(57)【要約】【課題】改良された画像品質と、削減された電力消費とのために、高速に、かつ低電圧で駆動されることが可能な、機械的に作動させられるディスプレイを提供する。【解決手段】本発明は、ＭＥＭＳベースの光変調器の動きを制御するための制御マトリクスを利用して、ディスプレイ上に画像を形成するための、方法および装置に関する。【選択図】図１Ａ
2015132844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記ピクセルのアレイは、
複数のアパーチャを有する基板と、
前記複数のアパーチャに対応する複数のシャッタと、を含み、
前記ピクセルのアレイ内のピクセルは、前記複数のアパーチャのうちの少なくとも１つのアパーチャと、それに対応する、前記複数のシャッタからのシャッタとを含み、
前記制御マトリクスは、前記基板に接続され、かつ、画像を形成するために前記ピクセルの方へ向けられた光を変調するために前記対応するシャッタを前記基板に対して横方向に選択的に移動させるためのスイッチと、シャッタ開電極と、シャッタ閉電極とを、前記ピクセルに対して含む、
ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記スイッチはトランジスタを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記スイッチはダイオードを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記スイッチはバリスタを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記スイッチは、前記シャッタ開電極に印加される電位を調節するように構成される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記スイッチは、前記シャッタ閉電極に印加される電位を調節するように構成される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記制御マトリクスは、前記シャッタ閉電極に印加される電位を調節するように構成された第２のスイッチを、前記ピクセルに対して備える、請求項５に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記制御マトリクスは、シャッタ開相互接続と、シャッタ閉相互接続と、書き込み許可相互接続と、作動電圧相互接続とを、前記ピクセルに対して備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記書き込み許可相互接続は、書き込み許可電圧を受信するためのものである、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記ピクセルは、前記シャッタ開相互接続に対応する第１のキャパシタと、前記シャッタ閉相互接続に対応する第２のキャパシタとを備える、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記ピクセルは、前記シャッタ開相互接続に対応する第１の抵抗器と、前記シャッタ閉相互接続に対応する第２の抵抗器とを備える、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記スイッチは、前記シャッタ開相互接続と、前記第１のキャパシタと、前記作動電圧ラインとに電気的に接続され、かつ、前記ピクセルに対して、前記制御マトリクスは、前記シャッタ閉相互接続と、前記第２のキャパシタと、前記作動電圧相互接続との電気的通信を行う第２のスイッチを備える、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記シャッタ開相互接続による前記スイッチへの電圧の印加に応えて、前記スイッチは、前記第１のキャパシタの放電を促進することにより、前記対応するシャッタを作動させる、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記シャッタ閉相互接続による前記第２のスイッチへの電圧の印加に応えて、前記第２のスイッチは、前記第２のキャパシタの放電を促進することにより、前記対応するシャッタを作動させる、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記制御マトリクスは、前記複数のシャッタのうちの複数の、実質的に同時の作動を開始させるための、大域的作動回路を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記シャッタ開相互接続による前記スイッチへの電圧の印加に応えて、前記スイッチは、前記第１のキャパシタの充電を促進することにより、前記対応するシャッタを作動させる、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記シャッタ閉相互接続による前記第２のスイッチへの電圧の印加に応えて、前記第２のスイッチは、前記第２のキャパシタの充電を促進することにより、前記対応するシャッタを作動させる、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記作動電圧相互接続に電気的に接続された作動電圧源と、前記シャッタ開相互接続および前記シャッタ閉相互接続のうちの少なくとも１つに電気的に接続されたデータ電圧源とを備え、前記作動電圧源は、前記データ電圧源によって出力されるよりも大きさが大きい電圧を出力する、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記作動電圧源は、前記データ電圧源によって出力されるよりも少なくとも約５倍大きな大きさを有する電圧を出力する、請求項１８に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記ピクセルのアレイ内の複数のピクセルは、走査ライン内に配置され、前記走査ライン内の前記ピクセルは、共通の書き込み許可相互接続を共有する、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記ピクセルのアレイ内のピクセルは、ピクセルの列内に配置され、ピクセルの前記列のうちの特定の１つの中のピクセルは、共通のシャッタ開相互接続およびシャッタ閉相互接続のうちの少なくとも１つを共有する、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記ピクセルは、シャッタ移動指示を記憶するためのメモリ要素を含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記メモリ要素は、キャパシタを備える、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記メモリ要素は、ＳＲＡＭ回路およびＤＲＡＭ回路のうちの１つを備える、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記書き込み許可相互接続への書き込み許可電圧の印加は、前記メモリ要素を、前記シャッタ移動指示を記憶するために準備させる、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記マトリクスは、前記ピクセルのアレイ内の複数のピクセルのメモリ要素内に記憶された、シャッタ移動指示の、実質的に同時の実行を開始させるための、大域的作動相互接続を備える、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記ピクセルのアレイは、
複数のアパーチャを有する基板と、
前記複数のアパーチャのうちのそれぞれ１つに対応する複数のシャッタと、を含み、シャッタは、前記シャッタの移動範囲を、前記基板によって画定される平面に平行な移動平面に実質的に制限する少なくとも１つの機械的支持を有し、
前記ピクセルのアレイ内のピクセルは、前記複数のアパーチャのうちの少なくとも１つのアパーチャと、そのそれぞれの、前記複数のシャッタのうちのシャッタとを含み、
前記制御マトリクスは、画像を形成するために前記基板の方へ向けられた光を変調するために、前記基板に接続され、前記ピクセルに対して、前記制御マトリクスは、
シャッタ開電極と、
シャッタ閉電極と、
前記シャッタ開電極およびシャッタ閉電極のうちの１つへの電圧の印加を選択的に制御して、前記ピクセルに対応する前記シャッタと、前記シャッタ開電極および前記シャッタ閉電極のうちの１つとの間に電場を生成することにより、前記対応するシャッタを、前記基板に対して横方向の前記移動平面の実質的に内部で静電駆動するスイッチとを含む、ディスプレイ装置。
【請求項２８】
ディスプレイ上に画像を形成する方法であって、
前記ディスプレイの走査ラインを選択するステップであって、前記走査ラインは、複数のピクセルを含むステップと、
前記選択された走査ライン内の前記複数のピクセルのうちの少なくとも１つに対して、シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータのうちの１つの両端の電圧を選択的に調節することにより、前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つが、対応するシャッタを、基板内で画定されたアパーチャに隣接して横方向に移動させることを可能にするステップと、
画像を形成するために、光を、前記複数のピクセルの方へ向けるステップと、
を含む方法。
【請求項２９】
前記電圧を調節するステップは、キャパシタを充電するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記電圧を調節するステップは、キャパシタを放電するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記電圧を調節するステップは、第１の大きさを有する第１の電位をスイッチに印加して、大幅により大きな大きさを有する第２の電位の、前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つへの印加を調節するステップを含み、前記第２の電位の大きさは、前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つを作動させるのに十分なだけ大きい、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記電圧を調節するステップは、前記ピクセルに対応するメモリ要素上に、シャッタ移動指示を記憶するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記メモリ要素は、キャパシタを備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記メモリ要素は、ＳＲＡＭ回路およびＤＲＡＭ回路のうちの１つを備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つが、前記対応するシャッタを移動させることを可能にすることは、前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つを作動させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つが、前記対応するシャッタを移動させることを可能にすることは、前記シャッタ開アクチュエータおよび前記シャッタ閉アクチュエータのうちの１つを作動させるために必要とされる、追加の最小電圧変化を実質的に減少させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記追加の最小電圧変化を提供して前記ピクセルを作動させるために、前記複数のピクセルに大域的作動電圧を印加するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記選択された走査ラインを選択解除し、かつ、前記放電されたキャパシタを再充電するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
第２の走査ライン内に配置された第２の一連のピクセルを選択するステップであって、前記第２の一連のピクセルは、対応するシャッタ開エネルギー記憶とシャッタ閉エネルギー記憶とを有するステップと、
前記第２の走査ライン内の前記ピクセルのうちの少なくとも１つに対して、第２のシャッタ開アクチュエータおよび第２のシャッタ閉アクチュエータのうちの１つが、対応する第２のシャッタを、前記基板内の第２のアパーチャに隣接して横方向に移動させることを可能にするステップと
大域的作動電圧を印加することにより、前記対応するシャッタおよび前記第２の対応するシャッタの横方向の移動を、実質的に同時に開始させるステップと、
を含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の走査ラインを選択するステップは、前記走査ライン内の前記ピクセル間で共有される書き込み許可相互接続に、書き込み許可電圧を印加するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項４１】
ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記ピクセルのアレイは、
複数のアパーチャを有する基板と、
前記基板に対する横方向の移動のために構成された、前記複数のアパーチャに対応する複数のシャッタと、を含み、
前記制御マトリクスは、前記基板に接続され、かつ、前記ピクセルのアレイ内のピクセルに対して、ｉ）前記ピクセルがデータ電圧に反応することを可能にするための書き込み許可相互接続と、ｉｉ）前記ピクセルを作動させるための十分な電圧を提供するための作動電圧相互接続と、ｉｉｉ）前記作動電圧相互接続によって提供される前記電圧の、前記ピクセルへの印加を選択的に統御するための第１のスイッチと、ｉｖ）前記第１のスイッチを制御することにより、それぞれのシャッタに接続されたアクチュエータの両端の前記作動電圧の前記印加を調節して、前記ディスプレイ上の画像の形成に対応する前記それぞれのシャッタの横方向の移動を可能にするデータ電圧相互接続と、
を含むディスプレイ装置。
【請求項４２】
前記作動電圧相互接続に電圧を提供するための作動電圧源と、
前記データ電圧相互接続に電圧を提供するためのデータ電圧源を備え、前記作動電圧源によって提供される前記電圧は、前記データ電圧源によって提供される前記電圧よりも大きい、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４３】
前記作動電圧源は、前記データ電圧源によって提供される前記電圧よりも少なくとも約４倍大きい電圧を提供する、請求項４２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４４】
前記ピクセルに対して、第２のスイッチを制御するための第２のデータ電圧相互接続を備え、前記第１のデータ電圧相互接続への所定の電圧の印加は、前記対応するシャッタが開くことを可能にし、前記第２のデータ電圧相互接続への所定の電圧の印加は、前記シャッタが閉じることを可能にする、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４５】
前記作動電圧の前記印加がない場合に、前記シャッタを、前記基板に対して横方向に移動させるための、前記シャッタのうちの少なくとも１つに接続された弾性部材を備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４６】
意図されるシャッタ位置を記憶するためのメモリ要素を、前記ピクセルに対して備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４７】
前記メモリ要素は、前記シャッタの現在意図される位置を記憶する、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４８】
前記メモリ要素は、前記シャッタの後に意図される位置を記憶する、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４９】
前記メモリ要素は、キャパシタを備える、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項５０】
前記シャッタは、前記キャパシタの放電に応じて横方向に移動する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５１】
前記メモリ要素は、前記データ相互接続に印加される前記データ電圧を記憶する、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項５２】
前記メモリ要素は、ＳＲＡＭおよびＤＲＡＭ回路のうちの１つを備える、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項５３】
前記ピクセルのアレイ内の複数のピクセルは、共通の作動電圧相互接続を共有する、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５４】
前記ピクセルは、前記作動電圧相互接続と、前記第１のスイッチとの間に配置された抵抗器を備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５５】
前記第１のスイッチはトランジスタを備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５６】
前記第１のスイッチはバリスタを備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５７】
前記スイッチはＭＩＭダイオードを備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５８】
前記ピクセルのアレイ内の複数のピクセルは、走査ラインを形成するように配置され、前記走査ライン内の前記ピクセルは、前記書き込み許可相互接続を共有する、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５９】
前記可能にするステップは、前記アクチュエータを作動させるステップを含む、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６０】
前記可能にするステップは、前記アクチュエータを作動させるために必要とされる追加の最小電圧変化を実質的に減少させるステップを含む、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６１】
前記制御マトリクスは、前記ピクセルのアレイ内の複数のピクセルに、少なくとも前記追加の最小電圧変化を発生させるための大域的作動相互接続を備える、請求項６０に記載のディスプレイ装置。
【請求項６２】
前記可能にされたアクチュエータの作動を開始させるための大域的作動相互接続を備える、請求項４１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６３】
ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記ピクセルのアレイは、
複数のアパーチャを有する基板と、
前記複数のアパーチャに対応する複数のシャッタと、を含み、
シャッタは、前記シャッタの移動範囲を、前記基板によって画定される平面に平行な移動平面に実質的に制限する少なくとも１つの機械的支持を有し、
前記制御マトリクスは、前記基板上に配置され、かつ、前記ピクセルのアレイ内のピクセルに対して、ｉ）前記ピクセルがデータ電圧に反応することを可能にするための書き込み許可相互接続と、ｉｉ）前記ピクセルを作動させるための十分な電圧を提供するための作動電圧相互接続と、ｉｉｉ）前記作動電圧相互接続によって提供される前記電圧の、前記ピクセルへの印加を選択的に統御するための第１のスイッチと、ｉｖ）前記第１のスイッチを制御することにより、それぞれのシャッタに接続されたアクチュエータの両端の前記作動電圧の前記印加を調節して、実質的に前記移動平面内での、前記それぞれのシャッタの静電駆動される移動を可能にするためのデータ電圧相互接続と、
を含むディスプレイ装置。
【請求項６４】
ディスプレイ上に画像を形成する方法であって、
走査ライン内に配置された複数のピクセルに、書き込み許可電圧を印加するステップと、
前記走査ライン内の前記ピクセルのうちの少なくとも１つに、作動電圧を印加するステップと、
前記走査ライン内のピクセルに対応するスイッチにデータ電圧を選択的に印加して、前記ピクセル内のアクチュエータへの前記作動電圧の前記印加を調節することにより、前記スイッチに対応する前記アクチュエータに接続されたシャッタの位置を制御するステップと、を含み、
前記作動電圧は、前記データ電圧の少なくとも２倍であり、前記シャッタは、基板に隣接した横方向の移動のために構成される、
方法。
【請求項６５】
前記作動電圧は、前記データ電圧よりも少なくとも約４倍大きい、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記アクチュエータを接地することにより、弾性復元力が前記シャッタを静止位置まで横方向に駆動することを可能にするステップを含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６７】
前記ピクセルにおける前記シャッタの意図される位置を記憶するステップを含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６８】
前記意図されるシャッタ位置を記憶するステップは、キャパシタを充電するステップを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記意図されるシャッタ位置を記憶するステップは、キャパシタを放電するステップを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
前記意図されるシャッタ位置を記憶するステップは、前記ピクセル内に組み込まれた、ＳＲＡＭ回路およびＤＲＡＭ回路のうちの１つの中に、前記シャッタ位置を記憶するステップを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７１】
前記シャッタの後続の意図される位置を、前記メモリ要素が記憶する、請求項６７に記載の方法。
【請求項７２】
前記意図される位置を記憶するステップは、前記スイッチに印加される前記データ電圧を記憶するステップを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７３】
ピクセルのアレイ内の複数のピクセルに大域的作動電圧を印加するステップを含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項７４】
ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記ピクセルのアレイは、行および列内に配置され、
複数のアパーチャを有する基板と、
前記複数のアパーチャに対応する、前記基板に対する横方向の移動のために構成された複数のシャッタと、を含み、
前記制御マトリクスは、前記基板上に配置され、
一組のピクセルの間での共通の電気的接続であって、前記一組のピクセルは、前記列のうちの少なくとも２つと、前記行のうちの少なくとも２つとの中のピクセルを含む電気的接続と、
前記列のうちの１つに対応するデータ電圧相互接続と、
前記データ電圧相互接続によって印加される電圧に応じて、対応するシャッタの作動を制御するための、前記ピクセルのうちの１つに対応するスイッチと、
を含むディスプレイ装置。
【請求項７５】
前記共通の電気的接続は、大域的作動相互接続である、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７６】
前記共通の電気的接続に大域的作動電圧を印加するための大域的作動電圧源を備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７７】
前記共通の電気的接続は、前記ピクセルのアレイ内の前記ピクセル内に蓄積された電荷を受け入れることにより、前記複数の対応するシャッタの作動を可能にするための、共通の電流ドレインを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７８】
前記シャッタは、双安定のシャッタ組立体によって支持される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７９】
前記シャッタ組立体は、電気的に双安定である、請求項７８に記載のディスプレイ装置。
【請求項８０】
前記シャッタ組立体は、機械的に双安定である、請求項７８に記載のディスプレイ装置。
【請求項８１】
前記データ電圧相互接続へのデータ電圧の印加は、前記シャッタのうちの１つを作動させるために必要とされる最小の追加の電圧変化を実質的に減少させる、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８２】
前記共通の電気的接続は、前記最小の追加の電圧変化を供給する、請求項８１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８３】
前記ピクセルのアレイ内の少なくとも１つのピクセルは、前記シャッタを開くためのシャッタ開アクチュエータと、前記シャッタを閉じるためのシャッタ閉シャッタとを含む、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８４】
前記１つのピクセルは、メモリ要素を備え、前記ピクセルに対応する前記スイッチは、前記メモリ要素による前記データ電圧の記憶を制御する、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８５】
ディスプレイ上に画像を形成する方法であって、
前記ディスプレイの第１の走査ラインを選択するステップであって、前記走査ラインは、複数のピクセルを含むステップと、
前記選択された走査ライン内の複数のピクセルのうちの、少なくとも第１のピクセルに対して、第１のアクチュエータの両端の電圧を選択的に調節することにより、前記第１のアクチュエータが、対応する第１のシャッタを、基板内で画定された第１のアパーチャに対して移動させることを可能にするステップと、
第２の複数のピクセルを含む、前記ディスプレイの第２の走査ラインを選択するステップと、
前記選択された第２の走査ライン内の前記第２の複数のピクセルのうちの少なくとも第２のピクセルに対して、第２のアクチュエータの両端の電圧を選択的に調節することにより、前記第２のアクチュエータが、対応する第２のシャッタを、前記基板内で画定された第２のアパーチャに対して移動させることを可能にするステップと、
前記第１の走査ライン内の少なくとも２つのピクセルと、前記第２の走査ライン内の少なくとも２つのピクセルとの間で共有される大域的作動相互接続に、大域的作動電圧を印加することにより、前記第１および第２の可能にされたアクチュエータを作動させるステップと、
画像を形成するために、光を前記基板の方へ向けるステップと、
を含む方法。
【請求項８６】
前記大域的作動相互接続は、ピクセルの前記アレイ内の前記ピクセル内に蓄積された電荷を受け入れることにより、前記可能にされたアクチュエータの作動を可能にする共通の電流ドレインを提供する、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記シャッタは、双安定のシャッタ組立体によって支持される、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
前記シャッタ組立体は、電気的に双安定である、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記シャッタ組立体は、機械的に双安定である、請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
前記第１のアクチュエータの両端の前記電圧は、前記第１のアクチュエータに対応するスイッチへのデータ電圧の印加によって調節される、請求項８５に記載の方法。
【請求項９１】
前記スイッチによって調節される前記電圧の大きさは、前記データ電圧の大きさよりも大幅に大きい、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記第１および第２のアクチュエータを可能にするステップは、前記第１および第２のアクチュエータを作動させるために前記第１および第２のアクチュエータの両端に印加される必要がある追加の最小の電圧変化を、実質的に減少させるステップを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項９３】
前記大域的作動電圧は、前記最小の追加の電圧変化を供給する、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記第１の走査ライン内の少なくとも１つのピクセルは、前記シャッタを開くためのシャッタ開アクチュエータと、前記シャッタを閉じるためのシャッタ閉シャッタとを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項９５】
前記第１および第２のシャッタを、第１および第２のアパーチャに対して移動させるステップは、前記第１および第２のシャッタを、実質的に前記基板に平行な平面内で、横方向に移動させるステップを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項９６】
シャッタ組立体と制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記シャッタ組立体は、シャッタと駆動電極とを備え、前記シャッタと前記駆動電極との間の電位差の生成に応じて、前記シャッタが前記駆動電極の方へ静電的に引かれるように構成され、
前記制御マトリクスは、
前記シャッタおよび前記駆動電極のうちの一方に第１の電圧を印加するための第１の電圧相互接続と、
前記シャッタおよび前記駆動電極のうちのもう一方に第２の電圧を印加することにより、前記シャッタ間に前記電位差を生成するための第２の電圧相互接続と、を含み、
前記第１の電圧は、前記第２の電圧よりも大きな大きさを有し、前記第１の電圧は、前記シャッタおよび前記駆動電極のうちのより低い静電容量を有する一方に印加される、ディスプレイ装置。
【請求項９７】
前記第２の電圧は、接地電圧またはほぼ接地電圧である、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項９８】
前記第２の電圧は、接地と、前記第１の電圧の約半分との間で変化する、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項９９】
前記第２の電圧相互接続は、大域的作動相互接続である、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１００】
前記シャッタ組立体は、第３の電圧相互接続に接続された第２の駆動電極を備える、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０１】
前記駆動電極への前記第１の電圧の印加により、前記シャッタが開き、前記第２の駆動電極への第３の電圧の印加により、前記シャッタが閉じる、請求項１００に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０２】
前記駆動電極への前記第１の電圧の前記印加により、前記シャッタが開く、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０３】
前記第２の電圧の前記印加がない場合の、前記駆動電極への前記第１の電圧の前記印加により、前記シャッタが開く、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０４】
前記シャッタへの前記第２の電圧の印加により、前記第１の電圧の前記印加に応じた前記シャッタの移動を阻止する、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０５】
前記シャッタ組立体は、前記シャッタの移動範囲を、実質的に、光源が向けられる先の平面に平行な移動平面に制限するための機械的支持を備える、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０６】
前記シャッタは、実質的に前記移動平面内で、静電的に引かれる、請求項１０５に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０７】
画像を形成する方法であって、
シャッタと駆動電極とを備えるシャッタ組立体を提供するステップであって、前記シャッタ組立体は、前記シャッタと前記駆動電極との間の電位差の生成に応じて、前記シャッタが前記駆動電極の方へ静電的に引かれるように構成されるステップと、
前記シャッタおよび前記駆動電極のうちの一方に第１の電圧を印加するステップと、
前記シャッタおよび前記駆動電極のうちのもう一方に第２の電圧を印加することにより、前記シャッタ間に前記電位差を生成するステップと、を含み、
前記第１の電圧は、前記第２の電圧よりも大きな大きさを有し、前記第１の電圧は、前記シャッタおよび前記駆動電極のうちのより低い静電容量を有する一方に印加される、方法。
【請求項１０８】
前記第２の電圧は、接地電圧またはほぼ接地電圧である、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記第２の電圧を、接地電圧と、前記第１の電圧の約半分との間で変化させるステップを含む、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１１０】
前記シャッタ組立体は、ピクセルのアレイ内のピクセルの部分を形成し、前記第２の電圧を変化させるステップは、前記ピクセルのアレイ内の複数のピクセルの大域的作動を提供する、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記シャッタ組立体は、第３の電圧相互接続に接続された第２の駆動電極を備える、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１１２】
前記駆動電極に前記第１の電圧を印加することにより、前記シャッタが開き、前記第２の駆動電極に第３の電圧を印加することにより、前記シャッタが閉じる、請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
前記駆動電極への前記第１の電圧の印加により、前記シャッタが開く、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１４】
前記第２の電圧の前記印加がない場合の、前記駆動電極への前記第１の電圧の印加により、前記シャッタが開く、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１５】
前記シャッタへの前記第２の電圧の印加により、前記第１の電圧の前記印加に応じた前記シャッタの移動を阻止する、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１６】
前記シャッタ組立体は、前記シャッタの移動範囲を、実質的に、光源が向けられる先の平面に平行な移動平面に制限するための、機械的支持を備える、請求項９６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１７】
前記シャッタは、実質的に前記移動平面内で、静電的に引かれる、請求項１０５に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１８】
ハウジングと表示パネルと制御マトリクスと電源とを備える携帯型ハンドヘルド装置であって、
前記表示パネルは、前記ハウジング内に取り付けられ、かつ、複数の横方向に移動可能なシャッタを有する光変調層を有し、前記光変調層は、伝播する光線の経路を通ってそれぞれのシャッタを横方向に移動させて、それぞれのピクセルをオン状態またはオフ状態に設定することによって、光を変調することが可能であり、
前記制御マトリクスは、前記横方向に移動可能なシャッタを移動させて光を変調するための、前記横方向に移動可能なシャッタのそれぞれに対する制御を提供するために、前記表示パネルに結合され、
前記電源は、前記ハウジング内に配置され、光源とコントローラとに結合される、
携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１１９】
画像を表示するために、前記移動可能なシャッタ要素を制御するための、前記制御マトリクスに結合されたディスプレイコントローラをさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２０】
前記ディスプレイコントローラは、前記移動可能なシャッタのオンおよびオフ状態のシーケンスを決定することが可能な、かつ、カラー画像を表示するために、前記決定されたシーケンスを通じてそれぞれの移動可能なシャッタを駆動するカラー画像生成器を含む、請求項１１９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２１】
前記表示パネル内に配置された少なくとも１つのカラーフィルタをさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２２】
前記ディスプレイコントローラは、
前記表示パネルに結合され、移動可能なシャッタのグループを、選択された状態に、所定の間隔で移動させる同期パルスを生成する同期コントローラを含む、請求項１１９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２３】
画像信号のための記憶装置を有し、前記コントローラに結合された画像メモリをさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２４】
リムーバブルメモリ記憶装置をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２５】
前記光変調層の下面に接合された透明基板と、
前記透明基板の下に配置された光源と、
をさらに備える請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２６】
前記光源は、選択された色をそれぞれが生成することが可能な複数の光源を備える、請求項１２５に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２７】
カラー画像を表示するために、前記複数の光源を順次アクティブにする光コントローラをさらに備える、請求項１２６に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２８】
前記ハウジング内に配置され、前記移動可能なシャッタの方へ光を向けるために、前記光変調層の上に配置された光源をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１２９】
前記ハウジングに結合され、ユーザコマンドに応答して入力信号を生成することが可能な、ユーザインタフェース装置をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３０】
前記表示パネルの上面の上に配置され、ユーザによって押されている前記表示パネル上の位置を表す信号を生成することが可能なタッチセンシティブスクリーンをさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３１】
前記表示パネルは、前記移動可能なシャッタを取り囲む流体材料をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３２】
前記ディスプレイコントローラは、画像を生成するために使用されるカラービットの数を制御するカラービットコントローラを含む、請求項１１９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３３】
前記表示パネルは、
前記光変調基板の上に配置された透明カバープレートと、
前記表示パネルの周囲の壁の回りに配置され、前記透明カバープレートの周辺端部を支持するための支持面を有するシールと、をさらに備える請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３４】
前記透明カバープレートは、外部の圧力に応じた内向きの変形を制限するために選択された厚さを有する、請求項１３３に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３５】
前記光変調基板とカバープレートとの間に配置され、前記カバープレートを突き合わせて支持するように配置された支持体をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３６】
前記光変調層は、前記移動可能なシャッタのそれぞれに関連付けられた複数のアパーチャを含み、
前記光変調層の下に配置され、前記光変調層に面した反射面を有する反射層をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３７】
前記反射層は、前記反射面の上に配置された光透過媒体を含むことにより、前記光変調層の下に光反射キャビティが形成される、請求項１３６に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３８】
前記制御マトリクスは、複数の制御回路を有するアクティブマトリクスを含み、前記複数の制御回路のそれぞれは、それぞれの移動可能なシャッタに関連付けられる、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１３９】
前記電源に結合され、前記電源から消費される電力を選択的に調節するための複数の動作モードを有する電源コントローラをさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４０】
前記電源コントローラは、光源に結合され、さらに、前記光源が駆動される振幅を、選択された期間の後で変更するためのタイマ含む、請求項１３９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４１】
前記電源コントローラは、光源に結合されて、振幅、または前記光源の切り換えのタイミングのうちの少なくとも１つを制御する、請求項１３９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４２】
さまざまな色の光を生成するための、複数の光源を有する光源をさらに備え、
前記電源コントローラは、より少ない電力を前記電源から消費する色を生成するために、前記光源のうちの少なくとも１つを切り換えるタイミングを制御する、請求項１３９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４３】
前記電源コントローラは、切り換えが行われない光源を使用して単色光を生成するために、光源を制御する、請求項１３９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４４】
前記ハウジングの外部の光を測定するため、および、少なくとも部分的に前記測定に基づいて、前記電源から消費される電力を選択的に調節するために、前記電源コントローラに結合されるレベル検出器をさらに備える、請求項１３９に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４５】
ゲームコンソール、携帯電話、オーディオプレーヤ、ビデオプレーヤ、腕時計、電子書籍、デジタルカメラ、テレビ受信機、ＧＮＳＳ受信機、およびラップトップコンピュータの群から選択される装置を含む、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４６】
前記光変調層の上に形成され、前記制御マトリクスに結合され、かつ、それぞれの移動可能なシャッタの方へ移動するように配置されることにより、前記シャッタを移動させるために印加される電圧を減少させる、可動接触子をさらに備える、請求項１１８に記載の携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４７】
ハウジングと表示パネルと制御回路と光源と電源とを備える携帯型ハンドヘルド装置であって、
前記表示パネルは、前記ハウジング内に取り付けられ、その上に形成されてそれに接合される光変調層を備えた透明基板を有し、前記透明層を通過する光を変調するように配置される複数の移動可能要素を有し、
前記制御回路は、前記移動可能要素の移動を制御して光を変調するために、前記移動可能要素に結合され、
前記光源は、前記透明層を通して光を導くために、前記ハウジング内の前記透明基板の下に配置され、
前記電源は、前記ハウジング内に配置され、前記光源と、アクティブマトリクスとに結合される、
携帯型ハンドヘルド装置。
【請求項１４８】
ハウジングとアクティブマトリクス表示パネルと光源と電源とを備える携帯型ハンドヘルド装置であって、
前記アクティブマトリクス表示パネルは、前記ハウジング内に取り付けられ、かつ、透明基板上に形成されて前記透明基板に接合される光変調基板を有し、かつ、光を変調するように配置される複数の移動可能要素を有し、かつ、前記移動可能要素の移動を制御して光を変調するための、前記移動可能要素のそれぞれに関連付けられた複数の制御回路を有し、
前記光源は、前記ハウジング内に配置され、
前記電源は、前記ハウジング内に配置され、前記光源と、アクティブマトリクスとに結合される、
携帯型ハンドヘルド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
一般に、本発明は、画像ディスプレイの分野に関し、特に、画像ディスプレイ内に組み込まれた光変調器を制御するための回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
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。高速で、明るく、低電力の、機械的に作動させられるディスプレイが、当技術分野において必要とされている。特に、改良された画像品質と、削減された電力消費とのために、高速に、かつ低電圧で駆動されることが可能な、機械的に作動させられるディスプレイが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明の概要
そのようなディスプレイは、シャッタ組立体の中に組み込まれたシャッタを開くこと、および閉じることのために構成された、スイッチと電極とを含む制御マトリクスと組み合わされた、ＭＥＭＳベースのシャッタ組立体のアレイを使用して形成されてもよい。一態様では、本発明は、ディスプレイ装置に関する。一実施形態では、ディスプレイ装置は、ピクセルのアレイを含む。ピクセルのアレイは、複数のアパーチャと、アパーチャに対応する複数のシャッタとを有する基板を含む。各ピクセルは、少なくとも１つのアパーチャと、アパーチャに対応する１つのシャッタとを含む。ディスプレイ装置は、さらに、基板に接続された制御マトリクスを含む。ピクセルのアレイ内のピクセルに対して、制御マトリクスは、スイッチと、シャッタ開電極と、シャッタ閉電極とを含む。スイッチと電極とは、画像を形成するためにピクセルの方へ向けられた光を変調するために、ピクセルのシャッタが、基板に対して横方向に、選択的に移動することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
スイッチは、さまざまな実装において、トランジスタ、ダイオード、またはバリスタであってもよい。一実施形態では、スイッチは、シャッタ開電極に印加される電位を調節するように構成される。別の実施形態では、スイッチは、シャッタ閉電極に印加される電位を調節するように構成される。さらに別の実施形態では、１つのスイッチがシャッタ開電極に印加される電位を制御し、第２のスイッチがシャッタ閉電極に印加される電位を制御するように、制御マトリクスは、ピクセルに対する第２のスイッチを含む。
【０００５】
制御マトリクスは、さらに、シャッタ移動指示を記憶するためのメモリ要素を含んでもよい。一実施形態では、メモリ要素は、シャッタ開およびシャッタ閉の各電極のためのキャパシタを含む。あるいは、メモリ要素は、以下に限定されるものではないが、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ回路を含む。
【０００６】
制御マトリクスは、一実装では、ピクセルに対しての書き込み許可相互接続をさらに含む。書き込み許可相互接続は、ピクセルに印加された場合にそのピクセルにデータが書き込まれることを可能にする、書き込み許可電位を受信して、伝達するために構成される。一実施形態では、複数のピクセルが、走査ライン内に配置される。走査ライン内のピクセルは、共通の走査ライン相互接続を共有する。
【０００７】
制御マトリクスは、一実施形態では、作動電圧相互接続をさらに含む。作動電圧相互接続は、シャッタを作動させるための十分な大きさの電位を受信して、ピクセルに伝達する。他の実装では、制御マトリクスは、作動電圧相互接続とは別個の、データ相互接続をさらに含む。そのような別個のデータ相互接続は、移動指示をピクセルに伝達し、その移動指示は、次に、シャッタへの作動電圧の印加を調節する。制御マトリクスは、一実施形態では、シャッタ開相互接続およびシャッタ閉相互接続の、２つのデータ相互接続を含む。
【０００８】
ディスプレイ装置は、独立したデータ電圧源および作動電圧源を含んでもよい。両方の電圧源を含む一実施形態では、作動電圧源は、データ電圧源よりも大きさが大きい電圧を出力する。例えば、作動電圧源の出力の大きさは、データ電圧源の出力の、少なくとも２倍、４倍、または５倍であってもよい。
【０００９】
より詳細には、上述のような、ピクセルにつき２つのスイッチの一実施形態では、ピクセル内で、第１のスイッチは、シャッタ開相互接続と、第１のキャパシタと、作動電圧ラインとに接続される。ピクセル内の第２のスイッチは、シャッタ閉相互接続と、第２のキャパシタと、作動電圧相互接続とに接続される。シャッタ開相互接続による、スイッチへの電圧の印加に応えて、第１のスイッチは、第１のキャパシタの放電を促進し、それにより、対応するシャッタを作動させる。シャッタ閉相互接続による、第２のスイッチへの電圧の印加に応えて、第２のスイッチは、第２のキャパシタの放電を促進し、それにより、対応するシャッタを作動させる。代替実施形態では、シャッタ開相互接続による、スイッチへの電圧の印加に応えて、第１のスイッチは、第１のキャパシタの充電を促進し、それにより、対応するシャッタを作動させる。シャッタ閉相互接続による、第２のスイッチへの電圧の印加に応えて、第２のスイッチは、第２のキャパシタの充電を促進し、それにより、対応するシャッタを作動させる。
【００１０】
さまざまな実施形態において、制御マトリクスは、大域的共通相互接続を含む。大域的共通相互接続は、ピクセルのアレイの少なくとも２つの行および２つの列内のピクセルに接続される。大域的共通相互接続は、複数行のピクセルのほぼ同時の作動を可能にする、大域的作動相互接続として働いてもよい。大域的共通相互接続は、さらに、ピクセルのアレイ内のシャッタ全体にわたっての、０Ｖの平均ＤＣ電圧の提供をサポートする働きをしてもよい。
【００１１】
第２の態様では、本発明は、ピクセルのアレイと制御マトリクスとを含む、ディスプレイ装置に関する。ピクセルのアレイは、複数のアパーチャと複数のシャッタとを有する基板を含む。各ピクセルは、少なくとも１つのアパーチャと、アパーチャに対応する少なくとも１つのシャッタとを含む。各シャッタは、シャッタの移動を、基板によって画定される平面に平行な平面に実質的に制限する、少なくとも１つの機械的支持を有する。制御マトリクスは、画像を形成するために基板の方へ向けられた光を変調するために、基板に接続される。制御マトリクスは、ピクセルに対して、シャッタ開電極と、シャッタ閉電極と、スイッチとを含む。スイッチは、シャッタ開電極およびシャッタ閉電極のうちの１つへの電圧の印加を選択的に制御して、ピクセルに対応するシャッタと、シャッタ開電極およびシャッタ閉電極のうちの１つとの間に電場を生成し、それにより、対応するシャッタを、基板に対して横方向の移動平面の実質的に内部で静電駆動する。
【００１２】
第３の態様では、本発明は、ディスプレイ上で画像を形成する方法に関する。一実施形態では、方法は、ディスプレイの走査ラインを選択するステップを含む。走査ラインは、複数のピクセルを含む。方法は、さらに、ピクセルのシャッタ開アクチュエータおよび／またはシャッタ閉アクチュエータの両端の電圧を選択的に調節し、それにより、シャッタ開アクチュエータまたはシャッタ閉アクチュエータが、対応するシャッタを、基板内で画定されたアパーチャに隣接して横方向に移動させることを可能にするステップを含む。方法は、さらに、画像を形成するために、複数のピクセルの方へ光を向けるステップも含む。
【００１３】
電圧の調節は、一実施形態では、キャパシタを充電するステップを含む。別の実施形態では、電圧の調節は、キャパシタを放電するステップを含む。別の実施形態では、電圧を調節することは、第１の大きさを有する第１の電位をスイッチに印加して、大幅により大きな大きさを有する第２の電位の印加を調節するステップを含む。この実施形態における、第２の電位の大きさは、シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータのうちの１つを作動させるのに十分なだけ大きい。
【００１４】
別の実施形態では、電圧を調節することは、ピクセルに対応するメモリ要素上にシャッタ移動指示を記憶するステップを含む。メモリ要素は、さまざまな実装において、キャパシタ、ＳＲＡＭ回路、またはＤＲＡＭ回路を含んでもよい。
【００１５】
シャッタ開アクチュエータまたはシャッタ閉アクチュエータが、対応するシャッタを移動させることを可能にすることは、一実施形態では、アクチュエータを作動させるステップを含む。別の実施形態では、可能にすることは、シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータのうちの１つを作動させるために必要とされる追加の最小電圧変化を、実質的に減少させるステップを含む。大域的作動電圧の後続の印加が、ピクセルを作動させるために必要とされる追加の最小電圧変化を提供する。
【００１６】
別の実施形態では、方法は、第２の走査ライン内に配置された、第２の一連のピクセルを選択するステップを含む。第２の一連のピクセルは、対応するシャッタ開エネルギー記憶とシャッタ閉エネルギー記憶とを有する。方法は、さらに、第２の走査ライン内のピクセルのうちの少なくとも１つに対して、第２のシャッタ開アクチュエータまたは第２のシャッタ閉アクチュエータが、対応する第２のシャッタを、基板内の第２のアパーチャに隣接して横方向に移動させることを可能にするステップを含む。大域的作動電圧が、対応するシャッタの横方向の移動を実質的に同時に開始させるために、次に印加される。
【００１７】
第４の態様では、本発明は、ピクセルのアレイと、ピクセルを制御するための制御マトリクスとを含む、ディスプレイ装置に関する。ピクセルのアレイは、複数のアパーチャと複数の対応するシャッタとを有する基板を含む。アレイ内の各ピクセルは、少なくとも１つのアパーチャと、対応するシャッタとを含む。シャッタは、基板に対して横方向の動きのために構成される。
【００１８】
制御マトリクスは、ピクセルのアレイ内のピクセルに対して、書き込み許可相互接続と、作動電圧相互接続と、スイッチと、データ電圧相互接続とを含む。書き込み許可相互接続は、ピクセルのアレイ内のピクセルが、シャッタ移動指示を受信することを可能にする。一実施形態では、走査ラインと呼ばれる、ピクセルのアレイ内の複数のピクセルが、共通の書き込み許可相互接続を共有する。作動電圧相互接続は、シャッタの横方向の移動を可能にするための十分な電圧を提供する。一実施形態では、横方向の移動を可能にすることは、シャッタに接続されたアクチュエータの直接の作動を含んでもよい。別の実施形態では、横方向の移動を可能にすることは、そのようなアクチュエータの作動を開始するために必要とされる電圧変化を、実質的に減少させることを含む。そのような実施形態では、必要とされる最小電圧変化は、大域的作動相互接続を経由して印加される。作動電圧相互接続は、一実施形態では、例えば、ピクセルのアレイの列内のピクセルなどの、複数のピクセルによって共有される。例えばトランジスタ、バリスタ、またはダイオードである、スイッチは、作動電圧相互接続からシャッタへの電圧の印加を、データ電圧相互接続から受信した電圧に基づいて選択的に統御する。作動させられた場合、シャッタは、基板に対して横方向に移動して、その対応するアパーチャを通して選択的に光を通過させ、それにより画像を形成する。一実施形態では、ピクセル内で、抵抗器が、スイッチと作動電圧相互接続とを分離する。
【００１９】
一実施形態では、ディスプレイ装置は、作動電圧源と、データ電圧源とをさらに含む。作動電圧源による電圧出力は、データ電圧源による電圧出力の大きさよりも大幅に大きな大きさを有する。特定の一実施形態では、作動電圧源は、データ電圧源の電圧の２倍よりも大きな大きさを有する電圧を出力する。別の実施形態では、作動電圧源は、データ電圧源の電圧の４倍よりも大きな大きさを有する電圧を出力する。さらに別の実施形態では、作動電圧源は、データ電圧源の電圧の５倍よりも大きな大きさを有する電圧を出力する。
【００２０】
別の実施形態では、制御マトリクスは、ピクセルに対しての、第２のデータ電圧相互接続を含む。第２のデータ電圧相互接続は、第２のスイッチを制御する。第１のデータ電圧相互接続への所定の電圧の印加は、対応するシャッタを開くことを可能にし、第２のデータ電圧相互接続への所定の電圧の印加は、シャッタを閉じることを可能にする。代替実施形態では、ピクセルは、作動電圧の印加がない場合にシャッタを基板に対して横方向に移動させるために、ピクセル内のシャッタの一方の端に接続された、弾性部材を含む。
【００２１】
一実施形態では、ピクセルは、意図される電流または将来のシャッタ位置を記憶するための、メモリ要素を含む。メモリ要素は、キャパシタ、ＳＲＡＭ回路、および／またはＤＲＡＭ回路を含んでもよい。キャパシタがメモリ要素として働く場合、制御マトリクスは、データ電圧相互接続上の電圧をキャパシタ上に蓄積することによって、意図されるシャッタ位置を記憶する。
【００２２】
ピクセルに対しての制御マトリクスがキャパシタを含む、一部の実施形態では、シャッタは、キャパシタの充電に応じて横方向に移動する。他の実施形態では、シャッタは、キャパシタの放電に応じて横方向に移動する。
【００２３】
第５の態様では、本発明は、ピクセルのアレイと制御マトリクスとを含む、ディスプレイ装置に関する。ピクセルのアレイは、複数のアパーチャと、アパーチャに対応する複数のシャッタとを有する基板を含む。シャッタは、シャッタの移動範囲を、基板によって画定される平面に平行な移動平面に実質的に制限する、少なくとも１つの機械的支持を有する。制御マトリクスは、ピクセルに対しての、書き込み許可相互接続と、作動相互接続と、スイッチと、データ電圧相互接続とを含む。データ電圧相互接続は、スイッチを制御するための電圧を伝え、それにより、それぞれのシャッタに接続されたアクチュエータの両端の、作動電圧相互接続によって伝えられる電圧の印加が調節され、それにより、それぞれのシャッタの、実質的に移動平面内での、静電駆動される移動が可能にされる。
【００２４】
第６の態様では、本発明は、ディスプレイ上で画像を形成する方法に関する。一実施形態では、方法は、走査ライン内に配置された複数のピクセルに書き込み許可電圧を印加するステップと、走査ライン内のピクセルのうちの少なくとも１つに作動電圧を印加するステップとを含む。方法は、さらに、走査ライン内のピクセルに対応するスイッチにデータ電圧を選択的に印加して、ピクセル内のアクチュエータへの作動電圧の印加を調節し、それにより、アクチュエータに接続されたシャッタの位置を制御するステップを含む。作動電圧の大きさは、一実施形態では、データ電圧の大きさの少なくとも２倍である。別の実施形態では、作動電圧の大きさは、一実施形態では、データ電圧の大きさの少なくとも４倍である。シャッタは、基板に隣接した横方向の移動によって、位置を変更する。一実施形態では、方法は、アクチュエータを接地して、それにより、弾性復元力がシャッタを静止位置まで横方向に駆動することを可能にするステップを含む。別の実施形態では、横方向の移動は、ピクセルへの大域的作動電圧の印加に応じて発生する。
【００２５】
別の実施形態では、方法は、ピクセルにおけるシャッタの意図される位置を記憶するステップを含む。一実施形態では、意図されるシャッタ位置を記憶するステップは、例えばデータ電圧を使用して、キャパシタを充電するステップを含む。代替実施形態では、意図される位置を記憶するステップは、キャパシタを放電するステップを含む。さらに別の実施形態では、意図される位置を記憶するステップは、ピクセル内に組み込まれたＳＲＡＭ回路またはＤＲＡＭ回路内にシャッタ位置を記憶するステップを含む。
【００２６】
第７の態様では、本発明は、ピクセルのアレイの複数列および複数行内のピクセル間で共有される、少なくとも１つの電気的相互接続を含む、ディスプレイ装置に関する。より詳細には、一実施形態において、本発明は、ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを含む、ディスプレイ装置に関する。ピクセルのアレイは、複数のアパーチャを有する基板を含む。ピクセルのアレイは、複数のシャッタをさらに含む。各シャッタは、１つのアパーチャに対応する。各ピクセルは、アパーチャとシャッタとのペアを、１つ以上含む。シャッタは、基板に対する横方向の移動のために構成される。制御マトリクスは、一組のピクセルの間の、共通の電気的接続を含む。一組のピクセルは、ピクセルのアレイの複数行および複数列内のピクセルを含む。制御マトリクスは、さらに、複数のデータ電圧相互接続を含む。ピクセルのアレイ内の、ピクセルの各列は、それぞれの対応するデータ電圧相互接続を有する。制御マトリクスは、ピクセルのアレイ内のピクセルに対して、データ電圧相互接続に印加された電圧に応じて、対応するシャッタの作動を制御する、スイッチを含む。
【００２７】
一実施形態では、共通の電気的接続は、大域的作動相互接続として働く。そのような実施形態では、データ電圧相互接続へのデータ電圧の印加は、シャッタの移動を開始させるために必要とされる最小電圧変化を実質的に減少させる。共通の電気的接続が大域的作動相互接続として働く場合は、共通の電気的接続が、その追加の最小電圧変化を提供する。したがって、所与の画像フレームを形成するために移動することになっている、共通の電気的接続に接続されたすべてのシャッタが、共通の電気的接続に印加される大域的作動電圧に応えて、一斉に移動する。ディスプレイ装置は、さらに、共通の電気的接続に電圧を印加するための、大域的作動電圧源を含んでもよい。
【００２８】
別の実施形態では、共通の電気的接続は、共通の電気的接続が接続されたピクセル内に蓄積された電流を受け入れるための、共通の電流ドレインとして働く。一部の実施形態では、シャッタは、対応するキャパシタの放電に応じて作動する。共通の電気的接続は、共通の電流ドレインとして働いている場合、放電の結果として生じる電流を受け入れて、それにより、シャッタの作動および移動を可能にする。
【００２９】
一実施形態では、シャッタは、双安定のシャッタ組立体によって支持される。シャッタ組立体は、電気的および／または機械的に、双安定であってもよい。一実施形態では、シャッタ組立体は、基板に対して横方向の１つの経路内でシャッタを横方向に移動させ、それによりシャッタを開くための、シャッタ開アクチュエータと、基板に対して横方向の逆の経路内でシャッタを横方向に移動させ、それによりシャッタを閉じるための、シャッタ閉アクチュエータとの両方を含む。一実施形態では、ピクセルは、さらに、１つ以上の意図されるシャッタ位置を記憶するための、メモリ要素を含んでもよい。１つのそのような実施形態では、ピクセルに対応するスイッチが、メモリユニット上にデータ電圧を蓄積することによって、意図されるシャッタ位置を記憶する。
【００３０】
第８の態様では、本発明は、ディスプレイ装置内のピクセルのアレイの、複数行および複数列内のピクセル間で共有される電気的接続を部分的に利用することによって、ディスプレイ上に画像を形成することに関する。一実施形態では、方法は、ディスプレイの第１の走査ラインを選択するステップを含む。第１の走査ラインは、複数のピクセルを含む。選択された走査ライン内のピクセルのうちの少なくとも１つに対して、アクチュエータに対応するシャッタが、シャッタが構築される基板内に形成されたアパーチャに隣接して横方向に移動することを可能にするために、アクチュエータの両端の電圧が調節される。方法は、さらに、ピクセルの第２の組を含む第２の走査ラインを選択して、ピクセルの第２の組の中のピクセルのうちの１つの中の、アクチュエータの両端の電圧を調節し、それにより、第２のシャッタが、基板内の第２のアパーチャに隣接して横方向に移動することを可能にするステップを含む。アクチュエータの両端の電圧は、一実施形態では、アクチュエータに対応するスイッチへのデータ電圧の印加によって調節される。ピクセルは、１つのスイッチを有してもよく、または、シャッタを開くため、および閉じるための、独立したスイッチを有してもよい。一実施形態では、スイッチによって調節される電圧の大きさは、データ電圧の大きさよりも大幅に大きい。シャッタが移動することを可能にすることは、一実施形態では、作動が発生するためにアクチュエータに印加される必要がある最小電圧変化を、実質的に減少させるステップを含む。
【００３１】
方法は、さらに、ディスプレイの複数列および複数走査ライン内のピクセルを接続する大域的作動相互接続に、大域的作動電圧を印加し、それにより、アクチュエータを作動させるステップを含む。一実施形態では、大域的作動相互接続は、ピクセルのアレイ内のピクセル内に蓄積された電流を受け入れて、それにより、可能にされたアクチュエータの作動を可能にするための、共通の電流ドレインを提供する。光が、次に、ディスプレイ上で画像を形成するために、アパーチャの方に向けられる。
【００３２】
一実施形態では、ピクセルのアレイ内のシャッタは、シャッタ組立体によって支持される。シャッタ組立体は、電気的および／または機械的に双安定であってもよい。
【００３３】
ディスプレイを動作させるために必要とされる電力は、ディスプレイ内のさまざまな要素の静電容量の非対称性を利用することによって、部分的に減らされてもよい。ディスプレイは、ピクセルのアレイを含む。特に、ディスプレイ内の各ピクセルは、２つの電極を有するアクチュエータを少なくとも１つ含む。一方の電極は、もう一方の電極よりも高い静電容量を有する。さらに、ディスプレイ内のピクセルのアドレス指定および作動のために使用される信号のうち、一部の信号では、他の信号よりも大きな、電圧の大きさにおける変動が発生し、また、一部の信号は、他の信号よりも頻繁にスイッチングされる。これらの、大きさがより大きな、または周波数がより高い電圧を、各ピクセルの、より低い静電容量の電極上で駆動することにより、電力管理が改良される。
【００３４】
より詳細には、第９の態様において、本発明は、シャッタ組立体と制御マトリクスとを含むディスプレイ装置に関する。シャッタ組立体は、シャッタと駆動電極とを含む。シャッタ組立体と駆動電極とは、大幅に異なる静電容量を有する。シャッタ組立体は、シャッタと駆動電極との間の電位差の発生に応じて、シャッタが駆動電極の方へ静電的に引かれるように構成される。一実施形態では、シャッタ組立体は、シャッタの移動範囲を、シャッタ組立体が構築される基板に平行な平面に実質的に制限するための、機械的支持を含む。
【００３５】
制御マトリクスは、シャッタまたは駆動電極のいずれかに、第１の大きさを有する第１の電圧を印加するための、第１の電圧相互接続を含む。制御マトリクスは、さらに、シャッタまたは駆動電極のいずれかに、第２の大きさを有する第２の電圧を印加するための、第２の電圧相互接続を含む。シャッタが駆動電極よりも高い静電容量を有すると仮定すると、第１の電圧相互接続によって印加される電圧の大きさが、第２の電圧相互接続によって印加される大きさよりも小さい場合、第１の電圧相互接続はシャッタに接続され、第２の電圧相互接続は駆動電極に接続される。それ以外の場合は、第１の電圧相互接続は駆動電極に接続され、第２の電圧はシャッタに接続される。逆に、シャッタが駆動電極よりも低い静電容量を有するならば、第１の電圧相互接続によって印加される電圧の大きさが、第２の電圧相互接続によって印加される大きさよりも大きい場合、第１の電圧相互接続はシャッタに接続され、第２の電圧相互接続は駆動電極に接続される。
【００３６】
一実施形態では、第２の電圧は、接地電圧またはほぼ接地電圧である。別の実施形態では、第２の電圧は、接地と、第１の電圧の約半分との間で変化する。第２の電圧相互接続は、大域的作動相互接続として働いてもよい。
【００３７】
一実施形態では、駆動電極への第１の電圧の印加によって、シャッタが開く。代替実施形態では、駆動電極への第１の電圧の印加によって、シャッタが閉じる。さらに別の実施形態では、第２の電圧相互接続によってシャッタに印加される電圧がない場合にのみ、駆動電極への第１の電圧の印加によって、シャッタが移動する（開く、または閉じる）。
【００３８】
別の実施形態では、シャッタ組立体は、第３の電圧相互接続に接続された、第２の駆動電極を含む。第１の駆動電極への第１の電圧の印加によって、結果として、シャッタ組立体はシャッタを開位置に移動させ、第２の駆動電極への第３の電圧の印加によって、シャッタが閉じる。第２の電圧の印加は、一実施形態では、しかしながら、シャッタの移動を阻止する。
【００３９】
第１０の態様では、本発明は、画像を形成する方法に関する。一実施形態では、方法は、シャッタと駆動電極とを有するシャッタ組立体を提供するステップを含む。シャッタと駆動電極とは、大幅に異なる静電容量を有する。第１の電圧が、シャッタまたは駆動電極のいずれかに印加される。第２の電圧が、シャッタまたは駆動電極のうちの他方に印加され、それにより、シャッタと駆動電極との間に電位差が生成される。電位差によって、シャッタは、駆動電極の方へ引かれる。第１の電圧は、第２の電圧よりも大きい。したがって、シャッタが駆動電極よりも高い静電容量を有する場合、第１の電圧は駆動電極に印加される。シャッタが駆動電極よりも低い静電容量を有する場合、第１の電圧はシャッタに印加される。
【００４０】
別の態様では、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、ハウジングと、ハウジング内に取り付けられた表示パネルとを有し、さらに、伝播する光線の経路を通ってそれぞれのシャッタを横方向に移動させて、それぞれのピクセルをオン状態またはオフ状態に設定することによって、光を変調することが可能な、複数の横方向に移動可能なシャッタを有する光変調層を有する、携帯型ハンドヘルド装置を含む。制御マトリクスは、前記横方向に移動可能なシャッタを移動させて光を変調するための、横方向に移動可能なシャッタのそれぞれに対する制御を提供するために、表示パネルに接続される。制御マトリクスは、パッシブまたはアクティブマトリクスディスプレイ用であってもよく、それぞれの移動可能なシャッタにそれぞれが関連付けられた、複数の制御回路を有してもよい。電源が、ハウジング内に配置され、光源とコントローラとに結合される。携帯型ハンドヘルド装置は、特に、ゲームコンソール、携帯電話、オーディオプレーヤ、ビデオプレーヤ、腕時計、電子書籍、デジタルカメラ、テレビ受信機、ＧＮＳＳ受信機、およびラップトップコンピュータであってもよい。
【００４１】
任意選択で、携帯型ハンドヘルド装置は、画像を表示するために、移動可能なシャッタ要素を制御するための、制御マトリクスに結合されたディスプレイコントローラを有する。ディスプレイコントローラは、移動可能なシャッタのオンおよびオフ状態のシーケンスを決定することが可能な、かつ、カラー画像を表示するために、決定されたシーケンスを通じてそれぞれの移動可能なシャッタを駆動するための、通常はプログラマブル論理装置である、カラー画像生成器を含んでもよい。
【００４２】
任意選択で、および別法として、携帯型ハンドヘルド装置は、表示パネル内に配置された少なくとも１つのカラーフィルタを有してもよく、また、ディスプレイコントローラは、表示パネルに結合され、移動可能なシャッタのグループを、選択された状態に、所定の間隔で移動させる同期パルスを生成する、同期コントローラを含んでもよい。画像信号のための記憶装置を有し、コントローラに結合された、画像メモリが使用されてもよく、メモリは、リムーバブルメモリ記憶装置であってもよい。
【００４３】
表示パネルは、光変調層の下面に接合された透明基板と、透明基板の下に配置された光源とを有してもよい。選択された色をそれぞれが生成することが可能な、複数の光源が使用されてもよく、カラー画像を表示するために複数の光源を順次アクティブにする、ディスプレイコントローラまたは別個の光コントローラが提供されてもよい。ディスプレイコントローラは、さらに、画像を生成するために使用されるカラービットの数を制御するための、カラービットコントローラを提供するか、または有してもよい。
【００４４】
ハウジングに結合され、ユーザコマンドに応答して入力信号を生成することが可能な、ユーザインタフェース装置と、表示パネルの上面の上に配置され、ユーザによって押されている表示パネル上の位置を表す信号を生成することが可能な、タッチセンシティブスクリーンとを、装置は有してもよい。カバープレートは、外部の圧力に応じた内向きの変形を制限するために選択された厚さを有してもよく、光変調基板とカバープレートとの間に配置された支持体が、カバープレートを突き合わせて、支持してもよい。
【００４５】
電源コントローラが、電源に結合されてもよく、かつ、電源から消費される電力を選択的に調節するための複数の動作モードを有してもよい。光源が駆動される振幅を、選択された期間の後で変更するように、または、光源の切り換えのタイミングを変更するように、タイマが電源コントローラに指示してもよい。電源コントローラは、より少ない電力を電源から消費する色を生成するために、光源のうちの少なくとも１つを切り換えるタイミングを制御してもよく、また、切り換えられない光源を使用して単色光を生成するために、光源を制御してもよい。
【００４６】
ハウジングの外部の光を測定するため、および、少なくとも部分的に測定に基づいて、電源から消費される電力を選択的に調節するために、レベル検出器が、電源コントローラに結合されてもよい。
【００４７】
光変調層の上に形成され、制御マトリクスに結合され、かつ、それぞれの移動可能なシャッタの方へ移動するように配置された、可動接触子（ｍｏｖｅａｂｌｅ  ｃｏｎｔａｃｔ）により、シャッタを移動させるために印加される電圧は減少させられてもよい。
【００４８】
そのような装置を使用および製造するための方法も記載される。
【００４９】
上述の説明は、以下の図面を参照した、本発明の以下の詳細な説明から、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置の等角投影図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置のブロック図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置内に含めるのに適した、シャッタ組立体の等角投影図である。
【図３Ａ】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置内に含めるのに適した、デュアル作動型シャッタ組立体の等角投影図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置内に含めるのに適した、デュアル作動型シャッタ組立体の等角投影図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置内に含めるのに適した、シャッタ組立体のアレイの上面図である。
【図５Ａ】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、制御マトリクスの概念図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的実施形態による、図５Ａの制御マトリクスと、図２のシャッタ組立体とを組み込んだピクセルのアレイの等角投影図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第２の制御マトリクスの図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第３の制御マトリクスの図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、図７の制御マトリクスのピクセルをアドレス指定する方法のフローチャートである。
【図９】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第４の制御マトリクスの図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、図９の制御マトリクスのピクセルをアドレス指定する方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第５の制御マトリクスの図である。
【図１２】本発明の例示的実施形態による、図１１の制御マトリクスのピクセルをアドレス指定する方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第６の制御マトリクスの図である。
【図１４】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第７の制御マトリクスの図である。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第８の制御マトリクスの図である。
【図１６】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第９の制御マトリクスの図である。
【図１７】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第１０の制御マトリクスの図である。
【図１８】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第１１の制御マトリクスの図である。
【図１９】本発明の例示的実施形態による、図１のディスプレイ装置のシャッタ組立体を制御するのに適した、第１２の制御マトリクスの図である。
【図２０】本発明による携帯型ハンドヘルド装置の実施形態を示す。
【図２１】図２０に示す携帯型ハンドヘルド装置上に表示されてもよいタイプの画像の例をより詳細に示す。
【図２２】図２０に示す携帯型ハンドヘルド装置の機能要素の機能ブロック図を示す。
【図２３】図２２に示すディスプレイコントローラの機能要素をより詳細に示す。
【図２４Ａ】表示パネル内の移動可能なシャッタを制御するのに適した、制御マトリクスの概念図である。
【図２４Ｂ】図２４Ａの制御マトリクスを組み込んだ、ピクセルのアレイの等角投影図である。
【図２５Ａ】本発明による表示パネルの代替実施形態をより詳細に示す。
【図２５Ｂ】本発明による表示パネルの代替実施形態（３つのカラーフィルタを含む）をより詳細に示す。
【図２５Ｃ】本発明による表示パネルの代替実施形態をより詳細に示す。
【図２６】バックライトを有する表示パネルの代替実施形態を示す。
【図２７】表示パネルの代替実施形態を示す。
【図２８】本発明による携帯型ハンドヘルド装置の代替実施形態を示す。
【図２９】本発明による携帯型装置のスマートフォン実施形態を示す。
【図３０Ａ】本発明による携帯型装置の電子書籍実施形態を示す。
【図３０Ｂ】本発明による携帯型装置の電子書籍実施形態を示す。
【図３１Ａ】図３１Ｂに、より詳細に示す、セグメント化されたディスプレイを有する、本発明の腕時計実施形態を示す。
【図３１Ｂ】セグメント化されたディスプレイを有する、本発明の腕時計実施形態を示す。
【図３２】携帯型ハンドヘルド装置のメディアプレーヤ実施形態を示す。
【図３３】ＧＮＳＳ受信機携帯型ハンドヘルド装置を示す。
【図３４】本発明によるラップトップを示す。
【図３５】ＭＥＭＳ表示パネルの代替実施形態を示す。
【図３６】ＭＥＭＳ表示パネルの代替実施形態を示す。
【図３７】本明細書に記載する装置とともに使用するのに適した、反射型ＭＥＭＳ表示パネルの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
特定の例示的実施形態の説明
本発明の全体的な理解を提供するために、ここで、画像を表示するための装置および方法を含む、特定の例示的実施形態を説明する。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。
【００５２】
図１Ａは、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００の等角投影図である。ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器、特に、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。ディスプレイ装置１００内で、シャッタ組立体１０２ａおよび１０２ｄは、開状態になっており、光の通過を可能にしている。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。ランプ１０５によって照射された場合に、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、ディスプレイ装置１００は、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ることが可能である。別の実装では、装置１００は、装置の前方からもたらされる環境光の反射によって画像を形成してもよい。
【００５３】
ディスプレイ装置１００内で、各シャッタ組立体１０２は、画像１０４内のピクセル１０６に対応している。他の実装では、ディスプレイ装置１００は、複数のシャッタ組立体を利用して、画像１０４内のピクセル１０６を形成してもよい。例えば、ディスプレイ装置１００は、３つの色固有シャッタ組立体１０２を含んでもよい。特定のピクセル１０６に対応する色固有シャッタ組立体１０２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１００は、画像１０４内にカラーピクセル１０６を生成することが可能である。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内にグレースケールを提供するために、ピクセル１０６につき２つ以上のシャッタ組立体１０２を含む。画像に関しては、「ピクセル」は、画像の解像度によって画定される最小の画素に対応する。ディスプレイ装置１００の構造部品に関しては、用語「ピクセル」は、画像の１つのピクセルを形成する光を変調するために使用される、機械的および電気的構成要素の組み合わせを意味する。
【００５４】
各シャッタ組立体１０２は、シャッタ１０８と、アパーチャ１０９とを含む。画像１０４内のピクセル１０６を明るくするためには、シャッタ１０８は、見る人に向けて光がアパーチャ１０９を通過することを可能にするように配置される。ピクセル１０６を点灯されていないままにするためには、シャッタ１０８は、アパーチャ１０９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１０９は、各シャッタ組立体１０２内に、反射性または光吸収性材料を貫いてパターニングされた、開口部によって画定される。
【００５５】
ディスプレイ装置は、さらに、シャッタの移動を制御するための、基板とシャッタ組立体とに接続された制御マトリクスを含む。制御マトリクスは、ピクセルの行につき少なくとも１つの書き込み許可相互接続１１０（「走査ライン相互接続」とも呼ばれる）と、ピクセルの各列に対して１つのデータ相互接続１１２と、すべてのピクセルに、または少なくとも、ディスプレイ装置１００内の複数列および複数行の両方からのピクセルに、共通電圧を提供する、１つの共通相互接続１１４とを含む、一連の電気的相互接続（例えば、相互接続１１０、１１２、および１１４）を含む。適切な電圧（「書き込み許可電圧、Ｖｗｅ」）の印加に応えて、所与のピクセル行に対しての書き込み許可相互接続１１０は、行内のピクセルを、新しいシャッタ移動指示を受け入れるように準備させる。データ相互接続１１２は、新しい移動指示を、データ電圧パルスの形式で伝達する。データ相互接続１１２に印加されるデータ電圧パルスは、一部の実装では、シャッタの静電的な移動に直接寄与する。他の実装では、データ電圧パルスは、シャッタ組立体１０２への、通常はデータ電圧よりも大きさが大きい別個の作動電圧の印加を制御する、例えばトランジスタまたはその他の非線形回路素子などのスイッチを制御する。これらの作動電圧の印加は、次に、シャッタ１０８の静電的な移動をもたらす。
【００５６】
図１Ｂは、ディスプレイ装置１００のブロック図１５０である。上述のディスプレイ装置１００の要素に加えて、ブロック図１５０に示すように、ディスプレイ装置１００は、複数の走査ドライバ１５２（「書き込み許可電圧源」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。走査ドライバ１５２は、書き込み許可電圧を、走査ライン相互接続１１０に印加する。データドライバ１５４は、データ電圧を、データ相互接続１１２に印加する。ディスプレイ装置の一部の実装では、特に画像１０４のグレースケールがアナログ形式で導き出されるべき場合に、データドライバ１５４は、アナログデータ電圧をシャッタ組立体に提供するように構成される。アナログ動作においては、シャッタ組立体１０２は、さまざまな中間電圧がデータ相互接続１１２を介して印加された場合に、結果として、シャッタ１０８のさまざまな中間的開状態がもたらされ、したがって、さまざまな中間的な照射状態、すなわち画像１０４内のグレースケールがもたらされるように設計される。
【００５７】
他の場合には、データドライバ１５４は、２つ、３つ、または４つの、縮小された組のデジタル電圧レベルのみを、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、シャッタ１０８のそれぞれに、開状態または閉状態のいずれかを、デジタル形式で設定するように設計される。
【００５８】
走査ドライバ１５２とデータドライバ１５４とは、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。コントローラは、入力画像信号を、ディスプレイの空間アドレス指定およびグレースケール機能のために適切な、デジタル画像フォーマットに処理する、ディスプレイインタフェース１５８を含む。各画像のピクセル位置およびグレースケールデータは、フレームバッファ１５９内に記憶され、それにより、データは、必要に応じてデータドライバ１５４に送り出されることが可能になる。データは、行によって、そして画像フレームによってグループ化された、所定の順序に編成されて、大部分はシリアル方式でデータドライバ１５４に送信される。データドライバ１５４は、直列−並列データ変換器、レベルシフティング、および一部の適用例に対しては、デジタルアナログ電圧変換器を含んでもよい。
【００５９】
さまざまな表示機能のための、すべてのドライバ（例えば、走査ドライバ１５２、データドライバ１５４、作動ドライバ１５３、および大域的作動ドライバ１５５）は、コントローラ１５６内のタイミング制御１６０によって時刻同期される。タイミングコマンドは、ランプドライバ１６８を経由した、赤、緑、および青のランプ１６２、１６４、および１６６の照射と、ピクセルのアレイの特定の行の、書き込み許可および順序付けと、データドライバ１５４からの電圧の出力と、シャッタの作動を提供する電圧の出力とを調整する。
【００６０】
コントローラ１５６は、アレイ内のシャッタ１０８のそれぞれが、新しい画像１０４に適合する照射レベルに再設定されることを可能にする、順序付けまたはアドレス指定方式を決定する。新しい画像１０４は、定期的な間隔で設定されてもよい。例えば、ビデオ表示の場合、ビデオのカラー画像１０４またはフレームは、１０〜３００Ｈｚの範囲の周波数でリフレッシュされる。一部の実施形態では、交代する画像フレームが、赤、緑、および青などの交代する一連の色を使用して照射されるように、画像フレームの設定はバックライトの照射と同期される。各それぞれの色に対する画像フレームは、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（ｆｉｅｌｄ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｌｏｒ  ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれる、この方法においては、カラーサブフレームが２０Ｈｚを超える周波数で交代させられると、人間の脳は、交代するフレーム画像を平均化して、広い連続的な範囲の色を有する画像を知覚する。
【００６１】
ディスプレイ装置１００が、シャッタ１０８の開状態と閉状態との間のデジタル切り換えのために設計されている場合、コントローラ１５６は、適切なグレースケールを有する画像１０４を生成するために、アドレス指定シーケンス、および／または、画像フレーム間の時間間隔を制御してもよい。特定のフレーム内でシャッタ１０８が開いている時間の長さを制御することによって、グレースケールのさまざまなレベルを生成するプロセスは、時分割グレースケール（ｔｉｍｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｇｒａｙ  ｓｃａｌｅ）と呼ばれる。時分割グレースケールの一実施形態では、コントローラ１５６は、シャッタ１０８が開状態のままであることを可能とされる、各フレーム内での期間、または時間の割合を、そのピクセルに対しての望ましい照射レベルまたはグレースケールに従って決定する。時分割グレースケールの別の実施形態では、フレーム時間は、例えば、４ビットの２進グレースケールに適合する照射レベルに従って、１５の等しい持続時間のサブフレームに分割される。コントローラ１５６は、次に、１５のサブフレームのそれぞれの中に、別個の画像を設定する。画像のより明るいピクセルは、１５のサブフレームのうちのほとんどまたはすべてに対して開状態のままにされ、より暗いピクセルは、サブフレームのうちの一部分のみに対して開状態に設定される。時分割グレースケールの別の実施形態では、コントローラ回路１５６は、照射値を表すコード化されたグレースケールワードのビットレベルの重みに比例して、一連のサブフレームの持続時間を変更する。すなわち、サブフレームの持続時間は、２進級数１、２、４、８、・・・に従って変化させられてもよい。各ピクセルに対してのシャッタ１０８は、次に、意図されるグレーレベルのための、２進ワード内の対応する位置におけるビット値に従って、特定のサブフレーム内で、開または閉状態のいずれかに設定される。
【００６２】
上述の時分割技術を、ピクセルにつき複数のシャッタ１０８を使用すること、またはバックライト強度の独立制御によることの、いずれかと組み合わせた、いくつかの複合型技術が、グレースケールを形成するために利用可能である。これらの技術については、以下でさらに説明する。
【００６３】
制御マトリクスのアドレス指定、すなわち、ピクセルのアレイへの制御情報の供給は、一実装では、走査ライン、またはマトリクスの行と呼ばれることもある、個別のラインの順次アドレス指定によって達成される。所与の走査ラインに対しての書き込み許可相互接続１１０にＶｗｅを印加し、各列に対してのデータ相互接続１１２にデータ電圧パルスＶｄを選択的に印加することによって、制御マトリクスは、書き込み許可された行内の各シャッタ１０８の移動を制御してもよい。ディスプレイ装置１００内の各ピクセル行に対して、これらのステップを繰り返すことによって、制御マトリクスは、ディスプレイ装置１００内の各ピクセルへの移動指示の設定を完了してもよい。
【００６４】
１つの代替の実装においては、例えば、異なるピクセル行内のピクセルに対しての移動指示間の類似性を利用し、それにより、ディスプレイ装置１００内のすべてのピクセルに移動指示を提供するために必要とされる時間の長さを減らすために、制御マトリクスは、Ｖｗｅを、複数のピクセル行の書き込み許可相互接続１１０に同時に印加する。別の代替の実装においては、特にコード化された時分割グレースケールの使用と組み合わせて生成される場合がある、視覚的アーティファクトを最小にするために、行は、非順次の、例えば擬似ランダム化された順序でアドレス指定される。
【００６５】
代替実施形態では、ピクセルのアレイと、アレイ内に組み込まれたピクセルを制御する制御マトリクスとは、矩形の行および列以外の構成で配置されてもよい。例えば、ピクセルは、六角形のアレイ、または曲線をなす行および列内に配置されてもよい。一般に、本明細書で使用する場合、走査ラインという用語は、書き込み許可相互接続を共有する任意の複数のピクセルを意味する。
【００６６】
シャッタ組立体
図２は、図１のディスプレイ装置１００内への組み込みのために適切な、例示的シャッタ組立体２００の図である。シャッタ組立体２００は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッタ２０２を含む。アクチュエータ２０４は、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から形成される。シャッタ２０２は、一方の側が、アクチュエータ２０５に結合されている。アクチュエータ２０５は、シャッタを、実質的に表面に平行な移動平面内で、表面の上を横方向に移動させる。シャッタの反対側は、アクチュエータ２０４によって及ぼされた力に対向する復元力を提供する、スプリング２０７に結合されている。
【００６７】
各アクチュエータ２０５は、シャッタ２０２をロードアンカー２０８に接続する、コンプライアントロードビーム２０６を含む。ロードアンカー２０８はコンプライアントロードビーム２０６とともに、シャッタ２０２を表面のすぐ近くに浮遊したままに保つ、機械的支持として働く。表面には、光の通過を許すための１つまたは複数のアパーチャ２１１が含まれる。ロードアンカー２０８は、物理的には、コンプライアントロードビーム２０６とシャッタ２０２とを表面に接続し、電気的には、ロードビーム２０６をバイアス電圧に、場合によっては、接地に接続する。
【００６８】
各アクチュエータ２０４は、さらに、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を含む。駆動ビーム２１６は、一方の端において、駆動ビーム２１６間で共有される駆動ビームアンカー２１８に結合される。各駆動ビーム２１６のもう一方の端は、自由に動くことができる。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端およびロードビーム２０６の固定端の近くで、駆動ビーム２１６がロードビーム２０６に最も近くなるように、湾曲している。
【００６９】
動作時、シャッタ組立体２００を組み込んだディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー２１８を介して、駆動ビーム２１６に、電位を印加する。第２の電位が、ロードビーム２０６に印加されてもよい。結果としてもたらされる、駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との間の電位差は、駆動ビーム２１６の自由端を、ロードビーム２０６の固定端の方へ引き、そして、ロードビーム２０６のシャッタ端を、駆動ビーム２１６の固定端の方へ引き、それにより、シャッタ２０２を、駆動アンカー２１８の方へ横方向に駆動する。コンプライアント部材２０６はスプリングとして働き、それにより、ビーム２０６と２１６とにわたる電位の電圧が除去された場合に、ロードビーム２０６は、ロードビーム２０６内に蓄積された応力を解放しながら、シャッタ２０２をその初期位置に押し戻す。
【００７０】
受動的復元力機構を組み込んだ、シャッタ組立体２００などのシャッタ組立体は、本明細書では、一般に、弾性シャッタ組立体と呼ぶ。多数の弾性復元機構が、静電アクチュエータ内に、または静電アクチュエータと組み合わせて構築されてもよく、シャッタ組立体２００内に示したコンプライアントビームは、一例を提供しているにすぎない。弾性シャッタ組立体は、アクティブにされていない、または弛緩された状態において、シャッタが開いているか、または閉じているかのいずれかであるように構築されてもよい。例示的な目的のために、以下、本明細書に記載する弾性シャッタ組立体は、弛緩された状態において閉じているように構築されると仮定する。
【００７１】
駆動ビーム２１６およびロードビーム２０６の曲率によって、シャッタ組立体は、アナログまたはデジタル形式のいずれかで制御されてもよい。ビームが、強非線形の、または発散の曲率を有する場合（２次を超える曲率で発散するビーム）、駆動ビーム２１６とロードビーム２０６とにわたるアナログ作動電圧の印加は、結果として、シャッタ２０２の所定の増分変位をもたらす。したがって、シャッタ２０２の変位の大きさは、駆動ビーム２１６とロードビーム２０６とにわたって異なる大きさの電圧を印加することによって変化させられてもよい。より多く湾曲したビームを含むシャッタ組立体２００は、したがって、アナロググレースケール（ａｎａｌｏｇ  ｇｒａｙ  ｓｃａｌｅ）プロセスを実装するために使用される。
【００７２】
より少なく湾曲したビーム（２次の曲率またはそれ未満で発散するビーム）を有するシャッタ組立体の場合、駆動ビーム２１６とロードビーム２０６とにわたる電圧の印加は、結果として、電圧がしきい値電圧（Ｖａｔ）よりも大きい場合にシャッタの変位をもたらす。Ｖａｔと等しいか、またはそれを超える電圧の印加は、結果として、最大のシャッタ変位をもたらす。すなわち、しきい値と等しいか、またはそれを超える電圧の印加がないためシャッタ２０２が閉じられている場合、Ｖａｔと等しいか、またはそれを超える任意の電圧の印加によりシャッタは完全に開く。そのようなシャッタ組立体は、ディスプレイ装置１００のさまざまな実施形態において、時分割、および／またはデジタル領域分割（ｄｉｇｉｔａｌ  ａｒｅａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ）のグレースケールプロセスを実装するために利用される。
【００７３】
図３Ａおよび図３ｂは、ディスプレイ装置１００内での使用に適した第２のシャッタ組立体３００の等角投影図である。図３Ａは、開状態における第２のシャッタ組立体３００の図である。図３Ｂは、閉状態における第２のシャッタ組立体３００の図である。シャッタ組立体２００とは対照的に、シャッタ組立体３００は、シャッタ３０６の両側に、アクチュエータ３０２と３０４とを含む。各アクチュエータ３０２および３０４は、独立に制御される。第１のアクチュエータである、シャッタ開アクチュエータ３０２は、シャッタ３０６を開く役割を果たす。第２のアクチュエータである、シャッタ閉アクチュエータ３０４は、シャッタ３０６を閉じる役割を果たす。両方のアクチュエータ３０２および３０４は、好ましくは、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３０２および３０４は、表面３０７の上に浮遊しているシャッタ３０６を、表面３０７に実質的に平行な平面内で駆動することによって、シャッタ３０６を開閉する。シャッタ３０６は、アクチュエータ３０２および３０４に取り付けられたアンカー３０８によって、表面の上に浮遊させられる。シャッタ３０６の両端に、その運動軸に沿って取り付けられた支持体を含めることにより、シャッタ３０６の面外の動きが減少し、動きは実質的に、所望の運動面に限定される。表面３０７は、表面３０７を介した光の通過を許すための、少なくとも１つのアパーチャ３０９を含む。
【００７４】
図４は、ディスプレイ装置１００内に含めるのに適したシャッタ組立体４０２のアレイ４００の上面図である。各シャッタ組立体４０２は、シャッタ４０４と、ロードビーム４０６と、２つの駆動ビーム４０８とを含む。上述のシャッタ組立体２００および３００と同様に、表面の上で駆動されるシャッタ４０４が、表面内のアパーチャを介して通過する光を選択的に妨げるように、シャッタ組立体４０２は、それらの対応するシャッタ４０４を横方向に駆動することによって光を変調する。
【００７５】
シャッタ組立体のうちの１つの中の、シャッタのうちの１つを駆動するには、ロードビーム４０６と、駆動ビーム４０８のうちの１つとにわたって、電圧が印加される。電圧を生成するには、第１の電位が、選択された駆動ビームに印加され、第２の電位が、ロードビーム４０６とシャッタ４０４とに印加される。第１および第２の電位は、同じ極性であってもよく、または、それらは反対の極性であってもよい。それらは、さらに、同じ大きさを有してもよく、または、それらは異なる大きさを有してもよい。いずれかの電位は、さらに、接地に設定されてもよい。シャッタ組立体が作動するためには（すなわち、シャッタがその位置を変えるためには）、第１の電位と第２の電位との間の差が、作動しきい値電圧Ｖａｔと等しいか、またはそれを超えていなければならない。
【００７６】
ほとんどの実施形態において、Ｖａｔは、選択された駆動ビームと、ロードビームとに、十分に異なる大きさの電圧を印加することによって到達される。例えば、Ｖａｔが４０Ｖであると仮定すると、ディスプレイ装置１００は、駆動ビームに３０Ｖを印加し、ロードビームに−１０Ｖを印加して、４０Ｖの電位差をもたらしてもよい。ただし、電力損失を制御する目的のためには、さらに、接地、またはディスプレイのパッケージ電位に対する、各電極に印加される絶対電圧を考慮して制御することも重要である。アクチュエータのアレイに電位を印加するために必要とされる電力は、電圧源によって見られる静電容量に比例し（Ｐ＝１／２ｆＣＶ２）、ここで、ｆは駆動信号の周波数、Ｖは電圧源の電圧、Ｃは電圧源から見られる全静電容量である。全静電容量は、ロードビームと駆動ビームとの間に存在する静電容量、電圧源とアクチュエータとの間の相互接続ラインに沿ったトランジスタ（特に、ゲートが閉じられているトランジスタ）の、ソース−ドレイン間静電容量、相互接続ラインと、その周囲にある、隣接するシャッタ組立体および／または交差する線などとの間の静電容量、ならびに、ロードビームまたは駆動ビームと、それらの周囲にある、隣接するシャッタ組立体またはディスプレイパッケージなどとの間の静電容量を含む、いくつかの追加要素を有する。ロードビーム４０６は、シャッタ４０４に電気的に結合されるため、ロードビーム４０６の静電容量は、シャッタ４０４の静電容量を含む。シャッタは、通常、ピクセルの領域のうちの大きな部分を含むため、ロードビームとその周囲にあるものとの間の静電容量は、電圧源によって見られる全静電容量のうちのかなりの割合を示す可能性がある。さらに、ロードビーム４０６とシャッタ４０４との組み合わせの面積と、駆動ビーム４０８の面積との差は大きいため、ロードビームとその周囲にあるものとの間の静電容量は、通常、駆動ビームとその周囲にあるものとの間の静電容量よりもはるかに大きい。結果として、駆動ビームまたはロードビームのいずれかに接続された電圧源で発生するＣＶ２の電力損失は、それらの電圧偏位の範囲が同じである場合、大幅に異なる。この理由により、アクチュエータのより高い静電容量の端、すなわち、ロードビームは、接地またはパッケージ電位に対して電圧が大幅に変化しない電圧源に、または、駆動システムによって要求される最高の周波数で電圧を変化させない電圧源に接続することが、一般に有利である。例えば、アクチュエータを作動させるために、ロードビーム４０６と駆動ビーム４０８との間に４０Ｖの差が必要とされる場合、駆動ビームと接地またはケース電位との間の電圧差が、４０Ｖのほとんどではないにしても、少なくとも半分を示すならば有利である。
【００７７】
シャッタ組立体アレイ４００の上に重ね合わされた破線は、１つのピクセル４１０の境界を示す。ピクセル４１０は、２つのシャッタ組立体４０２を含み、それらのそれぞれは別個に制御されてもよい。ピクセル４１０につき２つのシャッタ組立体４０２を有することにより、シャッタ組立体アレイ４００を組み込んだディスプレイ装置は、領域分割（ａｒｅａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ）グレースケールを使用して、ピクセルにつき３つのレベルのグレースケールを提供することが可能である。より詳細には、ピクセルは、両方のシャッタ組立体が閉じられた状態か、１つのシャッタ組立体が開かれ、１つのシャッタ組立体が閉じられた状態か、または両方のシャッタ組立体が開かれた状態に、駆動されてもよい。したがって、結果としてもたらされる画像ピクセルは、オフ、半分の輝度、または完全な輝度であってもよい。ピクセル４１０内の各シャッタ組立体４０２が、異なるサイズのアパーチャを有するようにすることにより、ディスプレイ装置は、さらに別のレベルのグレースケールを、領域分割グレースケールのみを使用して提供することが可能である。図２、図３、および図４のシャッタ組立体２００、３００、および４０２は、双安定にされてもよい。すなわち、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３００は、機械的に双安定であってもよい。シャッタ組立体３００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３００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。
【００７８】
シャッタ組立体２００、３００、および４０２は、さらに、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、シャッタ組立体２００内のスプリング２０７などの、シャッタの反対の端に取り付けられた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、対向するアクチュエータによって働かされてもよい。そのような対向する力に逆らってシャッタの位置を維持するために必要な最小電圧は、維持電圧Ｖｍと呼ばれる。
【００７９】
電気的双安定性は、アクチュエータにわたっての静電力は、位置および電圧の強関数であるという事実に起因する。シャッタ組立体２００、３００、および４０２内のアクチュエータのビームは、キャパシタプレートとして働く。キャパシタプレート間の力は、１／ｄ２に比例し、ここで、ｄは、キャパシタプレート間の局所的分離距離である。閉じられたアクチュエータでは、アクチュエータビーム間の局所的分離は非常に小さい。したがって、小さな電圧の印加により、比較的強い力をアクチュエータビーム間にもたらすことが可能である。結果として、たとえ他の要素が対向する力をアクチュエータ上に働かせたとしても、Ｖｍなどの比較的小さな電圧で、アクチュエータを閉じたままに保つことが可能である。
【００８０】
２つの別々に制御可能なアクチュエータを（それぞれ、シャッタを開く、および閉じるという目的のために）提供する、３００などのシャッタ組立体においては、シャッタの平衡位置は、それぞれのアクチュエータの両端の電圧差の、複合効果によって決定される。言い換えると、シャッタ上の均衡する力を決定するには、３つのすべての端子（シャッタ開駆動ビーム、シャッタ閉駆動ビーム、およびシャッタ／ロードビーム）の電位と、シャッタの位置とを考慮しなければならない。
【００８１】
電気的双安定システムについては、一組の論理規則が、安定状態を説明することができ、また、シャッタのための確実なアドレス指定またはデジタル制御方式を開発するために使用可能である。そのような論理規則は、次のとおりである。
【００８２】
Ｖｓは、シャッタまたはロードビーム上の電位であるとする。Ｖｏは、シャッタ開駆動ビーム上の電位であるとする。Ｖｃは、シャッタ閉駆動ビーム上の電位であるとする。式／Ｖｏ−Ｖｓ／は、シャッタとシャッタ開駆動ビームとの間の電圧差の絶対値を表すとする。Ｖｍは、維持電圧であるとする。Ｖａｔは、作動しきい値電圧、すなわち、対向する駆動ビームへのＶｍの印加がない場合に、アクチュエータを作動させるために必要な電圧であるとする。Ｖｍａｘは、ＶｏおよびＶｃの最大許容電位であるとする。Ｖｍ＜Ｖａｔ＜Ｖｍａｘであるとする。次に、ＶｏおよびＶｃがＶｍａｘ未満のままであると仮定すると、
１．／Ｖｏ−Ｖｓ／＜Ｖｍかつ／Ｖｃ−Ｖｓ／＜Ｖｍならば、
シャッタは、その機械的スプリングの平衡位置に弛緩する。
２．／Ｖｏ−Ｖｓ／＞Ｖｍかつ／Ｖｃ−Ｖｓ／＞Ｖｍならば、
シャッタは移動しない、すなわち、開または閉状態のうち、最後の作動イベントによって確立されたいずれかの位置に保たれる。
３．／Ｖｏ−Ｖｓ／＞Ｖａｔかつ／Ｖｃ−Ｖｓ／＜Ｖｍならば、
シャッタは開位置に移動する。
４．／Ｖｏ−Ｖｓ／＜Ｖｍかつ／Ｖｃ−Ｖｓ／＞Ｖａｔならば、
シャッタは閉位置に移動する。
【００８３】
規則１に従って、各アクチュエータ上の電圧差が０に近い場合、シャッタは弛緩する。多くのシャッタ組立体において、機械的に弛緩した位置は、部分的にのみ開いているか閉じており、したがって、アドレス指定方式において、この電圧条件は回避されることが好ましい。
【００８４】
規則２の条件は、アドレス指定方式に大域的作動機能を含めることを可能にする。少なくとも維持電圧であるビーム電圧差を提供する、シャッタ電圧を維持することによって、シャッタ開およびシャッタ閉電位の絶対値は、意図しないシャッタの動きの危険なしに、広い電圧範囲にわたって（電圧差がＶａｔを超える範囲にさえ）、アドレス指定シーケンスの最中に、変更されるか、または切り換えられてもよい。
【００８５】
規則３および４の条件は、シャッタの双安定作動を確実にするための、アドレス指定シーケンスの間を一般に対象とした条件である。
【００８６】
維持電圧差Ｖｍは、作動しきい値電圧Ｖａｔの一定の割合として設計または表現されてもよい。有用な程度の双安定性のために設計されたシステムの場合、維持電圧は、Ｖａｔの２０％〜８０％の範囲内に存在してもよい。これは、システム内の電荷漏洩または寄生電圧変動が、設定保持電圧の、その維持範囲外への逸脱（シャッタの意図しない作動をもたらす可能性がある逸脱）をもたらさないことを確実にするために役立つ。一部のシステムでは、ＶｍがＶａｔの２％〜９８％の範囲にわたって存在する、例外的な程度の双安定性またはヒステリシスが提供されてもよい。ただし、そのようなシステムでは、利用可能なアドレス指定および作動時間内に、電極電圧条件Ｖ＜Ｖｍが確実に得られることを保証するように注意する必要がある。
【００８７】
制御マトリクスおよびその動作方法
図５Ａは、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、制御マトリクス５００の概念図である。図５Ｂは、制御マトリクス５００を含む、ピクセルのアレイの部分の等角投影図である。各ピクセル５０１は、アクチュエータ５０３によって制御される、シャッタ組立体２００などの、弾性シャッタ組立体５０２を含む。
【００８８】
制御マトリクス５００は、シャッタ組立体５０２が上に形成される基板５０４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５００は、制御マトリクス５００内のピクセル５０１の各行に対しての、走査ライン相互接続５０６と、制御マトリクス５００内のピクセル５０１の各列に対しての、データ相互接続５０８とを含む。各走査ライン相互接続５０６は、書き込み許可電圧源５０７を、ピクセル５０１の対応する行内のピクセル５０１に電気的に接続する。各データ相互接続５０８は、データ電圧源（「Ｖｄソース」）５０９を、ピクセルの対応する列内のピクセル５０１に電気的に接続する。制御マトリクス５００内で、データ電圧Ｖｄは、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５０９は、作動電圧源としても働く。
【００８９】
アレイ内の各ピクセル５０１に対して、または各シャッタ組立体に対して、制御マトリクス５００は、トランジスタ５１０とキャパシタ５１２とを含む。各トランジスタのゲートは、ピクセル５０１が配置されているアレイ内の行の走査ライン相互接続５０６に電気的に接続される。各トランジスタ５１０のソースは、その対応するデータ相互接続５０８に電気的に接続される。シャッタ組立体５０２は、２つの電極を有するアクチュエータを含む。２つの電極は、周囲にあるものに対する大幅に異なる静電容量を有する。トランジスタは、データ相互接続５０８を、より低い静電容量を有するアクチュエータ電極に接続する。より詳細には、各トランジスタ５１０のドレインは、対応するキャパシタ５１２の一方の電極と、アクチュエータのより低い静電容量の電極とに、並列に、電気的に接続される。キャパシタ５１２のもう一方の電極と、シャッタ組立体５０２内のアクチュエータのより高い静電容量の電極とは、共通または接地電位に接続される。動作時、画像を形成するために、制御マトリクス５００は、各走査ライン相互接続５０６にＶｗｅを次々に印加することによって、アレイ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対しては、行内のピクセル５０１のトランジスタ５１０のゲートへのＶｗｅの印加により、データ相互接続５０８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５０２のアクチュエータに電位を印加することが可能になる。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５０８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５０８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５０６とデータ相互接続５０８との交点に配置されたピクセル５０１の所望される輝度に関連して、変化させられる。デ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５０８へのＶａｔの印加に応えて、対応するシャッタ組立体５０２内のアクチュエータが作動して、シャッタ組立体５０２内のシャッタを開く。データ相互接続５０８に印加された電圧は、制御マトリクス５００が行にＶｗｅを印加するのを停止した後も、ピクセルのキャパシタ５１２内に蓄積されたままになる。したがって、シャッタ組立体５０２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５１０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。
【００９０】
制御マトリクス５００は、以下の処理ステップのシーケンスの使用を通して製造されてもよい。
【００９１】
第１に、アパーチャ層５５０が、基板５０４上に形成される。基板５０４が、シリコンなどの、不透明なものである場合、基板５０４はアパーチャ層５５０として働き、基板５０４を通して穴のアレイをエッチングすることによって、アパーチャ穴５５４が基板５０４内に形成される。基板５０４が、ガラスなどの、透明なものである場合、アパーチャ層５５０は、基板５０４上に遮光層を蒸着することと、遮光層をエッチングして穴のアレイにすることとから形成されてもよい。アパーチャ穴５５４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。遮光層が、さらに、金属などの、反射性材料で作られている場合、アパーチャ層５５０は、光学的効率を増加させるために、送出されなかった光を再循環させて、取り付けられたバックライトに戻す、鏡面として働いてもよい。光の再循環を提供するための適切な反射性金属膜は、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などの、多くの蒸着技術によって形成されてもよい。この反射性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。厚さは、３０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で十分である。
【００９２】
第２に、金属間誘電体層が、アパーチャ層金属５５０の上を一面に覆うやり方で蒸着される。
【００９３】
第３に、第１の導電層が、基板上に蒸着され、パターニングされる。この導電層は、走査ライン相互接続５０６の導電性トレースとなるようにパターニングされてもよい。上に記載した任意の金属、またはインジウムスズ酸化物などの導電性酸化物は、この適用例のための十分に低い抵抗率を有することが可能である。各ピクセル内の走査ライン相互接続５０６の一部は、トランジスタ５１０のゲートを形成するように配置される。
【００９４】
第４に、別の金属間誘電体層が、導電性相互接続の第１の層の上を、トランジスタ５１０のゲートを形成する部分を含めて、一面に覆うやり方で蒸着される。この目的のために十分な金属間誘電体としては、厚さが３０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌ２Ｏ３が挙げられる。
【００９５】
第５に、アモルファスシリコンの層が、金属間誘電体の上に蒸着され、次に、薄膜トランジスタ活性層のソース、ドレイン、およびチャネル領域を形成するようにパターニングされる。あるいは、この半導体材料は、多結晶シリコンであってもよい。
【００９６】
第６に、第２の導電層が、アモルファスシリコンの上に蒸着され、パターニングされる。この導電層は、データ相互接続５０８の導電性トレースとなるようにパターニングされてもよい。上に記載したのと同じ金属および／または導電性酸化物が使用されてもよい。第２の導電層の一部は、さらに、トランジスタ５１０のソースおよびドレイン領域への接点を形成するために使用されてもよい。
【００９７】
キャパシタ５１２などのキャパシタ構造は、第１および第２の導電層内に形成された平板、および間にはさまれた誘電体材料として構築されてもよい。
【００９８】
第７に、パシベーション誘電体（ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）が、第２の導電層の上に蒸着される。
【００９９】
第８に、犠牲メカニカル層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｌａｙｅｒ）が、パシベーション層の上に蒸着される。後続のＭＥＭＳシャッタ層が、下の導電層に電気的に接触し、かつ機械的に取り付けられることが可能なように、犠牲層とパシベーション層との両方にビアが開けられる。
【０１００】
第９に、ＭＥＭＳシャッタ層が、犠牲層の上に蒸着され、パターニングされる。ＭＥＭＳシャッタ層は、シャッタ５０２およびアクチュエータ５０３を有するようにパターニングされ、犠牲層内にパターニングされたビアを通して基板５０４に固定される。シャッタ５０２のパターンは、第１のアパーチャ層５５０内に形成されたアパーチャ穴５５４のパターンと揃えられる。ＭＥＭＳシャッタ層は、Ａｕ、Ｃｒ、またはＮｉなどの、蒸着された金属、あるいは、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構成されてもよく、厚さは３００ナノメートル〜１０ミクロンの範囲であってもよい。
【０１０１】
第１０に、ＭＥＭＳシャッタ層の構成要素が、アクチュエータ５０３の両端に印加された電圧に応えて自由に移動するようになるように、犠牲層が除去される。
【０１０２】
第１１に、対向する電圧を有する電極間の短絡を防止するために、アクチュエータ５０３の電極の側壁が誘電体材料を使用してコーティングされる。
【０１０３】
上記のプロセスに対する多くの変形が可能である。例えば、ステップ１の反射性アパーチャ層５５０は、第１の導電層と組み合わされてもよい。この導電層内にギャップがパターニングされて、導電性トレースが層内で提供され、そして、ピクセル領域のほとんどは反射性金属で覆われたままになる。別の実施形態では、トランジスタ５１０のソースおよびドレイン端子は第１の導電層上に配置され、ゲート端子は第２の導電層内に形成されてもよい。別の実施形態では、半導体アモルファスまたは多結晶シリコンは、第１および第２の導電層のそれぞれの真下に配置される。この実施形態では、下にある半導体層への金属接点が作られることが可能なように、金属間誘電体内にビアがパターニングされてもよい。
【０１０４】
図６は、ピクセル６０２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、第２の制御マトリクス６００の図である。制御マトリクス６００内のピクセル６０２は、制御マトリクス５００内に含まれているような、トランジスタおよびキャパシタの使用をなしで済ませて、金属−絶縁体−金属（「ＭＩＭ」）ダイオード６０４を採用する。制御マトリクス６００は、制御マトリクス６００内のピクセル６０２の各行に対しての、走査ライン相互接続６０６と、制御マトリクス６００内のピクセルの各列に対しての、データ相互接続６０７とを含む。各走査ライン相互接続６０６は、その対応する、ピクセル６０２の行内の、各ピクセル６０２のＭＩＭダイオード６０４の一方の端子に電気的に接続される。ピクセル６０２内のＭＩＭダイオード６０４のもう一方の端子は、ピクセル６０２内の、シャッタ組立体２００などの、シャッタ組立体６０８の２つの電極のうちの１つに電気的に接続される。
【０１０５】
動作時、ＭＩＭダイオード６０４は、走査ライン相互接続６０６とデータライン相互接続６０７との間に提示される電圧がしきい値電圧Ｖｄｉｏｄｅを超えない限り、電流がシャッタ組立体６０９に流れるのを防止する、非線形スイッチ素子として働く。したがって、データライン相互接続６０７によって提供される電圧パルスがＶｄｉｏｄｅを超えない場合、そのようなデータパルスは、データラインに沿って接続されたシャッタ組立体６０８の作動を引き起こさない。しかし、走査ライン相互接続６０６と、走査ライン相互接続６０６に交差するいくつかのデータライン相互接続６０７のうちのいずれかとの間に、Ｖｄｉｏｄｅを超える電圧差が現れるように、走査ライン相互接続６０６に書き込み許可電圧Ｖｗｅが印加された場合、その走査ライン相互接続６０６と、それらのデータライン相互接続６０７との交点におけるシャッタは、それらの電荷を受け取り、作動させられることが可能となる。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６０７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６０６とデータ相互接続６０７との交点に配置されたピクセル６０２の所望される輝度に関連して、変化させられる。デ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、Ｖｗｅに近くなるように（すなわち、ダイオード６０４を通して電流がほとんどまたはまったく流れないように）、あるいは、Ｖｗｅ−ＶｄｉｏｄｅがＶａｔ（作動しきい値電圧）を満たすかまたは超過するように十分に高くなるように選択される。
【０１０６】
他の実装では、ＭＩＭダイオード６０４は、シャッタ組立体６０８とデータライン相互接続６０７との間に配置されてもよい。動作方法は上記と同様である。他の実装では、２つのＭＩＭダイオードが使用され、それぞれは、別個の隣接した走査ラインに接続される。シャッタ電極上に現れる電圧が２つの走査ライン間の電圧差のほぼ１／２になるように、シャッタ組立体の１つの電極は、ＭＩＭダイオードのそれぞれに、それらのそれぞれの走査ラインの反対側で接続される。これにより、アクチュエータの電極のうちの１つの電位を、既知の０または共通電位に固定することがより容易になる。
【０１０７】
ピクセル６０２内のシャッタ組立体６０８の２つの電極は、接地またはケース電位に対して、大幅に異なる静電容量を有する。これらの２つの電極のうち、より高い静電容量の電極が、（任意選択で、図示されているように、シャッタ６０８と走査ライン相互接続６０６との間に接続されたダイオードを使用して）走査ライン相互接続６０６に接続されることが好ましく、その理由は、走査ラインに通常必要とされる（接地に対する）電圧変化は、データライン相互接続６０７に通常必要とされる電圧変化よりも小さいからである。データ相互接続６０７は、シャッタ組立体６０８の、より低い静電容量の電極に電気的に接続される。
【０１０８】
図７は、シャッタ組立体３００および４０２などの、開および閉の両方のアクチュエータを有するシャッタ組立体７０３を組み込んだピクセル７０２を制御するための、第３の制御マトリクス７００の図である。制御マトリクス７００は、制御マトリクス７００内のピクセル７０２の行ごとの走査ライン相互接続７０４と、制御マトリクス７００内のピクセル７０２の各列をアドレス指定する２つのデータ相互接続７０６ａおよび７０６ｂとを含む。データ相互接続のうちの一方は、シャッタ開相互接続７０６ａであり、もう一方のデータ相互接続は、シャッタ閉相互接続７０６ｂである。
【０１０９】
制御マトリクス７００内の所与のピクセル７０２に対して、ピクセル７０２は、２つのトランジスタ−キャパシタペア（ピクセルをアドレス指定する各データ相互接続７０６ａおよび７０６ｂにつき１つのペア）を含む。ピクセル７０２内の両方のトランジスタのゲートは、制御マトリクス７００の、ピクセル７０２が配置されている行に対応する走査ライン相互接続７０４に、電気的に接続される。一方のトランジスタである、シャッタ開トランジスタ７０８ａのソースは、ピクセル７０２が配置されている列のシャッタ開データ相互接続７０６ａに、電気的に接続される。シャッタ開トランジスタ７０８ａのドレインは、キャパシタのうちの１つである、シャッタ開キャパシタ７１０ａの一方の電極と、ピクセルのシャッタ組立体７０３のシャッタ開アクチュエータの一方の電極とに、並列に、電気的に接続される。シャッタ開キャパシタ７１０ａのもう一方の電極は、接地に、またはピクセル７０２間の共通電圧に設定されたバイアス相互接続に、電気的に接続される。
【０１１０】
同様に、ピクセル７０２内のもう一方のトランジスタである、シャッタ閉トランジスタ７０８ｂのソースは、ピクセル７０２が配置されている列のシャッタ閉データ相互接続７０６ｂに、電気的に接続される。シャッタ閉トランジスタ７０８ｂのドレインは、ピクセル内のもう一方のキャパシタである、シャッタ閉キャパシタ７１０ｂと、シャッタ組立体７０３のシャッタ閉アクチュエータの電極のうちの１つとに、並列に、電気的に接続される。
【０１１１】
シャッタ組立体７０３の、シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータの両方は、２つの電極を含む。各アクチュエータ内の一方の電極は、もう一方よりも大幅に高い静電容量を有する。シャッタ開およびシャッタ閉トランジスタのドレインは、それらの対応するアクチュエータの、より低い静電容量の電極に、電気的に接続される。接地、またはバイアス相互接続（存在する場合）は、より高い静電容量の電極に、電気的に接続される。
【０１１２】
図７の制御マトリクスは、ｎチャネルトランジスタを使用する。ｐチャネルＭＯＳトランジスタを使用する、他の実施形態が可能である。他の実装では、トランジスタ７０８ａおよび７０８ｂは、ＭＩＭダイオード、あるいはその他の非線形回路素子またはスイッチによって置き換えられてもよい。他の実装においては、キャパシタ７１０ａおよび７１０ｂは全体的に除去され、それらの機能は、シャッタ開およびシャッタ閉アクチュエータの実効的静電容量によって置き換えられてもよい。
【０１１３】
各ピクセル内で複数のシャッタが作動させられる場合、ピクセル内の各シャッタに対して、シャッタ開データ相互接続とシャッタ閉データ相互接続との独立したペアが、関連するトランジスタおよびキャパシタとともに提供されてもよい。
【０１１４】
図８は、画像フレームを形成するために、図７の制御マトリクス７００によって制御されるピクセル７０２をアドレス指定する方法８００のフローチャートである。１つの画像フレームをアドレス指定するために実行されるステップは、総称して「フレームアドレス指定サイクル」と呼ばれる。方法は、ディスプレイ内の第１の走査ラインを書き込み許可することによって開始される（ステップ８０２）。それを行うためには、制御マトリクス７００は、制御マトリクス内の第１行に対応する、制御マトリクス７００内の走査ライン相互接続７０４に、Ｖｗｅ（例えば、ｎＭＯＳトランジスタの場合は＋４５Ｖ、またはｐＭＯＳトランジスタの場合は−４５Ｖ）を印加し、その他の走査ライン相互接続７０４は接地する。
【０１１５】
制御マトリクス７００は、次に、書き込み許可された走査ライン内の各ピクセル７０２にデータを書き込む（決定ブロック８０４〜ステップ８１２）。データは、それらのピクセル７０２内のシャッタ組立体７０３の所望の状態に対応する。理解を容易にするために、データ書き込みプロセス（決定ブロック８０４〜ステップ８１２）は、以下では、書き込み許可された走査ライン内の、選択された列内の、１つのピクセル７０２に関して説明する。この１つのピクセル７０２にデータが書き込まれるのと同時に、制御マトリクス７００は、書き込み許可された走査ライン内の残りのピクセル７０２にも同じやり方でデータを書き込む。
【０１１６】
制御マトリクス７００の選択された列と、書き込み許可された走査ラインとの交点におけるピクセル７０２にデータを書き込むには、最初に、決定ブロック８０４において、当該のシャッタ組立体７０３が、次の画像フレーム内で開かれるべきか、または閉じられるべきかが決定される。シャッタ組立体７０３が開かれるべきである場合、制御マトリクス７００は、選択された列のシャッタ開相互接続７０６ａに、データ電圧Ｖｄを印加する（ステップ８０６）。Ｖｄは、シャッタ組立体７０３内のシャッタ開アクチュエータの電極間の電圧を、作動に必要な電圧Ｖａｔ以上に上昇させるように選択される。制御マトリクス７００が、選択された列のシャッタ開相互接続７０６ａにＶｄを印加（ステップ８０６）するのとほぼ同時に、制御マトリクス７００は、列のシャッタ閉相互接続７０６ｂを接地する（ステップ８０８）。
【０１１７】
決定ブロック８０４において、シャッタ組立体７０３が閉じられるべきであることが決定された場合、制御マトリクス７００は、シャッタ閉相互接続７０６ｂにデータ電圧Ｖｄを印加し（ステップ８１０）、列のシャッタ開相互接続７０６ａを接地する（ステップ８１２）。所望のアクチュエータの電極間の電圧がＶａｔまで増加したら、アクチュエータは、以前に所望の位置になかった場合、作動して（ステップ８１４）、シャッタ組立体７０３内のシャッタを所望の位置に移動させる。
【０１１８】
ステップ８０６〜８１２において、走査ライン内のピクセル７０２にデータが書き込まれた後で、制御マトリクス７００は、走査ライン相互接続７０４を接地し（ステップ８１４）、次の走査ラインを書き込み許可する（ステップ８１６）。制御マトリクス７００内のすべてのピクセル７０２がアドレス指定されるまで、プロセスは繰り返される。一実装では、制御マトリクス７００内の第１の走査ラインをアドレス指定する前に、制御マトリクスが固定されたバックライトがオフにされる。次に、制御マトリクス７００内のすべての走査ラインがアドレス指定された後で、バックライトがオンに戻される。バックライトのオフおよびオンの切り換えを、フレームがアドレス指定される間の期間の開始および終了と同期させると、結果として得られる画像の色純度が向上し、その理由は、その場合、すべてのピクセルがそれらの正しい画像状態にすでに設定されているときにのみバックライトがオンになるからである。
【０１１９】
作動イベントは、シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータの両端に現れる電圧差に注意することによって決定される。一貫性のある作動のためには、一般に、これらの電圧差のうちの一方は、０付近に、または少なくとも、特定の維持電圧Ｖｍ未満に維持され、もう一方の電圧差の絶対値は、作動電圧を超過する。図２、図３、および図４に関して説明した作動条件と一貫して、Ｖｄなどの、印加される電圧の極性は、負または正のいずれかであってもよく、共通電位（図７またはステップ８１２では「接地」として示されている）に印加される電圧は、正または負の任意の電圧であってもよい。
【０１２０】
一部の実装においては、シャッタ組立体７０３のアクチュエータの両端に現れる電圧の符号を、定期的に、または時折、反転し、それ以外の点では、ピクセルのアドレス指定の方法８００を変更しないことが有利である。１つの場合においては、極性の反転は、すべてのシャッタ７０３の共通電極を０付近の電位に維持し、データ電圧Ｖｄの極性を反転することによって達成されてもよい。別の場合においては、極性の反転は、共通電圧をＶｃｏｍｍｏｎに設定し（ここで、ＶｃｏｍｍｏｎはＶａｔ以上）、次に、データ電圧が、Ｖｃｏｍｍｏｎと２＊Ｖａｔとの間、または０とＶｃｏｍｍｏｎとの間の、いずれかで交代するように、電圧源を提供することによって達成されてもよい。
【０１２１】
極性の反転、および非ゼロの共通電圧の、同様の有利な使用は、制御マトリクス５００および６００に適用されてもよい。
【０１２２】
方法８００のフローチャートは、画像フレーム内にデジタル情報のみが書き込まれる場合、すなわち、シャッタは開または閉のいずれかであることが意図されている場合のために描かれている。データ相互接続７０６ａおよび７０６ｂを通したアナログデータの取り込みに基づいた、グレースケール画像の提供のための、画像フレームのアドレス指定の、同様の方法が使用されてもよい。この場合、中間の電圧は、シャッタ７０３が部分的にのみ開くことを生成することが意図される。シャッタ開アクチュエータの両端に印加される電圧は、シャッタ閉アクチュエータの両端の電圧によって引き起こされる動きの反対方向にシャッタを移動させる傾向がある。しかし、これらの２つのアクチュエータの両端に同時に印加された場合に、制御された、所定の、部分的にシャッタが開いた状態を結果としてもたらす、相補的な電圧のペアが存在する。
【０１２３】
シャッタ開相互接続７０６ａまたはシャッタ閉相互接続７０６ｂのいずれかに供給される電圧の相補的性質は、電圧源電子回路が、電荷再循環（ｃｈａｒｇｅ  ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）のための機能も有するように設計されている場合に、有利に利用されてもよい。画像フレームへのデジタル情報の取り込みのために設計された、方法８００を例として取り上げると、ステップ８０６および８１０において相互接続内に取り込まれる電圧は、相補的である。すなわち、Ｖｄが一方の相互接続内に取り込まれる場合、もう一方の相互接続は、通常、接地される。シャッタ組立体７０３の（例えば、閉から開への）状態変更は、概念的には、したがって、一方のアクチュエータ上に蓄積された電荷を、反対側のアクチュエータに移動させるということである。これらの移行のそれぞれで失われるエネルギーがＱ＊Ｖｄである場合（ここで、Ｑは、アクチュエータ上に蓄積された電荷）、それぞれの移行において、蓄積された電荷が廃エネルギーとして単に消散されず、その代わりに、他方のアクチュエータ上での使用のために再循環されるならば、かなりの電力の節約がもたらされることが可能である。完全な電荷再循環は困難であるが、部分的再循環のための方法が利用可能である。例えば、フレームアドレス指定方法８００は、ステップ８０２と８０４との間で、データライン相互接続７０６ａおよび７０６ｂが、電圧源電子回路内で、短時間、一緒にして短絡されるステップを提供してもよい。これらの相互接続は、短絡される短時間にわたって、蓄積された電荷を共有し、したがって、以前の電荷の少なくとも一部分は、フル充電された状態に戻されるべきいずれかのデータライン相互接続上で利用可能になる。
【０１２４】
図９は、ディスプレイ装置１００内のピクセルのアレイをアドレス指定するのに適した、別の例示的制御マトリクス９００である。制御マトリクス９００は、制御マトリクス７００に類似している。すなわち、制御マトリクス９００は、制御マトリクス９００内のピクセルの各行に対しての、走査ライン相互接続９０４と、制御マトリクス内のピクセル９０２の各列に対しての、シャッタ開相互接続９０６ａおよびシャッタ閉相互接続９０６ｂという、２つのデータ相互接続とを含む。さらに、制御マトリクス９００内の各ピクセルは、シャッタ開トランジスタ（あるいは、任意選択で、ダイオードまたはバリスタ）９０８ａと、シャッタ閉トランジスタ（あるいは、任意選択で、ダイオードまたはバリスタ）９０８ｂと、シャッタ開キャパシタ９１０ａと、シャッタ閉アクチュエータ９１０ｂと、シャッタ組立体９１２とを含む。シャッタ組立体は、機械的および／または電気的に双安定である。制御マトリクス９００は、ただし、追加の制御可能な相互接続である、大域的作動相互接続９１４を含む。大域的作動相互接続９１４は、制御マトリクス９００の、少なくとも２つの行および２つの列内のピクセル９０２に、ほぼ同じ電圧（「共通電圧」）を、実質的に同時に提供する。一実装では、大域的作動相互接続９１４は、制御マトリクス９００内のすべてのピクセル９０２に、共通電圧を提供する。制御マトリクス９００内の各ピクセル９０２内のシャッタ組立体９１２のアクチュエータの、より高い静電容量の電極は、接地にではなく、大域的作動相互接続９１４に、電気的に接続される。
【０１２５】
大域的作動相互接続９１４を含めることにより、制御マトリクス９００の複数行内のピクセル９０２の、ほぼ同時の作動が可能となる。その結果として、所与の画像フレームを設定するために作動するすべてのアクチュエータ（例えば、移動するすべてのシャッタ）は、方法８００で説明した行ごとの作動方法とは対照的に、同時に作動させられることが可能となる。大域的作動プロセスの使用は、ピクセル９０２へのデータの書き込みを、ピクセル９０２内のシャッタ組立体９１２の作動から時間的に切り離す。
【０１２６】
制御マトリクス９００内に組み込まれた大域的作動機能は、制御マトリクス９００内のシャッタ組立体９１２の双安定性を利用する。電気的に双安定のシャッタ組立体を作動させるには、一方の電極間の電圧の絶対値がＶａｔを超過し、もう一方の電極間の電圧の絶対値が維持電圧Ｖｍ未満であるという、２つの条件が同時に満たされる必要がある。したがって、制御マトリクス９００に対しては、シャッタ組立体９１２の一方のアクチュエータにＶｍを超える電圧が印加されている場合、対向するシャッタ組立体にＶａｔを印加することは、アクチュエータの作動を引き起こすには不十分である。
【０１２７】
例えば、電気的に双安定のシャッタ組立体のシャッタ開アクチュエータが、４０ＶのＶａｔを有すると仮定する。同時に、シャッタ閉アクチュエータの電極間に１０Ｖの維持電圧が印加されていれば、シャッタ開アクチュエータの電極間に６０Ｖが印加された場合でも、シャッタ組立体のシャッタは閉位置に維持されてもよい。−１０Ｖのバイアス電位が、すべてのシャッタ組立体の、より高い静電容量の電極と接地との間に、大域的共通相互接続を介して印加され、作動電極のうちの１つには接地電位が印加される場合、シャッタ組立体内の選択されたアクチュエータの、より低い静電容量の電極に＋４０Ｖのデータ電圧が印加され、それによりそれらのアクチュエータの両端に＋５０Ｖの電位差をもたらすことが、アクチュエータの作動を引き起こすことなしに可能である。次に、大域的共通相互接続を接地することによって、選択されたアクチュエータの電極間の電圧は＋４０Ｖに減少し、対向するアクチュエータの両端の電圧は除去される。＋４０Ｖは、それでもなお、アクチュエータの作動電圧に等しく、対向するアクチュエータを所定の位置に保持する維持電圧はないため、選択されたアクチュエータは、すべてが一斉に移動する。別の例を、図１０に関連して、以下でさらに詳細に説明する。
【０１２８】
図１０は、図９の制御マトリクス９００を使用した、画像フレームのアドレス指定の方法１０００のフローチャートである。方法は、大域的共通相互接続９１４を、接地に対して、例えば１／２Ｖａｔの、維持電圧Ｖｍに設定することによって開始される（ステップ１００１）。次に、制御マトリクス９００は、ディスプレイ内の第１の走査ラインを書き込み許可する（ステップ１００２）。それを行うためには、制御マトリクス９００は、制御マトリクス９００内の第１の走査ライン相互接続９０４に、例えば＋４５Ｖの、Ｖｗｅを印加し、その他の走査ライン相互接続９０４を接地する。
【０１２９】
制御マトリクス９００は、次に、書き込み許可された走査ライン内の各ピクセル９０２に、次の画像フレーム内でのそれらのピクセルの所望される状態に対応するデータを書き込む（決定ブロック１００４〜ステップ１０１２）。データ書き込みプロセスは、以下では、書き込み許可された走査ライン内の、選択された列内の、１つのピクセル９０２に関して説明する。この１つのピクセル９０２にデータが書き込まれるのと同時に、制御マトリクス９００は、書き込み許可された走査ライン内の残りのピクセル９０２にも同じやり方でデータを書き込む。
【０１３０】
ピクセル９０２にデータを書き込むには、決定ブロック１００４において、ピクセル９０２内のシャッタ組立体９１２のシャッタが、次の画像フレーム内で開位置にあるべきか、または閉位置にあるべきかが決定される。シャッタが開位置にあるべきである場合、制御マトリクス９００は、選択された列のシャッタ開相互接続に、データ電圧Ｖｄを印加する（ステップ１００６）。Ｖｄは、大域的共通相互接続９１４への大域的作動電圧Ｖａｇの印加の前には、ピクセル９０２内のシャッタ開アクチュエータの両端の電圧が、シャッタ閉アクチュエータに印加されたバイアスを乗り越えるには不十分なままであるように、しかし、大域的共通相互接続９１４へのＶａｇの印加の後には、シャッタ開アクチュエータの電極間の電圧が、シャッタ開アクチュエータが作動するために十分であるように選択される。例えば、Ｖａｔが４０Ｖに等しく、Ｖｍが２０Ｖに等しく、Ｖａｇが接地に等しい場合、Ｖｄは、４０Ｖ以上であるように、しかし、Ｖｍを乗り越えるであろう電位未満であるように選択される。制御マトリクス９００が、選択された列のシャッタ開相互接続９０６ａにＶｄを印加するのと同時に（ステップ１００６）、制御マトリクス９００は、列のシャッタ閉相互接続９０６ｂを接地する（ステップ１００８）。
【０１３１】
決定ブロック１００４において、シャッタがオフ位置にあるべきであることが決定された場合、制御マトリクス９００は、シャッタ閉相互接続９０６ｂにデータ電圧Ｖｄを印加し（ステップ１０１０）、列のシャッタ開相互接続９０６ａを接地する（ステップ１０１２）。
【０１３２】
ステップ１００６〜１０１２において、制御マトリクス９００が、書き込み許可された走査ライン内のピクセル９０２にデータを書き込んだ後で、制御マトリクス９００は、現在書き込み許可されている走査ライン相互接続９０４を接地し（ステップ１０１４）、次の走査ラインを書き込み許可する（ステップ１０１６）。制御マトリクス９００内のすべてのピクセル９０２がアドレス指定されるまで、プロセスは繰り返される（決定ブロック１０１５を参照）。制御マトリクス９００内のすべてのピクセルがアドレス指定された後で（決定ブロック１０１５を参照）、制御マトリクス９００は、大域的共通相互接続に大域的共通電圧Ｖａｇを印加し（ステップ１０１８）、それにより、制御マトリクス９００内のシャッタ組立体９１２の、ほぼ同時の大域的作動をもたらす。したがって、そのような実装の場合、大域的共通相互接続は、大域的作動相互接続として働く。
【０１３３】
方法８００と同様に、方法１０００も、シャッタ作動とのバックライトの同期を含んでもよい。ただし、上述の大域的作動プロセスを使用することにより、ディスプレイが動作中の時間のうちのより大きなパーセンテージにわたって、バックライトはオンに保たれることが可能であり、したがって、バックライト内の同じレベルの駆動電力に対して、より明るい表示がもたらされる。一実施形態においては、バックライトは、制御マトリクスの１つの行内のシャッタが１つの画像フレームのために設定され、制御マトリクスのその他の行内のシャッタは異なる画像フレームのために設定されている場合に、オフであるように同期される。大域的作動を使用しない制御マトリクス内では、ビデオの各フレームに対して、バックライトは、ピクセルの各行がアドレス指定されるにつれて作動する際の、データ書き込みプロセス全体の間（約５００マイクロ秒〜５ミリ秒）、オフにされる。対照的に、大域的作動を使用する制御マトリクス内では、バックライトは、データ書き込みプロセスが行われている間、オンのままにされることが可能であり、その理由は、すべてのデータが書き込まれてしまった後まで、どのピクセルの状態も変わらないからである。バックライトがオフにされるのは（仮にオフにされることがあるにしても）、最後の走査ラインが書き込まれた後に始まり、大域的作動電圧が印加されてから、ピクセルが状態を変えてしまうための十分な時間が経過した後に終わる、はるかに短い時間（約１０マイクロ秒〜５００マイクロ秒）の間である。
【０１３４】
方法１０００内の作動イベントは、シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータの両端に現れる電圧差に注意することによって決定される。図２、図３、および図４に関して説明した作動条件と一貫して、Ｖｄなどの、印加される電圧の極性は、負または正のいずれかであってもよく、大域的共通相互接続に印加される電圧は、正または負の任意の電圧であってもよい。
【０１３５】
他の実装においては、図１０の方法１０００を、ピクセルのアレイ全体のうちの選択された部分に適用することが可能であり、その理由は、行および列の、異なる領域またはグループを、順番に更新することが有利な場合があるからである。この場合、アレイの、異なる部分を選択的に更新して作動させるために、複数の異なる大域的作動相互接続９１４が、アレイの、選択された部分に配線されてもよい。
【０１３６】
一部の実装においては、シャッタ組立体９１２のアクチュエータの両端に現れる電圧の符号を、定期的に、または時折、反転し、それ以外の点では、ピクセルのアドレス指定の方法１０００は変更しないことが有利である。そのような１つの場合においては、極性の反転は、書き込み許可電圧を除く、方法１０００内で使用されるほとんどの電位の符号を反転することによって達成されてもよい。別の場合においては、方法１０００内で使用される電圧と類似した電圧が印加されてもよいが、ただし、相補的な論理が使用される。表１は、方法１０００について上述した公称の電圧割り当てと、シャッタ組立体の電極上の極性反転を達成するために印加されてもよい電圧との違いを示す。極性反転方法１と呼ばれる、第１の場合においては、アクチュエータ電極間に現れる電圧は、単に符号が反転されるだけである。シャッタ開電極にＶｄを印加する代わりに、例えば、−Ｖｄが印加される。ただし、トランジスタ９０８ａおよび９０８ｂのためにｎＭＯＳトランジスタが使用される場合は、電圧シフトが使用されなければならない（両方のゲート電圧が、量Ｖｄだけ下にシフトされる）。これらのゲート電圧シフトは、データ相互接続上の新しい電圧を使用してｎＭＯＳトランジスタが正しく動作することを確実にする。
【０１３７】
【表１】
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【０１３８】
表１は、さらに、第２の方法である、極性反転方法２も示す。この方法では、（いずれの相互接続ドライバの符号も反転する必要なしに）類似した電圧を使用し、それでもすべてのアクチュエータの両端の極性反転を達成することが可能である。これは、選択されたシャッタを移動させるために、大域的作動相互接続を、方法１０００におけるように接地に向けて駆動するのではなく、より高い電圧Ｖｄに駆動することによって達成される。極性反転方法２における電圧変更のシーケンスは、方法１０００のシーケンスに類似しているが、各ピクセルのアクチュエータへの電圧の割り当て時に、ステップ１００４において、相補的な論理が使用される点が異なる。この方法２においては、シャッタが閉じられるべきである場合、シャッタ開相互接続は電位Ｖｄまで引き上げられ、シャッタ閉相互接続は接地される。この例では、大域的作動相互接続がその維持電位Ｖｍから作動電位Ｖｄまで引き上げられた後、シャッタ開アクチュエータの両端の電位は０付近（確実にＶｍ未満）となり、シャッタ閉アクチュエータの両端の電位は、シャッタを閉位置に作動させるのに十分な−Ｖｄとなり、また、方法１０００において印加された極性の逆の極性が使用される。同様に、ステップ１００４において、シャッタが開かれるべきである場合、シャッタ閉相互接続は電位Ｖｄまで引き上げられ、シャッタ開相互接続は接地される。
【０１３９】
制御マトリクス９００は、方法１０００で使用される電圧と、上記の極性反転方法で使用される電圧とを、フレームごとに、またはその他の何らかの周期で、交互に入れ替えてもよい。時が経つにつれて、充電相互接続１４０６と大域的作動相互接続１４１６とによってシャッタ組立体１４０８上のアクチュエータの両端に印加される正味の電位は、平均約０Ｖになる。
【０１４０】
方法１０００に類似した作動方法は、さらに、制御マトリクス５００内のシャッタ組立体５０２などの、片側の、または弾性のシャッタ組立体に適用されてもよい。そのような、片側の適用例は、図１４と組み合わせて以下で説明する。
【０１４１】
図１１は、ディスプレイ装置１００内に含めるのに適した、別の制御マトリクス１１００の図である。制御マトリクス７００および９００と同様に、制御マトリクス１１００は、１つの走査ライン相互接続１１０４が制御マトリクス１１００内のピクセル１１０２の各行に対応する、一連の走査ライン相互接続１１０４を含む。制御マトリクス１１００は、制御マトリクス内のピクセル１１０２の各列に対して、１つのデータ相互接続１１０６を含む。したがって、制御マトリクス１１００は、シャッタ組立体２００などの、弾性シャッタ組立体１１０８を制御するのに適している。シャッタ組立体２００内のアクチュエータと同様に制御マトリクス１１００のシャッタ組立体１１０８内のアクチュエータは、１つのより高い静電容量の電極と、１つのより低い静電容量の電極とを有する。
【０１４２】
走査ラインおよびデータ相互接続１１０４および１１０６に加えて、制御マトリクス１１００は、充電相互接続１１１０（Ｖ（ａｔ）ともラベル付けされている）および充電トリガ相互接続１１１２（Ｃ−Ｔともラベル付けされている）を含む。充電相互接続１１１００および充電トリガ相互接続１１１２は、制御マトリクス１１００内のすべてのピクセル１１０２、またはその一部のサブセット間で共有されてもよい。例えば、ピクセル１１００の各列は、共通充電相互接続１１１０および共通充電トリガ相互接続１１１２を共有してもよい。以下の説明では、全体的に共有された充電相互接続１１１０と、全体的に共通の充電トリガ相互接続１１１２との組み込みを仮定している。
【０１４３】
制御マトリクス１１００内の各ピクセル１１０２は、充電トリガスイッチトランジスタ１１１４および放電スイッチトランジスタ１１１６という、２つのトランジスタを含む。充電トリガスイッチトランジスタ１１１４のゲートは、制御マトリクス１１００の充電トリガ相互接続１１１２に電気的に接続される。充電トリガスイッチトランジスタ１１１４のドレインは、充電相互接続１１１０に電気的に接続される。充電相互接続１１１０は、走査ライン相互接続１１０４へのいかなるバイアス電圧の印加もない場合に、各ピクセル１１０２内のシャッタ組立体１１０８のアクチュエータを作動させるために十分な、ＤＣ電圧を受け取る。充電トリガスイッチトランジスタ１１１４のソースは、ピクセル１１０２内のシャッタ組立体１１０８内のアクチュエータの、より低い静電容量の電極と、放電スイッチトランジスタ１１１６のドレインとに、電気的に接続される。放電スイッチトランジスタ１１１６のゲートは、ピクセル１１０２が配置されている制御マトリクス１１００の列の、データ相互接続１１０６に電気的に接続される。放電スイッチトランジスタ１１１６のソースは、ピクセル１１０２が配置されている制御マトリクス１１００の行の、走査ライン相互接続１１０４に電気的に接続される。シャッタ組立体１１０８内のアクチュエータの、より高い静電容量の電極も、ピクセルに対応する行の走査ライン相互接続１１０４に電気的に接続される。あるいは、より高い静電容量の電極は、別個の接地または共通電極に接続されてもよい。
【０１４４】
図１２は、本発明の例示的実施形態による、制御マトリクス１１００などの制御マトリクス内に組み込まれたピクセルをアドレス指定するための方法１２００のフローチャートである。フレームアドレス指定サイクルの最初に、制御マトリクス１１００は、すべてのシャッタ組立体１１０８が同じ位置（開または閉）に設定されるように、制御マトリクス１１００内に組み込まれたシャッタ組立体１１０８の、すべての作動させられていないアクチュエータを作動させる（ステップ１２０２〜１２０４）。それを行うためには、制御マトリクス１１００は、例えば４５Ｖの、充電トリガ電圧を、充電トリガ相互接続１１１２に印加して、ピクセルの充電トリガスイッチトランジスタ１１１４をアクティブにする（ステップ１２０２）。ピクセル１１０８のシャッタ組立体１１０８内に組み込まれたアクチュエータの電極は、例えば４０Ｖの、充電相互接続１１１０によって供給される電圧Ｖａｔを蓄積するためのキャパシタとして働く。制御マトリクス１１００は、すべてのアクチュエータが作動するための十分な期間にわたって、継続して充電トリガ電圧を印加し（ステップ１２０２）、その後、制御マトリクス１１００は、充電トリガスイッチトランジスタ１１１４を接地する（ステップ１２０４）。制御マトリクス１１００は、制御マトリクス１１００内のすべての走査ライン相互接続１１０４に、接地に対する、例えば１０Ｖの、バイアス電圧Ｖｂを印加する（ステップ１２０６）。
【０１４５】
制御マトリクス１１００は、次に、制御マトリクス内の各ピクセル１１０２のアドレス指定を、一度に一行ずつ進める（ステップ１２０８〜１２１２）。特定の行をアドレス指定するために、制御マトリクス１１００は、第１の走査ラインを、対応する走査ライン相互接続１１０４を接地することによって、書き込み許可する（ステップ１２０８）。次に、決定ブロック１２１０において、制御マトリクス１１００は、書き込み許可された行内の各ピクセル１１０２に対して、ピクセル１１０２が、初期フレーム位置から切り換えられる必要があるかどうかを決定する。例えば、ステップ１２０２において、すべてのシャッタが開かれた場合、決定ブロック１２１０において、書き込み許可された行内の各ピクセル１１０２が閉じられるべきかどうかが決定される。ピクセル１１０２が閉じられるべきである場合、制御マトリクス１１００は、例えば５Ｖの、データ電圧を、ピクセル１１０２が配置されている列に対応するデータ相互接続１１０６に印加する（ステップ１２１２）。書き込み許可された行に対しての走査ライン相互接続１１０４は接地されているため（ステップ１２０８）、列のデータ相互接続１１０６へのデータ電圧Ｖｄの印加は、結果として、放電スイッチトランジスタ１１１６のゲートとソースとの間に、トランジスタ１１１６のチャネルを開くための正しい符号と大きさの電位差をもたらす。トランジスタ１１１６のチャネルが開かれると、シャッタ組立体のアクチュエータ内に蓄積された電荷が、走査ライン相互接続１１０４を介して接地に放電されることが可能となる。シャッタ組立体１１０８のアクチュエータ内に蓄積された電圧が消散するにつれて、シャッタ組立体１１０８内の復元力またはスプリングが、シャッタを、その弛緩された位置に押しやり、シャッタは閉じられる。決定ブロック１２１０において、ピクセル１１０２の状態変化は必要ないことが決定された場合、対応するデータ相互接続１１０６は接地される。本例では、弛緩された位置は、シャッタ閉位置として画定されているが、弛緩された状態がシャッタ開位置である、代替のシャッタ組立体が提供されてもよい。これらの代替の場合においては、ステップ１２１２における、データ電圧Ｖｄの印加は、結果として、シャッタが開かれることをもたらす。
【０１４６】
他の実装においては、図１２の方法１２００を、ピクセルのアレイ全体のうちの選択された部分に適用することが可能であり、その理由は、行および列の、異なる領域またはグループを、順番に更新することが有利な場合があるからである。この場合、アレイの、異なる部分を選択的に更新して作動させるために、複数の異なる充電トリガ相互接続１１１２が、アレイの、選択された部分に配線されてもよい。
【０１４７】
上述のように、制御マトリクス１１００内のピクセル１１０２をアドレス指定するために、データ電圧Ｖｄは、作動電圧Ｖａｔよりも大幅に少なくてもよい（例えば、５Ｖ対４０Ｖ）。作動電圧Ｖａｔは、フレームにつき１回印加されるのに対して、データ電圧Ｖｄは、フレームにつき、制御マトリクス１１００内に存在する行の数と同じ回数だけ、各データ相互接続１１０６に印加されてもよいため、制御マトリクス１１００などの制御マトリクスでは、データ電圧が作動電圧としても働くように十分に高いことを要求する制御マトリクスに比較して、かなりの量の電力が節約される可能性がある。
【０１４８】
書き込み許可されていない行内のピクセル１１０２に対しては、それらの対応する列のデータ相互接続１１０６にデータ電圧Ｖｄが印加されている場合でも、それらの対応する走査ライン相互接続１１０４に印加されたバイアス電圧Ｖｂが、それらの放電トランジスタ１１１６のソースにおける電位を、それらの放電トランジスタ１１１６のゲート端子における電位よりも大きく保つ。図１１の実施形態は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタの使用を仮定していることが理解されるであろう。ｐチャネルトランジスタを使用する、他の実施形態が可能であり、その場合、バイアス電位ＶｂおよびＶｄの相対的な符号は反転される。
【０１４９】
他の実施形態では、放電スイッチトランジスタ１１１６は、２つ以上のトランジスタの組によって置き換えられてもよく、例えば、制御マトリクス１１００が標準的なＣＭＯＳ技術を使用して構築されるべきである場合、放電スイッチトランジスタは、ｎＭＯＳおよびｐＭＯＳトランジスタの相補ペアからなってもよい。
【０１５０】
方法１２００では、画像フレーム内に情報が書き込まれることが仮定されており、すなわち、その場合、シャッタは開または閉のいずれかであることが意図されている。ただし、制御マトリクス１１００の回路を使用して、シャッタ組立体１１０８内にアナログ情報を書き込むことも可能である。この場合、走査ライン相互接続の接地は、短い一定の時間のみ提供され、部分的な電圧のみがデータライン相互接続１１０６を介して印加される。放電スイッチトランジスタ１１１６への、部分的電圧の印加は、線形増幅モードで行われた場合、シャッタ組立体１１０８の電極の部分的な放電のみを、したがって、シャッタが部分的に開くことを可能にする。
【０１５１】
制御マトリクス１１００は、同時に、制御マトリクス１１００の残りの列にデータ電圧を選択的に印加する。すべてのピクセルがそれらの意図された状態を達成した後で（ステップ１２１４）、制御マトリクス１１００は、選択された走査ライン相互接続にＶｂを再度印加して、後続の走査ライン相互接続を選択する（ステップ１２１６）。すべての走査ラインがアドレス指定された後で、プロセスは再び開始される。前に説明した制御マトリクスと同様に、取り付けられたバックライトの動作は、各フレームのアドレス指定と同期されてもよい。
【０１５２】
図１３は、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００内に含めるのに適した、別の制御マトリクス１３００の図である。制御マトリクス１３００は、制御マトリクス１１００に類似しているが、制御マトリクス１３００内のピクセル１３０２は、充電トリガスイッチトランジスタ１１１４と対照的に、充電ダイオード（ｃｈａｒｇｅ  ｄｉｏｄｅ）１３０４を含み、さらに、制御マトリクス１３００には、充電トリガ相互接続１１１２が欠けている。より詳細には、制御マトリクス１３００は、制御マトリクス１３００内の各列に対して１つのデータ相互接続１３０６と、制御マトリクス１３００内の各行に対して１つの走査ライン相互接続１３０８と、放電トランジスタ１３０９とを含む。制御マトリクス１３００は、さらに、制御マトリクス１１００内に組み込まれているものに類似した、充電相互接続１３１０（Ｖ（ａｔ）ともラベル付けされている）も含む。
【０１５３】
制御マトリクス１３００は、充電相互接続１３１０に電気的に接続された作動電圧源を含む。作動電圧源は、各フレームアドレス指定サイクルの最初に電圧のパルスを供給して、制御マトリクス１３００内のピクセル１３０２のシャッタ組立体１３１４内に電流が流れ込むことを可能にし、それにより、シャッタ組立体１３１４内の作動させられていないアクチュエータをすべて作動させる。結果として、電圧パルスの後は、制御マトリクス１３００内のすべてのピクセル１３０２は、開または閉の、同じ状態になる。電圧パルスの後で、充電相互接続１３１０の電位が０にリセットされると、充電ダイオード１３０４は、シャッタ組立体１３１４内に蓄積された電圧が充電相互接続１３１０を介して消散されるのを防止する。制御マトリクス１３００は、ピクセルアドレス指定方法１２００に類似した方法を使用して制御されてもよい。ステップ１２０２において充電トリガ相互接続１１１２に電圧を印加する代わりに、作動電圧源は、任意の閉じられたシャッタ組立体を開くのに十分な持続時間と大きさとを有する電圧パルスを供給する。
【０１５４】
シャッタ組立体１１０８および１３１４の、より高い静電容量の電極は、走査ライン相互接続１１０４および１３０８に接続され、より低い静電容量の電極は、トランジスタ１１１４を介して、またはダイオード１３０４を介して、充電相互接続１１１２または１３１０に接続されることが好ましい。充電相互接続を介してシャッタ電極上で駆動される電圧変化の大きさは、一般に、走査ライン相互接続を介して発生する電圧変化の大きさよりも大きい。
【０１５５】
図１４は、ディスプレイ装置１００内に含めるのに適した制御マトリクス１４００の図である。制御マトリクス１４００は、制御マトリクス１３００の構成要素、すなわち、走査ライン相互接続１４０２と、データ相互接続１４０４と、充電相互接続１４０６とを含む。制御マトリクス１４００内のピクセル１４０８は、充電ダイオード１４１０と、シャッタ組立体１４１２と、放電トランジスタ１４１４とを含む。制御マトリクス１４００は、さらに、図９および図１０と関連して説明した方法に類似した方法を使用して、制御マトリクス１４００内のピクセル１４０８の大域的作動を提供するための、大域的作動相互接続１４１６も含む。制御マトリクスは、さらに、放電トランジスタ１４１４のソースおよびドレインと並列に接続された、任意選択のキャパシタ１４１８も含む。キャパシタは、シャッタ組立体１４１２の一方の電極における安定した電圧を、大域的作動相互接続１４１６を介してもう一方の電極上に印加される可能性がある電圧変化にもかかわらず維持するために役立つ。相互接続１４１６は、アレイ内の複数行および複数列内のピクセル１４０８間で共有される。
【０１５６】
大域的作動相互接続は、表１の極性反転方法２に類似したモードで使用される場合、作動しきい値電圧を提供するために加えて、０Ｖ  ＤＣ平均動作モードを確実にするために使用されてもよい。０Ｖ  ＤＣ平均化を達成するために、制御マトリクスは制御論理を交互に入れ替える。ピクセルアドレス指定方法１０００および１２００において使用される制御論理に類似した、第１の制御論理では、フレームアドレス指定サイクルの最初に、制御マトリクス１４００は、シャッタ組立体１４１２のアクチュエータの電極間にＶａｔを蓄積することによって、制御マトリクス１４００内のすべてのピクセルのシャッタ組立体１４１２を開く。制御マトリクス１４００は、次に、シャッタ組立体１４１２を開状態に固定するために、バイアス電圧を印加する。制御マトリクス１４００は、Ｖｍよりも大きな、例えば１／２Ｖａｔのバイアス電圧を、大域的作動相互接続１４１６を介して印加する。次に、シャッタ組立体１４１２の状態を変更するために、シャッタ組立体１４１２が配置されているピクセル１４０８の行が書き込み許可されている場合に、制御マトリクス１４００は、シャッタ組立体１４１２内に蓄積されているＶａｔを放電する。大域的作動相互接続１４１６が接地されるまでは、維持電圧により、シャッタ組立体１４１２は開いたままになる。
【０１５７】
表１の極性反転方法２に類似した、第２の制御論理では、大域的作動相互接続１４１６に印加される電圧を制御マトリクスが１／２Ｖａｔから接地まで変化させる代わりに、制御マトリクスは、大域的作動相互接続１４１６に印加される電圧を１／２ＶａｔからＶａｔまで変化させる。したがって、シャッタ組立体１４１２内のシャッタをその弛緩された状態に解放するには、充電ダイオード１４１０を介して印加された電圧は、放電されるのとは対照的に、維持されなければならない。したがって、第２の制御論理では、制御マトリクス１４００は、閉じられるシャッタ組立体とは対照的に、開かれたままにされるシャッタ組立体から、蓄積されたＶａｔを放電する。制御マトリクス１４００は、フレームごとに、またはその他の何らかの周期で、制御論理を交互に入れ替えてもよい。時が経つにつれて、充電相互接続１４０６と大域的作動相互接続１４１６とによってシャッタ組立体１４０８のアクチュエータの両端に印加される正味の電位は、平均０Ｖになる。
【０１５８】
図１５は、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００内に含めるための、さらに別の適切な制御マトリクス１５００の図である。制御マトリクス１５００は、図１１の制御マトリクス１１００に類似している。制御マトリクス１５００は、制御マトリクス１５００内のピクセル１５０４の各列に対してのデータ相互接続１５０２と、制御マトリクス１５００内のピクセル１５０４の各行に対しての走査ライン相互接続１５０６とを含む。制御マトリクス１５００は、共通充電トリガ相互接続１５０８と、共通充電相互接続１５１０とを含む。制御マトリクス１５００内のピクセル１５０４は、それぞれが、弾性シャッタ組立体１５１１と、充電トリガスイッチトランジスタ１５１２と、放電スイッチトランジスタ１５１４とを、図１１で説明したように含む。制御マトリクス１５００は、さらに、制御マトリクス９００に関連して図９で説明した、大域的作動相互接続１５１６と、それに対応する機能とを組み込んでいる。制御マトリクス１５００は、さらに、放電スイッチトランジスタ１５１４のソースおよびドレインと並列に接続された、任意選択の電圧安定化キャパシタ１５１７も組み込んでいる。
【０１５９】
制御マトリクス１５００の各ピクセル１５０４は、さらに、第３のトランジスタである書き込み許可トランジスタ１５１８と、データ蓄積キャパシタ１５２０とを含む。ピクセル１５０４の行に対しての走査ライン相互接続１５０６は、行内の各ピクセル１５０４内に組み込まれた書き込み許可トランジスタ１５１８のゲートに接続される。制御マトリクス１５００の列に対してのデータ相互接続１５０２は、列内のピクセル１５０４の書き込み許可トランジスタ１５１８のソース端子に電気的に接続される。各ピクセル１５０４内の書き込み許可トランジスタ１５１８のドレインは、それぞれのピクセル１５０４の、データ蓄積キャパシタ１５２０と、放電トリガトランジスタ１５１４のゲート端子とに、並列に、電気的に接続される。
【０１６０】
制御マトリクス１５００の動作は、方法１０００および１２００のそれぞれと共通した要素を含む。フレームアドレス指定サイクルの最初に、制御マトリクス１５００の充電トリガ相互接続１５０８と充電相互接続１５１０とに電圧が印加されて、制御マトリクス１５００内の各ピクセル１５０４の１つのシャッタ組立体１５１１アクチュエータ電極上に電位Ｖａｔが蓄積され、閉じられているシャッタ組立体１５１１があれば開かれる。これらのステップは、図１２のステップ１２０２および１２０４で実行されたものに類似している。次に、各行が順に書き込み許可されるが、図１１、図１３、および図１４に関して実行されたように、書き込み許可を、対応する走査ライン相互接続の接地として実行する代わりに、制御マトリクス１５００は、各行に対応する走査ライン相互接続１５０６に、書き込み許可電圧Ｖｗｅを印加する。ピクセル１５０４の特定の行が書き込み許可されている間に、制御マトリクス１５００は、書き込み許可された行内の、閉じられるべきピクセル１５０２を組み込んだ列に対応する、制御マトリクス１５００の各データ相互接続１５０８に、データ電圧を印加する。書き込み許可される行に対しての走査ライン相互接続１５０６へのＶｗｅの印加により、対応する走査ライン内のピクセル１５０４の書き込み許可トランジスタ１５１８がオンになる。データ相互接続１５０２に印加される電圧は、それにより、それぞれのピクセル１５０４のデータ蓄積キャパシタ１５２０上に蓄積されることが可能になる。
【０１６１】
ピクセル１５０４のデータ蓄積キャパシタ１５２０上に蓄積された電圧が、接地よりも十分に大きい場合（例えば、５Ｖ）、放電スイッチトランジスタ１５１４がアクティブにされ、充電トリガスイッチトランジスタ１５１４を介して対応するシャッタ組立体１５１１に印加された電荷が放電することが可能になる。ただし、シャッタ組立体１５１１内に蓄積されたより大きな電圧Ｖａｔの放電には、データ蓄積キャパシタ１５２０上の比較的小さなデータ電圧の蓄積に必要な時間よりも多くの時間を要する可能性がある。データ蓄積キャパシタ１５２０上にデータ電圧を蓄積することによって、制御マトリクス１５００が走査ライン相互接続１５０６を接地し、それにより、キャパシタ１５２０上に蓄積された電荷を、その対応するデータ相互接続１５０２から分離した後でさえ、放電および機械的作動プロセスが継続することが可能になる。したがって、図１１、図１３、および図１４内の制御マトリクスによって提示された放電プロセスとは対照的に、制御マトリクス１５００は、データ相互接続１５０２上の信号とのリアルタイム通信を必要とする代わりに、キャパシタ１５２０上に蓄積されたデータ電圧によって、放電スイッチ１５１４を（シャッタ組立体１５１１への作動電圧Ｖａｔの印加を制御するために）調節する。
【０１６２】
代替の実装では、蓄積キャパシタ１５２０および書き込み許可トランジスタ１５１８は、当業界で周知のＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ回路などの、代替のデータメモリ回路によって置き換えられてもよい。
【０１６３】
図１１、図１３、および図１４に示す回路とは対照的に、シャッタ組立体１５１１の電極上の電荷は、放電される場合、ピクセル１５０４に対応する走査ライン相互接続によって接地に流れるのではない。その代わりに、放電スイッチトランジスタ１５１４のソースは、その下の行内のピクセルの走査ライン相互接続１５２２に接続される。書き込み許可されていない場合、制御マトリクス１５００内の走査ライン相互接続１５２２は、接地電位またはその付近に保持され、それにより、それらは、隣接行内の放電電流のための効果的なシンクとして機能することが可能となる。
【０１６４】
制御マトリクス１５００は、さらに、大域的作動のための機能も含み、その大域的作動のプロセスまたは方法は、図１０で説明したものに類似している。放電されたピクセル１５０４内のシャッタは、大域的作動相互接続１５１６への維持電圧Ｖｍ（例えば、１／２Ｖａｔ）の印加によって、所定の位置に保持されている。すべての行がアドレス指定された後で、制御マトリクス１５００は、大域的作動相互接続１５１６を接地し、それにより、すべての放電されたシャッタ組立体１５１１のシャッタを、実質的に同時に解放する。
【０１６５】
図１６は、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００内に含めるための、さらに別の適切な制御マトリクス１６００の図である。制御マトリクス１６００は、図１５の制御マトリクス１５００に類似している。制御マトリクス１６００は、制御マトリクス１６００内のピクセル１６０４の各列に対してのデータ相互接続１６０２と、制御マトリクス１６００内のピクセル１６０４の各行に対しての走査ライン相互接続１６０６とを含む。制御マトリクス１６００は、共通充電トリガ相互接続１６０８と、共通充電相互接続１６１０と、大域的作動相互接続１６１２とを含む。制御マトリクス１６００内のピクセル１６０４は、それぞれが、弾性シャッタ組立体１６１４と、充電トリガスイッチトランジスタ１６１６と、放電スイッチトランジスタ１６１７と、書き込み許可トランジスタ１６１８と、データ蓄積キャパシタ１６２０とを、図１５で説明したように含む。制御マトリクス１６００は、さらに、大域的作動相互接続１６１２とは異なる、シャッタ共通相互接続１６２２も含む。これらの相互接続１６１２および１６２２は、アレイ内の複数行および複数列内のピクセル１６０４間で共有される。
【０１６６】
動作時、制御マトリクス１６００は、制御マトリクス１５００の機能と同じ機能を実行するが、ただし、異なる手段または方法によって実行する。特に、制御マトリクス１６００における大域的作動を達成するための方法は、制御マトリクス９００、１４００、または１５００において実行される方法とは異なる。前の方法では、大域的作動相互接続はシャッタ組立体の１つの電極に接続され、大域的作動相互接続に維持電圧Ｖｍを印加することによって、シャッタの作動が防止された。しかし、制御マトリクス１６００においては、大域的作動相互接続１６１２は、放電スイッチトランジスタ１６１７のソースに接続される。大域的作動相互接続１６１２を、シャッタ共通相互接続１６２２の電位よりも大幅に上の電位に維持することにより、キャパシタ１６２０上にどれだけの電荷が蓄積されているかにかかわらず、いずれの放電スイッチトランジスタ１６１７もオンになることが防止される。制御マトリクス１６００における大域的作動は、大域的作動相互接続１６１２上の電位をシャッタ共通相互接続１６２２と同じ電位にして、それらの放電スイッチトランジスタ１６１７が、キャパシタ１６２０上にデータ電圧が蓄積されているかどうかに従ってオンになることを可能にすることによって達成される。制御マトリクス１６００は、したがって、大域的作動を達成するために、シャッタ組立体１６１４内の電気的双安定性に依存しない。
【０１６７】
データ蓄積キャパシタ１６２０に部分的電圧を印加することにより、大域的作動相互接続１６１２がその作動電位にされている時間中に、放電スイッチトランジスタ１６１７の部分的オンが可能となる。これにより、シャッタ組立体１６１４上で、アナロググレースケールを提供するためのアナログ電圧が作られる。
【０１６８】
制御マトリクス１６００においては、制御マトリクス１５００とは対照的に、シャッタ組立体１６１４内のアクチュエータの、より高い静電容量の電極は、大域的作動相互接続１６１２ではなく、シャッタ共通相互接続１６２２に電気的に接続される。動作時、制御マトリクスは、図１４の制御マトリクス１４００に関連して説明したように、２つの制御論理を交互に入れ替える。ただし、制御マトリクス１６００については、制御マトリクスが制御論理間を切り換える際に、制御マトリクス１６００は、制御マトリクス１４００によって行われるように、大域的作動相互接続に印加される大域的作動電圧を切り換えるのではなく、シャッタ共通相互接続１６２２に印加される電圧を、選択される制御論理によって、接地またはＶａｔのいずれかに切り換える。
【０１６９】
図１３の制御マトリクス１３００におけるのと同様に、アレイ内の各ピクセルに対してのスイッチングまたは電荷取り込み機能を実行するために、単純なダイオードおよび／またはＭＩＭダイオードが、充電トリガトランジスタ１６１６の代わりに使用されてもよい。
【０１７０】
図１７は、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００内に含めるための、さらなる適切な制御マトリクス１７００である。制御マトリクス１７００は、弾性シャッタ組立体１７０４を含むピクセル１７０２のアレイを制御する。制御マトリクス１７００は、好ましくは、双安定ではないシャッタ組立体を含み、それにより、シャッタ組立体１７０４はアナログ形式でより良く制御される。すなわち、シャッタ組立体１７０４のうちの１つのアクチュエータへの特定の電圧の印加は、結果として、既知の増分シャッタ変位をもたらす。
【０１７１】
制御マトリクス１７００は、制御マトリクス１７００内のピクセル１７０２の各行に対して１つの走査ライン相互接続１７０６と、制御マトリクス１７００内のピクセル１７０２の各列に対して１つのデータ相互接続１７０８とを含む。制御マトリクス１７００は、さらに、充電相互接続１７１０と、充電トリガ相互接続１７１２と、放電トリガ相互接続１７１４とを含む。これらの相互接続１７１０、１７１２、および１７１４は、制御マトリクス１７００内のピクセル１７０２のすべてまたはサブセットの間で共有される。制御マトリクス１７００内の各ピクセル１７０２は、充電トリガトランジスタ１７１６、グレースケールトランジスタ１７１８、放電トランジスタ１７２０、および書き込み許可トランジスタ１７２２という、４つのトランジスタを含む。充電トリガトランジスタ１７１６のゲートは、充電トリガ相互接続１７１２に電気的に接続される。そのドレインは、充電相互接続１７１０に電気的に接続され、そのソースは、グレースケールトランジスタ１７１８に電気的に接続される。グレースケールトランジスタ１７１８のゲートは、データ蓄積キャパシタ１７２４と書き込み許可トランジスタ１７２２とに、並列に、電気的に接続される。グレースケールトランジスタ１７１８のソースは、放電トランジスタ１７２０に電気的に接続される。放電トランジスタ１７２０のゲートは、放電相互接続１７１４に電気的に接続され、そのソースは接地される。書き込み許可トランジスタ１７２２を再び参照すると、そのゲートは、その対応する走査ライン相互接続１７０６に電気的に接続され、そのドレインは、その対応するデータ相互接続１７０８に電気的に接続される。
【０１７２】
制御マトリクス１７００は、ディスプレイ装置１００にアナロググレースケールを提供するために利用されてもよい。動作時、フレームアドレス指定サイクルの最初に、制御マトリクス１７００は、放電トリガ相互接続１７１４に電圧を印加して、放電トランジスタ１７２０をオンにする。ピクセル１７０２内のシャッタ組立体１７０４のアクチュエータ内に蓄積された任意の電圧は放電され、シャッタ組立体１７０４内のシャッタは、それらの静止位置に解放される。制御マトリクス１７００は、次に、放電トリガ相互接続１７１４を接地する。続いて、制御マトリクス１７００は、各走査ライン相互接続１７０６に、書き込み許可電圧Ｖｗｅを順に印加して、制御マトリクス１７００のそれぞれの対応する行内のピクセル１７０２の書き込み許可トランジスタ１７２２をオンにする。所与の行に対しての書き込み許可トランジスタ１７２２がオンにされると、制御マトリクス１７００は、ピクセル１７０２の書き込み許可された行内の各ピクセル１７０２の所望の輝度を示すために、データ相互接続１７０８のそれぞれに電圧パルスを印加する。アドレス指定シーケンスが完了した後で、制御マトリクスは、次に、充電トリガ相互接続１７１２に電圧を印加することによって充電トリガトランジスタ１７１６をオンにし、それにより、すべての電極が充電され、すべてのピクセルが同時に作動させられることが可能になる。
【０１７３】
ピクセル１７０２の輝度は、その対応するデータ相互接続１７０８に印加される電圧パルスの持続時間または大きさによって決定される。ピクセルのデータ相互接続１７０８に電圧パルスが印加されている間、電流が書き込み許可トランジスタ１７２２を通して流れ、データ蓄積キャパシタ１７２４上に電位が蓄積される。キャパシタ１７２４上の電圧はグレースケールトランジスタ１７１８内の伝導チャネルの開きを制御するために使用される。このチャネルは、ゲート−ソース間電圧が特定のしきい値電圧を超えている限り、開いたままになる。最終的に、充電サイクルの間、シャッタ組立体１７０４の電極上の電位は、キャパシタ１７２４上に蓄積された電位に一致するまで上昇し、その時点で、グレースケールトランジスタはオフになる。これにより、シャッタ組立体上に蓄積される作動電圧は、キャパシタ１７２４上に蓄積されたアナログ電圧に比例して変化させられることが可能となる。結果としてもたらされる電極電圧は、結果としてもたらされる電圧に比例した、シャッタ組立体１７０４内のシャッタの増分変位を発生させる。フレームアドレス指定サイクルの最後に、放電トリガ相互接続１７１４に再度電力が供給されるまで、シャッタはその静止位置から変位したままになる。
【０１７４】
図１３の制御マトリクス１３００におけるのと同様に、アレイ内の各ピクセルに対してのスイッチングまたは電荷取り込み機能を実行するために、単純なダイオードおよび／またはＭＩＭダイオードが、充電トリガトランジスタ１７１６の代わりに使用されてもよい。
【０１７５】
図１８は、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００内に含めるための、さらに別の適切な制御マトリクス１８００である。制御マトリクス１８００は、デュアルアクチュエータシャッタ組立体１８０４（すなわち、シャッタ開およびシャッタ閉の両方のアクチュエータを有するシャッタ組立体）を含むピクセル１８０２のアレイを制御する。シャッタ組立体１８０４内のアクチュエータは、電気的に双安定または機械的に双安定のいずれかにされてもよい。
【０１７６】
制御マトリクス１８００は、制御マトリクス１８００内のピクセル１８０２の各行に対して、走査ライン相互接続１８０６を含む。制御マトリクス１８００は、さらに、制御マトリクス１８００内のピクセル１８０２の各列に対して、シャッタ開相互接続１８０８ａおよびシャッタ閉相互接続１８０８ｂという、２つのデータ相互接続を含む。制御マトリクス１８００は、さらに、充電相互接続１８１０と、充電トリガ相互接続１８１２と、大域的作動相互接続１８１４とを含む。これらの相互接続１８１０、１８１２、および１８１４は、アレイ内の複数行および複数列内のピクセル１８０２間で共有される。一実装（以下でより詳細に説明する実装）では、相互接続１８１０、１８１２、および１８１４は、制御マトリクス１８００内のすべてのピクセル１８０２間で共有される。
【０１７７】
制御マトリクス内の各ピクセル１８０２は、シャッタ開充電トランジスタ１８１６と、シャッタ開放電トランジスタ１８１８と、シャッタ閉充電トランジスタ１８２０と、シャッタ閉放電トランジスタ１８２２とを含む。制御マトリクスは、さらに、２つの電圧安定化キャパシタ１８２４を組み込んでおり、それらは、各１つが、放電トランジスタ１８１８および１８２２のソースとドレインとに並列に接続される。各フレームアドレス指定サイクルの最初に、制御マトリクス１８００は、例えばシャッタ組立体を作動させるために必要な電圧Ｖａｔの１／２の、維持電圧Ｖｍを、大域的作動相互接続１８１４に印加する。維持電圧は、フレームアドレス指定サイクルの最後に大域的作動が起動されるまで、シャッタ組立体１８０４を、それらの現在の状態に固定する。制御マトリクス１８００は、次に、充電トリガ相互接続１８１２に電圧を印加して、制御マトリクス１８００内のピクセル１８０２のシャッタ開およびシャッタ閉トランジスタ１８１６および１８２０をオンにする。充電相互接続１８１０は、一実装においては、例えば４０ＶのＶａｔと等しいか、またはそれよりも大きいＤＣ電圧を伝える。
【０１７８】
制御マトリクス１８００内のピクセル１８０２の各行がアドレス指定される場合、制御マトリクス１８００は、その対応する走査ライン相互接続１８０６を接地することによって、ピクセル１８０２の行を書き込み許可する。制御マトリクス１８００は、次に、例えば５Ｖの、データ電圧Ｖｄを、制御マトリクス１８００内のピクセル１８０２の各列に対応する、シャッタ開相互接続１８０８ａまたはシャッタ閉相互接続１８０８ｂのいずれかに印加する。Ｖｄが、列のシャッタ閉相互接続１８０８ｂに印加された場合、対応するシャッタ組立体１８０４のシャッタ閉アクチュエータ上に蓄積された電圧が、シャッタ閉放電トランジスタ１８２２を介して放電される。同様に、Ｖｄが、列のシャッタ開相互接続１８０８ａに印加された場合、対応するシャッタ組立体１８０４のシャッタ開アクチュエータ上に蓄積された電圧が、シャッタ開放電トランジスタ１８１８を介して放電される。一般に、正しい作動を確実にするために、アレイ内の任意の所与のシャッタ組立体について、シャッタ閉アクチュエータまたはシャッタ開アクチュエータのいずれかの、１つのアクチュエータのみが放電されることが可能になる。
【０１７９】
ピクセル１８０２のすべての行がアドレス指定された後で、制御マトリクス１８００は、大域的作動相互接続１８１４上の電位をＶｍから接地に変更することによって、ピクセル１８０２を大域的に作動させる。電圧の変更によって、アクチュエータは解放され、それらの固定された状態から、それらの次の状態に、必要に応じて切り換えられる。大域的作動相互接続が、一定電圧の接地または共通相互接続によって置き換えられる場合、すなわち、大域的作動方法が制御マトリクス１８００とともに利用されない場合、電圧安定化キャパシタ１８２４は必要でなくてもよい。
【０１８０】
図１４の制御マトリクス１４００におけるのと同様に、単純なダイオードおよび／またはＭＩＭダイオードが、シャッタ開充電トランジスタ１８１６およびシャッタ閉充電トランジスタ１８２０の両方の代わりに使用されてもよい。
【０１８１】
あるいは、シャッタ組立体１８０４の双安定の性質を利用し、シャッタ開充電トランジスタ１８１６およびシャッタ閉充電トランジスタ１８２０の両方の代わりに抵抗器を使用することが可能である。抵抗器を使用した動作の場合は、抵抗器と、シャッタ組立体１８０４内のアクチュエータの静電容量とに関連した、ＲＣ充電時定数が、シャッタ開放電トランジスタ１８１８またはシャッタ閉放電トランジスタ１８２２のいずれかを通してアクチュエータを放電するために必要な時間よりも、はるかに大きくてもよいという事実に依存する。シャッタ組立体１８０４のアクチュエータが放電トランジスタのうちの１つを通して放電される時と、抵抗器および充電相互接続１８１０を通してアクチュエータが再充電される時との間の時間間隔において、シャッタ組立体１８０４のアクチュエータの両端に正しい電圧差が確立されて、シャッタ組立体の作動が引き起こされてもよい。シャッタ組立体１８０４の開および閉アクチュエータのそれぞれが、抵抗器を通して再充電された後は、シャッタ組立体１８０４は再作動せず、その理由は、いずれかまたは両方のアクチュエータが、そのときには、適切な維持電圧、すなわち、Ｖｍよりも大きな電圧を、効果的に保持しているからである。
【０１８２】
図１９は、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００内に含めるための、さらに別の適切な制御マトリクス１９００である。制御マトリクス１９００は、デュアルアクチュエータシャッタ組立体１９０４（すなわち、シャッタ開およびシャッタ閉の両方のアクチュエータを有するシャッタ組立体）を含むピクセル１９０２のアレイを制御する。シャッタ組立体１９０４内のアクチュエータは、電気的に双安定または機械的に双安定のいずれかにされてもよい。
【０１８３】
制御マトリクス１９００は、制御マトリクス１９００内のピクセル１９０２の各行に対して、走査ライン相互接続１９０６を含む。制御マトリクス１９００は、さらに、制御マトリクス１９００内のピクセル１９０２の各列に対して、シャッタ開相互接続１９０８ａおよびシャッタ閉相互接続１９０８ｂという、２つのデータ相互接続を含む。制御マトリクス１９００は、さらに、充電相互接続１９１０と、充電トリガ相互接続１９１２と、大域的作動相互接続１９１４と、シャッタ共通相互接続１９１５とを含む。これらの相互接続１９１０、１９１２、１９１４、および１９１５は、アレイ内の複数行および複数列内のピクセル１９０２間で共有される。一実装（以下でより詳細に説明する実装）においては、相互接続１９１０、１９１２、１９１４、および１９１５は、制御マトリクス１９００内のすべてのピクセル１９０２間で共有される。
【０１８４】
制御マトリクス内の各ピクセル１９０２は、シャッタ開充電トランジスタ１９１６と、シャッタ開放電トランジスタ１９１８と、シャッタ開書き込み許可トランジスタ１９１７と、データ蓄積キャパシタ１９１９とを、図１６および図１８で説明したように含む。制御マトリクス内の各ピクセル１９０２は、シャッタ閉充電トランジスタ１９２０と、シャッタ閉放電トランジスタ１９２２と、シャッタ閉書き込み許可トランジスタ１９２７と、データ蓄積キャパシタ１９２９とを含む。
【０１８５】
各フレームアドレス指定サイクルの最初に、制御マトリクス１９００は、充電トリガ相互接続１９１２に電圧を印加して、制御マトリクス１９００内のピクセル１９０２のシャッタ開およびシャッタ閉トランジスタ１９１６および１９２０をオンにする。充電相互接続１９１０は、一実装においては、例えば４０Ｖの、Ｖａｔと等しいか、またはそれよりも大きいＤＣ電圧を伝える。
【０１８６】
図１５の制御マトリクス１５００に関して説明したように、各行は、次に、順に書き込み許可される。ピクセル１９０２の特定の行が書き込み許可されている間、制御マトリクス１９００は、データ電圧を、制御マトリクス１９００内のピクセル１９０２の各列に対応したシャッタ開相互接続１９０８ａまたはシャッタ閉相互接続１９０８ｂのいずれかに印加する。書き込み許可される行に対しての走査ライン相互接続１９０６へのＶｗｅの印加により、対応する走査ライン内のピクセル１９０２の書き込み許可トランジスタ１９１７および１９２７の両方がオンになる。データ相互接続１９０８ａおよび１９０８ｂに印加される電圧は、それにより、それぞれのピクセル１９０２のデータ蓄積キャパシタ１９１９および１９２９上に蓄積されることが可能となる。一般に、正しい作動を確実にするために、アレイ内の任意の所与のシャッタ組立体について、シャッタ閉アクチュエータまたはシャッタ開アクチュエータのいずれかの、１つのアクチュエータのみが放電されることが許可される。
【０１８７】
制御マトリクス１９００においては、大域的作動相互接続１９１４は、シャッタ開放電スイッチトランジスタ１９１８およびシャッタ閉放電トランジスタ１９２２の両方のソースに接続される。大域的作動相互接続１９１４を、シャッタ共通相互接続１９１５の電位よりも大幅に上の電位に維持することにより、キャパシタ１９１９および１９２９上にどれだけの電荷が蓄積されているかにかかわらず、放電スイッチトランジスタ１９１８または１９２２のうちのいずれもオンになることが防止される。制御マトリクス１９００における大域的作動は、大域的作動相互接続１９１４上の電位をシャッタ共通相互接続１９１５と同じ電位にして、放電スイッチトランジスタ１９１８または１９２２が、いずれかのキャパシタ１９１９または１９２０上にデータ電圧が蓄積されているかどうかに従ってオンになることを可能にすることによって達成される。制御マトリクス１９００は、したがって、大域的作動を達成するために、シャッタ組立体１９０４内の電気的双安定性に依存しない。
【０１８８】
データ蓄積キャパシタ１９１９および１９２１に部分的電圧を印加することにより、大域的作動相互接続１９１４がその作動電位にされている時間中に、放電スイッチトランジスタ１９１８および１９２２の部分的オンが可能となる。これにより、シャッタ組立体１９０４上で、アナロググレースケールを提供するためのアナログ電圧が作られる。
【０１８９】
動作時、制御マトリクスは、図１６の制御マトリクス１６００に関連して説明したように、２つの制御論理を交互に入れ替える。
【０１９０】
図１３の制御マトリクス１３００におけるのと同様に、アレイ内の各ピクセルに対してのスイッチングまたは電荷取り込み機能を実行するために、単純なＭＩＭダイオードまたはバリスタが、充電トリガトランジスタ１６１６の代わりに使用されてもよい。さらに、図１８の制御マトリクス１８００におけるのと同様に、シャッタ開充電トランジスタ１９１６およびシャッタ閉充電トランジスタ１９２０の両方の代わりに抵抗器を使用することが可能である。
【０１９１】
一般的に言えば、シングル作動型または弾性のシャッタ組立体の使用を通して説明した、制御マトリクス１１００、１３００、１４００、１５００、または１７００のいずれも、開および閉アクチュエータのそれぞれのためにミラー形式で制御回路を複製することによって、１９０４などのデュアル作動型シャッタ組立体とともに使用するために有利に適合されることが可能である。図８の方法８００で示したように、データ開相互接続およびデータ閉相互接続に供給されるデータは、しばしば相補的である。すなわち、データ開相互接続に論理「１」が供給される場合、データ閉相互接続には、通常、論理「０」が供給される。追加の代替の実装においては、制御マトリクスは、トランジスタがバリスタによって置き換えられるように修正されてもよい。
【０１９２】
代替の実装においては、制御マトリクスは、各ピクセルの以前の位置を常に把握し、次の画像フレームのためのピクセルの状態が、以前の位置と異なる場合のみ、ピクセルに対応するデータ相互接続に位置を適用する。別の代替実施形態においては、ピクセルは、単に電気的に双安定のシャッタ組立体ではなく、機械的に双安定のシャッタ組立体を含む。そのような実施形態においては、図１８に関連して上述したように、充電トリガトランジスタは抵抗器によって置き換えられてもよく、充電トリガ相互接続は制御マトリクスから省略されてもよい。制御マトリクス１４００によって使用されるデュアル制御論理は、制御マトリクス１８００の他の実装においてさらに利用されてもよい。
【０１９３】
グレースケール技術
フィールド順次式カラー（Ｆｉｅｌｄ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｌｏｒ）
ディスプレイ装置１００は、高品質ビデオ画像を、比較的低い電力を使用して提供する。シャッタベースのライトバルブの光学的スループット効率は、液晶ディスプレイによって提供されるよりも１桁高い可能性があり、その理由は、画像の生成において、偏光子も、カラーフィルタも必要とされないからである。
【０１９４】
カラーフィルタを使用せずに、シャッタベースのディスプレイにおいてビデオ画像を生成するための一方法は、フィールド順次式カラーを使用することである。カラーフィルタは、フィルタ内の吸収によって、光学的効率を、６０％を超えて減少させる。フィールド順次式カラーを利用するディスプレイは、その代わりに、純粋な赤、緑、および青の光を整然とした順序で生成する、バックライトを使用する。各色に対して、別個の画像が生成される。別個の色の画像が５０Ｈｚを超える周波数で順に交代させられると、人間の目は、画像を平均化して、広い連続的な範囲の色を有する１つの画像の知覚を生成する。発光ダイオード（ＬＥＤ）光源またはエレクトロルミネセンス光源のいずれかからの純粋な色の間を高速で切り換えることを可能にする、効率的なバックライトが、現在では生産可能である。
【０１９５】
図５、図６、図７、図９、図１１、図１３〜図１９で説明した制御マトリクスは、正確なグレートーンを有する色固有の画像（カラーサブフレーム画像）を生成するための手段と、カラー画像間を高速に切り換えるための手段とを提供する。
【０１９６】
フィールド順次式カラーを使用した正確な画像の形成は、バックライトとピクセルアドレス指定プロセスとの間の同期によって改良されてもよく、その理由は、特に、各カラーサブフレームに必要な状態の間での、各ピクセルの切り換えまたは再設定のために、有限の期間が必要とされるからである。ピクセルのアドレス指定および作動のために使用される制御マトリクスによっては、大域的作動のオプションが使用されない場合、画像コントローラは、ディスプレイのそれぞれの行または走査ラインにおいて、各行での機械的な切り換えまたは作動が完了するための十分に長い時間、休止しなければならない可能性がある。ディスプレイコントローラが、２つのカラー画像間で、行ごとに状態を切り換えている間、バックライトが、１つの色でディスプレイ全体を広範に照らす場合、結果として得られるコントラストは混乱したものとなる。
【０１９７】
同期されたディスプレイにおいて、色の間で画像を再設定する間の、バックライトとともに使用されてもよいブランキング時間を説明する、２つの例を考慮する。シャッタが開状態と閉状態との間で作動または移動するために２０マイクロ秒必要とされ、シャッタは行ごとに作動させられ、そして、１００行が存在する場合、アドレス指定を完了するためには、２ミリ秒必要とされる。同期されたバックライトは、その場合、それらの２ミリ秒の間、オフにされてもよい。ディスプレイが、フレームにつき３色を使用して、６０Ｈｚのフレームレートで動作する場合、カラーサブフレームごとに許可されるのはわずか５．６ミリ秒であり、この例においては、そのうちの３６％の時間、バックライトはオフにされることに注意されたい。
【０１９８】
あるいは、カラーサブフレーム間の切り換えのために大域的作動方式を使用する場合、同じ画像再設定において、画像間での、すべてのシャッタの同時移動のために、２０マイクロ秒しか必要とされない。シャッタ速度に対する要求は、この場合、大幅に緩和される。カラー再設定中に、バックライトが１００マイクロ秒だけオフにされるべきである場合、６０Ｈｚフレームレートにおける照射時間は、こんどは９８％を超える。１００マイクロ秒の画像リフレッシュ時間を仮定すると、照射時間の大幅な損失なしに、フレームレートを１２０Ｈｚまで増加することが可能である。１２０Ｈｚのフレームレートを使用すれば、動きの速いビデオ画像における色割れなどの、フィールド順次式カラーによって引き起こされる画像アーティファクトは大幅に減少する。
【０１９９】
グレースケール
ディスプレイ内で利用可能な固有色の数は、３つのカラー画像のそれぞれの中で利用可能なグレースケールのレベルに、部分的に依存する。グレースケールを生成するための４つの主要な方法と、その組み合わせが、横方向シャッタディスプレイに適用可能である。
【０２００】
アナロググレースケール（Ａｎａｌｏｇ  Ｇｒａｙ  Ｓｃａｌｅ）
グレースケールを生成する第１の方法は、部分的作動電圧の印加に比例してシャッタがアパーチャを部分的にのみふさぐようにする、アナログ方法である。横方向シャッタは、例えば、図２に関連して上述したように、作動電極の形状を制御することによって、送出される光のパーセントが作動電圧に比例するように設計されてもよい。
【０２０１】
アナロググレースケールのために、ディスプレイ装置は、ピクセルに提供される電圧が、意図されるグレースケールレベルに比例するように、デジタル／アナログ変換器を装備する。比例するシャッタ位置が、照射期間全体を通して維持されるように、各アクチュエータ上の比例する電圧は、画像フレームの期間全体を通して維持される。図２および図１７における、アクチュエータと並列に配置されるキャパシタの任意選択の使用は、照射時間中にピクセルからいくらかの電荷が漏れたとしても、照射期間中にシャッタ位置を変えるほどに、電圧がかなり変化することはないことを確実にするために役立つ。
【０２０２】
アナロググレースケールは、ピクセルにつき１つのみの活動中のシャッタと、各カラー照射の期間中に１つのみの画像フレームの設定とを必要とするという利点を有する。アナロググレースケールのデータレートおよびアドレス指定速度は、したがって、グレースケールのすべての代替の方法の中で、最も要求が厳しくない。
【０２０３】
時分割グレースケール（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｇｒａｙ  Ｓｃａｌｅ）
横方向シャッタの適切な設計により、高速な、低電圧での切り換えが達成されてもよい。例えば図２に示すものなどの、横方向に駆動されるシャッタ組立体は、３マイクロ秒〜１００マイクロ秒の範囲内の作動時間を有するように構築されてもよい。そのような高速作動により、作動させられるシャッタの相対的オン時間またはデューティサイクルを制御することによってコントラストが実現される、時分割グレースケールの実装が可能となる。時分割グレースケールは、デジタルグレースケールコーディングを使用して実装されてもよく、デジタルグレースケールコーディングにおいては、双安定シャッタ組立体を組み込んだ制御マトリクスが、オンまたはオフの、２つのシャッタ作動状態を認識する。グレースケールは、シャッタが開いている時間の長さを制御することによって実現される。
【０２０４】
切り換え時間は、フィールド順次式カラーを使用した、６０Ｈｚフレームレートの場合を仮定することによって評価されてもよい。各カラーサブフレームには５．６ミリ秒が割り当てられる。利用可能な時間間隔が６３のセグメント（色ごとに６ビットグレースケール）に分割されるならば、最小有効ビット時間（ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ  ｔｉｍｅ）（ＬＳＢ）として知られる、各画像に対してのオン時間の最小の増分は、８８マイクロ秒になる。ＬＳＢ時間ビットに対する画像が、大域的作動方式を使用して構築および表示される場合、すべてのシャッタの作動は、８８マイクロ秒のＬＳＢ時間よりも大幅に少ない時間内に完了する必要がある。ディスプレイが行ごとにアドレス指定される場合、各行において再設定のために利用可能な時間は、それよりもかなり少なくなる。１００行を有するディスプレイの場合、利用可能な作動時間は、行あたり０．５マイクロ秒未満であってもよい。行ごとの方式でシャッタをアドレス指定するために必要な時間間隔を緩和するための、いくつかの制御アルゴリズムが可能であるが（例えば、Ｎ．Ａ．Ｃｌａｒｋら、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ、ｖ．４６、９７頁（２０００）を参照されたい）、いかなる場合でも、６ビットグレースケールの例においてシャッタ作動のために必要とされる時間は、２０マイクロ秒よりもかなり少ない。
【０２０５】
時分割多重化の使用により複数ビットのグレースケールを実現するには、アドレス指定回路内で大きな電力が必要とされ、その理由は、制御方式内の各リフレッシュまたはアドレス指定サイクルを通して、作動サイクル内で失われるエネルギーは、各ピクセルに対して（１／２）ＣＶ２だからである（Ｃはピクセルおよび制御電極の静電容量であり、Ｖは作動電圧である）。図１１および図１３〜図１９の回路図では、アドレス指定電圧（走査ラインおよびデータライン上に必要とされる電圧）を、作動電圧（シャッタを移動させるために必要とされる電圧）から切り離して、減少させることによって、所要電力を減少させる。
【０２０６】
領域分割グレースケール（Ａｒｅａ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｇｒａｙ  Ｓｃａｌｅ）
時分割グレースケールのアドレス指定速度と所要電力とを減少させることが可能な別の方法は、ピクセルにつき複数のシャッタとアクチュエータとを許容することである。６ビットの２進時分割方式（６３の必要なタイムスロット）は、空間的または場所的領域内での追加のグレースケールビットの利用可能性を追加することによって、５ビット時間方式（３１の必要なタイムスロット）に減らされてもよい。追加の空間ビットは、ピクセルごとに２つのシャッタとアパーチャとを使用して実現されてもよい（特に、シャッタ／アパーチャが等しくない面積を有する場合）。同様に、（等しくない面積を有する）４つのシャッタがピクセルごとに利用可能な場合、必要とされる時間ビットの数は３に減らされてもよく、その結果は、依然として、色ごとに実効的に６４レベルのグレースケールであってもよい。
【０２０７】
照射グレースケール（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｇｒａｙ  Ｓｃａｌｅ）
上のグレースケール技術の速度および／または面積の要件を緩和することが可能な別の方法は、照射グレースケールの使用である。カラー画像の照射により実現されるコントラストは、バックライトからの、変更された強度によって、調節されること、またはより細かいグレーレベルを与えられることが可能である。（ＬＥＤバックライトの場合のように）バックライトが高速に応答することが可能な場合、バックライトの輝度、またはその照射期間を変更することの、いずれかによって、コントラストが実現されてもよい。
【０２０８】
制御マトリクスが大域的作動方式を利用することと、異なる長さの時間照射される別個の時間ビット画像の構築および表示によって時分割グレースケールが実現されることとが仮定された、１つの例を考慮する。例えば、カラーフレームを１５のタイムスロットに分割することによって達成される、４ビットの２進時間コーディング方式を取り上げる。最短の（ＬＳＢ）時間のために構築される画像は、利用可能なフレーム時間のうちの１／１５にわたって保持されなければならない。５ビットコーディング方式に拡張するためには、時間領域内で、カラーフレームを３１のタイムスロットに分割してもよく、それにより、２倍のアドレス指定速度が必要とされるようになる。あるいは、１６のみのタイムスロットを割り当てて、これらのタイムスロットの１つに、１／２のみの輝度で照射される画像、またはフレーム時間の１／３１のみのオン期間にわたって発光するバックライトによって照射される画像を割り当ててもよい。部分的照射を伴う、これらの短い持続時間画像を追加することにより、４ビットの時分割コーディング方式の上に、追加の３ビットものグレースケールが追加されることが可能である。部分的照射ビットが、最小のタイムスライスに割り当てられる場合、結果として発生する平均投射輝度の損失は、無視できるほど小さくなる。
【０２０９】
複合型グレースケール方式（Ｈｙｂｒｉｄ  ｇｒａｙ  ｓｃａｌｅ  ｓｃｈｅｍｅｓ）
グレースケールの４つの主要な手段は、アナロググレースケール、時分割グレースケール、領域分割グレースケール、および照射グレースケールである。上記の方法のいずれかの組み合わせによって、例えば、時分割および領域分割の使用と、部分的照射の使用との組み合わせによって、有用な制御方式が構築されてもよいということが理解されるべきである。グレースケールのさらなる分割は、ディザとしても知られる、補間法によっても得られる。時間領域ディザは、変動している一連の画像フレーム内にのみ、ＬＳＢ時間ビットを挿入することを含む。ハーフトーニングとしても知られる、空間領域ディザは、部分的な輝度のみを有する局所化された領域を生成するために、隣接するピクセルの指定された割合を、制御するか、または開くことを含む。
【０２１０】
本発明の全体的な理解を提供するために、携帯型ハンドヘルド装置およびその作成方法を含む、追加の例示的実施形態を次に説明する。ただし、本明細書で説明するシステムおよび方法は、扱われる適用例のために適切なように適合および修正されてもよいということ、および、本明細書で説明す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、および、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。
【０２１１】
より詳細には、本明細書で説明するシステムおよび方法は、特に、複数の環境光がある条件下で見られることが可能な、視覚的に明確な画像を使用した視覚的ユーザインタフェースを提供するための、十分な解像度を有する、低電力で明るく照らされる表示パネルを含む、携帯型ハンドヘルド装置と、携帯型ハンドヘルド装置を作成するための方法とを含む。より詳細には、本明細書で説明するシステムおよび方法は、特定の実施形態においては、光変調層を有するＭＥＭＳ表示パネルを備えるディスプレイを含む、携帯型ハンドヘルド装置を含む。光変調層は、０．２５インチ×０．２５インチ（０．６３ｃｍ×０．６３ｃｍ）の小さな画面、および、適用例によっては、より小さな画面を含む、任意のサイズの画面のための、実用可能な表示解像度を提供するように構成されたピクセル要素を含む。特に、一実施形態においては、光変調層は、ピクセル要素のマトリクス内に配置された複数の横方向に移動可能なシャッタを有する表示パネルによって形成される、ディスプレイを含む。マトリクスは、幅約１インチ（２．５ｃｍ）×長さ約１インチ（２．５ｃｍ）で、１２０の列と１２０の行とを有し、それにより、１インチ×１インチ（２．５ｃｍ×２．５ｃｍ）の表示パネル内に均一に分散された約１４，４００のピクセルを提供する。任意選択で、そして、本明細書でさらに詳細に説明するように、光変調層を通して光を導く光源を提供するバックライトが提供されてもよく、それにより、横方向に移動するシャッタが、生成された光を変調して、表示パネル上に画像を作成してもよい。ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、ＭＥＭＳ表示パネルに結合されて、画像を生成するようにディスプレイを駆動してもよい。任意選択で、ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、適用例と条件とに適したモードでＭＥＭＳディスプレイを駆動するための、複数の動作モードを提供する。ＭＥＭＳ表示パネルの高い光パワー効率は、一実施形態において、利用可能な電力と適用例の要求との関数として表示パネルの動作モードを動的に設定する、ＭＥＭＳディスプレイコントローラによって強化されてもよい。本明細書で説明する装置の、効率的な電力使用と制御とによって、それがなければ、搭載されている電源が任意の実際的な時間にわたって提供できるよりも多くの電力を消費する可能性がある、ＷＩ−ＦＩおよびフルカラービデオなどの、追加機能が可能になる。これらの、およびそのほかの実施形態は、本明細書に示す図を参照して、より詳細に説明する。
【０２１２】
より具体的には、図２０は、本発明によるシステムの第１の実施形態を示し、ディスプレイＡ１２と、任意選択の第２のディスプレイＡ１４と、ディスプレイ輝度コントロールＡ１６と、ディスプレイコントラストコントロールＡ１８と、ユーザインタフェース入力装置Ａ２０と、光レベル検出器Ａ２１と、音声出力Ａ２２と、入力コントロールＡ２４と、第２の入力コントロールＡ２８と、リムーバブルメモリ装置Ａ３０と、任意選択のディスプレイＡ１４上に配置された、任意選択のタッチスクリーンＡ３２と、任意選択のスタイラスＡ３４と、主ハウジングＡ３８と、任意選択の光レベル検出器と、ディスプレイカバーハウジングＡ４０とを含む、携帯型ハンドヘルド装置Ａ１０を示す。さらに、システムは、電源プラグと、ドッキングインタフェースと、例えば、オーディオジャックまたはＵＳＢバスまたは関連する装置を通した、外部周辺装置へのインタフェースとを含んでもよい。
【０２１３】
携帯型ハンドヘルド装置は、ユーザが手で好都合に運ぶことが可能であり、かつ、１つの場所から別の場所へ装置が移動されることを可能にする内部電源を有する、任意の装置であってもよい。携帯型ハンドヘルド装置のサイズは、意図される目的と機能とによってさまざまであり、装置がより容易に運ばれることを可能にするために、より大きな装置は、取っ手または握りを有してもよく、より小さな装置は、手首ベルト、アームバンド、またはクリップを有してもよい。
【０２１４】
ディスプレイＡ１２は、以下でより詳細に説明する、ＭＥＭＳ表示パネルを備え、カバーハウジングＡ４０内に収容される。ディスプレイＡ１２は、カバーハウジングＡ４０の本体の上面内に嵌め込まれ、約３インチ（７．５ｃｍ）の対角画面寸法を含む、長さ約２  １／２インチ（６．３ｃｍ）および幅約１  ７／８インチ（４．７ｃｍ）の寸法を有する。図示されている実施形態において、ディスプレイＡ１２は、カバーハウジングＡ４０内に収まり、カバーハウジングＡ４０は、ディスプレイＡ１２への視覚的アクセスを提供するために必要な大きさにされた開口部を有する前面板を含み、さらに、ディスプレイＡ１２の後部全体を覆う背面板を含む。表示パネルＡ１２は、カバーハウジングＡ４０の背面板内に配置され、開口部の周辺端部を囲むように形成された、枠の上に置かれてもよい。通常はゴムガスケットまたはプラスチックガスケットである、任意選択のシールが、周辺端部を囲むように配置されてもよく、それにより、表示パネルＡ１２は、ガスケットに接触して置かれ、一定量の弾力性を許しながら、適所で封止されてもよい。このシールは、装置Ａ１０が落とされた場合、またはその他の乱暴な取り扱いを受けた場合の、衝撃を吸収するために役立つ。通常、カバーハウジングＡ４０は、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどのプラスチック、またはその他の適切な材料で作られる。あるいは、ハウジングＡ４０は、金属から、またはプラスチックと金属材料との任意の組み合わせから作られてもよい。いずれの場合も、選択される材料は、長期間の使用のために表示パネルＡ１２を保護する、十分に堅牢なハウジングを提供する。ハウジングＡ４０は、通常、長さ約８インチ（２０ｃｍ）、幅約４インチ（１０ｃｍ）であり、カバーハウジングＡ４０が主ハウジングＡ３８の上に折り畳まれる。図２０に示す装置Ａ１０は、操作中にユーザの片手または両手で保持されるのに適したフォームファクタを有する。これにより、装置が容易に運ばれることが可能となり、さらに、一部の実施形態では、一方の手で装置を保持し、もう一方の手は、特に、任意選択のスタイラスＡ３４を使用して、任意選択のタッチスクリーンＡ３２を介してデータを入力するために、自由にされることが可能となる。
【０２１５】
任意選択のディスプレイＡ１４は、携帯型ハンドヘルド装置Ａ１０内に組み込まれた第２のディスプレイであってもよく、情報の表示と、図示されている実施形態においては、情報の入力との、両方のために使用されてもよい。この目的のために、装置Ａ１０は、表示パネルＡ１４上に置かれた任意選択のタッチスクリーンＡ３２を含んでもよい。タッチスクリーンＡ３２は、ディスプレイＡ１４上に表示されているアイコンまたはその他のデータを識別するために使用されてもよいタッチスクリーンＡ３２上の位置を、ユーザが接触または力を使用して識別することを可能にするための、コンピュータシステム内で一般に使用されるタイプのタッチスクリーンであってもよい。
【０２１６】
携帯型装置Ａ１０は、さらに、図２０に示す入力装置Ａ２０、入力装置Ａ２４およびＡ２８、ならびに音声出力装置Ａ２２などの、ユーザインタフェース要素を含む。図示されている実施形態においては、入力装置Ａ２０は、ゲームプレーのため、またはその他の形態のデータ入力のために使用されてもよい、十字型の方向制御ボタンである。入力装置Ａ２４およびＡ２８は、装置Ａ１０にデータを入力するために使用されてもよい、ユーザが押すことが可能なボタンである。図２０に示す音声出力装置Ａ２２は、ユーザにフィードバックを提供するために、音声および音楽などの音声信号をユーザに提供することが可能なタイプの、スピーカであってもよい。いずれの場合も、十字型の方向制御ボタンＡ３６および音声出力装置Ａ２２を含む、入力装置および出力装置は、ユーザがデータを入力し、データを受け取ることを可能にするために、携帯型装置Ａ１０によって使用されてもよい。インタフェース装置は、ディスプレイＡ１２またはＡ１４のいずれかに提示されている情報と、ユーザが相互に作用することを可能にする。任意選択で、そして従来、十字型の入力装置Ａ２０は、ディスプレイＡ１２およびＡ１４のいずれかまたは両方に提示されるカーソルを走査するために使用されてもよい。
【０２１７】
電源は、バッテリ、燃料電池、キャパシタ、または電力の源を提供する任意のその他の装置であってもよい。通常、電源は充電式バッテリであり、論理チップ、ランプ、表示パネル、および任意のその他の搭載されている装置（ＷＩ−ＦＩトランシーバ、携帯電話チップセット、チューナ、スピーカ、およびその他のアクセサリなど）を実行するために必要な電圧レベルを提供するために、電源レギュレータ回路がバッテリに結合される。低損失の光パワーを提供する、横方向シャッタを有するＭＥＭＳディスプレイを使用することによって、そして、ディスプレイの動作モードを制御することによって、より多くの電力がこれらのアクセサリのために割り当てられてもよいということが、本発明により実現される。
【０２１８】
光レベル検出器Ａ２１は、環境光のレベルを検出する光センサであってもよい。光レベル検出器Ａ２１は、ディスプレイの輝度を調節するために装置が使用してもよい、レベル信号を生成する。したがって、光レベル検出器Ａ２１が、薄暗く照明を落としてある部屋内の光のレベルなどの、低いレベルの環境光を検出した場合、装置Ａ１０は、表示パネルＡ１２およびＡ１４を低い輝度で動作させてもよい。あるいは、光検出器Ａ２１が、晴れた日の屋外に存在する光レベルなどの、高いレベルの環境光を検出した場合、装置Ａ１０は、ディスプレイＡ１２およびＡ１４の動作モードを、この環境光の環境内でユーザによって見られることが可能な、より高い輝度設定に、動的に変更してもよい。
【０２１９】
図２１を参照すると、ユーザに情報を提供するためにディスプレイＡ１２上に提示されてもよいタイプの画像が、より詳細に示されている。特に、図２１は、対角サイズが再び３インチ（７．５ｃｍ）であってもよい、ディスプレイＡ１２またはＡ１４を示す。図２１は、画像、テキスト、およびグラフィックシンボルを含む、複数の異なるデータタイプを示し、また、かなりの量のテキスト情報を、３インチ（７．５ｃｍ）の対角画面に提示している。特に、図２１は、ディスプレイＡ１２が、テキストＡ４８などのテキスト情報と、図示されているユーザウィジェットＡ５２およびＡ５４などのグラフィックシンボルと、図示されている画像Ａ５０などの画像とを映し出すことが可能であることを示す。
【０２２０】
図示されている実施形態では、ディスプレイＡ１２は、幅約２．５インチ（６．３ｃｍ）および長さ約１  ７／８インチ（４．７ｃｍ）の、高解像度の、ピクセルで構成された画面であり、約２５６行のピクセルと約１９２列のピクセルとを有し、約４９，１５２の総ピクセル数を有する。ディスプレイＡ１２は、約２６２，１４４色を提示するカラーディスプレイであってもよいが、他の実施形態では、ディスプレイは、より多くの、またはより少ない色を有してもよく、画面によって提供される色の量は、以下で説明するように、適用例に応じて変更されてもよい。特定の任意選択の実施形態を参照して、以下でも説明するように、本発明のディスプレイは、通常は白黒の、単色であってもよく、または、単色画像を生成する動作モードを有してもよい。いずれの場合も、図２１に示すように、ハンドヘルド装置は、連絡先情報、電話番号、日付、およびメモなどの、テキスト情報を含んでもよい情報をユーザに提示するために、ディスプレイを使用する。それに加えて、ディスプレイＡ１２は、ビットマップファイル、ＪＰＥＧファイル、または任意のその他の適切な画像ファイルタイプであってもよい、画像Ａ５０などの、画像データを提示してもよい。さらに、本明細書に記載するシステムおよび方法は、ＭＰＥＧおよびＷＭＶファイルなどの、ビデオデータを提示してもよい。
【０２２１】
グラフィックコントロールＡ５２およびＡ５４は、通常、視覚的に提示されるユーザインタフェースコントロールをユーザに提供するための、ハンドヘルド装置Ａ１０によって生成されるグラフィック画像である。例えば、グラフィックコントロールＡ５２は、ハンドヘルド装置が、ミュートされた音声出力機能を有するかどうかを表す、ステータスフラグとして提示される。ユーザは、グラフィックコントロールＡ５２を見て、関連する音声出力装置のミュートステータスを知ることができ、そして、ミュートステータスが変更されると、ハンドヘルド装置Ａ１０は、グラフィック画像Ａ５２を、ミュート機能の変更されたステータスを表すグラフィックシンボルに変更してもよい。同様に、グラフィックコントロールＡ５４は、ディスプレイ上に提示される情報、またはその情報の少なくとも一部が、コントロールＡ５４が移動させられる方向によって、上および／または下にスクロールされるようにすることが可能な、スライドコントロールを表す。ディスプレイＡ１２は、さらに、装置のメモリ内に記憶された、ユーザのデータなどの、内容情報を含む情報も提示する。
【０２２２】
したがって、ディスプレイＡ１２は、携帯型装置Ａ１０のユーザインタフェースの一部であり、視覚的に知覚可能なデータのための出力装置として働き、また、ユーザがデータを入力するように導くための装置としても働く。図２１に示されている実施形態では、ハンドヘルド装置ディスプレイＡ１２は、連絡先データベースに関連するデータを提示するために使用される。ただし、他の実施形態においては、ハンドヘルド装置は、携帯電話、スマートフォン、メディアプレーヤ、ゲームコンソール、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、テレビ受信機、デジタルカメラ、ハンドヘルドビデオカメラ、ラップトップコンピュータ、またはその他の装置であってもよい。これらの実施形態のそれぞれにおいて、ハンドヘルド装置は、ディスプレイＡ１２を使用して、ユーザに情報を提供する。
【０２２３】
ディスプレイＡ１２は、図２１に示す画像のような、画像をディスプレイ上に形成するために、光を変調することが可能な、複数の横方向に移動可能なシャッタを有する表示パネルを含む。
【０２２４】
図２２を参照すると、第１のＭＥＭＳディスプレイＡ１２および第２のＭＥＭＳディスプレイＡ１４と、グラフィック処理ユニットおよびＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０と、画像ＲＡＭ  Ａ６８と、中央処理ユニット（ＣＰＵ）Ａ７２と、作業ＲＡＭ  Ａ７４と、電源Ａ７６と、外部メモリインタフェースＡ７８と、操作キーＡ８０と、ラウドスピーカＡ８２と、タッチパネルＡ８４と、周辺回路インタフェースＡ８８とを含む、携帯型ハンドヘルド装置Ａ６０を示す機能ブロック図が提示されている。さらに、図２２は、装置Ａ６０が、プログラムＲＯＭとバックアップＲＡＭとを含んでもよい、またはメモリスティックであってもよい、リムーバブルカートリッジＡ９０とインタフェースしてもよいことを示す。
【０２２５】
ＭＥＭＳ表示パネルＡ１２およびＡ１４は、ゲーム処理ユニットおよびＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０（ＭＥＭＳディスプレイコントローラ）に結合される。図２２に示すＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ＣＰＵ  Ａ７２に結合され、少なくとも部分的に、ＣＰＵ  Ａ７２の制御下で動作する。ＭＥＭＳディスプレイコントローラ  Ａ７０は、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２またはＡ１４のいずれかに表示されてもよい画像および／またはビデオデータを記憶する、画像ＲＡＭ  Ａ６８に、双方向バスを経由して結合される。図２２に示す実施形態では、ＣＰＵ  Ａ７２は、複数のユーザインタフェース装置に、周辺回路インタフェースＡ８８を経由して結合される。周辺回路インタフェースＡ８８は、図２０に示すインタフェース装置Ａ２０、Ａ２４、およびＡ２８であってもよい、操作キーＡ８０に結合される。周辺インタフェースＡ８８は、さらに、図２０にも示す音声出力装置Ａ２２に類似していてもよい、ラウドスピーカに結合されてもよい。図２０のタッチパネルＡ３２であってもよい、任意選択のタッチパネルＡ８４は、ＣＰＵ  Ａ７２に、周辺インタフェースＡ８８を介して結合される。図示されている実施形態では、携帯型ハンドヘルド装置は、外部メモリ装置Ａ９０のためのインタフェースＡ７８を含む。外部メモリ装置は、装置の動作を指示するためのプログラム命令を含んでもよく、また、図示されているプログラムＲＯＭおよびバックアップＲＡＭ  Ａ９４などのメモリを含んでもよい。いずれの場合も、外部メモリＡ９０は、ＣＰＵに、外部メモリインタフェースＡ７８を経由して結合されてもよい。任意選択で、システムは、Ｗｉ−Ｆｉトランシーバ、ブルートゥーストランシーバ、テレビ受信機、および／または、ラジオチューナ、およびその他のそのような要素などの、その他の要素を含んでもよい。これらの要素は、装置Ａ１０内に組み込まれて、ハウジングＡ３８内に配置されてもよく、あるいは、インタフェースＡ７８を介して、またはインタフェースの目的のために提供される別のインタフェースを介して装置に結合される、周辺装置であってもよい。
【０２２６】
ＣＰＵ  Ａ７２は、動作中にユーザ入力を収集するため、およびユーザフィードバックを提供するために、インタフェース装置Ａ７８およびＡ８８のポーリングを行うことが可能な、ＡＲＭ  ７などの、マイクロ処理ユニットであってもよい。ＣＰＵ  Ａ７２は、例えば、ハンドヘルド装置Ａ１０上で、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２をビデオ情報のための出力装置として使用して、ビデオゲームを実行するための命令を含んでもよい、プログラム命令を実行するプログラマブルデバイスである。この目的のために、ＣＰＵ  Ａ７２は、ユーザ入力装置Ａ８０を監視して、ユーザのプレーにおける決定に関する情報を収集し、そのプレー情報を使用して、どのような画像を、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２およびＡ１４のうちのいずれかまたは両方を経由してユーザに提示するかを決定する。
【０２２７】
視覚情報をユーザに提示するために、ＣＰＵ  Ａ７２は、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０に結合されてもよく、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、一実施形態では、プログラマブル論理を提供するためのタイプの、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であってもよい。ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ＣＰＵ  Ａ７２からの指示に応えて、ＲＡＭ  Ａ６８を使用して、第１のＭＥＭＳディスプレイＡ１２および第２のＭＥＭＳディスプレイＡ１４に出力するゲーム画像を生成し、生成されたゲーム画像を、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２およびＡ１４の一方または両方に表示されるようにする。
【０２２８】
図示されている実施形態において、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、グラフィックスプロセッサであり、ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、通常はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）である、１つのプログラマブルデバイス内に組み込まれる。グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）は、スプライトなどのグラフィック画像を操作すること、ならびに、ＲＡＭ  Ａ６８内の、またはＲＡＭ  Ａ６８からの画像データを編成または選択して、その画像がＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０によってＭＥＭＳディスプレイＡ１２およびＡ１４の一方または両方に表示されるようにすることが可能なタイプの、従来のＧＰＵであってもよい。
【０２２９】
図２２に示すＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、少なくとも部分的に、ＦＰＧＡ  Ａ７０内にさらに実装されるが、ＧＰＵとＭＥＭＳディスプレイコントローラとは別個のプログラマブルデバイス内に実装されてもよいということ、そしてさらに、任意の適切なタイプの回路およびコントローラが使用されてもよいということ、そして、ＦＰＧＡは、携帯型電子装置内に複雑な論理を実装するための、システムの１つの一般的な実施形態にすぎないということは、当業者に明らかであろう。
【０２３０】
図示されているＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２およびＡ１４のそれぞれを制御するための、複数の動作モードを有する。より詳細に説明するように、本発明による携帯型ハンドヘルド装置は、複数の横方向に移動可能なシャッタを含むＭＥＭＳ層を有するように形成された、表示パネルを含む。横方向に移動可能なシャッタは、ＭＥＭＳディスプレイ上に画像を生成する目的のために、光を変調することが可能である。表示パネル内で使用される横方向に移動可能なシャッタは、少なくとも第１の位置から、第２の位置への効率的な移動を、いずれかのＭＥＭＳディスプレイ上でのビデオ画像を可能にするレートで行う。それに加えて、特定の実施形態では、ＭＥＭＳ表示パネルは、腕時計、電子書籍、グラフィック静止画像、テキストなどの適用例、およびその他の類似した適用例のために、通常は白黒の、単色データを表示することが可能である。図２２に示すＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ＭＥＭＳ表示パネルＡ１２およびＡ１４を効率的に駆動し、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０によって選択された動作モードを使用して画像を提示して、ハンドヘルド装置Ａ１０内の電源Ａ７６からの電力消費を減らすための、動作モードを含む。
【０２３１】
ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ＭＥＭＳ表示パネルの動的制御を提供してもよく、また一実施形態では、適用例と条件とによって、色を設定するために使用されるビット数を、２ビット（単色）、４ビット、６ビット、またはそれ以上などに制御することによる、色の深みに対する適応制御を含む、制御を提供する。これらの実施形態において、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、かなりの電力の節約をもたらすことが可能な色解像度を、消費される電力のために設定してもよい。例えば、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ダイヤルされている電話番号の数字を示すなどの、特定の適用例のために、単色表示が必要とされることを決定してもよい。このモードにおいて、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ダイヤルされている番号を表示するために単色画像化を使用する、２ビット動作モードを選択してもよい。しかし、Ｗｅｂブラウザの実行などの適用例でカラー画像が必要とされる場合、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、画像を提示するために、６ビットカラーを使用してもよい。任意選択で、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、画像メモリ内に記憶された画像データを処理して、必要な色の深みを決定し、その決定に基づいて、画像を生成するために使用されるビット数を調節してもよい。ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、時間多重グレースケール（ｔｉｍｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ  ｇｒｅｙ  ｓｃａｌｅ）を使用してもよく、さらに、カラービット深度を設定するためのコマンドシーケンスを使用して、カラービット深度を動的かつ順応的に設定してもよい。
【０２３２】
図２３は、ＭＥＭＳディスプレイコントローラの一実施形態のブロック図である。図示されているＭＥＭＳディスプレイコントローラは、パネルＡ１２またはＡ１４などの、ＭＥＭＳ表示パネルを駆動および制御してもよい。上述したように、本明細書に記載する携帯型ハンドヘルド装置は、ユーザに対する画像を生成するために光を変調する、複数の横方向に移動可能なシャッタを含む、ＭＥＭＳ表示パネルを使用する。そのようなＭＥＭＳディスプレイの一実施形態は、ＭＥＭＳ表示パネルＡ６００の例の分解図を提示する、図２５Ｃに、より詳細に示されている。
【０２３３】
特に、図２５Ｃは、カバープレートＡ６０２と、ブラックマトリクスＡ６０８と、行および列を有するマトリクス内に配置された複数のシャッタ組立体Ａ６１６と、透明基板Ａ６３０と、エンハンサ膜Ａ６２２と、拡散体層Ａ６２４と、光伝導媒体Ａ６２８と、散乱および反射層Ａ６２０と、複数の支柱Ａ６４０とを含む、ＭＥＭＳ表示パネルＡ６００を示す。
【０２３４】
図示されているシャッタ組立体Ａ６１６は、横方向に移動可能なシャッタと、静電駆動部材とを備える。シャッタ組立体Ａ６１６は、透明基板Ａ６３０上に形成された、図示されているＭＥＭＳ層の上に形成される。シャッタＡ６１６をＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０とインタフェースさせることが可能な制御マトリクスを提供するために、複数の導電要素も、ＭＥＭＳ層内に形成される。制御マトリクスの例を図２４Ａに示すが、ただし、ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、任意の適切な制御マトリクスとともに動作してもよい。
【０２３５】
図２５Ｃに示す実施形態では、シャッタは、好ましくは平面内で、横方向に移動し、それによりシャッタは、それぞれのアパーチャＡ６３８の上を、またはアパーチャＡ６３８の少なくとも部分の上を移動して、ランプ（光源）Ａ６１２によって生成される光（反射／散乱面Ａ６２０によって、少なくとも部分的に、アパーチャＡ６３８を通して上方へ導かれる）を変調する。これは、カバープレートＡ６０２を通して上に伝播する、光線Ａ６１４によって示されている。この実施形態では、図２４Ｂを参照してより詳細に説明する、横方向に移動するシャッタは、アパーチャＡ６３８の上の、実質的に平面内を、シャッタを囲む任意の流体を効率的に切り進みながら、横方向に移動することによって光を変調する。この切り進む動きは、効率的であり、ビデオレートの切り換え速度を提供するものと理解される。本明細書に記載するＭＥＭＳディスプレイは、本発明の携帯型ハンドヘルド装置とともに使用されてもよいＭＥＭＳ表示パネルのタイプを例示する。ただし、これらの例示される実施形態は、網羅的なものではなく、ＭＥＭＳ表示パネルは、意図される使用のために適宜修正されてもよく、また、例えば、フロントライトと、カラーフィルタと、反射された環境光を変調するシャッタとを、反射型または透過／反射型ＭＥＭＳ表示パネルを提供するために含んでもよい。そのような反射型ディスプレイの一例は、図３７に示されている。特に、図３７は、入射環境光を変調するために反射面Ａ１８０４の上を横方向に移動するシャッタＡ１８０８を有する、シャッタ組立体Ａ１８１０上に配置されたレンズアレイＡ１８０２を含む、反射型ＭＥＭＳ表示パネルＡ１８００を示す。したがって、ディスプレイは、適用例によってさまざまであってもよく、ＱＶＧＡまたはその他の何らかのサイズであってもよい、さまざまなサイズおよび形状であってもよく、そして、サイズ、ピクセル数、およびピクセル密度は、適用例に応じてさまざまであってもよい。
【０２３６】
ＭＥＭＳ層とシャッタ組立体Ａ６１６とに接続された、制御マトリクスは、シャッタの移動を制御する。制御マトリクスは、ピクセルの各行に対しての、「走査ライン相互接続」とも呼ばれる書き込み許可相互接続と、ピクセルの各列に対して１つのデータ相互接続と、すべてのピクセルに、または少なくとも、表示パネルＡ６００内の複数列および複数行の両方からのピクセルに共通電圧を提供する、１つの共通相互接続とを含む、一連の電気的相互接続（図示せず）を含む。適切な電圧（「書き込み許可電圧、Ｖｗｅ」）の印加に応えて、所与のピクセル行に対しての書き込み許可相互接続は、行内のピクセルを、ＭＥＭＳディスプレイコントローラからの新しいシャッタ移動指示を受け入れるように準備する。データ相互接続は、新しい移動指示を、データ電圧パルスの形式で伝達する。データ相互接続に印加されるデータ電圧パルスは、一部の実装では、シャッタの静電的な移動に直接寄与する。他の実装においては、データ電圧パルスは、シャッタ組立体Ａ６１６への、通常はデータ電圧よりも大きさが大きい別個の作動電圧の印加を制御する、例えばトランジスタまたはその他の非線形回路素子などのスイッチを制御する。これらの作動電圧の印加は、次に、シャッタの静電的な移動をもたらす。この目的のために、データ電圧が印加された後でシャッタの移動を駆動するための、共通ドライバＡ１５５が使用されてもよい。図示されている共通ドライバＡ１５５は、シャッタ組立体のすべてまたはグループに電気的に伝えられる信号である、１つまたは複数の共通信号を制御してもよい。これらの共通信号は、共通書き込み許可、シャッタ作動のための共通高電圧、共通接地を含んでもよい。任意選択で、共通ドライバは、例えば、ＭＥＭＳ表示パネルＡ１４のさまざまな領域に電気的に結合される複数の共通接地などの、複数のラインを駆動してもよい。図２３内のドライバは、機能ブロックとして示されているが、実際には、それらのドライバは、複数の回路要素および別個の構成要素として実装されてもよいということ、ならびに、実際の構造は、扱われる適用例に従ってさまざまであるということが理解されるであろう。
【０２３７】
図２３に示すＭＥＭＳディスプレイコントローラは、コントローラＡ１５６と、ディスプレイインタフェースＡ１５８と、フレームバッファＡ１５９と、シーケンサ／タイミング制御Ａ１６０と、データドライバＡ１５４と、走査ドライバＡ１５２と、ランプドライバＡ１６８と、電源コントローラＡ１５３とを含む。また、ＭＥＭＳ表示パネルＡ１２のための光源として、独立制御の下で動作する、４つのランプＡ１５７ａ〜ｄも示されている。ランプＡ１５７ａ〜ｄは、カラー画像／ビデオおよび単色画像／ビデオを提供するために、異なる色（赤、緑、青、および白）を有する。ランプＡ１５７ａ〜ｄは、独立した要素として示されているが、一般に、これらのランプは、表示パネルのハウジングと一体化される。ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ１５０は、ＦＰＧＡなどの、プログラマブル論理要素と、別個の回路構成要素とから構成されてもよい。一実施形態では、コントローラＡ１５６は、電源コントローラＡ１５３と、ディスプレイインタフェースＡ１５８と、フレームバッファＡ１５９と、シーケンサ／タイミング制御Ａ１６０とを実装するようにプログラムされた、ＦＰＧＡデバイスである。走査ドライバＡ１５２と、データドライバＡ１５４と、ランプドライバＡ１６８とは、カスタム集積回路、市販のドライバ、および／または別個のトランジスタなどの、別個の回路構成要素であってもよい。
【０２３８】
複数の走査ドライバＡ１５２（「書き込み許可電圧源」とも呼ばれる）と複数のデータドライバＡ１５４（「データ電圧源」とも呼ばれる）とが、ディスプレイＡ１２の制御マトリクスに電気的に接続される。走査ドライバＡ１５２は、図２４Ａに示す走査ライン相互接続Ａ５０６などの、走査ライン相互接続に、書き込み許可電圧を印加する。データドライバＡ１５４は、データ相互接続Ａ５０８に、データ電圧を印加する。ＭＥＭＳディスプレイコントローラの一部の実装では、特に画像のグレースケールがアナログ形式で導き出されるべき場合に、データドライバＡ１５４は、アナログデータ電圧をシャッタ組立体に提供するように構成される。アナログ動作においては、シャッタ組立体Ａ６１６は、さまざまな中間電圧がデータ相互接続Ａ５０８を介して印加された場合に、結果として、シャッタのさまざまな中間的開状態がもたらされ、したがって、さまざまな中間的な照射状態、すなわち画像内のグレースケールがもたらされるように設計される。
【０２３９】
他の場合には、データドライバＡ１５４は、２つ、３つ、または４つの、縮小された組のデジタル電圧レベルのみを、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、シャッタのそれぞれに、開状態、閉状態、または中間状態のいずれかを、デジタル形式で設定するように設計される。
【０２４０】
走査ドライバＡ１５２とデータドライバＡ１５４とは、デジタルコントローラ回路Ａ１５６（「コントローラＡ１５６」とも呼ばれる）に接続される。コントローラは、入力画像信号を、ディスプレイＡ１２の空間アドレス指定と、グレースケール機能と、動作モードとのために適切な、デジタル画像フォーマットに処理する、ディスプレイインタフェースＡ１５８を含む。各画像のピクセル位置およびグレースケールデータは、フレームバッファＡ１５９内に記憶され、それにより、データは、必要に応じてデータドライバＡ１５４に送り出されることが可能になる。データは、行によって、そして画像フレームによってグループ化された、所定の順序に編成されて、直列または並列伝送でデータドライバＡ１５４に送信される。データドライバＡ１５４は、直列−並列データ変換器、レベルシフティング、および一部の適用例については、デジタルアナログ電圧変換器を含んでもよい。
【０２４１】
さまざまな表示機能のための、すべてのドライバ（例えば、走査ドライバＡ１５２、データドライバＡ１５４、作動ドライバＡ１５３、および大域的作動ドライバＡ１５５（図示せず））は、コントローラＡ１５６内のタイミング制御Ａ１６０によって時刻同期される。タイミングコマンドは、ランプドライバＡ１６８を介した、赤、緑、青、および白のランプＡ１５７ａ〜ｄの、独立した、従属した、または同期された照射と、ピクセルのアレイの特定の行の、書き込み許可および順序付けと、データドライバＡ１５４からの電圧の出力と、シャッタの作動を提供する電圧の出力とを調整する。
【０２４２】
コントローラＡ１５６は、アレイ内のシャッタのそれぞれが新しい画像に適切なように再設定されることを可能にする、順序付けまたはアドレス指定方式を決定する、カラー画像生成器を実装するための、プログラム論理を含んでもよい。新しい画像は、定期的な間隔で設定されてもよい。例えば、ビデオ表示の場合、ビデオのカラー画像またはフレームは、１０〜１０００Ｈｚの範囲の周波数でリフレッシュされるが、周波数は適用例に基づいてさまざまであってもよい。一部の実施形態では、交代する画像フレームが、赤、緑、青、および白などの交代する一連の色を使用して照射されるように、画像フレームの設定はバックライトの照射と同期される。各それぞれの色に対する画像フレームは、カラーサブフレームと呼ばれる。ＦＰＧＡは、ＬＥＤの順次アクティブ化を実行するための光コントローラを実装する、プログラム論理を有してもよい。フィールド順次式カラー方法と呼ばれる、この方法においては、カラーサブフレームが２０Ｈｚ（好ましくは１８０Ｈｚ）を超える周波数で交代させられると、ユーザは、交代しているフレーム画像の平均を知覚し、広い連続的な範囲の色を有する画像を見る。カラーサブフレームの持続時間は、適用例によってさまざまであってもよく、フレーム時間の持続時間を変更することによって、輝度、色の彩度および深みなどの画像パラメータが制御されてもよく、使用される電力も制御されてもよい。例えば、コントローラＡ１５６は、ディスプレイによって使用されている電力を制御するために、表示されている画像の色の深みを調節してもよく、この場合、色の深みは、表示されている画像の関数として選択される。携帯電話の適用例においては、コントローラＡ１５６は、コントローラＡ１５６に入ってくる、テキストを表す画像信号を識別してもよい。例えば、ユーザがキーパッドインタフェースを使用する場合、プログラム論理は、電話番号が入力されているということ、および画像として表示されるべきであるということを判定してもよい。この状態において、コントローラＡ１５６は、単色動作モードに入る。コントローラＡ１５６は、電話番号の単色画像を表示するようにシャッタを設定するために、ドライバをアクティブにし、また、単色モードではさまざまなカラー構成要素は必要ないため、複数の交代する画像フォーマットを通して順序付けする際に、低周波または定常状態モードで光源をアクティブにする。これにより、交代する画像フォーマットのためのシャッタ駆動に電力を消費することが回避され、電力を消費する切り換えレートまたはフレームタイミングでＬＥＤを駆動することが回避されるため、電力の使用が減少する。可能な場合は色の深みを減らし、したがって、交代する画像を設定するためにシャッタが駆動される必要のある回数を減らし、そして、ＬＥＤの駆動のために、より長い時間フレームを可能にすることによって、類似した動作モードが適合されてもよい。カラー画像の生成は、コントローラＡ１５６によって実行されてもよく、または独立した論理装置がカラー画像生成器のために使用されてもよく、そして、両方とも本発明の範囲内である。
【０２４３】
代替実施形態では、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２は、少なくとも１つのカラーフィルタ層を含み、通常、カラーフィルタ層は、それぞれのシャッタのグループによって変調される光の経路内に、色付きのフィルタを配置する。この目的のために、ＭＥＭＳディスプレイは、カバープレートＡ６０２とシャッタＡ６１６との間に配置されたカラーフィルタ層を示す、図２５Ｂに示すカラーフィルタ層などの、カラーフィルタ層を有してもよい。特に、カラーフィルタ層は、ブラックマトリクスＡ６０８内に組み込まれ、シャッタ組立体Ａ６１６ａの上の赤フィルタセグメントＡ６１７ａと、シャッタ組立体Ａ６１６ｂの上の青フィルタセグメントＡ６１７ｂと、シャッタ組立体Ａ６１６ｃの上の緑フィルタセグメントＡ６１７ｃとを提供する。３つのシャッタ組立体Ａ６１６ａ〜Ａ６１６ｃはＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０によって独立に動作させられてもよく、これは、画像の各カラー構成要素のために１つのシャッタを使用して、３つのシャッタ組立体Ａ６１６ａ〜ｃの上に画像を設定する、協調的な動きのプロセスである。３つのシャッタ組立体は、ディスプレイのピクセルを提供するために、共同で動作する。この目的のために、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、赤の画像、青の画像、および緑の画像を生成してもよく、これらの画像のそれぞれは、フレームバッファＡ１５９内に記憶され、走査ドライバＡ１５２およびデータドライバＡ１５４に送り出されてもよい。この実施形態では、白いランプＡ１５７ｄのみが必要とされ、色はカラーフィルタ層から発生する。他の実施形態では、他のフィルタ色およびフィルタ配置が使用されてもよい。
【０２４４】
ディスプレイ装置が、シャッタの開状態と閉状態との間のデジタル切り換えのために設計されている場合、コントローラＡ１５６は、適切なグレースケールを有する画像を生成するために、アドレス指定シーケンス、および／または、画像フレーム間の時間間隔を制御してもよい。特定のフレーム内でシャッタが開いている時間の長さを制御することによって、グレースケールのさまざまなレベ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施形態では、コントローラＡ１５６は、シャッタが開状態のままであることを許可される、各フレーム内での期間、または時間の割合を、そのピクセルに対しての望ましい照射レベルまたはグレースケールに従って決定する。時分割グレースケールの別の実施形態では、フレーム時間は、例えば、４ビットの２進グレースケールに適合する照射レベルに従って、１５の等しい持続時間のサブフレームに分割される。コントローラＡ１５６は、次に、１５のサブフレームのそれぞれの中に、別個の画像を設定する。画像のより明るいピクセルは、１５のサブフレームのうちのほとんどまたはすべてについて開状態のままにされ、より暗いピクセルは、サブフレームのうちの一部分のみについて開状態に設定される。時分割グレースケールの別の実施形態では、コントローラ回路Ａ１５６は、照射値を表すコード化されたグレースケールワードのビットレベルの重みに比例して、一連のサブフレームの持続時間を変更する。すなわち、サブフレームの持続時間は、２進級数１、２、４、８、・・・に従って変化させられてもよい。各ピクセルに対してのシャッタＡ１０８は、次に、意図されるグレーレベルのための、２進ワード内の対応する位置におけるビット値に従って、特定のサブフレーム内で、開または閉状態に設定される。
【０２４５】
上述の時分割技術を、ピクセルにつき複数のシャッタを使用すること、またはバックライト強度の独立制御によることの、いずれかと組み合わせた、いくつかの複合型技術が、グレースケールを形成するために利用可能である。これらの技術については、以下でさらに説明する。
【０２４６】
制御マトリクスのアドレス指定、すなわち、ピクセルのアレイへの制御情報の供給は、一実装では、走査ライン、またはマトリクスの行と呼ばれることもある、個別のラインの順次アドレス指定によって達成される。所与の走査ラインに対しての書き込み許可相互接続にＶｗｅを印加し、各列に対してのデータ相互接続Ａ５０８にデータ電圧パルスＶｄを選択的に印加することによって、制御マトリクスは、書き込み許可された行内の各シャッタの移動を制御してもよい。ＭＥＭＳディスプレイＡ１２内のピクセルの各行に対して、これらのステップを繰り返すことによって、制御マトリクスは、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２内の各ピクセルへの移動指示の設定を完了してもよい。
【０２４７】
１つの代替の実装においては、例えば、異なるピクセル行内のピクセルに対しての移動指示間の類似性を利用し、それにより、ＭＥＭＳディスプレイＡ１２内のすべてのピクセルに移動指示を提供するために必要とされる時間の長さを減らすために、制御マトリクスは、Ｖｗｅを、複数のピクセル行の書き込み許可相互接続に同時に印加する。別の代替の実装においては、特にコード化された時分割グレースケールの使用と組み合わせてときどき生成される、視覚的アーティファクトを最小にするために、行は、非順次の、例えば擬似ランダム化された順序でアドレス指定される。
【０２４８】
代替実施形態では、ピクセルのアレイと、アレイ内に組み込まれたピクセルを制御する制御マトリクスとは、矩形の行と列以外の構成で配置されてもよい。例えば、ピクセルは、六角形のアレイ、または曲線をなす行および列内に配置されてもよく、また、図３１Ｂに示すような、セグメント化されたディスプレイとして配置されてもよい。一般に、本明細書で使用する場合、走査ラインという用語は、書き込み許可相互接続を共有する任意の複数のピクセルを意味する。
【０２４９】
制御マトリクスおよびその動作方法
図２４Ａは、ピクセルのアレイをアドレス指定するために、表示パネルＡ１２内に含めるのに適した、制御マトリクスＡ５００の概念図である。図２４Ｂは、制御マトリクスＡ５００を含む、ピクセルのアレイの部分の等角投影図である。各ピクセルＡ５０１は、アクチュエータＡ５０３によって制御される、弾性シャッタ組立体Ａ５０２を含む。
【０２５０】
制御マトリクスＡ５００は、シャッタ組立体Ａ５０２が上に形成される基板Ａ５０４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Ａ５００は、制御マトリクスＡ５００内のピクセルＡ５０１の各行に対しての、走査ライン相互接続Ａ５０６と、制御マトリクスＡ５００内のピクセルＡ５０１の各列に対しての、データ相互接続Ａ５０８とを含む。各走査ライン相互接続Ａ５０６は、書き込み許可電圧源Ａ５０７を、ピクセルＡ５０１の対応する行内のピクセルＡ５０１に電気的に接続する。各データ相互接続Ａ５０８は、データ電圧源（「Ｖｄソース」）Ａ５０９を、ピクセルの対応する列内のピクセルＡ５０１に電気的に接続する。制御マトリクスＡ５００内で、データ電圧Ｖｄは、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Ａ５０９は、作動電圧源としても働く。代替実施形態では、作動電圧Ｖｄは、ディスプレイのセルへの共通相互接続であってもよい。
【０２５１】
アレイ内の各ピクセルＡ５０１に対して、または各シャッタ組立体に対して、制御マトリクスＡ５００は、トランジスタＡ５１０と、任意選択のキャパシタＡ５１２とを含む。各トランジスタのゲートは、ピクセルＡ５０１が配置されているアレイ内の行の走査ライン相互接続Ａ５０６に電気的に接続される。各トランジスタＡ５１０のソースは、その対応するデータ相互接続Ａ５０８に電気的に接続される。シャッタ組立体Ａ５０２は、２つの電極を有するアクチュエータを含む。２つの電極は、周囲にあるものに対する大幅に異なる静電容量を有する。トランジスタは、データ相互接続Ａ５０８を、より低い静電容量を有するアクチュエータ電極に接続する。より詳細には、各トランジスタＡ５１０のドレインは、対応するキャパシタＡ５１２の一方の電極と、アクチュエータのより低い静電容量の電極とに、並列に、電気的に接続される。キャパシタＡ５１２のもう一方の電極と、シャッタ組立体Ａ５０２内のアクチュエータのより高い静電容量の電極とは、共通または接地電位に接続される。動作時、画像を形成するために、ＭＥＭＳコントローラＡ７０は、各走査ライン相互接続Ａ５０６にＶｗｅを次々に印加することによってアレイ内の各行を順に書き込み許可するように、制御マトリクスＡ５００を駆動する。書き込み許可された行に対しては、行内のピクセルＡ５０１のトランジスタＡ５１０のゲートへのＶｗｅの印加により、データ相互接続Ａ５０８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Ａ５０２のアクチュエータに電位を印加することが可能になる。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Ａ５０８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Ａ５０８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Ａ５０６とデータ相互接続Ａ５０８との交点に配置されたピクセルＡ５０１の所望される輝度に関連して、変化させられる。デ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Ａ５０８へのＶａｔの印加に応えて、対応するシャッタ組立体Ａ５０２内のアクチュエータが作動して、シャッタ組立体Ａ５０２内のシャッタを開く。データ相互接続Ａ５０８に印加された電圧は、制御マトリクスＡ５００が行にＶｗｅを印加するのを停止した後も、ピクセルのキャパシタＡ５１２内に蓄積されたままになる。したがって、シャッタ組立体Ａ５０２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Ａ５１０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。
【０２５２】
制御マトリクスＡ５００は、以下の処理ステップのシーケンスの使用を通して製造されてもよい。
【０２５３】
第１に、アパーチャ層Ａ５５０が、基板Ａ５０４上に形成される。基板Ａ５０４が、シリコンなどの、不透明なものである場合、基板Ａ５０４はアパーチャ層Ａ５５０として働き、基板Ａ５０４を通して穴のアレイをエッチングすることによって、アパーチャ穴Ａ５５４が基板Ａ５０４内に形成される。基板Ａ５０４が、ガラスなどの、透明なものである場合、アパーチャ層Ａ５５０は、基板Ａ５０４上に遮光層を蒸着することと、遮光層をエッチングして穴のアレイにすることとから形成されてもよい。アパーチャ穴Ａ５５４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。遮光層が、さらに、金属などの、反射性材料で作られている場合、アパーチャ層Ａ５５０は、光学的効率を増加させるために、送出されなかった光を再循環させて、取り付けられたバックライトに戻す、鏡面として働いてもよい。光の再循環を提供するための適切な反射性金属膜は、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などの、多くの蒸着技術によって形成されてもよい。この反射性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、Ｒｈ、および／またはその合金が挙げられる。厚さは、３０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で十分である。
【０２５４】
第２に、金属間誘電体層が、アパーチャ層金属Ａ５５０の上を一面に覆うやり方で蒸着される。
【０２５５】
第３に、第１の導電層が、基板上に蒸着され、パターニングされる。この導電層は、走査ライン相互接続Ａ５０６の導電性トレースとなるようにパターニングされてもよい。上に記載した任意の金属、またはインジウムスズ酸化物などの導電性酸化物は、この適用例のための十分に低い抵抗率を有することが可能である。各ピクセル内の走査ライン相互接続Ａ５０６の一部は、トランジスタＡ５１０のゲートを形成するように配置される。
【０２５６】
第４に、別の金属間誘電体層が、導電性相互接続の第１の層の上を、トランジスタＡ５１０のゲートを形成する部分を含めて、一面に覆うやり方で蒸着される。この目的のために十分な金属間誘電体としては、厚さが３０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌ２Ｏ３が挙げられる。
【０２５７】
第５に、アモルファスシリコンの層が、金属間誘電体の上に蒸着され、次に、薄膜トランジスタ活性層のソース、ドレイン、およびチャネル領域を形成するようにパターニングされる。あるいは、この半導体材料は、多結晶シリコンであってもよい。
【０２５８】
第６に、第２の導電層が、アモルファスシリコンの上に蒸着され、パターニングされる。この導電層は、データ相互接続Ａ５０８の導電性トレースとなるようにパターニングされてもよい。上に記載したのと同じ金属および／または導電性酸化物が使用されてもよい。第２の導電層の一部は、さらに、トランジスタＡ５１０のソースおよびドレイン領域への接点を形成するために使用されてもよい。
【０２５９】
キャパシタＡ５１２などのキャパシタ構造は、第１および第２の導電層内に形成された平板、および間にはさまれた誘電体材料として構築されてもよい。
【０２６０】
第７に、パシベーション誘電体（ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）が、第２の導電層の上に蒸着される。
【０２６１】
第８に、犠牲メカニカル層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｌａｙｅｒ）が、パシベーション層の上に蒸着される。後続のＭＥＭＳシャッタ層が、下の導電層に電気的に接触し、かつ機械的に取り付けられることが可能なように、犠牲層とパシベーション層との両方にビアが開けられる。
【０２６２】
第９に、ＭＥＭＳシャッタ層が、犠牲層の上に蒸着され、パターニングされる。ＭＥＭＳシャッタ層は、シャッタＡ５０２およびアクチュエータＡ５０３を有するようにパターニングされ、犠牲層内にパターニングされたビアを通して基板Ａ５０４に固定される。シャッタＡ５０２のパターンは、第１のアパーチャ層Ａ５５０内に形成されたアパーチャ穴Ａ５５４のパターンと揃えられる。ＭＥＭＳシャッタ層は、Ａｕ、Ｃｒ、またはＮｉなどの、蒸着された金属、あるいは、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構成されてもよく、厚さは３００ナノメートル〜１０ミクロンの範囲であってもよい。任意選択で、シャッタは、金属の層を、２つの他の層（アモルファスシリコンの２つの層など）の間に備える、複合シャッタであってもよい。
【０２６３】
第１０に、ＭＥＭＳシャッタ層の構成要素が、アクチュエータＡ５０３の両端に印加された電圧に応えて自由に移動するようになるように、犠牲層が除去される。
【０２６４】
第１１に、対向する電圧を有する電極間の短絡を防止するために、アクチュエータＡ５０３の電極の側壁が誘電体材料を使用してコーティングされる。
【０２６５】
上記のプロセスに対する多くの変形が可能である。例えば、ステップ１の反射性アパーチャ層Ａ５５０は、第１の導電層と組み合わされてもよい。この導電層内にギャップがパターニングされて、導電性トレースが層内で提供され、そして、ピクセル領域のほとんどは反射性金属で覆われたままになる。別の実施形態では、トランジスタＡ５１０のソースおよびドレイン端子は第１の導電層上に配置され、ゲート端子は第２の導電層内に形成されてもよい。別の実施形態では、半導体アモルファスまたは多結晶シリコンは、第１および第２の導電層のそれぞれの真下に配置される。この実施形態では、下にある半導体層への金属接点が作られることが可能なように、金属間誘電体内にビアがパターニングされてもよい。さらに、本明細書で説明する装置は、アクティブおよび／またはパッシブマトリクスを含む、多くのさまざまな制御マトリクスとともに動作してもよい。
【０２６６】
図２４Ｂと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つの安定位置のみ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、シャッタ組立体は１つの作動電極を含み、その作動電極に電圧が印加された場合、アクチュエータは、シャッタ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。ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、シャッタを、個別に、グループで、または例外なく駆動してもよい。この目的のために、一実施形態では、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ７０は、ディスプレイ内のシャッタのすべてまたは少なくともグループを、選択された条件または状態に移動させるための同期パルスを生成する、同期コントローラを提供するためのプログラム論理を含む。ＦＰＧＡ内に実装されたタイマが、同期パルスを駆動するための、ならびに、以下に限定されるものではないが、ランプおよびシャッタを駆動するための信号を設定できる、フィールド順次式カラー動作のための時間フレームなどの、その他の時限動作を駆動するための、タイミング間隔を設定してもよい。さらに、ＦＰＧＡタイマは、ユーザ入力装置を監視して、ユーザが入力装置をアクティブにしてから、３０秒などの、所定の時間間隔が経過した場合に、通常はより低い電力状態に、ディスプレイの状態を変更してもよい。
【０２６７】
表示パネル
図２５Ａは、本明細書で説明するハンドヘルド携帯型装置とともに使用するのに適した、シャッタベースの光変調パネルＡ６００の一実施形態の断面図である。表示パネルＡ６００は、光変調層Ａ６１８の下に配置された光キャビティと、光源Ａ６１２と、光変調層Ａ６１８と、カバープレートＡ６０２とを含む。光キャビティは、光変調層Ａ６１８内の後ろ向きの反射面と、光ガイドＡ６２８と、前向きの後部反射面Ａ６１４と、拡散体Ａ６２４と、輝度強化膜Ａ６２２とを含む。
【０２６８】
光変調アレイＡ６１８とカバープレートＡ６０２との間の空間は、潤滑剤Ａ６３２で満たされる。カバープレートＡ６０２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などの、エポキシＡ６２５を使用して、シャッタ組立体に取り付けられる。エポキシは、さらに、潤滑剤Ａ６２４を封じ込める働きもする。
【０２６９】
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Ａ６２６が、カバープレートＡ６０２と、光変調層Ａ６１８と、光キャビティとを、端の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケットＡ６２６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Ａ６１２は、エポキシ埋め込み用樹脂（ｅｐｏｘｙ  ｐｏｔｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）によって適所に形成される。
【０２７０】
表示パネルＡ６００は、通常は、ハウジング内の１つ以上のパネル支持体に対してプラスチックの組立体ブラケットを取り付けることによって、ハウジング内に取り付けられてもよい。一実施形態では、パネル支持体は、表示パネルＡ６００の周辺端部を支えるための必要な大きさにされた、成型プラスチックの側壁であってもよい。弾性ガスケットが、衝撃保護を提供するために、成型された側壁の上に配置されてもよく、パネルは、ガスケットに接合されてもよい。
【０２７１】
図２６は、本発明の例示的実施形態による、シャッタベースの空間光変調器Ａ７００の断面図である。シャッタベースの空間光変調器Ａ７００は、光変調アレイＡ７０２と、光キャビティＡ７０４と、光源Ａ７０６とを含む。さらに、空間光変調器は、カバープレートＡ７０８を含む。
【０２７２】
カバープレートＡ７０８は、光変調アレイＡ７０２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Ａ７０８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Ａ７１０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。任意選択で、別個の層が提供されてもよい。
【０２７３】
ブラックマトリクスＡ７１０は、光キャビティＡ７０４内に形成された光透過領域Ａ７１６の十分近くに配置された、パターニングされた光透過領域Ａ７１４以外でほとんどすべての入射環境光Ａ７１２を吸収する（環境光は、空間光変調器Ａ７００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Ａ７１０は、それにより、空間光変調器Ａ７００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Ａ７１０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Ａ７０４から逃げる光を、吸収するために機能してもよい。
【０２７４】
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Ａ７０８上に蒸着される。フィルタは、ブラックマトリクスＡ７１０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Ａ７０４の開いているアパーチャの光透過領域Ａ７１６の上にパターニングされる。樹脂は、赤、緑、青、またはその他の色素を使用して交互にドープされてもよい。
【０２７５】
光変調アレイＡ７０２とカバープレートＡ７０８との間の間隔は、１００ミクロン未満であり、わずか１０ミクロン未満であってもよい。光変調アレイＡ７０２とカバープレートＡ７０８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Ａ７０２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Ａ７０２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。
【０２７６】
図２７は、本発明の例示的実施形態による、シャッタベースの空間光変調器Ａ８００の断面図である。シャッタベースの空間光変調器Ａ８００は、光キャビティＡ８０２と、光源Ａ８０４と、光変調層Ａ８０６とを含む。さらに、シャッタベースの空間光変調器Ａ８０４は、図２６に関連して説明したカバープレートＡ７０８などの、カバープレートＡ８０７を含む。
【０２７７】
シャッタベースの空間光変調器Ａ８００内の、光キャビティＡ８０２は、光ガイドＡ８０８と、光変調アレイＡ８０６の後ろ向き部分とを含む。光変調アレイＡ８０６は、独自の基板Ａ８１０上に形成される。光ガイドＡ８０８および基板Ａ８１０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Ａ８０６は、基板Ａ８１０の前側に形成される。第２の金属層の形態の、前向きの、後部反射面Ａ８１２は、光ガイドＡ８０８の後ろ側上に蒸着されて、光キャビティＡ８０２の第２の反射面を形成する。あるいは、光キャビティＡ８０２は、光ガイドＡ８０８の後ろ側の背後に、光ガイドＡ８０８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Ａ８１２は、光ガイドＡ８０８の後ろ側上に直接蒸着されるのではなく、空間光変調器Ａ８００の前方を向いた、第３の面上に蒸着される。光ガイドＡ８０８は、光キャビティ全体を通したより均一な光の分布を作るために、光ガイドＡ８０８の後ろ向きの側上に所定のパターンで分散された、複数の光散乱要素Ａ８０９を含む。
【０２７８】
一実装では、光ガイドＡ８０８と基板Ａ８１０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Ａ８０８と基板Ａ８１０とを所定の距離だけ離して維持し、それにより、光ガイドＡ８０８と基板Ａ８１０とを相互に光学的に分離する。光ガイドＡ８０８と基板Ａ８１０との間に間隔をあけることにより、結果として、光ガイドＡ８０８と基板Ａ８１０との間にエアギャップＡ８１３が形成される。エアギャップは、光ガイドＡ８０８内での、その前向きの面における全内部反射を促進し、それにより、光散乱要素Ａ８０９のうちのいずれかによって光Ａ８１４が光変調器アレイＡ８０６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Ａ８１４の分布が促進される。あるいは、光ガイドＡ８０８と基板Ａ８１０との間のギャップは、真空、１つまたは複数の選択された気体、または液体によって満たされてもよい。
【０２７９】
図２８は、メディアプレーヤ内に配置されたディスプレイを有し、グラフィックおよびテキスト情報をユーザに提示することが可能な、メディアプレーヤを、携帯型ハンドヘルド装置が備える、本発明の実施形態を示す。より詳細には、図２８の実施形態は、デジタル媒体上に記憶された音楽を聴くために一般的に使用されるタイプの、ＭＰ３プレーヤを示す。図示されている実施形態では、ハウジングは、ユーザの手の中に保持されるように、またはハンズフリーでの装置の移送を可能にするために、ユーザの衣服にクリップで留められるように適合される。ユーザインタフェースは、ハウジングの外面上に配置された複数のボタンと、表示パネルとを含む。図２８に示すＭＰ３プレーヤは、図２３に示すディスプレイコントローラに類似したディスプレイコントローラを含んでもよい。ディスプレイコントローラは、ディスプレイ上に画像を提示するために使用される消費電力を減らし、それにより、搭載されている電源の使用可能時間を引き延ばすことが可能な、動作モードを有してもよい。
【０２８０】
図２９は、本明細書に記載するシステムおよび方法の別の適用例を示す。特に、図２９は、ハウジングＡ１００８と、表示パネルＡ１００２と、キーパッドＡ１００４として示されるユーザインタフェース装置とを有する、スマートフォンハンドヘルド携帯型装置Ａ１０００を示す。スマートフォンハンドヘルド携帯型装置Ａ１０００は、上述のＭＥＭＳ表示パネルと同等であってもよい、ＭＥＭＳ表示パネルを含み、さらに、図２０に示す装置Ａ１０に関連して上述したコントローラと同等な、ＭＥＭＳディスプレイコントローラを有する。任意選択で、システムＡ１０００のＭＥＭＳディスプレイコントローラは、電源が弱くなったこと、または所定のしきい値よりも下に低下したことを、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ１５０の電源コントローラＡ１５３が判定する、任意選択の電力留保モードを含んでもよい。任意選択でユーザ選択可能であってもよい、そのような動作モードにおいては、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ１５０は、低電力モードで動作して、スマートフォン装置Ａ１０００の主機能（通常は携帯電話の通信）のために、電力を節約する。この目的のために、ＭＥＭＳディスプレイコントローラＡ１５０は、画像信号を、通常は白黒である、単色の、静的静止信号として、ディスプレイＡ１００２上に表示してもよい。途中で、ディスプレイコントローラは、フィールド順次式カラー動作を非アクティブにして、白のＬＥＤ  Ａ１５７ｄを、ディスプレイＡ１００２を照射する目的のために使用する。電源コントローラＡ１５３は、ディスプレイを照射するための十分な一定のＤＣ電圧で白のＬＥＤ  Ａ１５７ｄを駆動する、低電力動作モードを選択して、白のＬＥＤ  Ａ１５７ｄが駆動される振幅を調節してもよい。市販の白のＬＥＤデバイスは、１０〜３０ミリワットの範囲で動作することにより、電源Ａ７６からの最小の電力消費を提供する。
【０２８１】
図示されているスマートフォンは、さらに、上述のようなタッチセンシティブスクリーンを有してもよい。タッチスクリーンは、ＭＥＭＳ表示パネルに、または少なくともそのパネルの一区画に重ね合わせる、市販のタッチスクリーンであってもよい。この実施形態では、ＭＥＭＳ表示パネルのカバープレートは、ユーザが指またはスタイラスを使用して下向きに押した場合の、表示パネルの内向きの偏向を防止するために選択された厚さを有してもよい。厚さは、材料によってさまざまであり、２ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であってもよい。さらに、カバープレートがシャッタから間隔をあけて離されたままにするために、ポストＡ６４０などの支持体が、移動可能なシャッタとカバープレートとの間に配置されてもよい。任意選択の流体潤滑剤が、移動可能なシャッタに向かうカバープレートの内向きの偏向を減らす、液圧式の支持をさらに提供する。ＭＥＭＳ表示パネルは、タッチセンシティブＬＣＤスクリーンで発生するリップル効果を回避して、データ入力中のより良い解像度を提供することが可能である。
【０２８２】
図３０を参照すると、本発明のさらなる任意選択の実施形態が示されている。特に、電子書籍の適用例が示されており、図３０Ａでは閉じられた位置、図３０Ｂでは開かれた位置になっている電子書籍装置が示されている。電子書籍装置は、小説、新聞、またはその他の情報であってもよいテキストを記憶したデジタル媒体装置を読み取ることによって、ディスプレイ上に、ユーザに対するテキストを提示することが可能な、電子表示装置として一般に理解される。図３０Ａおよび図３０Ｂに示す実施形態では、電子書籍Ａ１１００は、ハウジングの半分が、ハウジングのもう一方の半分の上に閉じられることを可能にするための蝶番Ａ１１０６を有する、ハウジングＡ１１０２を含む。図３０Ｂにさらに示されているように、電子書籍Ａ１１００は、第１のパネルＡ１１０４と、第２のパネルＡ１１０８とを有してもよい。キーパッドＡ１１１０が、画面Ａ１１０４またはＡ１１０８のいずれかにどのような画像が現れるかを操作するためにユーザが使用できる、一連のユーザ入力装置を提供してもよい。
【０２８３】
図３０Ａおよび図３０Ｂに示す実施形態において、電子書籍携帯型ハンドヘルド装置は、上で説明したＭＥＭＳ表示パネルと同等の、ＭＥＭＳ表示パネルを有してもよく、さらに、同様に上で説明したＭＥＭＳディスプレイコントローラと同等の、ＭＥＭＳディスプレイコントローラを有してもよい。電子書籍Ａ１１００は、通常は単色モードで動作させられ、ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、白のＬＥＤを使用して、ユーザに対するテキスト情報の静止白黒画像を駆動する。特定の実施形態では、デジタル媒体上に記憶された内容の一部として、書籍の表紙、または書籍からの画像などの、カラー画像がユーザに対して表示されてもよく、それらの例においては、ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、上述したようなフィールド順次式カラー生成技術を使用して、表示パネルＡ１１０４およびＡ１１０８のいずれかの上にカラー画像を生成してもよい。ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、ユーザがユーザインタフェース装置Ａ１１１０を使用することによってページ移動する、静的静止画像を生成するための、単色動作モードを有してもよい。ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、表示のためにフレームバッファ内に画像を設定する、コントローラＡ１５６で実行される単色動作モードを有してもよい。ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、ユーザに対して表示されるテキスト情報を示すのに適した構成に、ＭＥＭＳ装置のシャッタを設定してもよい。任意選択で、動作モードは、定常状態電圧によって駆動される、または、グラフィック静止画像を提示するために十分な、比較的遅いレートで切り換える光源によって駆動される、白のＬＥＤなどの、より低い電力のＬＥＤを使用する、白黒、またはその他の何らかの単色カラー設定であってもよい
【０２８４】
図３１Ａおよび図３１Ｂは、本明細書に記載する携帯型ハンドヘルド装置のさらなる実施形態を示す。特に、図３１Ａは、ユーザの腕に腕時計Ａ１２００の本体を取り付ける手首ベルトＡ１２０２を有する、腕時計Ａ１２００を示す。腕時計Ａ１２００は、表示パネルＡ１２０８を含むハウジングＡ１２０４を含む。表示パネルは、上述のＭＥＭＳ表示パネルと同等であってもよい、ＭＥＭＳ表示パネルである。ＭＥＭＳ表示パネルは、ユーザの腕の上で運ばれるのに適したフォームファクタを有する時計ハウジング内に収まる。
【０２８５】
図３１Ａに示す実施形態では、ＭＥＭＳ表示パネルＡ１２０８は、上述のセグメント化されたディスプレイ区画などの、セグメント化されたディスプレイ区画を含んでもよい。特に、表示パネルＡ１２０８は、図３１Ｂに示すセグメント化された区画などの、セグメント化された区画を有する表示パネルを有する、表示パネルを、備えるかまたは含んでもよい。図３１Ｂは、数字の８になるように配置された７つのセグメントを含む、セグメント化されたディスプレイの一例を示す。セグメントのそれぞれは、光を変調することが可能な、横方向に移動可能なシャッタを含む、上述したシャッタ組立体と同等の、複数のシャッタ組立体を含んでもよい。セグメントのそれぞれは、一緒に配線され、したがって、腕時計Ａ１２００内に含まれるＭＥＭＳディスプレイコントローラからのコマンドに一緒に応答する、シャッタ組立体のグループを有する。図示されているセグメントは、任意選択で光源の上に配置される、クラス基板上に形成されてもよい。ただし、図３１Ｂに示す実施形態では、光源はフロント光源であってもよく、または任意選択で、ディスプレイは、反射型ディスプレイのために反射性であってもよく、横方向に移動可能なシャッタは、反射性であってもよく、または、反射面の上をスライドしてもよい。いずれにしても、横方向シャッタは、７つのセグメントディスプレイ内のそれぞれのセグメントが、オン状態またはオフ状態に適宜設定されてもよいように、光を変調する。上述のように、セグメントは単色またはカラーであってもよく、その目的のために、同様に上述したように、ＭＥＭＳセグメントディスプレイコントローラはフィールド順次式カラー制御を使用してもよく、あるいは、色付きのフィルタがディスプレイに適用されてもよい。
【０２８６】
図３１Ｂに示す実施形態では、セグメント化されたディスプレイは、独立したディスプレイとして示されている。しかし、本発明の代替実施形態では、図３１Ｂのセグメント化されたディスプレイは、日付、時刻、またはその他の情報が複数のセグメント化されたディスプレイ上に表示されてもよいように、線状配列内にレイアウトされた、複数のセグメント化されたディスプレイのうちの１つであってもよい。さらに、セグメント化されたディスプレイは、横方向に移動可能なシャッタのマトリクスをさらに含む基板上に形成されてもよく、それにより、セグメント化されたディスプレイ区画と、ピクセルで構成されたディスプレイ区画との両方が統合されたディスプレイが提供されてもよい。例えば、腕時計の適用例において、腕時計Ａ１２００は、腕時計の盤面、羅針図、またはその他の画像などの画像の提示を可能にする、ピクセルで構成されたディスプレイである上側の区画を有してもよい。ピクセルで構成されたマトリクスの下には、時刻、日付、ストップウォッチ機能の読み取り値を提示するために使用されてもよい、セグメント化されたディスプレイと、アラームが設定されているかどうか、時刻はＡＭかＰＭか、および、水曜日を表すＷＥなどの日付記号表示などの、アイコンを提示するために使用される、セグメント化されたディスプレイ区画が存在してもよい。
【０２８７】
この目的のために、ＭＥＭＳディスプレイコントローラは、コントローラのプログラム制御の下でセグメント化されたディスプレイを駆動することが可能な、セグメントディスプレイドライバを含んでもよい。
【０２８８】
図３２は、上述のＭＥＭＳ表示パネルと同等な表示パネルを有するメディアプレーヤを示す。図３３は、上述の表示パネルに同様に類似した表示パネルを有する、ＧＮＳＳ受信機を示す。図３４は、上述の表示パネルと同様に同等な表示パネルを有する、ラップトップコンピュータを示す。ラップトップコンピュータは、光レベル検出器によって測定された環境光条件に応じて、および、ユーザ制御と電源レベルとに応じて電力を節約する、電力モードを有するために、ＭＥＭＳディスプレイコントローラを使用してもよい。例えば、本明細書に記載するシステムおよび方法は、利用可能な電力を検出するか、または電力を節約するためのユーザ入力を検出して、動作モードを単色モードに移動させるか、または限定された色の組を提供して電力を節約する、４ビットカラーなどのビット深度を選択してもよい。
【０２８９】
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く、他の特定の形態内で実施されてもよい。例えば、図３５および図３６は、ＭＥＭＳ表示パネルの代替実施形態を示す。
【０２９０】
図３５は、シャッタ組立体Ａ１６０２を組み込んだディスプレイ組立体Ａ１６００の断面図である。シャッタ組立体Ａ１６０２は、ガラス基板Ａ１６０４上に蒸着される。基板Ａ１６０４上に蒸着された反射膜Ａ１６０６は、シャッタ組立体Ａ１６０２のシャッタＡ１６１０の閉位置の下に位置する、複数の表面アパーチャＡ１６０８を画定する。反射膜Ａ１６０６は、表面アパーチャＡ１６０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ組立体Ａ１６００の後部の方へ戻す。任意選択の拡散体Ａ１６１２と、任意選択の輝度強化膜Ａ１６１４とが、基板Ａ１６０４をバックライトＡ１６１６から分離してもよい。バックライトＡ１６１６は、１つ以上の光源Ａ１６１８によって照射される。光源Ａ１６１８は、例えば、以下に限定されるものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオードであってもよい。反射膜Ａ１６２０が、バックライトＡ１６１６の背後に蒸着され、シャッタ組立体Ａ１６０２の方へ光を反射する。シャッタ組立体Ａ１６０２のうちの１つを通過しない、バックライトからの光線は、バックライトに戻されて、膜Ａ１６２０から再び反射される。これにより、最初の通過でディスプレイを離れて画像を形成することのなかった光は、再循環されて、シャッタ組立体Ａ１６０２のアレイ内の他の開いているアパーチャを通した伝播のために利用可能にされてもよい。そのような光の再循環は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。カバープレートＡ１６２２は、ディスプレイ組立体Ａ１６００の前部を形成する。カバープレートＡ１６２２の後ろ側は、コントラストを向上させるために、ブラックマトリクスＡ１６２４で覆われてもよい。カバープレートＡ１６２２は、シャッタ組立体Ａ１６０２から所定の距離だけ離して支持され、それによりギャップＡ１６２６が形成される。ギャップＡ１６２６は、機械的支持によって、および／または、カバープレートＡ１６２２を基板Ａ１６０４に取り付けている、エポキシシールＡ１６２８によって維持される。エポキシＡ１６２８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Ａ１６２８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  Ｂ９０１６−１である。
【０２９１】
エポキシシールＡ１６２８は、作動流体Ａ１６３０を封止する。作動流体Ａ１６３０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よりも大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍよりも大きな誘電破壊強度とを有するように設計される。作動流体Ａ１６３０は、さらに、潤滑剤として働いてもよい。その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も効果的である。一実装では、作動流体Ａ１６３０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、作動流体Ａ１６３０は、基板Ａ１６０４の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な作動流体Ａ１６３０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、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、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。
【０２９２】
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Ａ１６３２が、カバープレートＡ１６２２と、シャッタ組立体Ａ１６０２と、基板Ａ１６０４と、バックライトＡ１６１６と、その他の構成部品とを、端の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケットＡ１６３２は、組み合わせられたディスプレイ組立体Ａ１６００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Ａ１６１８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。
【０２９３】
図３６は、シャッタ組立体Ａ１７０２を組み込んだディスプレイ組立体Ａ１７００の断面図である。シャッタ組立体Ａ１７０２は、ガラス基板Ａ１７０４上に蒸着される。
【０２９４】
ディスプレイ組立体Ａ１７００は、１つ以上の光源Ａ１７１８によって照射される、バックライトＡ１７６６を含む。光源Ａ１７１８は、例えば、以下に限定されるものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオードであってもよい。反射膜Ａ１７２０が、バックライトＡ１７１６の背後に蒸着され、シャッタ組立体Ａ１７０２の方へ光を反射する。
【０２９５】
基板Ａ１７０４は、シャッタ組立体Ａ１７０２がバックライトの方を向くように方向付けられる。
【０２９６】
バックライトＡ１７１６とシャッタ組立体Ａ１７０２との間には、任意選択の拡散体Ａ１７１２と、任意選択の輝度強化膜Ａ１７１４とが置かれる。バックライトＡ１７１６とシャッタ組立体Ａ１７０２との間には、さらに、アパーチャプレートＡ１７２２も置かれる。アパーチャプレートＡ１７２２上には、シャッタ組立体の方を向くように、反射膜Ａ１７２４が蒸着される。反射膜Ａ１７２４は、シャッタ組立体Ａ１７０２のシャッタＡ１７１０の閉位置の下に位置する、複数の表面アパーチャＡ１７０８を画定する。アパーチャプレートＡ１７２２は、シャッタ組立体Ａ１７０２から所定の距離だけ離して支持され、それにより、ギャップＡ１７２６が形成される。ギャップＡ１７２６は、機械的支持によって、および／または、アパーチャプレートＡ１７２２を基板Ａ１７０４に取り付けている、エポキシシールＡ１７２８によって維持される。
【０２９７】
反射膜Ａ１７２４は、表面アパーチャＡ１７０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ組立体Ａ１７００の後部に向けて戻す。シャッタ組立体Ａ１７０２のうちの１つを通過しない、バックライトからの光線は、バックライトに戻されて、膜Ａ１７２０から再び反射される。これにより、最初の通過でディスプレイを離れて画像を形成することのなかった光は、再循環されて、シャッタ組立体Ａ１７０２のアレイ内の他の開いているアパーチャを通した伝播のために利用可能にされてもよい。そのような光の再循環は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。
【０２９８】
基板Ａ１７０４は、ディスプレイ組立体Ａ１７００の前部を形成する。基板Ａ１７０４上に蒸着される、吸収膜Ａ１７０６は、シャッタ組立体Ａ１７０２と基板Ａ１７０４との間に配置される複数の表面アパーチャＡ１７３０を画定する。膜Ａ１７０６は、環境光を吸収し、したがって、ディスプレイのコントラストを向上させるように設計される。
【０２９９】
エポキシＡ１７２８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Ａ１７２８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  Ｂ９０２２−１である。
【０３００】
エポキシシールＡ１７２８は、作動流体Ａ１７３２を封止する。作動流体Ａ１７３２は、好ましくは約１０センチポイズ未満の粘度と、好ましくは約２．０よりも大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍよりも大きな誘電破壊強度とを有するように設計される。作動流体Ａ１７３２は、さらに、潤滑剤として働いてもよい。その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も効果的である。一実装では、作動流体Ａ１７３２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、作動流体Ａ１７３２は、基板Ａ１７０４の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な作動流体Ａ１７３０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、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、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。
【０３０１】
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Ａ１７３４が、アパーチャプレートＡ１７２２と、シャッタ組立体Ａ１７０２と、基板Ａ１７０４と、バックライトＡ１７１６と、その他の構成部品とを、端の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケットＡ１７３２は、組み合わせられたディスプレイ組立体Ａ１７００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Ａ１７１８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。
【０３０２】
このように、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。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く、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】
2015132844.tif 000004
【図１Ｂ】
2015132844.tif 000005
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015132844.tif 000008
【図４】
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【図５Ａ】
2015132844.tif 000010
【図５Ｂ】
2015132844.tif 000011
【図６】
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【図７】
2015132844.tif 000013
【図８】
2015132844.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2015132844.tif 000016
【図１１】
2015132844.tif 000017
【図１２】
2015132844.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
2015132844.tif 000020
【図１５】
2015132844.tif 000021
【図１６】
2015132844.tif 000022
【図１７】
2015132844.tif 000023
【図１８】
2015132844.tif 000024
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
2015132844.tif 000030
【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
2015132844.tif 000034
【図２６】
2015132844.tif 000035
【図２７】
2015132844.tif 000036
【図２８】
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【図２９】
2015132844.tif 000038
【図３０Ａ】
2015132844.tif 000039
【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
2015132844.tif 000043
【図３３】
2015132844.tif 000044
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年3月12日(2015.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピクセルのアレイと、制御マトリクスとを備えるディスプレイ装置であって、
前記ピクセルのアレイは、
複数のアパーチャを有する基板と、
前記複数のアパーチャに対応する複数のシャッタと、を含み、
前記ピクセルのアレイ内のピクセルは、前記複数のアパーチャのうちの少なくとも１つのアパーチャと、それに対応する、前記複数のシャッタからのシャッタとを含み、
前記制御マトリクスは、前記基板に接続され、かつ、画像を形成するために前記ピクセルの方へ向けられた光を変調するために前記対応するシャッタを前記基板に対して横方向に選択的に移動させるためのスイッチと、シャッタ開電極と、シャッタ閉電極とを、前記ピクセルに対して含む、
ディスプレイ装置。
【外国語明細書】
2015132844000001.pdf