(57)【要約】  照明装置は、ホログラフィックフィルム８９及び光源９３（点光源等）を含む。点光源９３は、ホログラフィックフィルムのエッジに配置されて、ホログラフィックフィルム８９のエッジと向き合う発光面を有する。ホログラフィックフィルム８９は、回折屈折率構造で形成されたホログラムを含む。回折屈折率構造の密度は、光源９３からの距離が増大するのと共に増大する。光は、光源９３から、全内部反射等によってホログラフィックフィルム８９を介して伝播する。回折屈折率構造が光を方向転換させることによって、光が、所望の方向においてホログラフィックフィルム８９の外に伝播する。一部実施形態では、ホログラフィックフィルム８９の外に伝播する光は、ホログラフィックフィルム８９の表面にわたって高い均一性を有する。
2011527028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムを備えたホログラフィックフィルムを備えた照明装置であって、
前記ホログラムが複数の回折屈折率構造を備え、
前記ホログラフィックフィルムが、前記ホログラフィックフィルムのエッジに配置される点光源に結合され前記点光源の発光面が前記エッジと向き合うように構成されていて、
前記回折屈折率構造の密度が、前記点光源からの距離が増大するのと共に増大している、装置。
【請求項２】
前記ホログラフィックフィルムが、前記回折屈折率構造の存在しない複数の規則的な形状の領域を備え、前記規則的な形状の領域の密度が、前記点光源からの距離が増大するのと共に減少している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記規則的な形状の領域が矩形である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記回折屈折率構造が、前記点光源からの光を回折させるように構成されていて、回折された光線が、前記ホログラフィックフィルムの主表面の外へと、前記主表面に対する垂線から測って±３０°以下の角度で伝播する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記角度が±１５°以下である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の回折屈折率構造が、略５０％以下の抽出効率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ホログラフィックフィルムのコーナーに配置されて前記コーナーのみから前記ホログラフィックフィルム内に光を向けるように構成されている光源を更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記光源が発光ダイオードである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記回折屈折率構造が、赤、緑及び青の色に対応する波長において主に光を回折させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ホログラフィックフィルムがガラスプレートに取り付けられていて、屈折率整合層が前記ホログラフィックフィルムと前記ガラスプレートとの間に配置されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ホログラフィックフィルムがガラスプレートに取り付けられていて、屈折率分離層が前記ホログラフィックフィルムと前記ガラスプレートとの間に配置されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記ホログラフィックフィルムの主表面に平行に取り付けられた複数の干渉変調器を更に備えた請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記回折屈折率構造が、重畳せずに横方向に隣接する画素の三つの組に分類されていて、各組の画素が、他の組の画素によって主に方向転換される光とは異なる色に対応する光を主に方向転換させる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
光を発生させて該光を平坦部材に向けるための第一の手段と、
前記光を前記平坦部材の外に均一でホログラム的に方向転換させるための第二の手段と、を備えた照明装置。
【請求項１５】
前記第二の手段が、複数の回折屈折率構造を有するホログラムを備え、前記ホログラムが前記平坦部材内に記録されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第一の手段が発光ダイオードを備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記発光ダイオードがホログラフィックフィルムのコーナーに配置されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記平坦部材を介して画像を表示するための第三の手段を更に備えた請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記第三の手段が複数の干渉変調器を備え、前記干渉変調器が画像素子を形成している、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信して、画像データを処理するように構成されているプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されているメモリ装置と、を更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記ディスプレイに少なくとも一つの信号を送信するように構成されているドライバ回路を更に備えた請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部を送信するように構成されている制御装置を更に備えた請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記プロセッサに前記画像データを送信するように構成されている画像ソースモジュールを更に備えた請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記画像ソースモジュールが、受信機、送受信機、送信機のうち少なくとも一つを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
入力データを受信して、前記入力データを前記プロセッサに送信するように構成されている入力装置を更に備えた請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
ディスプレイを照明するための方法であって、
点光源をホログラフィックフィルムのエッジに提供する段階と、
前記点光源からの光を前記ホログラフィックフィルムのエッジに直接投射して、前記光を前記ホログラフィックフィルムを介して伝播させる段階と、
前記光を回折屈折率構造に接触させて、前記ホログラフィックフィルムの主表面の外に前記光を向ける段階と、を備え、
前記ディスプレイの画像素子に向けて方向転換された光の面積当たりのパワーが、前記ホログラフィックフィルムの主表面にわたって実質的に均一である、方法。
【請求項２７】
面積当たりの方向転換された光の光束の最小値対最大値の比が、前記ディスプレイの画像素子に対応する前記ホログラフィックフィルムの全面積にわたって、０．２０よりも大きい、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ディスプレイ装置を製造するための方法であって、
複数の回折屈折率構造を備えたホログラムを備えたホログラフィックフィルムを提供する段階と、
前記ホログラフィックフィルムのエッジに点光源を、前記点光源の発光面が前記エッジに向き合うように取り付ける段階と、
前記ホログラフィックフィルムにディスプレイを取り付ける段階と、を備え、
前記回折屈折率構造の密度が、前記点光源からの距離が増大するのと共に増大する、方法。
【請求項２９】
前記ホログラムを備えたホログラフィックフィルムを提供する段階が、
ホログラフィックフィルムを前記ホログラフィックフィルムに対して実質的に垂直に向けられた第一のレーザビームに露光するのと同時に、前記ホログラフィックフィルムを第二のレーザビームに露光する段階を備え、
前記第二のレーザビームが、前記点光源からの光の所望の角度及び方向と同じ角度及び方向において前記ホログラフィックフィルムに向けられる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホログラフィックフィルムに隣接する複数の光遮断構造を提供する段階を更に備え、
前記光遮断構造が、前記第一のレーザビームから前記ホログラフィックフィルムの複数の領域を遮蔽して、前記光遮断構造の線密度が、前記点光源の所望の位置からの距離が増大するのと共に減少する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ホログラムを備えたホログラフィックフィルムを提供する段階が、
複数の開口部を備えたマスクであって、前記ホログラフィックフィルムに対して相対的な第一の位置に存在しているマスクを介して第一のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階と、
前記マスクを第二の位置にずらす段階と、
前記第二の位置に存在している前記マスクを介して第二のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階と、
前記マスクを第三の位置にずらす段階と、
前記第三の位置に存在している前記マスクを介して第三のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階と、を備え、
前記第一、第二及び第三のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階が、前記点光源からの光の所望の角度及び方向と同じ角度及び方向において前記ホログラフィックフィルムに向けられた二次レーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階を同時に備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一、第二及び第三のレーザビームが、異なる色に対応する波長を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記二次レーザビームの波長が、前記第一、第二及び第三のレーザビームの波長に応じて変化して、
前記二次レーザビームの波長が、前記第一のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階中では前記第一のレーザビームの波長に実質的に等しく、
前記二次レーザビームの波長が、前記第二のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階中では前記第二のレーザビームの波長に実質的に等しく、
前記二次レーザビームの波長が、前記第三のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階中では前記第三のレーザビームの波長に実質的に等しい、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
請求項２８に記載の方法によって製造されたディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年６月３０日出願の米国仮特許出願第６１／０７７０９８号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は一般的に照明装置に関する。特に、本発明は、例えばディスプレイを照明するために導光を行うホログラフィック構造を用いた照明装置に関する。また、本発明は、その装置の使用及び製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、微小機械素子、アクチュエータ、及び、電子機器を含む。微小機械素子は、堆積、エッチング、及び／又は、他の微小機械加工プロセス（基板及び／又は堆積させた物質層の一部をエッチングしたり、電気的及び電気機械的装置を形成するための層を追加したりする）を用いて、形成され得る。ＭＥＭＳ装置の一種類は、干渉変調器と呼ばれる。本願において、干渉変調器、干渉光変調器という用語は、光干渉原理を用いて光を選択的に吸収及び／又は反射する装置を指称する。特定の実施形態において、干渉変調器は、一対の導電性板を備える。その一対の導電性板の一方又は両方は、その全体又は一部が透明及び／又は反射性であり、適切な電気信号の印加に対して相対的に動くことができる。特定の実施形態において、一方の板は、基板上に堆積させた静止層を備え、他方の板は、空隙によって静止層から離隔された金属膜を備え得る。本願において詳述されるように、他方の板に対する一方の板の位置によって、干渉変調器に入射する光の光学干渉を変化させることができる。このような装置は広範な応用を有し、こうした種類の装置の特性を利用及び／又は変更する分野において有用であり、その特徴を、既存の製品を改善し、また、未だ開発されていない新規製品を創作するのに活かすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／１２６１４２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１６９３０号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１４３７６１０号明細書
【特許文献４】国際公開第２００８／０４５３１１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一部実施形態では、照明装置が提供される。その照明装置は、ホログラムを有するホログラフィックフィルムを備える。ホログラムは、複数の回折屈折率構造を備える。点光源は、ホログラフィックフィルムのエッジに配置される。点光源の発光面はエッジと向き合う。回折屈折率構造の密度は、光源からの距離が増大するのと共に増大する。
【０００６】
他の一部実施形態では、ディスプレイを照明するための装置が提供される。その装置は、記録された複数の回折屈折率構造を有するホログラフィックフィルムを備える。回折屈折率構造は、赤、緑、青の色に対応する波長において主に光を回折させるように構成されている。光源は、ホログラフィックフィルムのエッジに配置される。
【０００７】
他の一部実施形態では、照明装置が提供される。その照明装置は、光を発生させてその光を平坦部材を介するように向けるための第一の手段と、その平坦部材の表面の外に光を均一にホログラフ的に方向転換させるための第二の手段とを備える。
【０００８】
他の一部実施形態では、ディスプレイを照明するための方法が提供される。その方法は、ホログラフィックフィルムのエッジに点光源を提供する段階を備える。点光源からの光は、ホログラフィックフィルムのエッジに直接投射されて、光がホログラフィックフィルムを介して伝播する。光は、回折屈折率構造に接触して、ホログラフィックフィルムの主表面の外に向けられる。ディスプレイの画像素子に向けて方向転換された光の面積当たりのパワーは、ホログラフィックフィルムの主表面にわたって実質的に均一である。
【０００９】
他の一部実施形態では、ディスプレイ装置を製造するための方法が提供される。その方法は、ホログラムを備えたホログラフィックフィルムを提供する段階を備える。ホログラムは複数の回折屈折率構造を備える。回折屈折率構造の密度は、光源からの距離が増大するのと共に増大する。点光源がホログラフィックフィルムのエッジに取り付けられる。点光源の発光面はエッジと向き合っている。ディスプレイはホログラフィックフィルムに取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一番目の干渉変調器の可動反射層が緩和位置にあり、二番目の干渉変調器の可動反射層が作動位置にある干渉変調器ディスプレイの一実施形態の一部を示す等角図である。
【図２】３×３干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。
【図３】図１の干渉変調器の実施形態の一例に対する可動ミラーの位置対印加電圧の図である。
【図４】干渉変調器ディスプレイを駆動するために使用可能な行及び列の電圧の組の図である。
【図５Ａ】図２の３×３干渉変調器ディスプレイの表示データのフレームの一例を示す。
【図５Ｂ】図５Ａのフレームを描くのに使用可能な行及び列の信号用のタイミング図の一例を示す。
【図６Ａ】複数の干渉変調器を備えた画像表示装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。
【図６Ｂ】複数の干渉変調器を備えた画像表示装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。
【図７Ａ】図１の装置の断面図である。
【図７Ｂ】干渉変調器の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｃ】干渉変調器の他の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｄ】干渉変調器の更に他の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｅ】干渉変調器の更なる代替実施形態の断面図である。
【図８Ａ】ディスプレイ装置の一実施形態の断面図である。
【図８Ｂ】ディスプレイ装置の他の実施形態の断面図である。
【図８Ｃ】ディスプレイ装置の一実施形態の斜視図である。
【図８Ｄ】ディスプレイ装置の他の実施形態の斜視図である。
【図９Ａ】図８Ｃのディスプレイ装置の上面図である。
【図９Ｂ】図８Ｄのディスプレイ装置の上面図である。
【図１０Ａ】ホログラフィックフィルムの上面図である。
【図１０Ｂ】ホログラフィックフィルムの上面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂの構造の断面図である。
【図１１Ａ】ホログラフィックフィルム及び関連する支持構造の断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａのホログラフィックフィルム及び関連する支持構造の一実施形態の上面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａのホログラフィックフィルム及び関連する支持構造の他の実施形態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な記載は、特定の実施形態に対するものである。しかしながら、本願の教示は、多種多様な方法で応用可能である。本説明においては、全体にわたり同様の部分には同様の参照符号を付した図面を参照する。動的な画像（例えば、ビデオ）又は静的な画像（例えば、静止画）や、文字又は図表の画像を表示するように設計されているあらゆる装置において、本実施形態を実装可能である。更に、携帯電話、無線装置、ＰＤＡ、携帯型コンピュータ、ＧＰＳ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、置時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ（例えば、走行距離計等）、コックピット制御機器及び／又はディスプレイ、カメラビューのディスプレイ（例えば、自動車の後方ビューカメラのディスプレイ）、電子写真、電光掲示板または電光サイン、プロジェクタ、建築物、パッケージング、審美的構造（例えば、宝石に対する画像表示）等の多種多様な電子機器において又はこれらに関連して、本実施形態を実施可能であるが、これらに限定されるものではない。本願で説明されるものと同様の構造のＭＥＭＳ装置を、電子スイッチ装置等のディスプレイ以外の応用においても使用可能である。
【００１２】
本願で開示される一部実施形態には、光源と、ホログラフィック光“方向転換”フィルムを有する導光パネルとを含む照明システムが含まれる。光源は、点光源（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ，ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ））や、線光源であり得る。ホログラフィックフィルムは、回折屈折率（ＤＲＩ，ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）構造を有するホログラムを含む。光源からの光は、導光パネル内に注入されて、パネルを介して伝播して、ＤＲＩ構造に接触する。ＤＲＩ構造は、例えば干渉変調器で形成されたディスプレイに向けて、パネルの外へと光を方向転換させる。一部実施形態では、ＤＲＩ構造の密度が、光源からの距離の増大と共に増大する。有利には、パネルの外に方向転換された光の光束は、パネルの所望の領域（例えば、画素が配置されるディスプレイのアクティブエリアに対応する領域）にわたって高い均一性を有することができる。
【００１３】
干渉ＭＥＭＳディスプレイ素子を備えた干渉変調器ディスプレイの一実施形態を、図１に示す。この装置において、画素は、明状態または暗状態のどちらかである。明（“緩和”、“オープン”）状態において、ディスプレイ素子は、入射可視光の大部分を使用者に反射する。暗（“作動”、“クローズ”）状態において、ディスプレイ素子は、入射可視光の僅かしか使用者に反射しない。実施形態に応じて、“オン”及び“オフ”状態の光の反射性を逆にしてもよい。ＭＥＭＳ画素は、選択された色を主に反射するように構成可能であり、白黒に加えてカラーディスプレイが可能である。
【００１４】
図１は、画像ディスプレイの一続きの画素の内の二つの隣接する画素を示す等角図である。ここで、各画素は、ＭＥＭＳ干渉変調器を備えている。一部実施形態では、干渉変調器ディスプレイは、これら干渉変調器の行列のアレイを備える。各干渉変調器は、互いに可変で制御可能な距離に配置された一対の反射層を含み、少なくとも一つの可変寸法を備えた共鳴光学ギャップを形成する。一実施形態において、反射層の一方は、二つの位置の間を移動し得る。第一の位置（緩和位置と称する）では、可動反射層は、固定された部分反射層から比較的離れた位置に在る。第二位置（作動位置と称する）では、可動反射層は、部分反射層により近づいて隣接する位置に在る。これら二つの層から反射される入射光は、可動反射層の位置に応じて、建設的に又は破壊的に干渉して、各画素に対して全体的な反射状態または非反射状態のどちらかがもたらされる。
【００１５】
図１に示される画素アレイの一部は、二つの隣接する干渉変調器１２ａ及び１２ｂを含む。左側の干渉変調器１２ａでは、可動反射層１４ａが、光学積層体１６ａ（部分反射層を含む）から所定の距離離れた緩和位置で示されている。右側の干渉変調器１２ｂでは、可動反射層１４ｂが、光学積層体１６ｂに隣接した作動位置で示されている。
【００１６】
本願において、光学積層体１６ａ及び１６ｂ（まとめて光学積層体１６と称する）は典型的に複数の結合層を備え、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ，ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）等の電極層、クロム等の部分反射層、及び、透明誘電体を含み得る。従って、光学積層体１６は、導電性であり、部分的には透明で部分的には反射性であり、例えば、透明基板２０上に上述の層を一層以上堆積させることによって、製造可能である。部分反射層は、多様な金属、半導体、誘電体等の部分反射性である多様な物質から形成可能である。部分反射層は一層以上の物質層で形成可能であり、各層は単一の物質または複数の物質の組み合わせで形成可能である。
【００１７】
一部実施形態では、光学積層体１６の層が平行なストリップにパターニングされて、以下で説明するようなディスプレイ装置の行電極を形成し得る。可動反射層１４ａ、１４ｂは、ポスト１８の上面と、ポスト１８間に堆積させた介在犠牲物質の上面とに堆積させた列を形成する堆積金属層（一層または複数層）の一続きの平行なストリップ（１６ａ及び１６ｂの行電極に直交する）として形成され得る。犠牲物質がエッチングされると、画定されたギャップ１９によって、可動反射層１４ａ、１４ｂが光学積層体１６ａ、１６ｂから離隔される。反射層１４用には、アルミニウム等の高導電性及び反射性物質を使用可能であり、そのストリップが、ディスプレイ装置の列電極を形成し得る。図１は縮尺どおりではない点に留意されたい。一部実施形態では、ポスト１８間の間隔が１０〜１００μｍのオーダとなり得る一方で、ギャップ１９が１０００オングストローム未満のオーダとなり得る。
【００１８】
電圧が印加されていないと、図１の画素１２ａに示されるように、可動反射層１４ａと光学積層体１６ａとの間にギャップ１９が残ったままであり、可動反射層１４ａは、機械的に緩和状態にある。一方で、選択された行と列に電位（電圧）の差が印加されると、対応する画素の行電極と列電極の交差する部分に形成されるキャパシタが帯電して、静電力が電極を互いに引き寄せる。電圧が十分に高いと、可動反射層１４が変形して、光学積層体１６に押し付けられる。光学積層体１６内の誘電体層（図１に示さず）は、短絡を防止して、図１の右側の作動画素１２ｂに示されるように、層１４と層１６との間の間隔を制御することができる。印加される電位差の極性に関わり無く、挙動は同じである。
【００１９】
図２から図５は、ディスプレイ応用における干渉変調器のアレイを用いるためのプロセス及びシステムの一例を示す。
【００２０】
図２は、干渉変調器を組み込み得る電子装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。電子装置はプロセッサ２１を含み、そのプロセッサ２１は、ＡＲＭ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ（登録商標）、ＡＬＰＨＡ（登録商標）等の汎用のシングルチップまたはマルチチップのマイクロプロセッサであり、又は、デジタル信号プロセッサや、マイクロコントローラやプログラマブルゲートアレイ等の専用マイクロプロセッサであり得る。従来技術のように、プロセッサ２１は、一つ以上のソフトウェアモジュールを実行するように構成され得る。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、ｅメールプログラムや、他のソフトウェアアプリケーション等の一つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成され得る。
【００２１】
一実施形態では、プロセッサ２１は、アレイドライバ２２と通信するようにも構成されている。一実施形態では、アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイ又はパネル３０に信号を提供する行ドライバ回路２４及び列ドライバ回路２６を含む。図１に示されるアレイの断面図は、図２の線１‐１に沿って示されている。図２には明確性のため、干渉変調器の３×３のアレイが示されているが、ディスプレイアレイ３０は多数の干渉変調器を含み得て、また、列と行とで異なる数の干渉変調器を含み得る（例えば行毎に１３０画素で、列毎に１９０画素）ことには留意されたい。
【００２２】
図３は、図１の干渉変調器の例示的な実施形態に対する可動ミラー位置対印加電圧のダイアグラムを示す。ＭＥＭＳ干渉変調器に対しては、行／列の作動プロトコルは、図３に示されるような装置のヒステリシス特性を利用し得る。干渉変調器は、例えば、可動層を緩和状態から作動状態に変形させるのに、１０ボルトの電位差を必要とし得る。一方で、この値よりも電圧が減少すると、電圧が１０ボルト未満に下がっても、可動層がその状態を維持する。図３の例示的な実施形態では、可動層は、電圧が２ボルト未満に下がるまで完全には緩和しない。従って、電圧範囲（図３に示される例では略３から７Ｖ）が存在し、装置が緩和状態又は作動状態のどちらかで安定している印加電圧のウィンドウが存在する。これを本願では、“ヒステリシスウィンドウ”または“安定ウィンドウ”と称する。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイに対しては、行／列の作動プロトコルを以下のように構成可能である。即ち、行のストローブ中には、作動されるべきストローブ行の画素が略１０ボルトの電圧の差に晒されて、緩和されるべき画素がゼロボルトに近い電圧の差に晒されるように構成可能である。ストローブ後には、画素が略５ボルトの安定状態又はバイアス電圧の差に晒されて、画素が、行のストローブによって与えられた状態を保つ。描かれた後には、各画素は、本実施例では３〜７ボルトの“安定ウィンドウ”内の電位差を見る。この特徴は、図１に示される画素構造を、同一の印加電圧条件の下において、作動または緩和の既存状態のどちらかで安定させる。干渉変調器の各画素（作動又は緩和状態）は本質的に、固定反射層及び可動反射層によって形成されたキャパシタであるので、ほぼ電力消費無く、ヒステリシスウィンドウ内の電圧において、この安定状態を保持することができる。印加電位が固定されていれば、本質的に電流は画素内に流れない。
【００２３】
後述のように、典型的な応用では、画像のフレームは、第１番目の行の作動画素の所望の組に従った列電極の組にわたるデータ信号（それぞれ特定の電圧レベルを有する）の組を送信することによって、生成され得る。その後、行パルスが第１番目の行の電極に印加されて、データ信号の組に対応する画素を作動させる。その後、第２番目の行の作動画素の所望の組に対応するために、データ信号の組を変更する。その後、パルスが第２番目の行の電極に印加されて、データ信号に従って第２番目の行の適切な画素を作動させる。第１番目の行の画素は、第２番目の行のパルスによって影響されず、第１番目の行のパルスの間に設定された状態のままである。このことが、一続きの行全体に対して逐次的に反復されて、フレームを生成する。一般的に、秒毎の所望のフレーム数でこのプロセスを連続的に反復することによって、フレームがリフレッシュされ及び／又は新しい画像に更新される。画像のフレームを生成するための画素アレイの行電極及び列電極を駆動する多種多様なプロトコルが使用可能である。
【００２４】
図４及び図５は、図２の３×３アレイ上に表示フレームを生成する作動プロトコルとして考えられるものの一つを示す。図４は、図３のヒステリシス曲線を示す画素に対して使用され得る列及び行の電圧レベルの組として考えられるものの一つを示す。図４の実施形態において、画素を作動させることには、適切な列を−Ｖバイアスに設定し、適切な行を＋ΔＶに設定することが含まれ、それぞれ−５ボルトと＋５ボルトに対応し得る。画素の緩和は、適切な列を＋Ｖバイアスに設定し、適切な行を同じ＋ΔＶに設定して、画素に対する電位差をゼロボルトにすることによって、達成される。行の電圧がゼロボルトに保たれている行においては、列が＋Ｖバイアスであるか−Ｖバイアスであるかに関わらず、画素は元々の状態で安定である。また、図４に示されるように、上述のものとは逆極性の電圧も使用可能である。例えば、画素を作動させることは、適切な列を＋Ｖバイアスに設定し、適切な行を−ΔＶに設定することを含むことができる。この実施形態では、画素の緩和は、適切な列を−Ｖバイアスに設定し、適切な行を同じ−ΔＶに設定して、画素に対して電位差をゼロボルトにすることによって、達成される。
【００２５】
図５Ｂは、図２の３×３アレイに印加される一続きの行及び列の信号を示すタイミング図であり、図５Ａに示される表示配置がもたらされる。ここで、作動画素は非反射性である。図５Ａに示されるフレームを描く前においては、画素はいずれの状態であってもよく、この例では、全ての行は最初０ボルトであり、全ての列は＋５ボルトである。これらの印加電圧に対しては、全ての画素は、作動又は緩和のその時点での状態で安定である。
【００２６】
図５Ａのフレームでは、画素（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）、（３，３）が作動している。これを達成するためには、行１に対する“ライン時間”中に、列１及び列２は−５ボルトに設定され、列３は＋５ボルトに設定される。全ての画素が３〜７ボルトの安定ウィンドウ内のままであるので、これによっては、いずれの画素の状態も変化しない。その後、行１が、０から５ボルトに上がりゼロに戻るパルスで、ストローブされる。これによって、（１，１）及び（１，２）の画素を作動させて、（１，３）の画素を緩和する。アレイの他の画素は影響を受けない。要求どおりに行２を設定するため、列２を−５ボルトに設定し、列１及び列３を＋５ボルトに設定する。その後、行２に印加される同じストローブによって、画素（２，２）を作動させて、画素（２，１）及び（２，３）を緩和する。ここでも、アレイの他の画素は影響を受けない。同様に、列２及び列３を−５ボルトに設定して、列１を＋５ボルトに設定することによって、行３を設定する。行３のストローブは、行３の画素を図５Ａに示されるように設定する。フレームを描いた後において、行の電位はゼロであり、列の電位は＋５又は−５ボルトのどちらかを保つことができ、そうして、ディスプレイは図５Ａの配置で安定である。同じ手順を、数十又は数百の行列のアレイに対して用いることができる。また、行及び列の作動を実施するために用いられるタイミング、シーケンス及び電圧レベルは、上述の基本原理内において多様に変更可能であり、上述の例は単に例示的なものであり、何らかの作動電圧方法を本願のシステム及び方法で使用可能である。
【００２７】
図６Ａ及び図６Ｂは、ディスプレイ装置４０の一実施形態を示すシステムブロック図である。ディスプレイ装置４０は例えば携帯電話である。しかしながら、ディスプレイ装置４０の同一の構成要素又はその僅かな変形体は、テレビや携帯型メディアプレーヤー等の多種多様なディスプレイ装置の実例にもなる。
【００２８】
ディスプレイ装置４０は、ハウジング４１と、ディスプレイ３０と、アンテナ４３と、スピーカー４５と、入力装置４８と、マイク４６とを含む。ハウジング４１は、多種多様な製造方法のいずれかによって一般的には形成され、射出成形、真空成形が挙げられる。また、ハウジング４１は、多種多様な物質のいずれかから形成可能であり、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、セラミック、それらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、ハウジング４１は、取り外し可能部（図示せず）を含む。該取り外し可能部は、色の異なる又は異なるロゴや画像やシンボルを含む他の取り外し可能部と交換可能である。
【００２９】
例示的なディスプレイ装置４０のディスプレイ３０は、多種多様なディスプレイのいずれかであり得て、本願で説明されるような双安定性（ｂｉ−ｓｔａｂｌｅ）ディスプレイが含まれる。他の実施形態では、ディスプレイ３０は、当業者に周知なように、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ  ＬＣＤ、ＴＦＴ  ＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイや、ＣＲＴや他のチューブデバイス等の非フラットパネルディスプレイを含む。しかしながら、本願の実施形態を説明するために、ディスプレイ３０は、本願で説明されるような干渉変調器ディスプレイを含む。
【００３０】
図６Ｂに、例示的なディスプレイ装置４０の一実施形態の構成要素を概略的に示す。図示されている例示的なディスプレイ装置４０は、ハウジング４１を含み、また、それに少なくとも部分的に封入される追加の構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態では、例示的なディスプレイ装置４０は、送受信機４７に結合されているアンテナ４３を含むネットワークインターフェイス２７を備える。送受信機４７はプロセッサ２１に接続されていて、プロセッサ２１は調整ハードウェア５２に接続されている。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（例えば信号をフィルタリングする）ように構成可能である。調整ハードウェア５２は、スピーカー４５及びマイク４６に接続されている。また、プロセッサ２１は、入力装置４８及びドライバ制御装置２９にも接続されている。ドライバ制御装置２９は、フレームバッファ２８及びアレイドライバ２２に結合されている。アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイ３０に結合されている。電源５０は、この特定の例示的なディスプレイ装置４０の構成に必要とされるような全ての構成要素に電力を供給する。
【００３１】
ネットワークインターフェイス２７は、アンテナ４３及び送受信機４７を含み、例示的なディスプレイ装置４０が、ネットワーク上の一つ以上の装置と通信できるようになっている。一実施形態では、ネットワークインターフェイス２７は、プロセッサ２１の要求を軽減するためにある程度の処理能力を有し得る。アンテナ４３は、信号の送受信用として当業者に知られているアンテナのいずれかである。一実施形態では、アンテナは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格（ＩＥＥＥ８０２．１１（ａ）、（ｂ）又は（ｇ）を含む）に準拠したＲＦ信号を送受信する。他の実施形態では、アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ規格に準拠したＲＦ信号を送受信する。携帯電話の場合には、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ、Ｗ‐ＣＤＭＡ等の無線携帯電話ネットワーク内で通信するために用いられる周知の信号を受信するようにアンテナが設計されている。送受信機４７は、アンテナ４３から受信した信号を前処理して、その後、信号がプロセッサ２１によって受信されて、更に処理されるようにし得る。また、送受信機４７は、プロセッサ２１から受信した信号も処理して、その後、信号が、アンテナ４３を介して例示的なディスプレイ装置４０から送信されるようにし得る。
【００３２】
代替的な一実施形態では、送受信機４７が、受信機に交換可能である。更に他の代替的な実施形態では、ネットワークインターフェイス２７が、プロセッサ２１に送信されるべき画像データを記憶すること又は発生させることが可能な画像ソースに交換可能である。例えば、画像ソースは、画像データを含むＤＶＤやハードディスクドライブや、画像データを発生するソフトウェアモジュールであり得る。
【００３３】
プロセッサ２１は一般的に、例示的なディスプレイ装置４０の動作全体を制御する。プロセッサ２１は、データ（ネットワークインターフェイス２７や画像ソースからの圧縮画像データ等）を受信し、そのデータを生の画像データに処理するか、又は、生の画像データに容易に処理されるフォーマットに処理する。その後、プロセッサ２１は、記憶用のフレームバッファ２８に又はドライバ制御装置２９に処理されたデータを送信する。生データは典型的に、画像内の各位置において画像特性を識別する情報を称する。例えば、このような画像特性は、色、彩度、グレイスケールレベルを含み得る。
【００３４】
一実施形態では、プロセッサ２１は、例示的なディスプレイ装置４０の動作を制御するマイクロ制御装置、ＣＰＵ、又は、論理ユニットを含む。調整ハードウェア５２は一般的に、スピーカー４５に信号を送信するための、また、マイク４６から信号を受信するためのアンプ及びフィルタを含む。調整ハードウェア５２は、例示的なディスプレイ装置４０内の個別の構成要素であってもよく、プロセッサ２１や他の構成要素に組み込まれたものであってもよい。
【００３５】
ドライバ制御装置２９は、プロセッサ２１が発生させた生の画像データを、プロセッサから直接、又は、フレームバッファ２８から受信し、アレイドライバ２２に対する高速送信用に適切な生の画像データに再フォーマットする。特に、ドライバ制御装置２９は、生の画像データを、ラスタ状フォーマットを有するデータフローに再フォーマットして、データフローが、ディスプレイアレイ３０にわたる走査に適した時間オーダを有するようになる。その後、ドライバ制御装置２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２に送信する。ＬＣＤ制御装置等のドライバ制御装置２９は、独立型の集積回路（ＩＣ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）としてシステムプロセッサ２１に附随していることが多いが、このような制御装置は多種多様な方法で実装可能である。このような制御装置は、ハードウェアとしてプロセッサ２１内に組み込み可能であるし、ソフトウェアとしてプロセッサ２１内に組み込み可能であるし、アレイドライバ２２と共にハードウェア内に完全に集積可能でもある。
【００３６】
典型的には、アレイドライバ２２は、ドライバ制御装置２９からフォーマットされた情報を受信し、ビデオデータを、波形の並列的な組に再フォーマットする。この波形の並列的な組は、ディスプレイの画素のｘ‐ｙマトリクスによってもたらされる数百の（数千のこともある）リードに対して、一秒間に何度も印加される。
【００３７】
一実施形態では、ドライバ制御装置２９、アレイドライバ２２及びディスプレイアレイ３０は、本願で説明されるあらゆる種類のディスプレイに対しても適合するものである。例えば、一実施形態では、ドライバ制御装置２９は、従来のディスプレイ制御装置、又は、双安定性ディスプレイ制御装置（例えば、干渉変調器制御装置）である。他の実施形態では、アレイドライバ２２は、従来のドライバ、又は、双安定性ディスプレイドライバ（例えば、干渉変調器ディスプレイ）である。一実施形態では、ドライバ制御装置２９は、アレイドライバ２２と集積される。このような実施形態は、携帯電話、腕時計、他の小型ディスプレイ等の高集積システムにおいて一般的である。更に他の実施形態では、ディスプレイアレイ３０は、典型的なディスプレイアレイ、または、双安定性ディスプレイアレイ（例えば、干渉変調器のアレイを含むディスプレイ）である。
【００３８】
入力装置４８によって、使用者が例示的なディスプレイ装置４０の動作を制御することが可能になる。一実施形態では、入力装置４８は、キーパッド（ＱＷＥＲＴＹキーボードや電話のキーパッド等）、ボタン、スイッチ、タッチスクリーン、感圧又は感熱膜を含む。一実施形態では、マイク４６が、例示的なディスプレイ装置４０用の入力装置になる。マイク４６を用いて装置にデータを入力する場合には、例示的なディスプレイ装置４０の動作を制御するために、使用者によって音声命令が提供され得る。
【００３９】
電源５０は、当該分野で周知の多種多様なエネルギー貯蔵装置を含むことができる。例えば、一実施形態では、電源５０は、ニッケル・カドミウム電池やリチウムイオン電池等の充電可能な電池である。他の実施形態では、電源５０は、再生可能エネルギー源、キャパシタ、又は、太陽電池であり、プラスチック太陽電池や太陽電池ペイントが挙げられる。他の実施形態では、電源５０は、壁コンセントから電力を供給されるように構成されている。
【００４０】
一部実施形態では、上述のように、電子ディスプレイシステム内の複数の位置に配置可能なドライバ制御装置に、制御プログラム可能性が備わっている。場合によっては、制御プログラム可能性は、アレイドライバ２２に備わっている。上述の最適化は、如何なる数のハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素においても、また、多種多様な構成においても実施可能である。
【００４１】
上述の原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は、多種多様なものであり得る。例えば、図７Ａ〜図７Ｅは、可動反射層１４とその支持構造体の五つの異なる実施形態を示す。図７Ａは、図１の実施形態の断面図であり、金属物質のストリップ１４が、直交して延伸する支持体１８の上に堆積されている。図７Ｂでは、各干渉変調器の可動反射層１４が、正方形又は矩形の形状であり、テザー３２に対して、角でのみ支持体に取り付けられている。図７Ｃでは、可動反射層１４が、正方形又は矩形の形状であり、フレキシブル金属を含み得る変形可能層３４から懸架されている。変形可能層３４は、該変形可能層３４の周囲において、基板２０に直接的又は間接的に接続する。この接続は、本願において、支持ポストと称される。図７Ｄに示される実施形態は、支持ポストプラグ４２を有する。この支持ポストプラグの上に、変形可能層３４が横たわる。図７Ａ〜７Ｃのように、可動反射層１４はギャップ上に懸架されている。しかしながら、変形可能層３４と光学積層体１６との間のホールを充填することによって、変形可能層３４が支持ポストを形成してはいない。むしろ、支持ポストは、支持ポストプラグ４２を形成するために用いられる平坦化物質から形成される。図７Ｅに示される実施形態は、図７Ｄに示される実施形態をベースにしたものであるが、図７Ａ〜図７Ｃに示される実施形態、並びに、図示されていない追加の実施形態のいずれにおいても機能し得るものである。図７Ｅに示される実施形態では、金属又は他の導電性物質の追加的な層が用いられて、バス構造４４を形成している。これによって、信号が、干渉変調器の背面に沿ってルーティングすることが可能になり、基板２０上に形成しなければならなかった多数の電極を省略することが可能になる。
【００４２】
図７に示されるような実施形態では、干渉変調器は、直視型装置として機能し、画像は透明基板２０の前面から視られ、その反対側に変調器が配置されている。こうした実施形態では、反射層１４は、変形可能層３４を含む基板２０に対向する反射層の側において、干渉変調器の一部を光学的に遮蔽する。これによって、遮蔽された領域を、画像の質に悪影響を与えずに、構成及び動作させることが可能になる。例えば、このような遮蔽によって、変調器の光学的特性を変調器の電気機械的特性（アドレシングや該アドレシングの結果による移動等）から分離する性能を提供する図７Ｅのバス構造４４が可能になる。この分離可能な変調器の設計によって、変調器の電気機械的側面及び光学的側面用に用いられる構造設計及び物質が、互いに独立に選択され、また、機能することが可能になる。更に、図７Ｃ〜図７Ｅに示される実施形態は、反射層１４の光学的特性をその機械的特性から切り離すこと（このことは、変形可能層３４によって達成される）に因る追加的な利点を有する。これによって、光学的特性に関して、反射層１４に用いられる構造設計及び物質を最適化することが可能になり、また、所望の機械的特性に関して、変形可能層３４に用いられる構造設計及び物質を最適化することが可能になる。
【００４３】
干渉変調器に入射した光は、光学積層体１６と反射層１４との間の距離に応じて、建設的又は破壊的な干渉によって、反射されるか又は吸収される。干渉変調器を用いたディスプレイの知覚される輝度及び質は、ディスプレイに入射した光に依存する。何故ならば、その光が反射されてディスプレイに画像を生成するからである。環境光の少ない状態等の一部状況においては、照明システムを用いてディスプレイを照明して画像を生成し得る。
【００４４】
図８Ａは、ディスプレイ８１に隣接して配置された導光パネル８０を含む照明システムを含むディスプレイ装置の断面図である。導光パネル８０は、記録されたホログラムを有するホログラフィック光方向転換フィルム８９を含む。一部実施形態では、図示されているように、ホログラフィックフィルム８９は、支持プレート８３に取り付けられ支持されている。ディスプレイ８１は、例えば複数の空間光変調器、干渉変調器、液晶素子等の多様なディスプレイ素子を含み得て、ホログラフィックフィルム８９の主表面に平行に配置され得る。ホログラフィックフィルム８９は、導光パネル８０を伝播する光をディスプレイ８１に向ける。一部実施形態では、照明システムは、フロントライト型であり、ディスプレイ８１から反射された光が、導光パネル８０に戻りそこを透過して出て行き、使用者に向かう。ディスプレイ８１は、一部実施形態においてディスプレイ３０（図６Ａ及び図６Ｂ）となり得る。
【００４５】
ホログラフィックフィルム８９は、ホログラムの形成をサポートできて、また、フィルム８９を介する光の伝播もサポートできる物質で形成される。一部実施形態では、支持プレート８３も、プレート８３を介する光の伝播をサポートできて、ホログラフィックフィルム８９を支持するのに十分な構造的完全性を有する物質で形成される。例えば、支持プレート８３は、ガラス、プラスチック、又は他の透明性の高い物質で形成可能である。一部実施形態では、支持プレート８３は、ホログラフィックフィルム８９に直接取り付けられて、プレート８３及びホログラフィックフィルム８９が、例えば全内部反射によって光が伝播する単一のユニットを形成する。他の実施形態では、プレート８３が、屈折率整合層によってホログラフィックフィルム８９に結合され、その屈折率整合層は、全内部反射用に、プレート８３からホログラフィックフィルム８９内への光の伝播、又はその逆の光の伝播を容易にする。
【００４６】
他の一部実施形態では、プレート８３及びホログラフィックフィルム８９が光学的に分離されていて、ディスプレイに向けて方向転換された光が、ホログラフィックフィルム８９のみを介して全内部反射によって実質的に伝播する。プレート８３及びホログラフィックフィルム８９は、これらの部分を形成する物質の屈折率の差によって、又はこれらの部分の間に挿入された屈折率分離層によって、光学的に分離可能である。屈折率分離層が、プレート８３及び／又はホログラフィックフィルム８９の物質とは十分に異なる屈折率を有して、プレート８３とホログラフィックフィルム８９との間の光の伝播を最小化することができる点には留意されたい。
【００４７】
図８Ｂを参照すると、他の一部実施形態では、ホログラフィックフィルム８９が、更なる機械的支持のために及び／又はホログラフィックフィルム８９を保護するために、二つの支持プレート８３ａ及び８３ｂの間に配置される。プレート８３ａは、プレート８３ｂと同様の物質で形成され得る。ホログラフィックフィルム８９は、図８Ａを参照して上述したように、プレート８３ａ及び８３ｂに対して光学的に結合又は分離され得る。一部構成においては、ホログラフィックフィルム８９を、プレート８３ａ、８３ｂの一方に結合させて、プレート８３ａ、８３ｂの他方から分離させることができる。
【００４８】
図８Ｃに示されるように、光バー９０を含む光源によって、光が導光パネル内に注入され得る。光バー９０は、発光体（光エミッタ）９２から光を受光するための第一の端部９０ａを有する。発光体９２は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得るが、他の発光装置も考えられる。光バー９０は、その光バー９０の長さ方向に沿った光の伝播をサポートする実質的に光透過性の物質を含む。発光体９２から放出された光は光バー９０内へと伝播する。光は、例えば、光バーの側壁（空気又は他の周囲流体又は他の媒体との界面を形成する）における全内部反射によって導光される。例えば、光バー９０が、導光パネル８０及びホログラフィックフィルム８９と同様の屈折率の物質で形成されている場合、光バー９０を、空気、流体又は固体媒体によってパネル８０から分離して、光バー９０内部での全内部反射を促進することができる。
【００４９】
光バー９０は、少なくとも一つの側部、例えば導光パネル８０に対して実質的に反対側の側部９０ｂに方向転換微細構造を含む。方向転換微細構造は、光バー９０の側部９０ｂに入射した光を方向転換させて、光を光バー９０の外（例えば側部９０ｃの外）からパネル９０内に向けるように構成される。光バー９０の方向転換微細構造は、入射光をパネル８０に向けて反射するファセット９０ａを有する複数の方向転換特徴部９１を含む。図８Ｃに示される特徴部９１は概略的なものであり、そのサイズ及びその間の間隔が誇張されている点には留意されたい。特徴部９１のサイズ、形状、密度、位置等は、所望の光方向転換効果を得るために、図示されたものから変更可能である。
【００５０】
照明装置は、光バー９０と導光パネル９０との間に結合光学系（図示せず）を更に含むことができる。例えば、結合光学系は、光バー９０から伝播する光のコリメート、増幅、拡散、色の変更等を行い得る。
【００５１】
従って、光は第一の端部９０ａから光バー９０の第二の端部９０ｄの方向に伝わり、また、第一の端部９０ａに向けて反射されて戻って来得る。その途中で、光を、隣接する導光パネル８０に向けて方向転換させることができる。導光パネル８０は、方向転換微細構造によって方向転換されて光バー９０の外へと向けられた光を受光するように、光バー９０に対して配置される。
【００５２】
図８Ｄを参照すると、好ましい実施形態において、光源が点光源９３であり得て、照明システム、ディスプレイ装置及びそれらの製造を単純化するという利点を有する。点光源９３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は他の発光装置となり得る。図示される実施形態では、点光源９３は、導光パネル８０のエッジ（例えばコーナー）に配置される。点光源９３の発光面９４は、パネル８０のエッジと向き合う。光が、発光面９４において点光源９３から出て行く点は留意されたい。点光源９３は、導光パネル８０全体にわたって光を注入するのに十分な角度範囲で、導光パネル８０の平面に対して光を分散させる。他の実施形態では、点光源９３が、導光パネル８０内への所望の光注入に十分な角度範囲で光を分散させるのかどうかに応じて、点光源９３を、導光パネル８０のコーナー以外の箇所に配置することができる。例えば、１８０°の円弧にわたって光を分散させる点光源９３を、例えばパネル８０のエッジのノッチに配置し得る。
【００５３】
図８Ｄを続けて参照すると、導光パネル８０は、支持プレート８３及びホログラフィックフィルム８９を含み、これらはディスプレイ８１と向き合って配置されている。上述のように、導光パネル８０に、例えばホログラフィックフィルム８９を挟み込む追加の支持プレート、及び／又は、支持プレートとホログラフィックフィルム８９との間の屈折率結合又は分離層を設けることが可能である。
【００５４】
光源（例えば点光源９３（図８Ｄ））によって導光パネル８０に注入された後、パネル８０を介して伝播する光は、パネル８０に形成された回折屈折率（ＤＲＩ，ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）構造によって、ディスプレイ８１（図８Ａ〜図８Ｄ）に向けて方向転換される。
【００５５】
ＤＲＩ構造を、所望の光方向転換特性を得るために、多様なパターンでホログラフィックフィルム８９上に分布させることができる。面積当たりのパワーの均一性は、ディスプレイ８１を均一に照明するために多くの応用において望まれるものである点には留意されたい。ＤＲＩ構造は、面積当たりのパワーの優れた均一性が得られるように配置され得る。一部実施形態では、ディスプレイ８１に向けられる光の面積当たりのパワーは、ディスプレイ８１に対応するホログラフィックフィルム８３の面積にわたって実質的に均一である。特定の実施形態では、ディスプレイの画像素子に対応するホログラフィックフィルムの全面積に対して、面積当たりの方向転換された光の光束の最小値対最大値の比は、０．２０よりも大きい。
【００５６】
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、ＤＲＩ構造の密度は、光源からの距離が増大するのと共に、増大する。図９Ａを参照すると、単位面積当たりのＤＲＩ構造の数は、線光源９０に直接隣接するホログラフィックフィルムのエッジからの距離が増大するのと共に、増大する。図９Ｂを参照すると、単位面積当たりのＤＲＩ構造の数は、点光源９３からの距離と共に増大する。ＤＲＩ構造の密度の増大は、図９Ａ及び図９Ｂのシェーディングの密度によって概略的に表されている。
【００５７】
一部実施形態では、ＤＲＩ構造の密度の変化によって、単位面積当たりの方向転換された光の光束が、ディスプレイ８１（図８Ａ〜図８Ｄ）に対応するホログラフィックフィルム８９の面積にわたって高度に均一となる。光が導光パネル８０を介して伝播するので、一部の光量が、ＤＲＩ構造に接触して、パネル８０の外に方向転換される。従って、パネル８０を介して伝播する残りの光量は、光源からの距離と共に減少し、より多くの光がＤＲＩ構造との接触によって方向転換される。パネル８０を介して伝播する光量の減少を補償するために、ＤＲＩ構造の密度が、光源からの距離と共に増大し得る。
【００５８】
ＤＲＩ構造の密度が、導光パネル８０の抽出効率に関係している点には留意されたい。抽出効率は、パネル８０内を伝播し続ける光量と比較した際のパネル８０の外に向けられる光量の尺度である。光源からの距離の増大に伴うＤＲＩ構造の密度の増大によって、抽出効率が、光源から離れると高くなり、光源に近づくと減少する。一般的に、パネル８０を介する光の伝播を促進するため、抽出効率は低い。一部実施形態では、抽出効率は略５０％以下又は略４０％以下である。従って、パネル８０を介して伝播する光の略５０％未満又は略４０％未満が、パネル８０の外に向けられる。
【００５９】
パネル８０内のＤＲＩ構造の密度とは、パネル８０の単位体積当たりのＤＲＩ構造によって占められている体積のことを称する。所定の体積内の単一の大きなＤＲＩ構造又は複数の小さなＤＲＩ構造は、同一の密度を有し得る。従って、密度を、例えば体積当たりのＤＲＩ構造のサイズ及び／又は数の変化によって、変更し得る。
【００６０】
ＤＲＩ構造は、ホログラム素子であり、ホログラフィックフィルムのホログラムに記録することによって形成されている。ホログラムは、当該分野において知られている多様な方法によって記録可能である。
【００６１】
一部実施形態では、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すると、ホログラフィックフィルム８８が記録用に提供される。図示されるように、ホログラフィックフィルム８８を、支持プレート８３に取り付けて提供することができる。他の実施形態では、ホログラフィックフィルム８８を、ホログラムの記録後に支持プレート８３に取り付けることができる。
【００６２】
本願での説明を簡単にするために“フィルム”との用語を用いてはいるが、ホログラフィックフィルム８８、８９（図８Ａ〜図９Ｂ）は、シート又は単純な物質層以外の多様な三次元形状をとることができる。更に、ホログラフィックフィルム８８、８９を、ホログラムを形成することができて、また、媒体を介する光の伝播をサポートすることができる一種以上の物質で形成することができる。ホログラフィックフィルム８８、８９用の物質の例としては、重クロム酸ゼラチン、感光性樹脂膜、ハロゲン化銀乳剤や、当該分野において知られている他の物質が挙げられる。
【００６３】
図１０Ａ〜図１０Ｃを続けて参照すると、ホログラムがホログラフィックフィルム８８に記録されて、記録されたホログラムを有するホログラフィックフィルム８９（図８Ａ〜図９Ｂ）が形成される。複数のレーザビームが、二つの主方向からホログラフィックフィルム８８に向けられる。第一の組のレーザビームは、フィルムのエッジからホログラフィックフィルム８８内に向けられて、第二の組のレーザビームは、ホログラフィックフィルム８８の主表面に入射する。
【００６４】
この第一の組のレーザビームの方向及び入射は、後に光源からホログラフィックフィルム８８内に向けられる光の方向及び入射に対応する。一部実施形態では、図１０Ａを参照すると、レーザビームは、後に線光源からの光がフィルム８８内に注入される箇所であるエッジ９５に入射する。他の一部実施形態では、図１０Ｂを参照すると、レーザビームは、後に点光源からの光がフィルム８８内に注入される箇所であるエッジ９２に入射する。
【００６５】
第二の組のレーザビームは、ホログラフィックフィルム８８の主表面上に向けられて、光源からホログラフィックフィルム８９（図８Ａ〜図９Ｂ）の外に方向転換された光の所望の方向及び位置に対応する。一部実施形態では、図１０Ｃを参照すると、第二の組のレーザビームは、ホログラフィックフィルム８８に実質的に垂直に、また、その垂線に対して略Ａから略Ｂの角度範囲で向けられる。一部実施形態では、角度Ａ及びＢは等しくて、略３０°以下又は略１５°以下である。特定の実施形態では、ＡからＢの角度範囲は、ホログラフィックフィルム８９によって方向転換された光によって照らされるディスプレイ用の所望の視角に対応する。例えば、結果物のＤＲＩ構造は、主表面に対する垂線に対して測定した際に、略±３０°以下又は略±１５°以下の角度にわたって延伸している円錐内で、ホログラフィックフィルム８９の主表面の外に光を方向転換させることができる。ホログラフィックフィルム８９の外に方向転換された光がより狭い範囲に対して合焦されるので、比較的狭い光の円錐が、ディスプレイ８１の知覚される輝度に対して有益となり得る。更に、一部応用においては、比較的狭い光の円錐は、その狭い円錐がディスプレイ８１の視角を制限するので、プライバシーの観点において望ましいものとなり得る。
【００６６】
ホログラフィックフィルム８９によって照らされるディスプレイは、異なる色を表示する画素を有するカラーディスプレイであり得る。結果として、一部実施形態では、記録されたＤＲＩ構造は、これらの画素によって表示される色に対応する光を方向転換させるように設計される。例えば、画素は、赤、緑、青の色に対応する光を表示して、これらの色の様々な組み合わせによって多様な色を形成する。結果として、ＤＲＩ構造を、赤、緑、青の色に対応する波長において主に光を回折させるように形成することができる。これは、例えば、第一の位置においてホログラフィックフィルムの選択された部分の照明を可能にする開口部を備えたマスクを用い、そして、他の位置（例えば第二及び第三の他の位置）へとマスクをずらすことによって達成可能であり、マスクが各位置にある間にホログラフィックフィルムを露光して、異なる所望の波長、つまりは赤、緑、青等の色を方向転換させるための領域又は“画素”を形成する。各位置において、ホログラフィックフィルムは、異なる波長のレーザ光に露光されて、そのレーザ光の波長は、画素が方向転換させたい光の色に対応するように選択される。レーザ光は、ホログラフィックフィルムに実質的に垂直に配向されたレーザビームを含む。更に、二次ビーム（実質的に垂直なレーザビームと同じ波長を有し得る）が、ディスプレイの照明用に後で設置される光源からの光の所望の角度及び方向と同じ角度及び方向で、ホログラフィックフィルム内に向けられる。画素領域は重畳せず、横方向に分離可能である。従って、画素化ホログラフィックフィルムを形成することができて、各画素が特定の色を優先的に方向転換させる。他の実施形態では、波長範囲が異なるレーザビームを同時にホログラフィックフィルムに向けて、所望の波長の光を主に方向転換させるＤＲＩ構造を同時に形成することができる。
【００６７】
他の構成では、レーザ光の波長が一定に保たれて、ＤＲＩ構造を形成するのに用いられるレーザ光のビーム間の角度を変更することによって、異なる波長の光を方向転換させるホログラフィックフィルムを形成することができる。このような構成は、ＤＲＩ構造を形成するために使用されるレーザ光の全ての波長には反応しないホログラフィック記録物質に所望のＤＲＩ構造を形成するのに適用することができる。有利には、ホログラフィック物質が反応するレーザ光の波長を用い、所望の光の波長における光方向転換を達成するために必要に応じて変化させたレーザ光のビーム間の角度によって、全てのＤＲＩ構造を形成することができる。
【００６８】
図１１Ａ〜図１１Ｃを参照すると、ＤＲＩ構造を、光源からの距離の増大と共に密度が増大するように形成することができる。この密度の変化は、ホログラム記録中に、複数のレーザ又は光遮断構造９６を有するマスクを用いることによって達成可能である。光遮断構造９６の密度は、光源からの直線距離の増大と共に減少する。結果として、より多くのレーザ光が、光源からの距離の増大と共にマスクを通り抜けてホログラフィックフィルム８８上に向かうことによって、距離の増大と共に密度が高くなるＤＲＩ構造が形成される。図１１Ｂに示されるように、光遮断構造の密度は、線光源がホログラフィックフィルム８８と対にされるエッジ９０までの距離と共に減少し得る。図１１Ｃに示されるように、光遮断構造９６の密度は、点光源がホログラフィックフィルム８８と対にされるエッジ９２までの距離と共に減少し得る。記録後において、光遮断構造９６は、ＤＲＩ構造が存在しないホログラフィックフィルムの領域に対応する。
【００６９】
光遮断構造９６及びフィルム８８の相対的なサイズは、図示を簡単にするために誇張されている点には留意されたい。一部実施形態では、光遮断構造９６は、光方向転換の均一性を促進するように小さいものである。光遮断構造９６は、矩形等の規則的な形状を有することができる。他の実施形態では、光遮断構造が他の形状を有したり、その形状及び／又はサイズが変化したりし得る。
【００７０】
ホログラムの記録後に、一部実施形態では、光源（線光源９０、点光源９３等）がホログラフィックフィルム８９（図８Ａ〜図９Ｂ）に取り付けられる。一部実施形態では、ディスプレイ８１もホログラフィックフィルム８９に取り付けられることによって、フィルム８９を含む照明システムを有するディスプレイ装置が形成される。
【００７１】
特定の好ましい実施形態及び例との関係において本発明を開示してきたが、本発明が具体的に開示された実施形態を超えて、他の代替実施形態及び／又は本発明の使用及びその自明な変形例や等価物へと拡張されることを当業者は理解されたい。更に、本発明の複数の変形例について詳細に示して説明してきたが、本発明の範囲内に存する他の変形が、本開示内容に基づいて当業者には容易に明らかとなるものである。また、実施形態の特定の特徴及び側面の多様な組み合わせや部分的な組み合わせを行うことができ、これらも本発明の範囲内に落とし込まれるものである。開示された発明の多様なモードを形成するために、開示された実施形態の多様な特徴及び側面を、互いに組み合わせたり、置換したりすることができることは理解されたい。従って、本願で開示される発明の範囲は、上述の特定の実施形態によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７２】
８０  導光パネル
８１  ディスプレイ
８３  支持プレート
８９  ホログラフィックフィルム
９０  光バー
９１  方向転換特徴部
９２  発光体
９３  点光源
９４  発光面
【図１】
2011527028.tif 000003
【図２】
2011527028.tif 000004
【図３】
2011527028.tif 000005
【図４】
2011527028.tif 000006
【図５Ａ】
2011527028.tif 000007
【図５Ｂ】
2011527028.tif 000008
【図６Ａ】
2011527028.tif 000009
【図６Ｂ】
2011527028.tif 000010
【図７Ａ】
2011527028.tif 000011
【図７Ｂ】
2011527028.tif 000012
【図７Ｃ】
2011527028.tif 000013
【図７Ｄ】
2011527028.tif 000014
【図７Ｅ】
2011527028.tif 000015
【図８Ａ】
2011527028.tif 000016
【図８Ｂ】
2011527028.tif 000017
【図８Ｃ】
2011527028.tif 000018
【図８Ｄ】
2011527028.tif 000019
【図９Ａ】
2011527028.tif 000020
【図９Ｂ】
2011527028.tif 000021
【図１０Ａ】
2011527028.tif 000022
【図１０Ｂ】
2011527028.tif 000023
【図１０Ｃ】
2011527028.tif 000024
【図１１Ａ】
2011527028.tif 000025
【図１１Ｂ】
2011527028.tif 000026
【図１１Ｃ】
2011527028.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月17日(2011.2.17)
【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】
ホログラムを備えた画素化ホログラフィックフィルムを備えた照明装置であって、
前記ホログラムが、重畳せずに横方向に隣接する複数の光方向転換ホログラフィック画素を形成する複数の回折屈折率構造を備え、該複数の画素が複数の画素の組を形成し、各組が、他の組の画素によって主に方向転換される光とは異なる色に対応する光を主に方向転換させるように構成されていて、
前記ホログラフィックフィルムが、前記ホログラフィックフィルムのエッジに配置される点光源に結合され前記点光源の発光面が前記エッジと向き合うように構成されている、装置。
【請求項２】
前記ホログラフィックフィルムが、前記回折屈折率構造の存在しない複数の規則的な形状の領域を備え、前記規則的な形状の領域の密度が、前記点光源からの距離が増大するのと共に減少している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記規則的な形状の領域が矩形である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記回折屈折率構造が、前記点光源からの光を回折させるように構成されていて、回折された光線が、前記ホログラフィックフィルムの主表面の外へと、前記主表面に対する垂線から測って±３０°以下の角度で伝播する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記角度が±１５°以下である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の回折屈折率構造が、略５０％以下の抽出効率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ホログラフィックフィルムのコーナーに配置されて前記コーナーのみから前記ホログラフィックフィルム内に光を向けるように構成されている光源を更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記光源が発光ダイオードである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記回折屈折率構造が、赤、緑及び青の色に対応する波長において主に光を回折させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ホログラフィックフィルムがガラスプレートに取り付けられていて、屈折率整合層が前記ホログラフィックフィルムと前記ガラスプレートとの間に配置されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ホログラフィックフィルムがガラスプレートに取り付けられていて、屈折率分離層が前記ホログラフィックフィルムと前記ガラスプレートとの間に配置されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記ホログラフィックフィルムの主表面に平行に取り付けられた複数の干渉変調器を更に備えた請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記回折屈折率構造が三組の画素を形成し、前記三組の画素によって方向転換される色が赤、緑、青である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記回折屈折率構造の密度が、前記点光源からの距離が増大するのと共に増大している、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信して、画像データを処理するように構成されているプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されているメモリ装置と、を更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記ディスプレイに少なくとも一つの信号を送信するように構成されているドライバ回路を更に備えた請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部を送信するように構成されている制御装置を更に備えた請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセッサに前記画像データを送信するように構成されている画像ソースモジュールを更に備えた請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記画像ソースモジュールが、受信機、送受信機、送信機のうち少なくとも一つを備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
入力データを受信して、前記入力データを前記プロセッサに送信するように構成されている入力装置を更に備えた請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記ディスプレイが反射型ディスプレイである、請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
光を発生させて該光を導光部材に向けるための光源と、
前記光を前記導光部材の外にホログラフィック的に方向転換させるための光方向転換手段と、を備えた照明装置であって、
前記光方向転換手段が、重畳せずに横方向に隣接する複数の光方向転換ホログラフィック画素を形成する複数のホログラフィック光方向転換特徴部を備え、該複数の画素が複数の画素の組を形成し、各組が、他の組の画素によって主に方向転換される光とは異なる色に対応する光を主に方向転換させるように構成されている、装置。
【請求項２３】
前記光源が発光ダイオードを備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記発光ダイオードが、ホログラフィック画素を含むホログラフィックフィルムのコーナーに配置されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記導光部材を介して画像を表示するための画像表示手段を更に備えた請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記画像表示手段が複数の干渉変調器を備え、前記干渉変調器が画像素子を形成している、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
ディスプレイを照明するための方法であって、
点光源を画素化ホログラフィックフィルムのエッジに提供する段階と、
前記点光源からの光を前記ホログラフィックフィルムのエッジに直接投射して、前記光を前記ホログラフィックフィルムを介して伝播させる段階と、
前記光を回折屈折率構造に接触させて、前記ホログラフィックフィルムの主表面の外に前記光を向ける段階と、を備え、
前記回折屈折率構造が、重畳せずに横方向に隣接する複数の光方向転換ホログラフィック画素を形成し、該複数の画素が複数の画素の組を形成し、各組が、他の組の画素によって主に方向転換される光とは異なる色に対応する光を主に方向転換させるように構成されている、方法。
【請求項２８】
前記ディスプレイの画像素子に向けて方向転換された光の面積当たりのパワーが、前記ホログラフィックフィルムの主表面にわたって実質的に均一であり、面積当たりの方向転換された光の光束の最小値対最大値の比が、前記ディスプレイの画像素子に対応する前記ホログラフィックフィルムの全面積にわたって、０．２０よりも大きい、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ディスプレイ装置を製造するための方法であって、
ホログラムを備えた画素化ホログラフィックフィルムを提供する段階と、
前記ホログラフィックフィルムのエッジに点光源を、前記点光源の発光面が前記エッジに向き合うように取り付ける段階と、
前記ホログラフィックフィルムにディスプレイを取り付ける段階と、を備え、
前記ホログラムが、重畳せずに横方向に隣接する複数の光方向転換ホログラフィック画素を形成する複数の回折屈折率構造を備え、該複数の画素が複数の画素の組を形成し、各組が、他の組の画素によって主に方向転換される光とは異なる色に対応する光を主に方向転換させるように構成される、方法。
【請求項３０】
前記ホログラムを備えたホログラフィックフィルムを提供する段階が、
ホログラフィックフィルムを前記ホログラフィックフィルムに対して実質的に垂直に向けられた第一のレーザビームに露光するのと同時に、前記ホログラフィックフィルムを第二のレーザビームに露光する段階を備え、
前記第二のレーザビームが、前記点光源からの光の所望の角度及び方向と同じ角度及び方向において前記ホログラフィックフィルムに向けられる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ホログラフィックフィルムに隣接する複数の光遮断構造を提供する段階を更に備え、
前記光遮断構造が、前記第一のレーザビームから前記ホログラフィックフィルムの複数の領域を遮蔽して、前記光遮断構造の線密度が、前記点光源の所望の位置からの距離が増大するのと共に減少する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ホログラムを備えたホログラフィックフィルムを提供する段階が、
複数の開口部を備えたマスクであって、前記ホログラフィックフィルムに対して相対的な第一の位置に存在しているマスクを介して第一のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階と、
前記マスクを第二の位置にずらす段階と、
前記第二の位置に存在している前記マスクを介して第二のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階と、
前記マスクを第三の位置にずらす段階と、
前記第三の位置に存在している前記マスクを介して第三のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階と、を備え、
前記第一、第二及び第三のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階が、前記点光源からの光の所望の角度及び方向と同じ角度及び方向において前記ホログラフィックフィルムに向けられた二次レーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階を同時に備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記第一、第二及び第三のレーザビームが、異なる色に対応する波長を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記二次レーザビームの波長が、前記第一、第二及び第三のレーザビームの波長に応じて変化して、
前記二次レーザビームの波長が、前記第一のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階中では前記第一のレーザビームの波長に実質的に等しく、
前記二次レーザビームの波長が、前記第二のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階中では前記第二のレーザビームの波長に実質的に等しく、
前記二次レーザビームの波長が、前記第三のレーザビームに前記ホログラフィックフィルムを露光する段階中では前記第三のレーザビームの波長に実質的に等しい、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
請求項２９に記載の方法によって製造されたディスプレイ装置。
【国際調査報告】
2011527028.tif 000028
2011527028.tif 000029
2011527028.tif 000030