２２を通って、見る人の方へ斜角で光ガイド１２０８’を離れる光の方向を変え、したがって、同じ入力電力に対して、光学軸に沿った輝度の明らかな増加がもたらされる。
【００８０】
図１２Ｃは、本発明の例示的実施形態による、第５のシャッタベースの空間光変調器１２００’’の断面図である。図１２Ａの空間光変調器１２００と同様に、第５の空間光変調器１２００’’は、光キャビティ１２０２’’と、光源１２０４’’と、光変調アレイ１２０６’’と、図１１に関連して説明したカバープレート１１０８などの、カバープレート１２０７’’とを含む。光キャビティ１２０２’’は、光変調アレイ１２０６’’内の後ろ向きの反射面と、光ガイド１２０８’’と、前向きの後部反射面１２１２’’とを含む。第３の空間光変調器１２００と同様に、第５の空間光変調器１２００’’の光変調アレイ１２０６’’は、光ガイド１２０８’’から分離した、基板１２１０’’上に形成される。
【００８１】
第５の空間光変調器１２００’’では、光ガイド１２０８’’と基板１２１０’’とは、マイクロレンズアレイ１２２４によって隔てられる。マイクロレンズアレイ１２２４は、光透過領域１２２２’を通って、見る人の方へ斜角で光ガイド１２０８’’を離れる光１２１４’’の方向を変え、したがって、同じ入力電力に対して、輝度の明らかな増加がもたらされる。
【００８２】
さらに、第５のシャッタベースの空間光変調器１２００’’内の光変調アレイ１２０６’’は、光ガイド１２０８’’から分離した独自の基板１２１０’’上に形成されるため、光ガイド１２０８’’は、成型可能なプラスチックから構成されてもよく、その理由は、光変調アレイ１２１０’’を構築するために利用可能な製造プロセスを、プラスチックの転移温度が制限することはないからである。したがって、光ガイド１２０８’’は、光キャビティ１２０２’’内に光１２１４’’を導入するために使用される光源１２０４’’を、実質的に封入するように成型されてもよい。光ガイド１２０８’’内への光源１２０４’’の封入は、光ガイド１２０８’’内への光１２１４’’の改良された結合を提供する。同様に、散乱要素１２０９’’は、光ガイド１２０８’’のためのモールド内に直接組み込まれてもよい。
【００８３】
図１２Ｄは、シャッタベースの光変調アレイ１２００’’’の第６の例示的実施形態の断面図である。図１２Ａの空間光変調器１２００と同様に、第６の空間光変調器１２００’’’は、光キャビティ１２０２’’’と、光源１２０４’’’と、光変調アレイ１２０６’’’と、図１１に関連して説明したカバープレート１１０８などの、カバープレート１２０７’’’とを含む。光キャビティ１２０２’’’は、光変調アレイ１２０６’’’内の後ろ向きの反射面と、光ガイド１２０８’’’と、前向きの後部反射面１２１２’’’と、拡散体１２１８’’’と、輝度強化膜１２２０’’’とを含む。
【００８４】
光変調アレイ１２０６’’’とカバープレート１２０７’’’との間の空間は、図３Ｄに関連して説明した潤滑剤などの、潤滑剤１２２４で満たされる。カバープレート１２０７’’’は、エポキシ１２２５を使用して、シャッタ組立体１２０６に取り付けられる。エポキシは、好ましくは約２００Ｃ未満の硬化温度を有さなければならず、好ましくは約５０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有さなければならず、さらに、耐湿性でなければならない。例示的エポキシは、エポキシテクノロジーインク（Ｅｐｏｘｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｉｎｃ．）によって販売されている、ＥＰＯ−ＴＥＫ  Ｂ９０２１−１である。エポキシは、さらに、潤滑剤１２２４を封じ込める働きもする。
【００８５】
シートメタルまたは成型プラスチックの組立体ブラケット１２２６が、カバープレート１２０７’’’と、光変調アレイ１２０６’’’と、光キャビティ１２０２’’’とを、端の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケット１２２６は、組み合わせられた装置に剛性を追加するために、ネジまたはインデントタブを使用して固定される。一部の実装では、光源１２０４’’’は、エポキシ埋め込み用樹脂（ｅｐｏｘｙ  ｐｏｔｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）によって適所に成型される。
【００８６】
図１３は、本発明の例示的実施形態による、第７のシャッタベースの空間光変調器１３００の断面図である。第７のシャッタベースの空間光変調器１３００は、光変調アレイ１３０４が上に形成される基板１３０２と、光ガイド１３０６とを含む。光変調アレイ１３０４は、空間光変調器１３００の光キャビティ１３１０のための前部反射面を含む。反射材料が、後部反射面１３０８として働くように、光ガイドの後ろ側に蒸着または付着される。光ガイド１３０６の後ろ側は、光変調アレイ１３０４内での光の均一な分散を促進するように、光ガイド１３０８の前側に対して傾けられるか、または形作られる。ただし、後部反射面は１３０８は、それでもなお、部分的に、前部反射面に面している。
【００８７】
図１４Ａは、本発明の例示的実施形態による、別の空間光変調器１４００の断面図である。空間光変調器１４００は、光変調アレイ１４０４が上に形成される基板１４０２を含む。光変調アレイは、光キャビティの前部反射面１４０５として働く反射面を含む。空間光変調１４００は、さらに、光変調アレイ１４０４の後ろ側に実質的に面している、後部反射面１４０６を含む。光源１４０８は、光変調アレイ１４０４が上に形成される基板１４０２と、後部反射面１４０６との間に形成される、空間内に配置される。空間は、さらに、実質的に透明なプラスチックで満たされてもよく、その中に光源１４０８が埋め込まれてもよい。
【００８８】
図１４Ｂは、図１４Ａの空間光変調器１４００に類似した、別の空間光変調器１４００’の断面図である。空間光変調器１４００’は、光変調アレイ１４０４’が上に形成される基板１４０２’を含む。光変調アレイ１４０４’は、光キャビティの前部反射面１４０５として働く反射面を含む。空間光変調１４００’は、さらに、後部反射面１４０６’を含む。後部反射面１４０６’は、波形であるか、ざらつきがあるか、または、反射面（すなわち、空間光変調器１４００’の、後部反射面１４０６’、および光変調アレイ１４０４’内に組み込まれた反射面）によって形成される光キャビティ内の光の分散を促進するように形作られる。
【００８９】
図１５は、本発明の例示的実施形態による、光変調アレイ内で使用するための別のシャッタ組立体１５００の断面図である。シャッタ組立体１５００は、基板１５０９上に構築された、金属列層１５０２と、２つの行電極１５０４ａおよび１５０４ｂと、シャッタ１５０６とを含む。シャッタ組立体１５００は、さらに、１つ以上の光散乱要素１５０８を含む。上述のシャッタ組立体の他の実装と同様に、アパーチャ１５１０は、列金属層１５０２を貫通してエッチングされる。光散乱要素１５１０は、基板１５０９の表面の粗面化、コーティング、または処理などによる、基板１５０９の形状または配置における任意の変化を含んでもよい。例えば、光散乱要素は、約１〜約５ミクロンの寸法を有する、列金属１５０２のパターニングの残部を含んでもよい。光散乱要素１５０８は、内部全反射のために基板１５０８内に閉じ込められた光１５１２を取り出すのを助ける。そのような閉じ込められた光１５１２が、散乱要素１５０８のうちの１つに当たると、光１５１２の経路の角度が変化する。光１５１２の経路の角度が十分に鋭くなった場合、光１５１２は基板１５０９を出る。シャッタ１５０６が開位置にある場合、散乱された光１５１２は、アパーチャ１５１０を出て、画像の一部として、見る人へ進んでもよい。
【００９０】
図１６は、本発明の例示的実施形態による、さらに別の空間光変調器１６００の断面図である。空間光変調器１６００は、光キャビティ１６０６の内部に面した、基板１６０４の後面上に形成された、光変調アレイ１６０２を含む。光変調アレイ１６０２を構成する、図３〜図８で説明したシャッタ組立体３００、３００’、３００’’、３００’’’、４００、５００、６００、７００、８００、および８００’、あるいは、図９で説明した液晶セル９０２などの、個々の光変調要素１６０８は、図４および図５を参照して説明したものと比較して、光変調要素１６０８の、光を反射または吸収する側を、逆にするように修正される。
【００９１】
光キャビティ１６０６は、前部反射面１６１０および後部反射面１６１２の両方と、光ガイド１６１４とを含む。光は、光源１６１３によって光キャビティ内に導入される。前部反射面１６１０は、光ガイド１６１４の前向きの面上に配置されて、高反射率の実質的に連続的な層を提供し、さらに、光透過領域１６１６を画定する。前部反射面１６１０は、光変調アレイ１６０２から、透明なギャップ１６１８によって隔てられる。ギャップ１６１８は、好ましくは、光透過領域１６１６の幅よりも狭く、例えば、約１００ミクロン未満である。ギャップ１６１８の幅は、約１０ミクロンの狭さであってもよく、または、さらに狭くてもよい。
【００９２】
一実装では、ギャップ１６１８は、図３Ｄに関連して説明した潤滑剤などの、潤滑剤１６２０で満たされてもよい。潤滑剤１６２０は、光ガイド１６１４からの光の取り出しを促進するために、光ガイド１６１４の屈折率に実質的に一致する屈折率を有してもよい。
【００９３】
空間光変調器１６００は、任意選択で、カバープレートをなしで済ませてもよく、その理由は、シャッタ組立体は、基板１６０４による環境によって保護されるからである。カバープレートが省略される場合、図１１のブラックマトリクス１１１０などの、ブラックマトリクスが、基板１６０４の前向きの面に適用されてもよい。
【００９４】
図１７は、図１０〜図１５で説明した空間光変調器１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、および１５００内に組み込まれてもよい、本発明の例示的実施形態による、半透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）シャッタ組立体１７００の断面図である。半透過型シャッタ組立体１７００は、シャッタ組立体１７００の背後に配置された光源によって放射される光１７０１と、環境光１７０３との両方から画像を形成する。半透過型シャッタ組立体１７００は、金属列層１７０２と、２つの行電極１７０４ａおよび１７０４ｂと、シャッタ１７０６とを含む。半透過型シャッタ組立体１７００は、列金属層１７０２を貫通してエッチングされたアパーチャ１７０８を含む。約１〜約５ミクロンの寸法を有する、列金属層１７０２の部分が、半透過要素（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）１７１０として働くように、アパーチャ１７０８の表面上に残される。光吸収膜１７１２が、シャッタ１７０６の上面を覆う。
【００９５】
シャッタが閉位置にある間、光吸収膜１７１２は、シャッタ１７０６の上面上に当たる環境光１７０３を吸収する。シャッタ１７０６が、図１７に示すように開位置にある間、半透過型シャッタ組立体１７００は、専用光源からの光１７０１と、反射された環境光１７０３との両方が、半透過型シャッタ組立体を通過するのを許可することによって、画像の形成に寄与する。半透過要素１７１０の小さなサイズは、環境光１７０３の反射の、ある程度ランダムなパターンをもたらす。
【００９６】
半透過型シャッタ組立体１７００は、ブラックマトリクス１７１６を含むカバープレート１７１４を使用して覆われる。ブラックマトリクスは光を吸収し、それにより、覆われていないアパーチャ１７０８から反射される環境光１７０３を除き、環境光１７０３が見る人へ反射されることを実質的に防止する。
【００９７】
図１８は、図１０〜図１５で説明した空間光変調器１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、および１５００内に組み込まれてもよい、本発明の例示的実施形態による、第２の半透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）シャッタ組立体１８００の断面図である。半透過型シャッタ組立体１８００は、金属列層１８０２と、２つの行電極１８０４ａおよび１８０４ｂと、シャッタ１８０６とを含む。半透過型シャッタ組立体１８００は、列金属層１７０２を貫通してエッチングされたアパーチャ１８０８を含む。約５〜約２０ミクロンの寸法を有する、列金属層１８０２の少なくとも一部分が、半透過要素（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）１８１０として働くように、アパーチャ１８０８の表面上に残る。光吸収膜１８１２が、シャッタ１８０６の上面を覆う。シャッタが閉位置にある間、光吸収膜１８１２は、シャッタ１８０６の上面上に当たる環境光１８０３を吸収する。シャッタ１８０６が開位置にある間、半透過要素１８１０は、アパーチャ１８０８に当たる環境光１８０３の部分を、見る人の方へ反射する。半透過要素１８１０の、半透過要素１７１０と比較してより大きな寸法によって、見る人の背後からの環境光が、見る人に実質的に直接反射されるような、より鏡のような反射モードがもたらされる。
【００９８】
半透過型シャッタ組立体１８００は、ブラックマトリクス１８１６を含むカバープレート１８１４を使用して覆われる。ブラックマトリクスは光を吸収し、それにより、覆われていないアパーチャ１８０８から反射される環境光１８０３を除き、環境光１８０３が見る人へ反射されることを実質的に防止する。
【００９９】
図１７および図１８の両方を参照すると、アパーチャ１７０８および１８０８内に配置された半透過要素１７１０および１８１０を使用しても、環境光１７０３および１８０３のいくらかの部分は、対応する半透過型シャッタ組立体１７００および１８００のアパーチャ１７０８および１８０８を通過する。半透過型シャッタ組立体１７００および１８００が、上述のような、光キャビティと光源とを有する空間光変調器内に組み込まれている場合、アパーチャ１７０８および１８０８を通過する環境光１７０３および１８０３は、光キャビティに入り、光源によって導入される光とともに、再循環させられる。代替の半透過型シャッタ組立体では、列金属内のアパーチャは、少なくとも部分的に、半反射−半透過材料を使用して満たされる。
【０１００】
図１９は、本発明の例示的実施形態による、前部反射型シャッタ組立体１９００の断面図である。前部反射型シャッタ組立体１９００は、反射型光変調アレイ内で使用されてもよい。前部反射型シャッタ組立体１９００は、環境光１９０２を、見る人の方へ反射する。したがって、空間光変調器内での前部反射型シャッタ組立体１９００のアレイの使用は、多量の環境光１９０２を有する表示環境内で、専用光源の必要性をなくす。前部反射型シャッタ組立体１９００は、図３〜図８のシャッタ組立体３００、３００’、３００’’、３００’’’、４００、５００、６００、７００、８００、または８００’と実質的に同じ形態を取ってもよい。ただし、光の通過を許可するアパーチャを含む、シャッタ組立体３００、４００、５００、６００、７００、または８００の列金属層の代わりに、列金属層は、閉じられたシャッタ１９０４の位置の下の反射面を含む。シャッタ１９０４の少なくとも前面を含む、反射型シャッタ組立体１９００の最前部層には、光吸収膜１９０８がコーティングされる。したがって、シャッタ１９０４が閉じられている場合、反射型シャッタ組立体１９００に当たる光１９０２は吸収される。シャッタ１９０４が開かれている場合、反射型シャッタ組立体１９００に当たる光１９０２の少なくとも一部分は、露出した列金属層１９１０に反射して、見る人の方へ戻される。あるいは、列金属層１９１０は吸収膜で覆われてもよく、シャッタ１９０８の前面は反射膜で覆われてもよい。これにより、シャッタが閉じられている場合のみ、光は見る人の方へ反射される。
【０１０１】
上述の他のシャッタ組立体および光変調器と同様に、反射型シャッタ組立体１９００は、ブラックマトリクス１９１２が適用されたカバープレート１９１０を使用して覆われてもよい。ブラックマトリクス１９１２は、シャッタの開位置に対向していない、カバープレート１９１０の部分を覆う。
【０１０２】
図２０は、本発明の例示的実施形態による、複数の光変調アレイ２００２を含む、空間光変調器２０００の等角図である。上述の光変調アレイ２００２のいくつかのサイズは、それらを構築するために使用される半導体製造技術によって、ある程度制限される。ただし、光ガイド２００４と、反射膜２００６とは、大幅により大きな規模で形成されてもよい。１つ以上の光ガイド２００４上に配置された、複数の隣接して配置された光変調アレイ２００２を含む、空間光変調器は、より大きな画像を生成することが可能であり、それにより、これらの制限は回避される。
【０１０３】
上述のように、上で開示されたシャッタ組立体内のシャッタ組立体は、アクティブマトリクスによって制御されてもよい。図２１Ａは、ピクセルのアレイ２１４０（「アレイ２１４０」）をアドレス指定するために、ディスプレイ装置１００内に含めるのに適した、アクティブ制御マトリクス２１００の概念図である。各ピクセル２１０１は、アクチュエータ２１０３によって制御される、図１Ｃのシャッタ組立体１２２などの、弾性シャッタ組立体２１０２を含む。各ピクセルは、さらに、アパーチャ穴２１５４を含むアパーチャ層２１５０を含む。シャッタ組立体およびそれらを制御する回路の、その他の電気的および機械的構成が、本発明の範囲から逸脱することなしに使用されてもよい。
【０１０４】
制御マトリクス２１００は、シャッタ組立体２１０２が上に形成される基板２１０４の表面上に、拡散された、または薄膜蒸着された電気回路として製造される。制御マトリクス２１００は、制御マトリクス２１００内のピクセル２１０１の各行についての、走査ライン相互接続２１０６と、制御マトリクス２１００内のピクセル２１０１の各列についての、データ相互接続２１０８とを含む。各走査ライン相互接続２１０６は、書き込み許可電圧源２１０７を、ピクセル２１０１の対応する行内のピクセル２１０１に電気的に接続する。各データ相互接続２１０８は、データ電圧源（「Ｖｄソース」）２１０９を、ピクセル２１０１の対応する列内のピクセル２１０１に電気的に接続する。制御マトリクス２１００内で、データ電圧Ｖｄは、シャッタ組立体２１０２の作動のために必要なエネルギーの大部分を提供する。したがって、データ電圧源２１０９は、作動電圧源としても働く。
【０１０５】
図２１Ｂは、制御マトリクス２１００を含む、ピクセルのアレイ２１４０の部分の等角図である。図２１Ａおよび図２１Ｂを参照すると、ピクセルのアレイ２１４０内の、各ピクセル２１０１について、または各シャッタ組立体について、制御マトリクス２１００は、トランジスタ２１１０とキャパシタ２１１２とを含む。各トランジスタ２１１０のゲートは、ピクセル２１０１が配置されているアレイ２１４０内の行の走査ライン相互接続２１０６に電気的に接続される。各トランジスタ２１１０のソースは、その対応するデータ相互接続２１０８に電気的に接続される。各シャッタ組立体のアクチュエータ２１０３は、２つの電極を含む。各トランジスタ２１１０のドレインは、対応するキャパシタ２１１２の一方の電極と、対応するアクチュエータ２１０３の電極のうちの一方とに、並列に、電気的に接続される。キャパシタ２１１２のもう一方の電極と、シャッタ組立体２１０２内のアクチュエータ２１０３のもう一方の電極とは、共通または接地電位に接続される。
【０１０６】
動作時、画像を形成するために、制御マトリクス２１００は、各走査ライン相互接続２１０６にＶｗｅを次々に印加することによって、アレイ２１４０内の各行を順に書き込み許可する。書き込み許可された行については、行内のピクセル２１０１のトランジスタ２１１０のゲートへのＶｗｅの印加により、データ相互接続２１０８を通りトランジスタを通る電流の流れが、シャッタ組立体２１０２のアクチュエータ２１０３に電位を印加することが許可される。行が書き込み許可されている間、データ電圧Ｖｄが、データ相続接続２１０８に選択的に印加される。アナロググレースケールを提供する実装においては、各データ相互接続２１０８に印加されるデータ電圧は、書き込み許可走査ライン相互接続２１０６とデータ相互接続２１０８との交点に配置されたピクセル２１０１の所望される輝度に関連して、変化させられる。ディジタル制御方式を提供する実装においては、データ電圧は、相対的に低い大きさの電圧（すなわち、接地付近の電圧）であるように、あるいは、Ｖａｔ（作動しきい値電圧）を満たすかまたは超過するように選択される。データ相互接続２１０８へのＶａｔの印加に応えて、対応するシャッタ組立体２１０２内のアクチュエータ２１０３が作動して、そのシャッタ組立体２１０２内のシャッタを開く。データ相互接続２１０８に印加された電圧は、制御マトリクス２１００が行にＶｗｅを印加するのを停止した後も、ピクセル２１０１のキャパシタ２１１２内に蓄積されたままになる。したがって、シャッタ組立体２１０２が作動するための十分に長い時間、行上の電圧Ｖｗｅを保持して待つ必要はなく、そのような作動は、書き込み許可電圧が行から除去された後で進行することが可能である。行内のキャパシタ２１１２内の電圧は、ビデオフレーム全体が書き込まれるまで、そして一部の実装においては、新しいデータが行に書き込まれるまで、実質的に蓄積されたままになる。
【０１０７】
さまざまな実装において、シャッタ組立体およびそれらに対応するアクチュエータは、双安定にされてもよい。すなわち、シャッタ組立体内のシャッタは、少なくとも２つの平衡位置（例えば、開または閉）に、いずれの位置にそれらを保つためにも、電力はほとんどまたはまったく必要なしに、存在してもよい。より詳細には、シャッタ組立体は、機械的に双安定であってもよい。そのようなシャッタ組立体のシャッタが所定の位置に設定されたら、その位置を維持するために、電気的エネルギーまたは保持電圧は必要とされない。シャッタ組立体の物理要素上の機械的応力が、シャッタを所定の位置に保持してもよい。
【０１０８】
シャッタ組立体、およびそれらに対応するアクチュエータは、また、電気的に双安定にされてもよい。電気的に双安定なシャッタ組立体においては、シャッタ組立体の作動電圧未満の電圧範囲が存在し、閉じられたアクチュエータ（シャッタは開または閉のいずれか）にこの電圧が印加された場合、たとえ対向する力がシャッタ上に働かされたとしても、アクチュエータは閉じられたままに、そしてシャッタは所定の位置に保持される。対向する力は、スプリングによって働かされてもよく、または、対向する力は、「開」または「閉」アクチュエータなどの、対向するアクチュエータによって働かされてもよい。
【０１０９】
アレイ２１４０のピクセル２１０１は、基板２１０４上に形成される。アレイには、アレイ２１４０内の各ピクセル２１０１のための一組のアパーチャ穴２１５４を含む、基板上に蒸着されるアパーチャ層２１５０が含まれる。アパーチャ穴２１５４は、各ピクセル内のシャッタ組立体２１０２と位置合わせされる。
【０１１０】
アレイ２１４０は、以下のステップのシーケンスで製造されてもよい。第１に、アパーチャ層２１５０が、透明基板２１０４上に蒸着されてパターニングされる。次に、薄膜スイッチまたはトランジスタ２１１０のアレイを含む、制御マトリクスが、キャパシタ２１１２と、走査ライン相互接続２１０６またはデータ相互接続２１０８などの相互接続とともに、アパーチャ層２１５０の上に製造される。トランジスタ２１１０およびキャパシタ２１１２を製造するために使用されるプロセスは、液晶ディスプレイ内で使用するためのアクティブマトリクスアレイを製造するための、当業界で周知のプロセスのうちの代表的なものであってもよい。最後のステップにおいて、微小電子機械（またはＭＥＭＳ）シャッタ組立体が、薄膜スイッチのアレイの上に形成される。
【０１１１】
１つの単純な実装では、アパーチャ層２１５０は、間にはさまれた誘電体層によって、制御マトリクスから電気的に絶縁される。アパーチャ層２１５０は、その上に製造されるアクティブマトリクスとプロセス互換である薄膜材料からなってもよい（ただし、そのアクティブマトリクスに電気的に接続される必要はない）。アパーチャ穴２１５４は、一般に、円形、楕円形、多角形、蛇行形状、または不規則な形であってもよい。
【０１１２】
別の実装では、アパーチャ層２１５０は、制御マトリクスに電気的に接続される。この接続は、間にはさまれた誘電体層を貫通してエッチングされたビアによって、制御マトリクス内の相互接続がアパーチャ層に電気的に接触するように行われてもよい。アパーチャ層２１５０は、導電性材料を含む場合、制御マトリクスのための接地面または共通相互接続として働いてもよい。
【０１１３】
ディスプレイの他の実装では、独立したアパーチャ層が、シーケンスの第１のステップとして製造される必要はない。当業界で一般に知られているように、アパーチャ穴は、その代わりに、アクティブマトリクスまたはパッシブマトリクスの製造において使用されるのと同じ薄膜材料を使用し、そして、同じ処理ステップを使用して、ガラス基板上に直接製造されてもよい。アパーチャ穴の形成に対応するには、マスク設計またはピクセルレイアウトのみを変更する必要がある。
【０１１４】
別の実装では、アパーチャ層は、処理シーケンスの最後のステップとして製造される。アパーチャ層は、基板に堅く取り付けられるが、シャッタ組立体の自由な平行移動運動のための空間を下に残しながら、シャッタ組立体の上に概して浮遊させられる。
【０１１５】
図２２〜図３０は、追加のＭＥＭＳベースのディスプレイ装置に関する。特に、図２２〜図３０のＭＥＭＳベースのシャッタ組立体は、光学的集光装置（ｏｐｔｉｃａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ）を含む。図２２は、本発明の例示的実施形態による、光変調器のアレイＡ１００（「光変調アレイＡ１００」とも呼ばれる）と、集光装置のアレイＡ１５０（「集光アレイＡ１５０」とも呼ばれる）とを含む、反射型ディスプレイ装置Ａ１０の等角投影概念図である。ディスプレイ装置Ａ１０は、別法として、半透過型または透過型ディスプレイとして形成されてもよい。そのような実施形態は、図２９および図３０に関連してさらに説明する。光変調アレイＡ１００は、行および列内に配置された複数のシャッタ組立体Ａ１０２ａ〜１０２ｕ（一般に「シャッタ組立体Ａ１０２」）を含む（ただし、行および列なしのセグメント化されたディスプレイも、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに使用されてもよい）。一般に、シャッタ組立体Ａ１０２は、開および閉という、２つの状態を有する（ただし、以下でより詳細に説明するように、例えば、部分的な開きが、グレースケールを伝えるために使用されてもよい）。各シャッタ組立体Ａ１０２は、対応する露出可能な表面Ａ１１４を選択的に覆うための、シャッタＡ１１２を含む。シャッタ組立体Ａ１０２ａ〜ｃ、Ａ１０２ｅ〜ｍ、およびＡ１０２ｐ〜ｕは、開状態にあり、それらの対応する露出可能な表面Ａ１１４を、集光アレイＡ１５０を通過した光にさらしている。シャッタ組立体Ａ１０２ｄ、Ａ１０２ｎ、およびＡ１０２ｏは、閉状態にあり、それらの対応する露出可能な表面Ａ１１４に、集光アレイＡ１５０を通過した光が衝突するのを妨げている。一般に、装置Ａ１０は、環境光源Ａ１０７からの光線を、アレイの、見る人と同じ側で、表面Ａ１０３の方へ反射して、画像Ａ１０４を形成するために、シャッタ組立体Ａ１０２の状態を選択的に設定する（例えば、図７も参照されたい）。あるいは、光源Ａ１０７は、装置Ａ１０の環境光ではなく、組み込まれたフロントライトとして提供されてもよい。
【０１１６】
本発明の一実施形態では、光変調アレイＡ１００の各シャッタ組立体Ａ１０２は、画像Ａ１０４内の画像ピクセルＡ１０６に対応してもよい。上述のように、各シャッタ組立体Ａ１０２は、シャッタＡ１１２と、露出可能な表面Ａ１１４とを含む。一実装では、光源Ａ１０７に面しているシャッタＡ１１２の表面は反射性であり、露出可能な表面Ａ１１４は光吸収性である。ピクセルを照明するには、表面Ａ１０３の方へ光を反射するために、シャッタＡ１１２は少なくとも部分的に閉じられる。代替の実装では、光源Ａ１０７に面しているシャッタＡ１１２の表面は光を吸収し、露出可能な表面Ａ１１４は光を反射する。この実装では、ピクセルＡ１０６は、シャッタＡ１１２が完全に開かれている場合に最も明るく、シャッタＡ１１２が完全に閉じられている場合に最も暗い。
【０１１７】
代替の実装では、ディスプレイ装置Ａ１０は、各画像ピクセルＡ１０６について、複数のシャッタ組立体Ａ１０２を使用してもよい。例えば、ディスプレイ装置は、画像ピクセルＡ１０６につき３つまたは４つの色固有シャッタ組立体Ａ１０２を含んでもよい。特定の画像ピクセルＡ１０６に対応する色固有シャッタ組立体Ａ１０２のうちの１つまたは複数を選択的に開くことによって、ディスプレイ装置は、画像Ａ１０４内のカラー画像ピクセルＡ１０６を生成してもよい。別の例では、ディスプレイ装置Ａ１０は、画像Ａ１０４内のグレースケールを提供するために、画像ピクセルＡ１０６につき複数の部分的に開かれた、または閉じられた状態を提供するシャッタ組立体Ａ１０２を含んでもよい。
【０１１８】
露出可能な表面Ａ１１４は、シャッタ組立体Ａ１０２の所望される実装に応じて、光を反射または吸収する、薄膜、蒸着、または任意のその他の適切な材料から、あるいは、その組み合わせまたは欠如から、さまざまな方法で形成されてもよい。同様に、各シャッタＡ１１２は、関連する露出可能な表面Ａ１１４と組み合わせて、所望どおりに、組立体Ａ１０２によって光が見る人の方へ適切に反射されるか、または吸収されるように、光をそこから反射するか、または光をその中へ吸収する表面を備えてもよい。そのような材料は、図２３に関連してさらに説明する。さらに別の実装では、ディスプレイ装置Ａ１０は、光を変調して画像を形成するために、シャッタ組立体Ａ１０２の代わりに、マイクロミラー、フィルタ、偏光子、液晶変調セル、干渉装置（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、およびその他の適切な装置などの、その他の形態の光変調器を含んでもよい。
【０１１９】
集光アレイＡ１５０は、シャッタＡ１１２の位置に応じてシャッタＡ１１２または露出可能な表面Ａ１１４のいずれかの上に衝突する、環境光の割合を増加させるために、光変調器のアレイＡ１００内のそれぞれの光変調器上に光を集中させるための、光学要素のアレイを含む。例えば、反射型光ファンネル、高開口数レンズ、およびその他の非結像の光学装置を含む、さまざまなタイプの光学要素が、集光アレイＡ１５０内で提供されてもよい。図２２に示す例示的実施形態では、集光アレイＡ１５０は、反射型光ファンネルＡ１５２のアレイを含む。環境光源Ａ１０７から放射された光を、シャッタ組立体Ａ１０２の、ファンネルＡ１５２に対応する特定の領域に集中させるために、各ファンネルＡ１５２は、それぞれのシャッタ組立体Ａ１０２と関連付けられる。各反射型ファンネルＡ１５２は、好ましくは、表面Ａ１０３の方に向けられた第１の光開口部Ａ１５６と、その関連するシャッタ組立体Ａ１０２の方へ向けられた第２の光開口部Ａ１５４と、第１の光開口部Ａ１５６を第２の光開口部Ａ１５４に接続する壁Ａ１５８とを含む。
【０１２０】
第１の光開口部Ａ１５６は、関連するピクセルＡ１０６のサイズに一致するサイズであることが好ましく、第２の光開口部Ａ１５４は、関連するシャッタ組立体Ａ１０２の、露出可能な表面Ａ１１４のサイズに一致するか、またはそれよりもわずかに小さいサイズであることが好ましい。可能な限り、環境光源Ａ１０７からの環境光の光線が、第１の光開口部Ａ１５６において、広範な角度からファンネルＡ１５２に入り、第２の光開口部Ａ１５４を通して、シャッタ組立体Ａ１０２の集中された領域上に反射されるように、壁Ａ１５８は、高反射性であることが好ましく、第１の光開口部Ａ１５６は、第２の光開口部Ａ１５４よりも大きいことが好ましい。これにより、各シャッタ組立体Ａ１０２によって変調される、利用可能な画像形成光の割合が増加し、それにより、ディスプレイ装置Ａ１０のコントラスト比が改良される。さらに、環境光Ａ１０７の増加された割合が、シャッタ組立体Ａ１０２の反射性要素（１つまたは複数）上に注ぎ込まれ、集中させられることにより、ディスプレイ装置Ａ１０は、増加された輝度および発光効率を提供することが可能となり、バックライトおよび追加の電力の必要はなくなる。
【０１２１】
壁Ａ１５８は、直線、曲線、ＣＰＣ（複合放物面集光器（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｐａｒａｂｏｌｉｃ  Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ））形状であってもよく、あるいは、環境光Ａ１０７の光学的に効率的な集中を提供し、高いフィルファクタももたらす、その任意の適切な組み合わせであってもよい。壁Ａ１５８は、ファンネルの光開口部のサイズおよび形状に応じて、円錐状であってもよく、または、複数の側を含んでもよい。光開口部Ａ１５４およびＡ１５６は、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、さまざまな形状およびサイズであってもよい。光開口部Ａ１５６は、六角形であってもよく、光開口部Ａ１５４は、例えば、円形であってもよい。壁Ａ１５８は、反射性の内部表面を備えてもよく、または、（図２６Ａ〜図２７Ｃに関連して以下でより詳細に説明するように）透明な内部表面と、外部反射性コーティングとを備えてもよい。
【０１２２】
図２３は、ディスプレイ装置Ａ１０の追加の特徴を示す、図２２の組み合わせられたシャッタ−ファンネル組立体のうちの１つの断面図である。図２２および図２３を参照すると、ディスプレイ装置Ａ１０は、さらに、カバーシートＡ１０９とフィルタアレイ層Ａ１１１とを、見る人と、集光アレイＡ１５０との間に含んでもよい。カバーシートＡ１０９は、光変調アレイＡ１００を機械的および環境的損傷から保護することを含む、いくつかの機能を果たす。カバーシートＡ１０９は、例えば、ポリカーボネートなどの薄い透明プラスチック、またはガラスシートであってもよい。特定の実施形態では、カバーシートは、ブラックマトリクスＡ１２０とも呼ばれる光吸収性材料を使用してコーティングされ、パターニングされてもよい。ブラックマトリクスＡ１２０は、光吸収色素を含む、厚膜アクリルまたはビニル樹脂として、カバーシートＡ１０９上に蒸着されてもよい。ブラックマトリクスＡ１２０は、特定の入射環境光を吸収し、それにより、装置Ａ１０によって形成される画像Ａ１０４のコントラストを増加させてもよい。ブラックマトリクスＡ１２０は、さらに、漏洩的または時間連続的なやり方で逃げる光を、吸収するために機能してもよい。カバーシートＡ１０９の上面Ａ１０３は、画像Ａ１０４を見る人に表示してもよい。
【０１２３】
一実装では、カバーシートＡ１０９上に蒸着されてもよいフィルタアレイＡ１１１が、例えば、アクリルまたはビニル樹脂、あるいは薄膜誘電体の形態の、カラーフィルタを含んでもよい。フィルタは、ブラックマトリクスＡ１２０を形成するために使用されるのと類似したやり方で蒸着されてもよいが、ただし、フィルタは、色固有シャッタ組立体Ａ１０２のための適切なカラーフィルタを提供するために、集光アレイＡ１５０の円錐Ａ１５２の、第１の光開口部Ａ１５６または第２の光開口部Ａ１５４の上にパターニングされる。例えば、ディスプレイ装置Ａ１０は、３つ以上の色固有シャッタ組立体Ａ１０２の、複数のグループ（例えば、赤のシャッタ組立体と、緑のシャッタ組立体と、青のシャッタ組立体とのグループ、赤の組立体と、緑のシャッタ組立体と、青のシャッタ組立体と、白のシャッタ組立体とのグループ、シアンのシャッタ組立体と、マゼンタのシャッタ組立体と、黄のシャッタ組立体とのグループなど。ただし、画像ピクセルを形成するための、シャッタ組立体の、任意のその他の数および／または色の組み合わせが、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに提供されてもよい）を含んでもよく、それにより、グループの色固有シャッタ組立体Ａ１０２に関連付けられたサブピクセルのそれぞれが画像ピクセルＡ１０６を形成してもよい。１つの完全な画像ピクセルを構成するために、４つ以上のカラーサブピクセルが存在してもよい。特定のピクセルに対応するグループ内の、色固有シャッタ組立体Ａ１０２のうちの１つ以上を選択的に開くことによって、ディスプレイ装置Ａ１０は、さまざまな色の画像ピクセルＡ１０６を、画像Ａ１０４のために生成してもよい。
【０１２４】
これらのカラーフィルタは、いくつかの方法で作られてもよい。例えば、シャッタと、制御マトリクスのパッシブマトリクスまたはアクティブマトリクス構成要素との製造において使用されるステップに類似した、よく知られているフォトリソグラフィ技術を使用して、選択的吸収性を有する材料が、ディスプレイの表面上にパターニングされてもよい。分散された金属および金属酸化物を有する材料、あるいは、より一般的には、特定の吸収性材料は、感光性であってもよく、フォトレジストのように画定されてもよい。あるいは、そのような吸収性センターが、薄膜の形態で適用されてもよく、続いて、よく知られているフォトリソグラフィおよびエッチプロセスを使用してパターニングされてもよい。さらに、例えば、代表的な赤、青、および緑のピクセル上に干渉フィルタを形成するために、薄膜層の干渉特性に基づく薄膜が、基板上でパターニングされてもよい。カラーフィルタ材料は、さらに、ポリビニルアクリレートなどの樹脂内に分散された、有機染料から形成されてもよい。
【０１２５】
ファンネルＡ１５２の光開口部の高さ、厚さ、形状、および直径は、使用される材料、および適用例によって、さまざまであってもよい。ファンネルＡ１５２の壁Ａ１５８の高さが、光開口部Ａ１５４とＡ１５６との間のサイズの差に比較して小さい場合、壁Ａ１５８の傾斜は比較的浅く（すなわち、壁Ａ１５８は、表面Ａ１０３と実質的に平行であり）、ファンネルＡ１５２は、シャッタ組立体Ａ１０２の反射領域（１つまたは複数）上に最初に光を集中させることなしに、環境光Ａ１０７のほとんどを見る人の方へ反射することによって、概して再帰反射器のように働く。他方、ファンネルＡ１５２の壁Ａ１５８の高さが、光開口部Ａ１５４とＡ１５６との間のサイズの差に比較して大きい場合、壁Ａ１５８の傾斜は比較的急であり（すなわち、壁Ａ１５８は、表面Ａ１０３に実質的に垂直であり）、壁Ａ１５８からの、環境光Ａ１０７の光線の複数の反射により、結果として、光の強度の大幅な損失がもたらされる。好ましい実施形態では、例えば、第１の光開口部Ａ１５６の直径は、７５〜２２５ミクロンの範囲であってもよく、好ましくは１５０ミクロンであり、第２の光開口部Ａ１５４の直径は、２５〜７５ミクロンの範囲であってもよく、好ましくは５０ミクロンであり、円錐Ａ１５２の高さは、１００〜３００ミクロンの範囲であってもよく、好ましくは２００ミクロンであり、それにより、約３．５〜４の範囲の傾斜がもたらされる。
【０１２６】
さらに、レンズアレイは、入射環境光をそれぞれのファンネルＡ１５２内に集中させ、そしてそれにより、関連するシャッタ組立体Ａ１０２上に集中させ、それにより、壁Ａ１５８からの反射回数と、再帰反射経路の可能性との両方を減らすための、レンズＡ１５７を備えてもよい（図面をわかりやすくするために、レンズＡ１５７は図２２に示されていないことに注意されたい）。ファンネルＡ１５２の第１の光開口部Ａ１５６において配置されたレンズＡ１５７は、環境光源Ａ１０７からの傾斜した入射構成を、ファンネルＡ１５２内に、そしてしたがって、シャッタ組立体Ａ１０２の反射領域（１つまたは複数）上に、導いて集中させるのを助けてもよい。アレイＡ１１１のカラーフィルタは、例えば、図２３に示すように、レンズＡ１５７の下側に固定されてもよい。図２６に示すように、レンズおよび光ファンネルの構造は、１つの成型プロセス内で一体となって形成されてもよい。
【０１２７】
カラーフィルタリングは、さらに、ディスプレイ装置Ａ１０内の他の位置において行われてもよい。カバーシートＡ１０９内に加えて、カラーフィルタアレイＡ１１１は、例えば、各反射型光ファンネルＡ１５２の第２の光開口部Ａ１５４において適用されてもよい。この実施形態は、（図２６Ａ〜図２７Ｃに関連して以下でより詳細に説明するように）ファンネルＡ１５２が硬質な透明光学材料で満たされる実装において、特に好ましい場合がある。フィルタアレイＡ１１１は、あるいは、シャッタ組立体Ａ１０２の反射性領域（１つまたは複数）の近位で適用されてもよい。一般に、フィルタアレイのフィルタＡ１１１は、所与のピクセルの、表面Ａ１０３とシャッタ組立体Ａ１０２の反射面との間の、光路内の任意の場所に配置されてもよい。
【０１２８】
反射壁Ａ１５８は、約５０％を超える反射率を有する。例えば、反射壁Ａ１５８は、７０％、８５％、Ａ９２％，９６％、またはより高い反射率を有してもよい。より滑らかな基板と、よりきめの細かい金属とによって、より高い反射率がもたらされる。滑らかな表面は、プラスチックを滑らかな壁を有する形態に成型することによって得られてもよい。含有物のない、きめの細かい金属膜は、スパッタリング、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、イオンプレーティング、レーザアブレーション、または化学気相蒸着法を含む、いくつかの蒸着技術によって形成されてもよい。この反射型適用例のための効果的な金属としては、以下に限定されるものではないが、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｍｏ、および／または、その任意の合金または組み合わせが挙げられる。
【０１２９】
あるいは、反射壁Ａ１５８は、誘電体反射鏡などの、反射鏡から形成されてもよい。誘電体反射鏡は、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料とが交互になった誘電体薄膜のスタックとして製造される。屈折率が変化する各界面から、入射光の一部が反射される。誘電体層の厚さを、波長の、いくらかの固定された割合または倍数に制御することによって、そして、複数の平行な界面からの反射を加算することによって、９８％を超える反射率を有する最終的な反射面を生成することが可能である。一部の誘電体反射鏡は、９９．８％よりも大きな反射率を有する。誘電体反射鏡は、可視域内のあらかじめ指定された範囲の波長を受け入れるように、そして、あらかじめ指定された範囲の入射角を受け入れるように、カスタム設計されてもよい。誘電体膜スタック内の滑らかさを製造者が制御できる限り、これらの条件下での９９％を超える反射率が可能である。スタックは、例えば、約２０〜約５００の膜を含んでもよい。
【０１３０】
各シャッタ組立体Ａ１０２の状態は、パッシブマトリクスアドレス指定方式を使用して制御されてもよい。各シャッタ組立体Ａ１０２は、列電極Ａ１０８と、２つの行電極Ａ１１０ａ（「行開電極（ｒｏｗ  ｏｐｅｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」）およびＡ１１０ｂ（「行閉電極（ｒｏｗ  ｃｌｏｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」）とによって制御されてもよい。光変調アレイＡ１００内では、所与の列内のすべてのシャッタ組立体Ａ１０２が１つの列電極Ａ１０８を共有してもよい。行内のすべてのシャッタ組立体は、共通の行開電極Ａ１１０ａおよび共通の行閉電極Ａ１１０ｂを共有してもよい。
【０１３１】
図２１Ａおよび図２１Ｂに関連して上述したものに類似した、アクティブマトリクスアドレス指定方式もまた可能である。（薄膜トランジスタアレイまたは金属絶縁体金属（「ＭＩＭ」）ダイオードのアレイによって、ピクセルおよびスイッチングの電圧が制御される）アクティブマトリクスアドレス指定は、印加された電圧が、ビデオフレームの周期全体を通して安定したやり方で維持される必要がある状況において有用である。アクティブマトリクスアドレス指定を使用した実装は、シャッタ組立体の行につき１つのみの行電極を使用して構築されることが可能である。
【０１３２】
図２２および図２３を参照すると、シャッタ組立体Ａ１０２は、光変調アレイＡ１００の他のシャッタ組立体Ａ１０２と共有される、ガラス、シリコン、またはプラスチックポリマー基板Ａ１１６上に構築される。基板Ａ１１６は、最大約２，０００行および最大約２，０００列内に配置された、４，０００，０００ものシャッタ組立体を支持してもよい。例えば、看板適用例のために、複数の基板がアレイ状に配置されてもよい。
【０１３３】
光変調アレイＡ１００およびその構成要素のシャッタ組立体Ａ１０２は、リソグラフィ、エッチング技術（ウェットケミカル、ドライ、およびフォトレジスト除去など）、シリコンの熱酸化、電気めっきおよび無電界めっき、拡散プロセス（ホウ素、リン、ヒ素、およびアンチモンの拡散など）、イオン打ち込み、膜蒸着（蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）（フィラメント、電子ビーム、フラッシュ、シャドウイング、およびステップカバレージ）、スパッタリング、化学気相蒸着法（「ＣＶＤ」）、エピタキシ（気相、液層、および分子線）、電気めっき、スクリーン印刷、およびラミネーションなど）を含む、当業界で周知の標準的なマイクロマシニング技術を使用して形成される。概要については、Ｊａｅｇｅｒ著、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｍａｓｓ．  １９８８）と、Ｒｕｎｙａｎら著、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｍａｓｓ．  １９９０）と、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８７〜１９９８と、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ＆  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ、Ｗａｓｈ．、１９９７）とを参照されたい。
【０１３４】
より詳細には、（通常は、金属と誘電体とが交互になった）複数の材料層が、基板の上に蒸着されて、スタックを形成してもよい。１つ以上の材料層がスタックに追加された後で、スタックから除去されるべき、またはスタック上に残るべき材料を示すパターンが、スタックの一番上の層に適用されてもよい。ウェットおよび／またはドライエッチを含む、さまざまなエッチング技術が、次に、不要な材料を除去するために、パターン付きスタックに適用されてもよい。エッチの化学的性質、スタック内の層、およびエッチが適用される時間の長さに基づいて、エッチプロセスは、スタックの１つ以上の層から材料を除去してもよい。製造プロセスは、層形成、パターニング、およびエッチングの、複数回の繰り返しを含んでもよい。
【０１３５】
プロセスは、さらに、解除ステップを含んでもよい。結果としてもたらされる装置内で部品が移動するための自由度を提供するために、犠牲層が、スタック内の、完成した装置内の移動部品を形成する材料に隣接して、間に配置されてもよい。エッチまたはその他の一過性フェーズプロセスによって、犠牲材料のほとんどが除去され、それにより、部品は自由に移動できるようになる。
【０１３６】
解除の後は、移動部品間で接触時に電荷が移動しないように、移動するシャッタの表面が絶縁されてもよい。これは、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４などの絶縁体の、熱酸化および／またはコンフォーマル化学気相蒸着法によって、あるいは、同様の材料を、原子層蒸着などの技術を使用して蒸着することによって達成されてもよい。絶縁された表面は、接触している表面間の摩擦などの問題を防ぐために、絶縁された表面のフッ素化または水素化などの化学転化プロセスによって、化学的に保護されてもよい。
【０１３７】
デュアルコンプライアント電極アクチュエータは、シャッタ組立体Ａ１０２内のシャッタＡ１１２を駆動するための、１つの適切なアクチュエータのクラスを構成する。非デュアルコンプライアント電極アクチュエータを含む、多くのその他のさまざまなタイプのアクチュエータが、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、シャッタ組立体Ａ１０２内のシャッタＡ１１２を駆動するために利用されてもよいことに注意されたい。デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータは、一般に、２つ以上の、少なくとも部分的にコンプライアントなビームから形成される。ビームのうちの少なくとも２つは、電極（本明細書では「ビーム電極」とも呼ばれる）として働く。ビーム電極の両端への電圧の印加に応じて、ビーム電極は、結果としてもたらされる静電力から、相互に引き寄せられる。デュアルコンプライアントビーム電極の両方のビームは、少なくとも部分的に、コンプライアントである。すなわち、ビームのそれぞれの少なくともいくらかの部分は、ビームが寄せ集められるのを助けるために、屈曲および／または湾曲することが可能である。一部の実装では、コンプライアンスは、波形の屈曲部（ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ  ｆｌｅｘｕｒｅｓ）またはピン継手を含めることによって達成される。ビームのいくらかの部分は、実質的に剛性であってもよく、または、所定の位置に固定されてもよい。好ましくは、ビームの全長の少なくとも大部分はコンプライアントである。
【０１３８】
デュアルコンプライアント電極アクチュエータは、当業界で周知の他のアクチュエータに優る利点を有する。静電コームドライブ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｏｍｂ  ｄｒｉｖｅｓ）は、比較的長い距離にわたって作動させるために非常に適しているが、比較的弱い力しか生成できない。平行板または平行ビームアクチュエータは、比較的大きな力を生成できるが、平行板またはビーム間の小さなギャップを必要とし、したがって、比較的小さな距離にわたってのみ作動させられる。Ｒ．Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇら（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｖ．６、２５７頁、１９９７）は、湾曲した電極アクチュエータの使用により、どのようにして比較的大きな力が生成され、結果として比較的大きな変位がもたらされることが可能であるかを示した。ただし、Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇでは、作動を開始させるために必要な電圧は、やはりかなり大きい。本明細書で示すように、そのような電圧は、両方の電極の移動または屈曲を許可することによって減らすことが可能である。
【０１３９】
デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体では、シャッタは、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータの少なくとも１つのビームに結合される。アクチュエータ内のビームのうちの一方が、もう一方の方へ引かれると、引かれたビームは、シャッタも移動させる。それにより、シャッタは、第１の位置から第２の位置に移動させられる。位置のうちの１つにおいて、シャッタは、例えば、以下に限定されるものではないが、ブロック、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折、あるいはその他の、光の特性または経路の変更を行うことによって、光路内の光と相互作用する。シャッタは、その干渉特性を向上するために、反射または光吸収膜を使用してコーティングされてもよい。露出可能な表面Ａ１１４は、例えば、以下に限定されるものではないが、ブロック、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折、あるいはその他の、光の特性または経路の変更を行うことによって、シャッタによって提供される光学効果の方法と相補的な方法で、光路内の光と相互作用する。例えば、一方が吸収性である場合、他方は反射性であり、または、一方がある向きに偏光する場合、他方の表面は、垂直な向きに偏光する。
【０１４０】
図２４Ａおよび図２４Ｂは、本発明の例示的実施形態による、それぞれ、完全に開かれた状態および完全に閉じられた状態における、シャッタ組立体Ａ１０２の平面図である。シャッタ組立体Ａ１０２は、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータを、作動のために利用する。図２３、図２４Ａ，および図２４Ｂを参照すると、シャッタ組立体Ａ１０２は、見る人と露出可能な表面Ａ１１４との間の光の光路に出入りする、２つの半遮断シャッタ部分Ａ１１２ａおよびＡ１１２ｂを含むシャッタＡ１１２を、制御可能に移動させることによって、光を変調して画像を形成する。シャッタ部分Ａ１１２ａおよびＡ１１２ｂは、閉じられた場合、露出可能な表面１１４に光が衝突するのを実質的に妨げる。一実施形態では、シャッタ部分Ａ１１２ａおよびＡ１１２ｂがほぼ同じサイズである代わりに、一方のシャッタ部分Ａ１１２ａまたはＡ１１２ｂは、他方のシャッタ部分Ａ１１２ａまたはＡ１１２ｂのサイズよりも大きく、それらは別個に作動させられてもよい。したがって、０個、１個、または両方のシャッタ部分Ａ１１２ａおよびＡ１１２を選択的に開くことによって、シャッタ組立体Ａ１０２は、４レベルのグレースケール（例えば、オフ、３分の１がオン、３分の２がオン、および完全にオン）を提供してもよい。
【０１４１】
シャッタＡ１１２ａおよびＡ１１２ｂは、それぞれが、硬い、実質的に平面の物体から形成される。シャッタＡ１１２ａおよびＡ１１２ｂは、閉じられた位置において、露出可能な表面Ａ１１４への光路をシャッタＡ１１２ａおよびＡ１１２ｂが十分に遮るような、規則的な、または不規則な、ほとんどあらゆる形状を取ってもよい。さらに、シャッタＡ１１２ａおよびＡ１１２ｂは、（図２４Ａに示すような）開位置において、露出可能な表面Ａ１１４によって十分な光が吸収または反射されて、それぞれ、ピクセルが暗くまたは明るくされるように、露出可能な表面の幅と調和する幅を有さなければならない。
【０１４２】
図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、シャッタＡ１１２ａおよびＡ１１２ｂ（シャッタＡ１１２）のそれぞれは、２つのロードビームＡ２０８のそれぞれの端に結合される。ロードアンカーＡ２１０は、各ロードビームＡ２０８の反対側の端で、ロードビームＡ２０８を、基板Ａ１２２に物理的に接続し、そして、ロードビームＡ２０８を、基板上に形成されたドライバ回路に電気的に接続する。ロードビームＡ２０８と、ロードアンカーＡ２１０とは、合わせて、シャッタＡ１１２を、基板上に形成された露出可能な表面Ａ１１４上で支持するための、機械的支持として働く。
【０１４３】
シャッタ組立体Ａ１０２は、駆動ビームＡ２１２のペアと、駆動ビームＡ２１４のペアとを含み、それぞれのうちの一方は、各ロードビームＡ２１０のいずれかの側に沿って配置される。駆動ビームＡ２１２およびＡ２１４と、ロードビームＡ２１０とは、合わせて、アクチュエータを形成する。駆動ビームＡ２１２は、シャッタ開電極として働き、もう一方の駆動ビームＡ２１４は、シャッタ閉電極として働く。駆動ビームＡ２１２およびＡ２１４の、シャッタＡ１１２に最も近い端に配置された、駆動アンカーＡ２１６およびＡ２１８は、各駆動ビームＡ２１２およびＡ２１４を、基板Ａ１２２上に形成された回路に、物理的および電気的に接続する。本実施形態では、駆動ビームＡ２１２およびＡ２１４のもう一方の端と、全長のほとんどとは、固定されないままであるか、または自由に動くことができる。
【０１４４】
ロードビームＡ２０８と、駆動ビームＡ２１２およびＡ２１４とは、コンプライアントである。すなわちそれらは、それらの応力を受けない（「静止」）位置または形状から、少なくともいくらかの有用な程度まで、大きな疲労または破損なしに曲げられることが可能なように、十分な柔軟性と弾力性とを有する。ロードビームＡ２０８と、駆動ビームＡ２１２およびＡ２１４とは、一方の端においてのみ固定されるため、ビームＡ２０８、Ａ２１２、およびＡ２１４の全長の大部分は、印加される力に応じて、自由に動くこと、曲がること、屈曲すること、または変形することができる。コルゲーション（例えば、ビームＡ２０８上のコルゲーションＡ２０８ａ）は、例えば、屈曲部の短縮による軸方向応力に打ち勝つため、および、所与の電圧におけるより大きな偏向を提供するために、提供されてもよい。
【０１４５】
ディスプレイ装置Ａ１０は、制御可能な電圧源から、駆動ビームＡ２１２またはＡ２１４に、それらの対応する駆動アンカーＡ２１６またはＡ２１８を経由して電位を印加し、ロードビームＡ２０８は接地または何らかの異なる電位に電気的に結合されるようにし、結果としてビームＡ２０８、Ａ２１２、およびＡ２１４にわたって電圧がもたらされるようにすることによって、シャッタ組立体Ａ１０２を作動させる（すなわち、シャッタ組立体Ａ１０２の状態を変える）。パッシブまたはアクティブマトリクスアレイドライバなどの、制御可能な電圧源は、上述のようなパッシブまたはアクティブマトリクスを経由して、ロードビームＡ２０８に電気的に結合される。ディスプレイ装置Ａ１０は、さらに、または別法として、シャッタ組立体Ａ１０２のロードアンカーＡ２１０を経由して、ロードビームＡ２０８に電位を印加して、電圧を増加してもよい。駆動ビームＡ２１２またはＡ２１４と、ロードビームＡ２０８との間の電位差は、符号または接地電位にかかわらず、ビーム間の静電力を生成し、結果として、移動平面内での横方向のシャッタの移動がもたらされる。
【０１４６】
シャッタ組立体のタイリングまたはピクセル配置は、正方形アレイの制約に限定される必要はない。高密度のタイリングは、さらに、例えば、矩形、菱面体、または六角形のピクセルアレイを使用して達成されてもよく、これらはすべて、ビデオおよびカラー画像化ディスプレイにおける適用例が見いだされる。
【０１４７】
図２５は、高密度アレイ内の開口率を最大にし、駆動電圧を最小にするための、ピクセルのアレイ内へのシャッタ組立体のタイリングの好ましい方法を示す。図２５は、３つの概して矩形のシャッタ組立体Ａ１０２から画像ピクセルＡ１０６を形成するために、基板Ａ１２２上にタイリングされた、デュアルコンプライアントジッパー電極アクチュエータベースのシャッタ組立体Ａ１０２のタイリングＡ４００を示す。各ピクセルＡ１０６の３つのシャッタ組立体Ａ１０２は、別個に、または一括して制御されてもよい。
【０１４８】
好ましくは、シャッタ組立体Ａ１０２は、フィルファクタを増加するために、なるべく間にむだな領域がないように、接近して詰められる。図２５に示すように、シャッタ組立体Ａ１０２の一部は、一部の隣接するシャッタ組立体Ａ１０２間のギャップにインターリーブされてもよい。タイリングＡ４００のインターリーブされた配置は、所望される場合は、行および列の正方形配置上にマッピングされてもよい。図示されているように、列Ａ４２０ａ、Ａ４２０ｂ、およびＡ４２０ｃの繰り返しシーケンスは、それぞれが、特定のカラーフィルタＡ１１１（例えば、それぞれ、赤い、緑、および青）を有するサブピクセルに関連付けられてもよい。さらに、シャッタ組立体Ａ１０２の２つのインターリーブされた行が、１つの行電極Ａ４３０内に含まれる。インターリービングは、ピクセルＡ１０６の六角形パッキングを提供するために利用されてもよい。
【０１４９】
他の代替の実装では、ディスプレイ装置Ａ１０２は、画像ピクセルＡ１０６につき複数の（例えば、１〜１０の）対応する露出可能な表面Ａ１１４と、対応するシャッタＡ１１２とを含んでもよい。そのような画像ピクセルＡ１０６の状態を変更する際の、作動させられるアクチュエータの数は、印加されるスイッチング電圧に依存してもよく、あるいは、スイッチング電圧の受け入れのために選択される行および列電極の特定の組み合わせに依存してもよい。最小および最大のスイッチング電圧の間の途中のスイッチング電圧を提供することによって、アナログ形式でアパーチャの部分的な開きが可能にされる実装も可能である。これらの代替の実装は、例えば、空間グレースケールを生成する改良された手段を提供する。
【０１５０】
集光アレイＡ１５０のファンネルＡ１５２は、例えば、アクリル、イミド、およびアセテートのような、ポリマーの非常に広大なファミリーから、ならびに、プラスチック、ガラス、またはＵＶ硬化エポキシから、微小成型、エンボス、またはインベストメント鋳造されてもよい。微小成型は、フォトリソグラフィ、エッチング、またはエンボス技術などの、サブトラクティブ技術を含んでもよく、この技術では、反転パターンが、硬質材料で作成され、続いて、軟質材料が、表面上で位置合わせされてから押し込まれ、その後、硬化されるか、または固められてもよい。あるいは、ファンネルＡ１５２は、架橋結合されることが可能な、または光を利用してその架橋結合が壊されることが可能な、多くのポリマーのうち、例えば、ノバラック（Ｎｏｖａｌａｃ）またはＰＭＭＡまたはポリイミドなどの、感光性材料（ｐｈｏｔｏ−ｉｍａｇｅａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）から製造されてもよい。例えば、Ａｌｅｘ  Ｎｉｎｇ，Ｐｈ．ｄ．著「Ｐｌａｓｔｉｃ  ｖｓ．Ｇｌａｓｓ  Ｏｐｔｉｃｓ：  Ｆａｃｔｏｒｓ  ｔｏ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒ  （ｐａｒｔ  ｏｆ  ＳＰＩＥ’Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃｓ’  ｓｈｏｒｔ  ｃｏｕｒｓｅ  ｎｏｔｅ）」（１９９８年１１月１７日）、Ｊｕｌｉａｎ  Ｍ．  Ｌｉｐｐｍａｎｎら著「Ｍｉｃｒｏ  Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ：Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｒｅａｔｉｎｇ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｅｄ  Ｈｏｌｌｏｗ  Ｐａｒｔｓ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＭＥＣＥ２００５、２００５年１１月５〜１１日）、およびＪｕｌｉａｎ  Ｍ．Ｌｉｐｐｍａｎら著「Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ，Ｈｏｌｌｏｗ  Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ  Ｖｉａ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ」（２００５年）を参照されたい。
【０１５１】
一実施形態では、図２６Ａ〜図２６Ｄを参照すると、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコンベースのポリマー（「ＰＤＭＳ」）、ポリイミド、または任意のその他の適切な材料から、硬い円錐Ａ１５２と光学レンズ構造Ａ１５７とを成型することによって、ファンネルＡ１５２のアレイＡ１５０が最初に形成されてもよい（例えば、図２６Ａを参照）。次に、反射壁Ａ１５８を形成するために、好ましくは、アレイＡ１５０の下側から、各円錐Ａ１５２の外面および底面上に反射層がコーティングされてもよい（例えば、図２６Ｂを参照）。次に、各円錐の第２の光開口部Ａ１５４を提供するために、円錐Ａ１５２の底面上にコーティングされた反射層が研磨により除去される（例えば、図２６Ｃを参照）。任意選択で、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコンベースのポリマー（「ＰＤＭＳ」）、ポリイミド、または任意のその他の適切な材料が、円錐Ａ１５２間のバックフィルＡ１５５として、それらが１つの充填されたシートに形成されるように、提供されてもよい（例えば、図２６Ｄを参照）。円錐Ａ１５２と、レンズＡ１５７と、カバーシートＡ１０９とが、すべて１つの層内に形成される実施形態では、例えば、各円錐Ａ１５２の第２の光開口部Ａ１５４において、フィルタアレイＡ１１１が提供されてもよい。
【０１５２】
あるいは、別の実施形態では、図２７Ａ〜図２７Ｃを参照すると、例えば、多くのポリマーのうち、ノバラック（Ｎｏｖａｌａｃ）またはＰＭＭＡまたはポリイミドなどの、感光性材料（ｐｈｏｔｏ−ｉｍａｇｅａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）Ａ１５５の、例えば、シートＡ１５３内に、くぼんだファンネルＡ１５２の形態の、凹部のアレイが形成されてもよい（例えば、図２７Ａを参照）。次に、反射壁Ａ１５８を形成するために、各凹部の内側上に、反射性材料がコーティングされてもよい（例えば、図２７Ｂを参照）。次に、光開口部（くぼんだファンネルＡ１５２の下部における、第２の光開口部Ａ１５４）を形成するために、シートＡ１５３の下部が、研磨により除去されてもよい（例えば、図２７Ｃを参照）。最後に、任意選択で、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコンベースのポリマー（「ＰＤＭＳ」）、ポリイミド、または任意のその他の適切な材料が、円錐Ａ１５２内のバックフィルＡ１５９として、それらが１つの充填されたシートに形成されるように、提供されてもよい（例えば、図２７Ｃの、点線で囲まれた領域を参照）。この方法の代替の実装では、凹部はシートＡ１５３の全体を貫通して打ち抜かれて、くぼんだファンネルＡ１５２の先端部において反射性材料が集まることが防止され、それにより、第２の光開口部Ａ１５４を形成するためにいかなる材料を除去する必要もなくなる。
【０１５３】
図２８は、本発明の例示的実施形態による、反射型のディスプレイ装置Ａ１０１０として装置が実装された場合のディスプレイ装置Ａ１０の追加の特徴を示す、組み合わせられた図２２のシャッタと、ファンネルと、ピクセルとの組立体のうちの１つの、部分等角断面図である。反射型ディスプレイ装置Ａ１０１０は、反射型シャッタ組立体Ａ１１０２のアレイを含む、反射型光変調アレイとともに使用されてもよい。反射型シャッタ組立体Ａ１１０２は、環境光源Ａ１０７からの環境光（例えば、一般的な環境光線Ａ７０２）を、フィルタアレイ層Ａ１１１およびカバーシートＡ１０９を通して、見る人の方へ反射する（図面を簡単にするために、レンズＡ１５７を含む、層Ａ１１１およびシートＡ１０９の部分は、図２８に示されていないことに注意されたい）。
【０１５４】
反射型シャッタ組立体Ａ１１０２は、図２２〜図２５のシャッタ組立体Ａ１０２と実質的に同じ形態を取ってもよい。シャッタＡ１１１２ａおよびＡ１１１２ｂの少なくとも前面を含む、見る人に面した、反射型シャッタ組立体Ａ１１０２の最前部層には、光吸収膜Ａ１１５２がコーティングされる。したがって、シャッタＡ１１１２が閉じられている場合、ファンネルＡ１５２によって反射型シャッタ組立体Ａ１１０２上に集中させられた光Ａ７０２は、膜Ａ１１５２によって吸収される。（図２８に示すように）シャッタＡ１１１２が少なくとも部分的に開かれている場合、反射型シャッタ組立体Ａ１１０２上に集中させられた光Ａ７０２の少なくとも一部分は、層Ａ１１１８の露出した反射面Ａ１０１５（すなわち、露出可能な表面Ａ１１１４）に反射し、ファンネルＡ１５２を通して、鏡面反射光線Ａ７０３として、見る人の方へ戻される。反射面Ａ１０１５は、約５０％を超える反射率を有する。例えば、反射面Ａ１０１５は、７０％、８５％、９２％，９６％、またはより高い反射率を有してもよい。より滑らかな基板と、よりきめの細かい金属とによって、より高い反射率がもたらされる。滑らかな表面は、プラスチックを滑らかな壁を有する形態に成型することによって得られてもよい。含有物のない、きめの細かい金属膜は、スパッタリング、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、イオンプレーティング、レーザアブレーション、または化学気相蒸着法を含む、いくつかの蒸着技術によって形成されてもよい。この反射型適用例のための効果的な金属としては、以下に限定されるものではないが、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｍｏ、および／または、その任意の合金または組み合わせが挙げられる。
【０１５５】
あるいは、反射面Ａ１０１５は、誘電体反射鏡などの、反射鏡から形成されてもよい。誘電体反射鏡は、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料とが交互になった誘電体薄膜のスタックとして製造される。屈折率が変化する各界面から、入射光の一部が反射される。誘電体層の厚さを、波長の、いくらかの固定された割合または倍数に制御することによって、そして、複数の平行な界面からの反射を加算することによって、９８％を超える反射率を有する最終的な反射面を生成することが可能である。一部の誘電体反射鏡は、９９．８％よりも大きな反射率を有する。誘電体反射鏡は、可視域内のあらかじめ指定された範囲の波長を受け入れるように、そして、あらかじめ指定された範囲の入射角を受け入れるように、カスタム設計されてもよい。誘電体膜スタック内の滑らかさを製造者が制御できる限り、これらの条件下での９９％を超える反射率が可能である。スタックは、例えば、約２０〜約５００の膜を含んでもよい。あるいは、層Ａ１１１８は吸収膜で覆われてもよく、シャッタＡ１１１２の前面は反射膜で覆われてもよい。これにより、シャッタＡ１１１２が少なくとも部分的に閉じられている場合のみ、光は、ファンネルＡ１５２を通して、見る人の方へ反射される。
【０１５６】
反射面Ａ１０１５は、グレア対策のための拡散性をその上に提供するために、粗面化されてもよい。この粗面化は、機械的、化学的、または蒸着プロセスを含む、いくつかのプロセスのうちの任意の１つによって行われてもよい。反射面の粗面化によって、反射光が散乱させられて、さまざまな角度でファンネルＡ１５２内に入り、したがって、散乱光線Ａ７０３’として、さまざまな角度で見る人の方へ向けられ、それにより、より広い視野角が作られ、鏡面反射の拡散率（ランベルト（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ））が増加する。
【０１５７】
吸収膜Ａ１１５２は、例えば、金属膜から形成されてもよい。ほとんどの金属膜は、光の一定の割合を吸収し、残りを反射する。光の吸収において効果的な、いくつかの金属合金としては、以下に限定されるものではないが、ＭｏＣｒ、ＭｏＷ、ＭｏＴｉ、ＭｏＴａ、ＴｉＷ、およびＴｉＣｒが挙げられる。上記の合金から、またはＮｉおよびＣｒなどの単純金属から形成された、粗面を有する金属膜も、光の吸収において効果的である。そのような膜は、高いガス圧力（２０ミリトール（ｍｔｏｒｒ）を超えるスパッタ雰囲気）内でのスパッタ蒸着によって生成されてもよい。粗い金属膜は、さらに、液体スプレーまたはプラズマスプレーの適用による金属粒子の散布と、それに続く、熱シンタリングステップとによって形成されてもよい。誘電体層Ａ４０４などの、誘電体層が、次に、金属粒子の剥離または剥落を防止するために追加される。
【０１５８】
アモルファスまたは多結晶のＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＧａＡｓなどの半導体材料、コロイド黒鉛（炭素）、ならびに、ＳｉＧｅなどの合金も、光の吸収において効果的である。これらの材料は、薄膜を通した光の透過を防止するために、５００ｎｍを超える厚さを有する膜内に蒸着されてもよい。以下に限定されるものではないが、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＡｇＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＣｒＮ、ＴｉＮ、またはＴａＮを含む、金属酸化物または窒化物も、光の吸収において効果的である。これらの酸化物または窒化物の吸収は、酸化物が非化学量論的なやり方−しばしば、スパッタリングまたは蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）による−で調整または蒸着される場合、特に、蒸着プロセスによって格子内の酸素の不足がもたらされる場合に、向上する。半導体の場合と同様に、金属酸化物は、膜を通した光の透過を防止するために、５００ｎｍを超える厚さに蒸着されるべきである。
【０１５９】
サーメットと呼ばれる、材料のクラスも、光の吸収において効果的である。サーメットは、通常、酸化物または窒化物のマトリクス内に、小さな金属粒子が浮遊させられた、複合材料である。例としては、Ｃｒ２Ｏ３マトリクス内のＣｒ粒子、またはＳｉＯ２マトリクス内のＣｒ粒子が挙げられる。マトリクス内で浮遊させられるその他の金属粒子は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｎｂ、および炭素であってもよい。その他のマトリクス材料としては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉ３Ｎ４が挙げられる。
【０１６０】
適切な薄膜材料間での光の相殺的干渉を利用して、多層吸収構造を作成することが可能である。代表的な実装としては、酸化物または窒化物の部分的反射層（ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を、適切な反射率の金属とともに使用することが挙げられる。酸化物は、例えば、ＣｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＳｉＯ２などの金属酸化物、あるいは、Ｓｉ３Ｎ４のような窒化物であってもよく、金属は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉなどの適切な金属であってもよい。一実装では、基板から入る光の吸収のために、金属酸化物の、１０〜５００ｎｍの範囲の薄層が、最初に、基板Ａ４０２の表面上に蒸着され、それに続いて、１０〜５００ｎｍの厚さの金属層が蒸着される。別の実装では、基板と反対の方向から入る光の吸収のために、金属層が最初に蒸着され、続いて、金属酸化物が蒸着される。両方の場合に、二層スタックの吸収率は、酸化物層の厚さが、０．５５ミクロンの４分の１を酸化物層の屈折率で割った値に実質的に等しいように選択される場合に、最適化されてもよい。
【０１６１】
別の実装では、金属層が基板上に蒸着され、それに続いて、計算された厚さの適切な酸化物層が蒸着される。次に、薄い金属が部分的にのみ反射するように、金属の薄層が、酸化物の上に蒸着される（０．０２ミクロン未満の厚さ）。金属層からの部分的反射は、基板金属層からの反射と相殺的に干渉し、それにより、ブラックマトリクス効果を発生させる。吸収は、酸化物層の厚さが、０．５５ミクロンの４分の１を酸化物層の屈折率で割った値に実質的に等しいように選択される場合に、最大化される。
【０１６２】
図２９は、本発明の例示的実施形態による、半透過型ディスプレイの部分Ａ２０１０の、部分等角断面図である。半透過型ディスプレイ装置Ａ２０１０は、反射型ディスプレイ装置Ａ１０に類似しているが、半透過型ディスプレイ装置は、反射された環境光と、組み込まれたバックライトＡ１０５から放射され、透過させられた光との組み合わせから画像を形成する。半透過型ディスプレイ装置Ａ２０１０は、半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２のアレイを含む、半透過型光変調アレイとともに使用されて、バックライトＡ１０５によって放射される光（例えば、一般的なバックライト光線Ａ８０１）と、環境光源Ａ１０７からの環境光（例えば、一般的な環境光線Ａ８０２）との両方を変調して、画像を形成するために、フィルタアレイ層Ａ１１１およびカバーシートＡ１０９を通して、見る人の方へ向けてもよい（図面を簡単にするために、レンズＡ１５７を含む、層Ａ１１１およびシートＡ１０９の部分は、図２９に示されていないことに注意されたい）。
【０１６３】
半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２は、図２２〜図２５のシャッタ組立体Ａ１０２と実質的に同じ形態を取ってもよい。ただし、組立体Ａ２１０２の層Ａ２１１８は、反射面Ａ２０１５と、反射面Ａ２０１５を貫通してエッチングされた１つ以上の透過アパーチャＡ２０１８とを、露出可能な表面Ａ２１１４を共同で形成するために、閉じられたシャッタＡ２１１２の位置の下に含む。約２〜約２０ミクロンの寸法を有する、反射面Ａ２０１５の少なくとも一部分は、閉じられたシャッタＡ２１１２の下に存続する。シャッタＡ２１１２ａおよびＡ２１１２ｂの少なくとも前面を含む、見る人に面した、半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２の最前部層には、光吸収膜Ａ２１５２がコーティングされる。したがって、シャッタＡ２１１２が閉じられている場合、ファンネルＡ１５２によって半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２上に集中させられた環境光Ａ８０２は、膜Ａ２１５２によって吸収される。同様に、シャッタ組立体Ａ２１１２が閉じられている場合、露出可能な表面Ａ２１１４内の透過アパーチャＡ２０１８を通した光の透過はブロックされる。（図２９に示すように）シャッタＡ２１１２が少なくとも部分的に開かれている場合、半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２は、バックライトによって放射された光Ａ８０１の少なくとも一部分が、露出可能な表面Ａ２１１４内の透過アパーチャＡ２０１８を通し、ファンネルＡ１５２を通して、見る人の方へ透過することを許可することと、半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２上に集中させられた環境光Ａ８０２の少なくとも一部分が、露出可能な表面Ａ２１１４の、露出された反射面（１つ以上）Ａ２０１５から、ファンネルＡ１５２を通して、見る人の方へ反射されることを許可することとの、両方によって、画像の形成に寄与する。露出可能な表面Ａ２１１４の、露出された反射面（１つ以上）Ａ２０１５の寸法が、透過アパーチャＡ２０１８に比較してより大きければ、環境光源Ａ１０７からの環境光が、見る人に実質的に直接反射されるような、より鏡のような反射モードがもたらされるようになる。ただし、表面Ａ１０１５に関して上述したように、反射面（１つ以上）Ａ２０１５は、グレア対策のため、および、ディスプレイＡ２０１０の視野角を広くするための、拡散性をその上に提供するために、粗面化されてもよい。
【０１６４】
露出可能な表面Ａ２１１４上の透過アパーチャＡ２０１８の間に配置された１つまたは複数の露出された反射面Ａ２０１５上に、環境光Ａ８０２を集中させるように設計されたファンネルＡ１５２を使用しても、環境光Ａ８０２のいくらかの部分は、半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２のアパーチャＡ２０１８を通過してもよい。半透過型シャッタ組立体Ａ２１０２が、光キャビティと光源とを有する空間光変調器内に組み込まれている場合、アパーチャＡ２０１８を通過する環境光Ａ８０２は、光キャビティに入り、バックライトＡ１０５によって導入される光Ａ８０１とともに、再循環させられる。代替の半透過型シャッタ組立体では、露出可能な表面内の透過アパーチャは、少なくとも部分的に、半反射−半透過材料を使用して満たされ、あるいは、別法として、露出可能な領域Ａ２１１４の全体が、半透過半反射材料から形成されて、領域の一部が反射性および透過性として画定されたのと同じ最終的効果が達成されてもよい。
【０１６５】
図３０は、本発明の例示的実施形態による、透過型ディスプレイ装置Ａ３０１０の部分の、部分等角断面図である。ディスプレイ装置Ａ１０およびＡ２０１０と同様に、透過型ディスプレイ装置Ａ３０１０は、シャッタ組立体Ａ３１０２のアレイと、集光装置のアレイとを含む。以前に説明したディスプレイ装置Ａ１０およびＡ２０１０とは対照的に、ディスプレイ装置Ａ３０１０では、光変調器のアレイは、集光装置のアレイと、見る人との間に配置される。透過型シャッタ組立体Ａ３１０２は、バックライトＡ１０５によって放射された光（例えば、一般的なバックライト光線Ａ９０１）を、見る人に向けて変調する。図面を簡単にするために、カラーフィルタ層Ａ１１１およびカバーシートＡ１０９は、図３０に示されていないことに注意されたい。フィルタＡ１１１は、ディスプレイ装置Ａ３０１０内の、バックライトと、ディスプレイ装置Ａ３０１０の前面との間の、任意の場所に配置されてもよい。
【０１６６】
透過型シャッタ組立体Ａ３１０２は、図２２〜図２５のシャッタ組立体Ａ１０２と実質的に同じ形態を取ってもよい。ただし、組立体Ａ３１０２の層Ａ３１１８は、露出可能な表面Ａ３１１４を形成するために、閉じられたシャッタＡ３１１２の位置の下に、透過面Ａ３０１８を含む。シャッタＡ３１１２ａおよびＡ３１１２ｂの少なくとも前面を含む、見る人に面した、透過型シャッタ組立体Ａ３１０２の最前部層には、光吸収膜Ａ３１５２がコーティングされる。したがって、シャッタＡ３１１２が閉じられている場合、環境光Ａ９０２は、膜Ａ３１５２によって吸収され、見る人の方へは反射されない。（図３０に示すように）シャッタＡ３１１２が少なくとも部分的に開かれている場合、透過型シャッタ組立体Ａ３１０２は、バックライト光線Ａ９０１の少なくとも一部分が、透過面Ａ３０１８（すなわち、露出可能な表面Ａ３１１４）を通して、見る人の方へ透過することを許可することによって、画像の形成に寄与する。バックライトからの迷光が、変調されずに光変調層を通過することができないように、透過アパーチャＡ３１１４の周囲に、追加の遮光領域が適用されてもよい。
【０１６７】
図示されているように、バックライト光線Ａ９０１を、第１の光開口部Ａ１５６から入れ、第２の光開口部Ａ１５４を通して、透過シャッタ組立体Ａ３１０２の透過領域（すなわち、露出可能な表面Ａ３１１４の透過面Ａ３１０８）上に集中させるための、集光アレイＡ１５０のファンネルＡ１５２が、シャッタ組立体Ａ３１０２とバックライトＡ１０５との間に提供される。したがって、ディスプレイ装置Ａ３０１０内で、透過型シャッタ組立体Ａ３１０２のアレイを、ファンネルＡ１５２のそのような構成とともに使用することによって、ディスプレイ装置の変調面（すなわち、露出可能な表面Ａ３１１４）上に集中させられる、バックライトＡ１０５からの画像形成光（すなわち、バックライト光線Ａ９０１）の割合が増加する。光ファンネルＡ１５２のアレイは、さらに、バックライト内での光の再循環を提供するための、バックライトのための前部反射層として働いてもよく、それにより、別個の反射層の必要性をなくしてもよい。表面Ａ３１１４に達するための伝導性を有さない角度でファンネルに入った光は、出るための伝導性を有する角度に達するような時まで、再循環のために、光ファンネルからバックライト内に反射される。
【０１６８】
ディスプレイのコントラスト比を最大にするために、利用可能な画像形成光を光変調器のアレイ上に集中させるための、本発明の集光アレイを利用した、ディスプレイのための装置および方法は、反射型光ファンネル（例えば、ファンネルＡ１５２）のアレイを利用するものとして説明したが、本発明は、さらに、その他のタイプの光学要素（すなわち、ファンネル以外）の集光アレイを利用した、ディスプレイのための装置および方法にも関することに注意されたい。これは、例えば、以前に説明したディスプレイ装置実施形態で、各反射型光ファンネルＡ１５２を、高Ｆナンバー（高開口数の）レンズに置き換えることによって達成されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態によれば、図２３に示すレンズＡ１５７に類似した高開口レンズが、アレイＡ１５０内の円錐Ａ１５２なしで利用されてもよい。さらに、本明細書で説明した多くの実装では、レンズＡ１５７と光ファンネルＡ１５２との両方の利用が開示されているが、多くの実装において、レンズは任意選択である。
【０１６９】
当業者は、本明細書に記載した実施形態および実施の多くの均等物を、認識するであろうし、あるいは、単なる日常的な実験を使用することによって把握可能であろう。したがって、本発明は、本明細書に記載した実施形態に限定されるものではなく、法律の下で許される限り広く解釈されるべきである、特許請求の範囲から理解されるべきである。
【０１７０】
本発明は、その精神または本質的特性から逸脱することなしに、他の特定の形態内で実施されてもよい。前述の実施形態は、したがって、本発明を限定するものではなく、すべての点で例示的であると見なされるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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