(57)【要約】  ディスプレイの前面上および／または裏面上に一体化されたパターン化光起電力（ＰＶ）材料（８１）を有するディスプレイが開示される。光は、ディスプレイ内の非アクティブ区域（１０３）を通って、ディスプレイの背後に位置するＰＶ材料（８１）に到達することができる。ディスプレイで発生された光も、ディスプレイの背後のＰＶ材料（８１）に到達することができる。ディスプレイの前に位置するパターン化ＰＶ材料（８１）が、周辺光ならびにディスプレイで発生された光の両方を集めることができる。
2011508244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
アクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を備えるアレイ領域を備えるディスプレイと、
前記アレイ領域の前記前面および前記裏面のうちの１つの上にパターニングして形成された光起電力材料を備える光電池とを備えるディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記光起電力材料が、前記アクティブなピクセル区域を露出するようにパターニングされ、前記非アクティブ区域のうちの少なくともいくつかと位置合わせされた請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記非アクティブ区域が、隣接したアクティブなピクセル区域を分離する区域を含む請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記光起電力材料が、堆積された薄膜光起電力材料を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前記非アクティブ区域の反射を低減するブラックマスクとしてさらに機能する請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光起電力材料が、前記光起電力材料上に入射する可視光の１０％未満を反射または透過するように構成された請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光起電力材料が、前記光起電力材料の前記表面および前記裏面の両方から光を受け取ることができる請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜をさらに備える請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前記裏面の上に形成された請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ディスプレイが反射性ディスプレイ技術により構成される請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アクティブなピクセル領域が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備える請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ＭＥＭＳデバイスが干渉型変調器を備える請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記非アクティブ区域が、周辺光が前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる透明な非アクティブ構造体を備え、前記光起電力材料が、前記非アクティブ構造体のパターンに対応するようにパターニングされた請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記透明な非アクティブ構造体が、ピクセル区域の間に空間を備える請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前面の上に形成された請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の非アクティブ区域をマスクするようにパターニングされた請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ディスプレイが主として反射性である請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記アクティブなピクセル領域が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備える請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記ＭＥＭＳデバイスが干渉型変調器を備える請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜をさらに備える請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記光起電力材料が、前記光電池の前記前面および前記裏面から前記透明導電膜を介して前記光起電力材料上に入射する光を受け取ることができる請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ディスプレイがバックライトを備える請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記アクティブなピクセルが液晶ディスプレイピクセルを備える請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記アクティブなピクセルが放射性素子を備える請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記放射性素子が、発光ダイオード、有機発光ダイオード、電界放出ディスプレイ、および液晶ディスプレイから成る群から選択される請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前面へ画像を表示するように構成され、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスを製造する方法であって、
アクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を備えるアレイ領域を備えるディスプレイを設けるステップと、
前記アレイ領域の前記前面および前記裏面のうちの１つの上に、パターン化光起電力材料を配置するステップとを含む方法。
【請求項２７】
前記光起電力材料を、前記非アクティブ区域のパターンに対応するようにパターニングするステップをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記パターン化された光起電力材料を、前記非アクティブ区域のパターンに位置合わせするステップをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ディスプレイのアレイ領域の前面および裏面のうちの１つで、パターン化光起電力材料に光を受け取るステップと、
前記光を電気に変換するステップとを含む、電気へ変換するための光を集める方法。
【請求項３０】
後に使用するために前記電気を蓄えるステップをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ディスプレイに電力を供給するのに前記電気を用いるステップをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ディスプレイに関連した電気デバイスに電力を供給するのに前記電気を用いるステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
可変性の、画素化された画像を表示するための手段と、
前記表示するための手段の前面および裏面のうちの１つの上にパターニングして配置された、光を電気に変換するための手段とを備えるディスプレイデバイス。
【請求項３４】
前記表示するための手段が干渉型変調器を備える請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記変換するための手段が光起電力材料を備える請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記光起電力材料が、入射する可視光の５％未満を反射するように構成される請求項３５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にアクティブに画像を表示するためのディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブディスプレイは、完全に、または部分的に、反射性、透過性、もしくは放射性のピクセルで作製され得る。したがって、ディスプレイは、入射する周辺光を完全に、もしくは部分的に反射することによって動作するピクセル、発光性であるピクセル、または光がディスプレイの内部から発生して透過性ピクセルに投射される透過性ピクセルを用いて画像を発生してよい。反射性のディスプレイ技術は、液晶、ＭＥＭＳ（干渉型変調器など）、電気泳動（ｅインクまたはｅペーパーなど）、および反射された周辺光を用いて画像を発生する他のディスプレイ技術を含んでよいが、これらには限定されない。放射性ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）もしくは薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ  ＬＣＤ）、または真空蛍光ランプ、発光ダイオードＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのアクティブなピクセル自体が光を発生もしくは放射するディスプレイ、または表面電界ディスプレイなど、アクティブな透過性ピクセルを照光するためのバックライトを有するディスプレイを含む。
【０００３】
ディスプレイは、干渉型変調器などのＭＥＭＳデバイスを含むことができる。本明細書で用いられる用語、干渉型変調器または干渉型光変調器は、光学的干渉の原理を用いて、光を選択的に吸収および／または反射するデバイスを指す。いくつかの配置では、干渉型変調器は１対の導電性プレートを備えてよく、その一方または両方が、全体的または部分的に透明および／または反射性であり得て、適切な電気信号を印加したとき相対的な動作をすることができる。例えば、一方のプレートが、基板上に堆積された静止層を備えてよく、もう一方のプレートが、空隙によって静止層から分離された金属膜を備えてよい。本明細書でより詳細に説明されるように、一方のプレートの、もう一方のプレートに対する位置によって、干渉型変調器上に入射する光の光学的干渉が変化され得る。そのようなデバイスには広範囲の用途があり、既存の製品の改善およびまだ開発されていない新製品の創出にそれらの特徴が利用され得るように、これらのタイプのデバイスの特性を利用および／または変更することができれば、当技術分野において有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、ディスプレイデバイスは、前面へ画像を表示し、前面の反対側に裏面を有する。ディスプレイデバイスは、ディスプレイおよび光電池を含む。ディスプレイはアレイ領域を含み、アレイ領域はアクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を含む。光電池は、光起電力材料を含む。光起電力材料は、アレイ領域の前面および裏面のうちの１つの上に形成される。光起電力材料は、パターニングされる。
【０００５】
別の実施形態では、ディスプレイデバイスを製造する方法が提供される。ディスプレイデバイスは、前面へ画像を表示するように構成され、前面の反対側に裏面を有する。この方法は、アレイ領域を備えるディスプレイを設けるステップを含む。アレイ領域は、アクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を備える。この方法は、アレイ領域の前面および裏面のうちの１つの上に、パターン化光起電力材料を配置するステップも含む。
【０００６】
さらに別の実施形態では、電気に変換するための光を集める方法が提供される。この方法は、ディスプレイのアレイ領域の前面および裏面のうちの１つで、パターン化光起電力材料に光を受け取るステップを含む。この方法は、光を電気に変換するステップも含む。
【０００７】
代替実施形態では、ディスプレイデバイスは、前面へ画像を表示し、前面の反対側に裏面を有する。このディスプレイデバイスは、可変画素化された画像を表示するための手段および光を電気に変換するための手段を含む。変換手段は、表示手段の前面および裏面のうちの１つの上にパターニングされ配置される。
【０００８】
本明細書に開示される例示的実施形態は、添付の概略図に示され、これらは説明の目的だけのものである。以下の図は、必ずしも原寸に比例しない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】干渉型変調器ディスプレイの一実施形態の一部分を示す等角図であり、第１の干渉型変調器の可動反射層が緩和位置にあり、第２の干渉型変調器の可動反射層が作動位置にある。
【図２】３×３の干渉型変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイス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の干渉型変調器の１つの例示的実施形態に関する可動ミラー位置対印加電圧の図である。
【図４】干渉型変調器ディスプレイを駆動するのに用いることができる１組の行と列との電圧の図である。
【図５Ａ】図２の３×３の干渉型変調器ディスプレイに表示データのフレームを書き込むのに使用され得る行と列との信号に関する１つの例示的タイミング図である。
【図５Ｂ】図２の３×３の干渉型変調器ディスプレイに表示データのフレームを書き込むのに使用され得る行と列との信号に関する１つの例示的タイミング図である。
【図６Ａ】複数の干渉型変調器を備えるビジュアルディスプレイデバイスの実施形態を示すシステムブロック図である。
【図６Ｂ】複数の干渉型変調器を備えるビジュアルディスプレイデバイスの実施形態を示すシステムブロック図である。
【図７Ａ】図１のデバイスの断面図である。
【図７Ｂ】干渉型変調器の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｃ】干渉型変調器の別の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｄ】干渉型変調器のさらに別の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｅ】干渉型変調器のさらなる代替実施形態の断面図である。
【図７Ｆ】干渉型変調器のアレイの底面図である。
【図８】ｐｎ接合を備える光電池の概略図である。
【図９Ａ】堆積された薄膜光起電力活性材料を備える光電池を概略的に示すブロック図である。
【図９Ｂ】インターフェロメトリー（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ）で機能強化された光起電力スタックを備える光電池を概略的に示すブロック図である。
【図１０】アクティブなピクセルのアレイおよびピクセル間の非アクティブ区域を有するディスプレイを示す図である。
【図１１】アクティブなピクセルのアレイおよび非アクティブ区域を有するディスプレイの、非アクティブ区域内の外部光の可能な光源を示す目的の概略断面図である。
【図１２】パターン化ＰＶブラックマスクがアクティブなピクセルの前に形成された、アクティブなピクセルのアレイおよび非アクティブ区域を有するディスプレイの概略断面図である。
【図１３】パターン化ＰＶブラックマスクがアクティブなピクセルの背後に形成された、アクティブなピクセルのアレイおよび非アクティブ区域を有するディスプレイの概略断面図である。
【図１４】アレイの背後にパターン化ＰＶブラックマスクが形成された干渉型アレイの概略等角図である。
【図１５Ａ】一体型前面ＰＶブラックマスクを有する干渉型変調器の一実施形態の概略断面図である。
【図１５Ｂ】一体型裏面ＰＶブラックマスクを有する干渉型変調器の別の実施形態の概略断面図である。
【図１６】ＰＶブラックマスクを作製する方法の一実施形態における最初のステップを示す概略断面図である。
【図１７Ａ】光起電力材料をパターニングしてＰＶブラックマスクを形成するための実施形態、およびパターン化ＰＶブラックマスクの絶縁されたフィーチャを相互に接続する方法を示す概略断面図である。
【図１７Ｂ】光起電力材料をパターニングしてＰＶブラックマスクを形成するための実施形態、およびパターン化ＰＶブラックマスクの絶縁されたフィーチャを相互に接続する方法を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で特定の実施形態および実施例が論じられているが、この斬新な内容は、具体的に開示された実施形態を越えて、他の代替実施形態および／または発明の用途ならびにその明白な変更形態および等価物へ広がることが理解される。本明細書で開示される本発明の範囲は、特定の開示された実施形態によって限定されるべきでないことが意図されている。したがって、例えば、本明細書で開示されるあらゆる方法またはプロセスにおいて、方法／プロセスを構成する行動または動作は、任意の適当な順序で実行されてよく、いかなる特定の開示された順序にも限定する必要がない。実施形態の様々な態様および利点が、必要に応じて説明されている。そのような態様または利点は、任意の特定の実施形態において、必ずしもすべてが実現されるものではないことを理解されたい。したがって、例えば、本明細書で教示される１つの利点または利点の群を、本明細書で教示または提案された他の態様または利点を必ずしも実現することなく実現または最適化するやり方で、様々な実施形態が実行され得ることを理解されたい。以下の詳細な説明は、本発明の特定の具体的実施形態を対象とするものである。しかし、本発明は、多数の様々なやり方で具現することができる。本明細書で説明される実施形態は、広範囲のディスプレイデバイスで実施されてよい。
【００１１】
本明細書では図が参照され、すべての図にわたって、同じ部品は同じ数字で示される。本発明の実施形態は、動いている画像（例えばビデオ）でも静止している画像（例えば静止画）でも、テキストでも画像でも、画像を表示するように構成された任意のデバイスにおいて実施されてよい。より詳細には、本発明の実施形態は、移動電話、ワイヤレスデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用コンピュータまたは持ち運び可能なコンピュータ、ＧＰＳの受信機／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、自動ディスプレイ（例えば走行距離計ディスプレイなど）、コックピットの制御および／またはディスプレイ、カメラの視界のディスプレイ（例えば自動車のリヤビューカメラのディスプレイ）、電子写真、電子掲示板または電子標識、プロジェクタ、建築物、包装、および美術的構造（例えば宝石類上の画像表示）など、しかしこれらに限定されない様々な電子デバイスにおいて、あるいはその様々な電子デバイスに関連して、実施され得るように企図されている。
【００１２】
光起電力（ＰＶ）材料は、放射性、透過性、および反射性または部分反射性（半透過性（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ））のディスプレイなどのアクティブディスプレイと一体化される。ＰＶ材料は、間隙、空間、穴、スペーサ、柱、支柱、レール、あるいは空気、二酸化ケイ素または他の材料などの透明または半透明の材料から形成された他の支持構造物などのディスプレイの非アクティブ区域の光を集めるようにパターニングされる。ＰＶ材料は、ディスプレイの前または背後に形成されてよい。ＰＶ材料は、ディスプレイの非アクティブ区域のうちの少なくともいくつかに対応するパターンに形成されてよい。
【００１３】
最初に、図１〜図７Ｆは、干渉型変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイのいくつかの基本原理を示す。図８〜図９は、ＰＶ電池およびデバイスのいくつかの基本原理を示す。図１０〜図１７Ｂは、ディスプレイが、ＩＭＯＤの非アクティブ区域または他のタイプのディスプレイをマスキングする働きをするパターン化光起電力（ＰＶ）材料と一体化された実施形態を示す。
【００１４】
干渉計ＭＥＭＳ表示素子を備える１つの干渉型変調器ディスプレイの実施形態が、図１に示されている。これらのデバイスでは、ピクセルは明状態または暗状態のいずれかにある。ディスプレイ素子は、明状態（「緩和状態」または「開状態」）では、入射する可視光の大部分をユーザへ反射する。ディスプレイ素子は、暗状態（「作動状態」または「閉状態」）のとき、入射する可視光のほとんどをユーザへ反射しない。実施形態次第で、「オン状態」の光反射率特性と「オフ状態」の光反射率特性とが逆転されてよい。ＭＥＭＳピクセルは、選択された色で主に反射するように構成され得て、白黒表示に加えてカラー表示が可能になる。
【００１５】
図１は、ビジュアルディスプレイの一連のピクセルの中の２つの隣接ピクセルを示す等角図であり、各ピクセルがＭＥＭＳ干渉型変調器を備える。いくつかの実施形態では、干渉型変調器ディスプレイは、これらの干渉型変調器の行／列のアレイを備える。各干渉型変調器は、互いから制御可能な可変距離に配置された１対の反射層を含み、少なくとも１つの可変寸法を有する共振する光学ギャップを形成する。一実施形態では、反射層のうちの１つが、２つの位置の間で移動されてよい。本明細書で緩和位置と称される第１の位置では、可動反射層は、固定された部分的反射層から比較的大きな距離に配置される。本明細書で作動位置と称される第２の位置では、可動反射層は、部分的反射層のより近くに隣接して配置される。２つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置次第で、建設的または相殺的に干渉し、各ピクセルに全面的な反射状態または非反射状態をもたらす。
【００１６】
図１のピクセルアレイの示された部分は、２つの隣接した干渉型変調器１２ａおよび１２ｂを含む。左側の干渉型変調器１２ａでは、可動反射層１４ａが、部分的反射層を含む光学積層体１６ａから所定距離の緩和位置に示されている。右側の干渉型変調器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に示されている。
【００１７】
光学積層体１６ａおよび１６ｂ（まとめて光学積層体１６と称される）は、本明細書で参照されたように、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの電極層、クロムなどの部分的反射層、および透明誘電体を含むことができるいくつかの融合層を一般に備える。したがって、光学積層体１６は、導電性であり、部分的透過性であり、部分的に反射性であって、例えば、透明基板２０上に上記の層の１つまたは複数を堆積することにより製作され得る。部分的反射層は、様々な金属、半導体、および誘電体など、部分的に反射性の様々な材料から形成することができる。部分的反射層は、材料の１つまたは複数の層から形成することができ、層のそれぞれは、単一の材料または材料の組合せから形成され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、光学積層体１６の層は平行な細長片にパターニングされ、以下でさらに説明されるように、ディスプレイデバイス内の行電極を形成してよい。支柱１８および支柱１８の間に堆積された介在する犠牲材料の上部に堆積されて列を形成する一連の平行な細長片の１つまたは複数の堆積された金属層（１６ａ、１６ｂの行電極に直交する）として、可動反射層１４ａ、１４ｂ（「ミラー」または「反射器」としても知られている）が形成されてよい。犠牲材料がエッチングで除去されるとき、可動反射層１４ａ、１４ｂは、画定された間隙１９によって、光学積層体１６ａ、１６ｂから分離される。アルミニウムなどの高導電性かつ反射性の材料が反射層１４に用いられてよく、これらの細長片がディスプレイデバイスの列電極を形成してよい。図１が原寸に比例していない可能性があることに留意されたい。いくつかの実施形態では、支柱１８間の間隔は１０〜１００μｍ程度でよく、一方、間隙１９は１０００オングストローム未満程度でよい。部分的反射層も、光吸収器と称されてよい。したがって、いくつかの実施形態では、アクティブな干渉型変調器は、可変の光キャビティまたは間隙によって分離された吸収器および反射器を備えると言える。
【００１９】
図１のピクセル１２ａによって示されるように、印加電圧がないとき、可動反射層１４ａと光学積層体１６ａとの間に間隙１９が残り、可動反射層１４ａは、機械的に緩和状態にある。しかし、選択された行と列とに電位（電圧）差が印加されたとき、対応するピクセルの行電極と列電極の交点に形成されたコンデンサが充電されて、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は、変形して光学積層体１６に押しつけられる。図１の右側の作動されたピクセル１２ｂによって示されるように、光学積層体１６内の誘電体層（この図には示されていない）が、短絡を防止し、層１４と１６との間の分離距離を制御することができる。印加電位差の極性にかかわらず、その挙動は同一である。
【００２０】
図２から図５は、ディスプレイ用途で干渉型変調器のアレイを用いる１つの例示的プロセスおよびシステムを示す。
【００２１】
図２は、干渉型変調器を組み込むことができる電子デバイスの一実施形態を示すシステムブロック図である。電子デバイスは、ＡＲＭ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ（登録商標）、またはＡＬＰＨＡ（登録商標）、あるいはデジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、またはプログラマブルゲートアレイなどの任意の専用マイクロプロセッサなど、任意の汎用シングルチップマイクロプロセッサまたは汎用マルチチップマイクロプロセッサでよいプロセッサ２１を含む。当技術分野では普通のことであるが、プロセッサ２１は、１つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成されてよい。プロセッサは、オペレーティングシステムの実行に加えて、ウェブブラウザ、電話のアプリケーション、電子メールプログラム、または任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されてよい。
【００２２】
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またはパネル３０へ信号を供給する行駆動回路２４および列駆動回路２６を含む。図１に示されたアレイの断面は、図２ではライン１−１で示されている。図２は、明瞭さのために干渉型変調器の３×３のアレイを示すが、ディスプレイアレイ３０は、極めて多数の干渉型変調器を含んでよく、また、行と列とで異なる干渉型変調器の数（例えば１行当たり３００ピクセル×１列当たり１９０ピクセル）を有してよいことに留意されたい。
【００２３】
図３は、図１の干渉型変調器の１つの例示的実施形態に関する可動ミラー位置対印加電圧の図である。ＭＥＭＳ干渉型変調器の場合、行／列作動プロトコルは、図３に示されたそれらのデバイスのヒステリシス特性を利用してよい。例えば、干渉型変調器は、可動層を緩和状態から作動状態へ変形させるのに１０ボルトの電位差を必要とすることがある。しかし、電圧が１０ボルトから低下したとき、可動層は、その電圧が１０ボルト未満に低下するのでその状態を維持する。図３の例示的実施形態では、電圧が２ボルト未満に低下するまでは、可動層が完全に緩和することはない。したがって、図３に示された実施例では、約３〜７Ｖの電圧の範囲が存在してそこに印加電圧のウィンドウが存在し、この範囲内では、デバイスは、緩和状態または作動状態のどちらであっても安定している。これは、本明細書では「ヒステリシスウィンドウ」または「安定ウィンドウ」と称される。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイの場合、行ストローブの間、ストローブされた行の作動するべきピクセルが約１０ボルトの電圧差を受け、緩和されるべきピクセルがゼロボルトに近い電圧差を受けるように、行／列の作動プロトコルを設計することができる。ストローブの後、諸ピクセルは、行ストローブによってそれらが置かれた状態がどちらであっても、その状態にとどまるように、約５ボルトの定常状態またはバイアス電圧差を受ける。書き込まれた後に、各ピクセルは、この実施例では３〜７ボルトの「安定ウィンドウ」内の電位差を経験する。この特徴によって、既存の作動状態または緩和状態において同一印加電圧の条件下で、図１に示されたピクセルの設計が安定したものになる。干渉型変調器の各ピクセルは、作動状態でも緩和状態でも、基本的に固定反射層および可動反射層によって形成されたコンデンサであるので、この安定状態は、ヒステリシスウィンドウ内の電圧で、ほぼ電力損失なしで維持することができる。基本的に、印加される電位が固定されていると、ピクセルに電流が流れ込むことがない。
【００２４】
以下でさらに説明されるように、一般的な用途では、第１行の作動されたピクセルの所望の組の通りに列電極の組の両端に１組のデータ信号（それぞれが特定の電圧レベルを有する）を送ることにより、画像のフレームが作成され得る。次いで、このデータ信号の組に対応するピクセルを作動させる第１行の電極に、行パルスが印加される。次いで、このデータ信号の組は、第２列の作動されたピクセルの所望の組に対応するように変化される。次いで、第２行の電極にパルスが印加され、データ信号に従って第２行の適切なピクセルを作動させる。第１行のピクセルは第２行のパルスに影響されず、第１行のパルスの間に設定された状態のままである。これは、フレームを生成するために、逐次的なやり方で、すべての行に関して繰り返されてよい。一般に、１秒当たりいくつかの所望のフレーム数で、絶えずこのプロセスを繰り返すことにより、フレームが、新規の画像データでリフレッシュおよび／または更新される。画像フレームを生成するのに、ピクセルアレイの行および列の電極を駆動するための多種多様なプロトコルが用いられてよい。
【００２５】
図４および図５は、図２の３×３のアレイ上に表示フレームを作成するための１つの可能な作動プロトコルを示す。図４は、図３のヒステリシス曲線を示すピクセルに用いられ得る列と行との電圧レベルの可能な組を示す。図４の実施形態では、ピクセルの作動は、適切な列を−Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を＋ΔＶに設定することを含み、これらの電圧は、それぞれ−５ボルトおよび＋５ボルトに相当してよい。ピクセルの緩和は、適切な列を＋Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を同一の＋ΔＶに設定して、そのピクセルの両端にゼロボルト電位差を生成することより達成される。行電圧がゼロボルトに維持されるそれらの行では、ピクセルは、列が＋Ｖｂｉａｓであろうと−Ｖｂｉａｓであろうと、元の状態に関係なく安定している。また、図４に示されるように、前述のものと逆極性の電圧を用いることができ、例えば、ピクセルの作動は、適切な列を＋Ｖｂｉａｓ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、ピクセルの解放は、適切な列を−Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を同一の−ΔＶに設定して、そのピクセルの両端にゼロボルト電位差を生成することより達成される。
【００２６】
図５Ｂは、図２の３×３のアレイに対して印加される一連の行と列との信号を示すタイミング図であり、これによって、図５Ａに示されたディスプレイ機構がもたらされることになり、ここで、作動するピクセルは非反射性である。図５Ａに示されたフレームを書き込む前に、ピクセルは任意の状態にあり得て、この実施例では、すべての行が最初は０ボルトであり、すべての列が＋５ボルトである。これらの印加電圧で、すべてのピクセルは、それらの現在の作動状態または緩和状態で安定している。
【００２７】
図５Ａのフレームでは、ピクセル（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）および（３，３）が作動される。これを達成するために、行１の「ライン時間」中、列１および列２が−５ボルトに設定され、列３は＋５ボルトに設定される。すべてのピクセルが３〜７ボルトの安定ウィンドウにとどまるので、いかなるピクセルの状態も、これによって変化することはない。次いで、行１は、０ボルトから５ボルトまで上昇してからゼロへ戻るパルスでストローブされる。これによって、ピクセル（１，１）および（１，２）が作動し、ピクセル（１，３）が緩和する。アレイ内のその他のピクセルは影響を受けない。所望の通りに行２を設定するために、列２が−５ボルトに設定され、列１および列３が＋５ボルトに設定される。次いで、行２に印加された同一のストローブによって、ピクセル（２，２）が作動し、ピクセル（２，１）および（２，３）が緩和する。同様に、アレイのその他のピクセルは影響を受けない。行３は、列２および列３を−５ボルトに設定し、列１を＋５ボルトに設定することにより、同様に設定される。行３のストローブによって、行３のピクセルは、図５Ａに示されるように設定される。フレームに書き込んだ後、行電位はゼロであり、列電位は＋５ボルトまたは−５ボルトにとどまり得て、そのとき図５Ａの機構ではディスプレイは安定している。何十または何百もの行と列とのアレイに対して、同一の手順を用いることができる。行と列との作動を実行するのに用いられる電圧のタイミング、シーケンス、およびレベルは、上記で概説された一般的な原理の範囲内で広範にわたって変化させることができ、上記の実施例は単なる例示であり、いかなる作動電圧の方法も、本明細書で説明されたシステムおよび方法とともに用いることができる。
【００２８】
図６Ａおよび図６Ｂは、ディスプレイデバイス４０の実施形態を示すシステムブロック図である。ディスプレイデバイス４０は、例えば携帯電話または移動式電話であり得る。しかし、ディスプレイデバイス４０またはそのわずかな変形形態の同一の諸構成要素が、テレビおよび携帯用メディアプレーヤなど様々なタイプのディスプレイデバイスの実例ともなる。
【００２９】
ディスプレイデバイス４０は、容器４１、ディスプレイ３０、アンテナ４３、スピーカ４５、入力デバイス４８、およびマイクロホン４６を含む。容器４１は、射出成形および真空成形を含む、様々な製造プロセスのうち任意のものから一般に形成される。さらに、容器４１は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、あるいはそれらの組合せを含むがこれらに限定されない様々な材料のうちの任意のものから作製されてよい。一実施形態では、容器４１は、様々な色の、あるいは様々なロゴ、画像、または記号を含む、他の取外し可能な部分と交換することができる取外し可能な部分（図示せず）を含む。
【００３０】
例示的ディスプレイデバイス４０のディスプレイ３０は、本明細書で説明されるように、双安定ディスプレイを含む様々なディスプレイの任意のものでよい。他の実施形態では、ディスプレイ３０は、前述のようなプラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ  ＬＣＤ、またはＴＦＴ  ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ、あるいはＣＲＴまたは他の電子管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含む。しかし、本実施形態を説明する目的のために、本明細書で説明されたように、ディスプレイ３０は干渉型変調器ディスプレイを含む。
【００３１】
例示的ディスプレイデバイス４０の一実施形態の諸構成要素が、図６Ｂに概略的に示されている。示された例示的ディスプレイデバイス４０は容器４１を含み、容器４１の中に、少なくとも部分的に密封された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、例示的ディスプレイデバイス４０は、トランシーバ４７に結合されたアンテナ４３を含むネットワークインターフェイス２７を含む。トランシーバ４７は、プロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は、調整用ハードウェア５２に接続される。調整用ハードウェア５２は、信号を調整する（例えば信号をフィルタリングする）ように構成されてよい。調整用ハードウェア５２は、スピーカ４５およびマイクロホン４６に接続される。プロセッサ２１は、入力デバイス４８およびドライバコントローラ２９にも接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８およびアレイドライバ２２に結合され、アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイ３０に結合される。電源５０は、特定の例示的ディスプレイデバイス４０の設計によって必要とされるすべての構成要素に電力を供給する。
【００３２】
ネットワークインターフェイス２７は、アンテナ４３およびトランシーバ４７を含み、その結果、例示的ディスプレイデバイス４０は、１つまたは複数のデバイスとネットワークで通信することができる。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の要件を緩和するために、いくつかの処理能力を有してもよい。アンテナ４３は、信号を送受信するための任意のアンテナである。一実施形態では、アンテナは、ＩＥＥＥ  ８０２．１１の（ａ）、（ｂ）、または（ｇ）を含むＩＥＥＥ  ８０２．１１規格に従ってＲＦ信号を送受信する。別の実施形態では、アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ規格に従ってＲＦ信号を送受信する。携帯電話の場合には、アンテナは、無線携帯電話ネットワーク内で通信するのに用いられるＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ、または他の既知の信号を受信するように設計される。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信した諸信号を前処理し、その結果、それらの信号は、プロセッサ２１によって受け取られてさらに操作される。トランシーバ４７は、プロセッサ２１から受け取った諸信号も処理し、その結果、それらの信号は、例示的ディスプレイデバイス４０からアンテナ４３を介して送信され得る。
【００３３】
代替実施形態では、トランシーバ４７を受信機で置換することができる。さらに別の代替実施形態では、ネットワークインターフェイス２７を画像ソースで置換することができ、画像ソースは、プロセッサ２１へ送られる画像データを保存または生成することができる。例えば、画像ソースは、画像データを含むデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）またはハードディスクドライブ、あるいは画像データを生成するソフトウェアモジュールであり得る。
【００３４】
プロセッサ２１は、一般に例示的ディスプレイデバイス４０の全体の動作を制御する。プロセッサ２１は、ネットワークインターフェイス２７または画像ソースからの圧縮画像データなどのデータを受け取り、このデータを、未加工の画像データ、または未加工の画像データへ容易に加工されるフォーマットに加工する。次いで、プロセッサ２１は、ドライバコントローラ２９または記憶用のフレームバッファ２８へ処理データを送る。未加工データは、一般に、画像内の各位置で画像特性を特定する情報を指す。例えば、そのような画像特性は、色、彩度、およびグレイスケールレベルを含むことができる。
【００３５】
一実施形態では、プロセッサ２１は、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵ、または論理演算ユニットを含む。調整用ハードウェア５２は、スピーカ４５に信号を伝送し、マイクロホン４６から信号を受け取るための増幅器およびフィルタを一般に含む。調整用ハードウェア５２は、例示的ディスプレイデバイス４０内の個別部品でよく、あるいはプロセッサ２１または他の構成要素内に組み込まれてもよい。
【００３６】
ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１によって生成された未加工の画像データを、プロセッサ２１から直接受け取り、あるいはフレームバッファ２８から受け取って、アレイドライバ２２へ高速伝送するために、未加工の画像データを適切に再フォーマットする。具体的には、ドライバコントローラ２９は、未加工の画像データを、ディスプレイアレイ３０にわたる走査に適当な時間順を有するように、ラスタ状のフォーマットを有するデータの流れへ再フォーマットする。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２へ送る。ＬＣＤコントローラなどのドライバコントローラ２９は、スタンドアローンの集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１に関連づけられることが多いが、そのようなコントローラは多くのやり方で実施されてよい。それらはハードウェアとしてプロセッサ２１に組み込まれてよく、ソフトウェアとしてプロセッサ２１に組み込まれてよく、あるいは、アレイドライバ２２とともにハードウェアに完全に一体化されてよい。
【００３７】
一般に、アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマットされた情報を受け取って、ビデオデータを、ディスプレイのピクセルのｘｙマトリクスから来る何百もの（時には何千もの）リードに対して毎秒多数回印加される波形の並行した組へ再フォーマットする。
【００３８】
一実施形態では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイアレイ３０は、本明細書で説明されたディスプレイのタイプのあらゆるものに適している。例えば、一実施形態では、ドライバコントローラ２９は、従来型の表示コントローラまたは双安定の表示コントローラ（例えば干渉型変調器コントローラ）である。別の実施形態では、アレイドライバ２２は、従来型の駆動回路または双安定の表示駆動回路（例えば干渉型変調器ディスプレイ）である。一実施形態では、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２と一体化される。そのような実施形態は、セル式電話、腕時計、および他の小面積ディスプレイなどの高度に集積されたシステムでは一般的である。さらに別の実施形態では、ディスプレイアレイ３０は、一般的なディスプレイアレイまたは双安定のディスプレイアレイ（例えば干渉型変調器のアレイを含むディスプレイ）である。
【００３９】
入力デバイス４８によって、ユーザが例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御することが可能になる。一実施形態では、入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッド、押しボタン、スイッチ、タッチスクリーン、あるいは感圧性または感熱性の膜を含む。一実施形態では、マイクロホン４６は、例示的ディスプレイデバイス４０用の入力デバイスである。マイクロホン４６がデバイスへデータを入力するのに使用されるとき、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために、ユーザによって音声命令が供給され得る。
【００４０】
当技術分野で周知のように、電源５０は様々なエネルギー蓄積デバイス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またはリチウムイオン電池などの充電式電池である。別の実施形態では、電源５０は、再生可能エネルギー源、コンデンサ、またはプラスチック太陽電池および太陽電池塗料を含む太陽電池である。別の実施形態では、電源５０は、壁付きコンセントから電力を受け取るように構成される。
【００４１】
いくつかの実装形態では、前述のように、制御プログラムの機能は、電子表示システムでいくつかの場所に配置され得るドライバコントローラ内に存在する。場合によっては、制御プログラムの機能は、アレイドライバ２２内に存在する。前述の最適化は、任意数のハードウェア構成要素および／またはソフトウェア構成要素で、また様々な構成で実施され得る。
【００４２】
上記で説明された原理に従って動作する干渉型変調器の構造の詳細は、変化に富むものであり得る。例えば、図７Ａ〜図７Ｅは、可動反射層１４およびその支持構造の５つの別々の実施形態を示す。図７Ａは図１の実施形態の断面であり、機械的反射層および可動反射層の両方の働きをする細長い金属材料１４が、垂直に伸びる支持体１８上に堆積される。図７Ｂでは、各干渉型変調器の可動反射層１４は、正方形または長方形であり、支持体１８に隅でのみテザー３２に接して取り付けられている。図７Ｃでは、可動反射層１４は、正方形または長方形であり、柔軟金属を含み得る変形可能な層３４から懸垂される。変形可能な層３４は、変形可能な層３４の周辺の辺りの基板２０に直接的または間接的に接続する。これらの接続は、本明細書では支持体１８と称され、支柱、レールまたは壁の形式をとることができる。図７Ｄに示された実施形態では、支持体１８が支柱栓４２を含み、その上に変形可能な層３４が支えられている。図７Ａ〜図７Ｃのように、可動反射層１４は光キャビティまたは間隙の上に懸垂されたままであるが、変形可能な層３４と光学積層体１６との間の穴を充填することによって変形可能な層３４が支持体を形成するわけではない。むしろ、支持体１８は、支柱栓４２を形成するのに用いられる平坦化材料から形成される。図７Ｅに示された実施形態は、図７Ｄに示された実施形態に基づくものであるが、図７Ａ〜図７Ｃに示された実施形態のうちの任意のもの、ならびに図には示されていない追加の実施形態を扱うように適合させることもできる。図７Ｅに示される実施形態では、バス構造４４を形成するために金属または他の導電材料の追加の層が用いられている。これによって、干渉型変調器の背部に沿った信号のルーティングが可能になり、基板２０上にいくつもの電極を形成する必要性が解消される。
【００４３】
図７Ａ〜Ｅに示されたような実施形態では、干渉型変調器が直視型デバイスとして機能し、画像は、透明基板２０の前面（干渉型変調器が配置される面の反対側）から見られる。これらの実施形態では、反射層１４が、基板２０の反対側の反射層側の干渉型変調器の部分を、変形可能な層３４を含めて光学的に遮蔽する。これによって、遮蔽された区域が、画像品質に悪影響を及ぼすことなく構成されて動作することが可能になる。例えば、そのような遮蔽によって、アドレス指定およびそのアドレス指定に起因する運動などの変調器の電気機械的特性から、変調器の光学的特性を分離する能力をもたらす図７Ｅのバス構造４４が可能になる。この分離可能な変調器構成によって、変調器の電気機械的態様と光学的態様とが、互いに無関係に選択されて機能するように用いられる構造設計および材料が可能になる。さらに、図７Ｃ〜図７Ｅに示された実施形態は、変形可能な層３４によって成し遂げられる、反射層１４の光学的性質を、その機械的性質から分離することにより得られる追加の利益を有する。これによって、反射層１４に用いられる構造設計および材料を光学的性質に関して最適化すること、および変形可能な層３４に用いられる構造設計および材料を所望の機械的性質に関して最適化することが可能になる。
【００４４】
図７Ｆは、干渉型変調器のアレイを背後から見たものである。４つの完全なピクセルが、グリッドに配置されたより大きなアレイで示されている。変形可能層すなわち機械的層３４（図７Ａのような簡単な実施形態では可動反射器１４として働くこともできる）がパターニングされて列電極７１を形成することが理解され得る。空隙の下に配置された導電層（図１の光学積層体１６を参照されたい）は、パターニングされて、図７Ｆではレール支持体７３によって分離された行電極７２を形成し、これによって変形可能層の特定部分の作動が可能になる。間隙７４が、列電極７１の細長片を分離する。機械的層を剛化するために、特定のピクセル内に、柱すなわち支持構造物７５が形成されてよい。さらに、アレイの至る所に、エッチング穴７６が機械的層３４を通って形成される。変形可能な反射層が作動するとき、列電極７１の一部分が行電極７２に近づき、アレイの作動された部分がアレイの全体にわたって暗く見えることが可能である。しかし、アレイが第１の色を反射する非作動位置と第２の色を反射する作動位置との間で切換え可能であるもの、別の寸法または材料を利用する場合には作動位置で暗状態にする必要性がないものなど、様々な構成を用いてよいことが理解されよう。レール支持体７３および間隙７４は、アクティブなピクセル７７の間の非アクティブ区域を形成する。アクティブなピクセル７７内の支持構造体７５などの領域も「非アクティブ区域」と見なされてよく、ぶら下がった独立の反射器１４がない場合にはエッチング穴７６も同様である。実際、各支持構造体７５を近接して取り巻く領域およびレール支持体７３に近接して隣接する領域も、これらの区域ではミラー層を完全に崩壊させることができないので「非アクティブ」と見なすことができ、支持構造体を取り巻く周囲の諸領域が作動状態と非作動状態との間で異なる作用をしないように、これらの領域をマスクするのが望ましい。以下でさらに論じられるように、非アクティブ区域からの光の放射、反射、または透過によって、視聴者による画像の印象が劣化する恐れがある。
【００４５】
本明細書に開示された特定の実施形態は、光起電力（ＰＶ）電池またはＭＥＭＳ、ＬＣＤ、ＬＥＤ、もしくは他のディスプレイ技術を備えるディスプレイと一体化されたデバイスを含む。そのようなディスプレイは、アクティブに画像または情報を表示し、同時に周辺光および／またはディスプレイで発生された光を、電気へ変換するために集めてよい。したがって、アクティブ（プログラマブル）な屋外ディスプレイは、未使用の日光を有利に電気へ変換してよく、あるいは、モバイルデバイス上のディスプレイは、周辺光を集めることにより、予備電源の使用を埋め合わせるのを助長してよい。それに加えて、以下でさらに説明されるように、画像を劣化させる恐れがある望ましくない光または外部光をマスクするのに、ディスプレイに一体化されたＰＶ材料による光の吸収が用いられてよい。したがって、ディスプレイにＰＶ材料を一体化することの製造コストは、ディスプレイの画像領域の非アクティブ領域内にマスクを形成するための別のステップを省略することによって少なくとも部分的に相殺され得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、透過性ＰＶ電池はディスプレイの画像領域の上に重なってよい。ＰＶアクティブ材料は、未使用の周辺光またはディスプレイで発生された光を取り込んで電気に変換するように、ディスプレイデバイスのアクティブな画像領域またはアレイ区域内に含まれる。アクティブディスプレイの技術次第で、ディスプレイのアレイ領域の表面積の３０％以上までが、実際には、画素化された画像または表示された情報に寄与しない非アクティブの領域または区域で構成され得る。これは、ディスプレイのアクティブな画像領域に入射する周辺光の３０％以内またはそれ以上が「浪費され」、したがって、電気への有用な変換のためにＰＶ材料によって取得されてよいことを意味する。これは、ディスプレイの背後にパターン化ＰＶ材料を配置することにより達成され得て、ディスプレイ上に入射する周辺光が、光る、あるいはディスプレイの非アクティブ領域を通って下のパターン化ＰＶ材料上へ透過することが可能になる。
【００４７】
あるいは、非アクティブ区域の前にパターン化ＰＶ材料が形成されてよく、そうでなければ浪費されるはずのディスプレイの非アクティブ区域に当たる光が、次いで、パターン化ＰＶ材料によってマスクされうる。これらの光は、ディスプレイデバイスの画像を実際に劣化させる恐れがある。したがって、視聴者への望ましくない放射または反射を防止するために、これらの非アクティブ領域をマスクするのにブラックマスクを形成するのが有利である。所望のコントラストを維持するために、望ましくない光を、吸収するだけでなく有用な電気へ有利に変換するように、ブラックマスクは、好ましくはＰＶブラックマスクを形成するための光起電力材料を含んでよい。
【００４８】
図８は、光起電力（ＰＶ）電池８０の例を概略的に示す。一般的な光電池は、光エネルギーを電気エネルギーまたは電流に変換することができる。ＰＶ電池８０は、小さなカーボンフットプリントを有する、環境に対する影響が小さい再生可能なエネルギー源の一実施例である。ＰＶ電池を使用すると、エネルギー発生のコストを低減することができる。ＰＶ電池は、多くの異なるサイズおよび形状を有することができ、例えば、郵便切手より小さいものから、数インチにわたるサイズまである。ＰＶモジュールは、電気的接続、取付け金具、電力調整機器、および日差しがないとき使用するために太陽エネルギーを蓄える電池を含むことができる。
【００４９】
一般的なＰＶ電池８０は、２つの電極８２と８３との間に配置されたＰＶ材料８１を備える。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池８０は、層のスタックが形成された基板を備える。ＰＶ電池８０のＰＶ材料８１は、シリコンなどの半導体材料を含んでよい。いくつかの実施形態では、活性領域は、図８に示されるように、ｎ形半導体材料８１ａとｐ型半導体材料８１ｂとを接触させることによって形成されたｐｎ接合を備えてよい。そのようなｐｎ接合は、ダイオードに似た特性を有することができ、したがってフォトダイオード構造とも称されてよい。
【００５０】
ＰＶ材料８１は、一般に、電流経路をもたらす２つの電極の間に挟まれる。電極８２、８３は、アルミニウム、銀、もしくはモリブデンまたは他のいくつかの導電材料から形成することができる。電極８２、８３も、透明な導電材料から形成されてよくまたは含まれてよい。電極８２、８３は、接触抵抗を下げ、収集効率を向上するように、ｐｎ接合の前面の大部分をまかなうように設計されてよい。電極８２、８３が不透明材料から形成される実施形態では、電極８２、８３は、ＰＶ材料に照明が当たるのを可能にするように、ＰＶ材料の前部の上に開口を残すように構成されてよい。いくつかの実施形態では、裏面電極８２または前面電極８３は、例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電酸化物（ＴＣＯ）である透明な導電体を含むことができる。ＴＣＯは、電気接触および導電性をもたらし、同時に、入ってくる光に対して透明である。図示のように、ＰＶ電池８０は、前面電極８３の上に配置された反射防止（ＡＲ）コーティング８４も備えるが、（以下で図１２および１３においてさらに論じられる前面および裏面ＰＶブラックマスク１１０、１１５のように）光がＰＶ電池８０の背部を通って透過すると予期され得る実施形態では、任意選択で、裏面電極８２の上にＡＲコーティングが配置されてよい。ＡＲコーティング８４は、ＰＶ活性材料８１の前面から反射される光量を低減することができる。
【００５１】
ＰＶ材料８１が照射される場合、光子が、活性領域内の電子にエネルギーを伝達する。光子によって伝達されたエネルギーが半導体材料のバンドギャップより大きいと、電子は、伝導帯に入るのに十分なエネルギーを有することができる。ｐｎ接合の形成とともに内部電界が生成される。内部電界は、エネルギーを与えられた電子に対してこれらの電子を移動させるように作用し、それによって、外部回路８５内に電流の流れをもたらす。結果として生じる電流の流れは、様々な電気デバイスに電力を供給するのに用いることができる。例えば、結果として生じる電流の流れは、図８に示されるように電池８６またはコンデンサを充電することにより、後の利用のために蓄えられてよく、これが、ディスプレイに電力を供給することができる。
【００５２】
ＰＶ材料は、結晶シリコン（ｃ−シリコン）、アモルファスシリコン（ａ−シリコン）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｇｅ合金、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、銅インジウムジセレニド（ＣＩＳ）、銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）、光吸収性の染料およびポリマー、光吸収性ナノ粒子を散布したポリマー、または多接合光起電力材料とフィルムとの縦続接続など、様々な光吸収性の光起電力材料の任意のものを含むことができる。ＰＶ活性材料８１は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ホウ素砒化物（ＢＡｓ）のような材料を含むＩＩＩ族〜Ｖ族の半導体材料を含む他の適切な材料を含んでよい。インジウム窒化ガリウムのような半導体合金も用いられてよい。他の光起電力材料およびデバイスも可能である。これらの材料を形成する方法は、当業者に既知である。例示的実施例として、ＣＩＧＳのような合金は、銅、ガリウム、およびインジウムが同時堆積または同時スパッタリングされ、次いでセレン化物蒸気でアニールされてＣＩＧＳ構造体を形成する真空ベースのプロセスによって形成することができる。真空ベースでない代替形態プロセスも、当業者に知られている。堆積された薄膜ＰＶ活性材料は、例えばアモルファスシリコン薄膜を備えることができ、最近好評を得ている。薄膜としてのアモルファスシリコンは、数ある技法の中でも、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、電気化学的気相成長法またはプラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により、広い面積にわたって堆積することができる。当業者に知られているように、アモルファスシリコン層を備えるＰＶ活性材料は、ｎ型ドープおよび／またはｐ型ドープされたシリコンを有する１つまたは複数の接合を含んでよく、ｐ−ｉ−ｎ結合をさらに備えてもよい。他の材料も用いられてよい。光子が吸収されて電気的担体（正孔および電子）にエネルギーが伝達される（１つまたは複数の）光吸収材料は、本明細書ではＰＶ活性層またはＰＶ電池の材料と称され、この用語は、複数のアクティブな副層を包含するように意図されている。ＰＶ材料用の材料は、所望の性能およびＰＶ電池の用途次第で選択することができる。
【００５３】
図９Ａは、一般的な薄膜ＰＶ電池９０Ｂを概略的に示すブロック図である。一般的な薄膜ＰＶ電池９０Ｂは、光が通過することができるガラス基板９１を含む。ガラス基板９１上に、第１の電極層８３、ＰＶ材料８１（アモルファスシリコンを含むものとして示されている）および第２の電極層８２が配置される。第１の電極層８３は、ＩＴＯなどの透明な導電材料を含むことができまたはそれによって形成される。図示のように、第１の電極層８３と第２の電極層８２とは、その間に薄膜ＰＶ材料８１を挟む。示されたＰＶ材料８１はアモルファスシリコン層を含むが、他のＰＶ薄膜材料も知られている。当技術分野で知られているように、ＰＶ材料として機能するアモルファスシリコンは、１つまたは複数のダイオード接合を含んでよい。さらに、１つまたは複数のアモルファスシリコンＰＶ層は、ｐ型ドープ層８１ｂとｎ型ドープ層８１ａとの間に真性シリコン層８１ｃが挟まれたｐ−ｉ−ｎ接合を備えてよい。ｐ−ｉ−ｎ接合は、ｐｎ接合より高い効率を有することができる。いくつかの他の実施形態では、ＰＶ電池は複数の接合を備えることができる。
【００５４】
層８１、８２、８３は、物理的気相成長法、化学的気相成長法、電気化学的気相成長法などの堆積法を用いて堆積されてよい。薄膜ＰＶ電池は、薄膜シリコン、ＣＩＳ、ＣｄＴｅまたはＣＩＧＳなどのアモルファスまたは多結晶の材料を含んでよい。薄膜ＰＶ電池のいくつかの利点には、とりわけデバイスのフットプリントが小さいことおよび製造プロセスのスケーラビリティがある。
【００５５】
図９Ｂは、インターフェロメトリーで機能強化されたＰＶスタックまたはＰＶ電池９０Ｂの一実施例を示す。インターフェロメトリーで機能強化されたＰＶ電池９０Ｂは、ＰＶ活性材料またはＰＶ層８１を含む。ＰＶ材料８１は、基板９１の上に形成された薄膜光起電力材料を含んでよい。ＰＶ材料８１の下に配置された光共振キャビティ９３および反射器９４は、ＰＶ材料８１内の電界の強度をインターフェロメトリーで高めるように構成され、インターフェロメトリーで機能強化された高効率のＰＶ電池９０Ｂをもたらす。ＰＶ材料８１を覆う電極９２は、ＰＶ材料８１からの電子および／または正孔の伝導を助長するいくらかの領域では金属であり、不透明となる程度の厚さであってよい。そうでなければ、ＰＶ材料８１も、透明な導電酸化物（ＴＣＯ）層、またはＴＣＯ層および不透明な電極の両方を備える電極９２で覆われてよい。同様に、光共振キャビティ９３は、光共振キャビティ９３の一部分ならびにＰＶ材料８１から正孔および／または電子を導くための導電層の両方として働くＴＣＯ層を備えてよい。ＰＶ材料８１は、アモルファスシリコン、ＣＩＧＳまたは他の薄い半導体膜の光起電力材料などの薄膜光起電力材料を備えてよい。反射器９４および光共振キャビティ９３の光学的性質（寸法および材料特性）は、層になったＰＶデバイス９０Ｂの境界面からの反射が可干渉に合計されて、光エネルギーが電気エネルギーに変換されるＰＶ電池９０ＢのＰＶ材料８１内に適当な波長の分布および位相の向上した電界を生成するように選択される。そのようなインターフェロメトリーで機能強化された光起電力デバイスによって、干渉型光電池の活性領域における光エネルギーの吸収が増加し、それによってデバイスの効率が向上する。この実施形態に対する変形形態では、異なる波長の光を別々に調整し、かつＰＶ材料（複数可）における吸収を最大化するのに、複数の光共振キャビティを使用することができる。埋められた光共振キャビティおよび／または層は、透明な導電材料もしくは誘電体材料、空隙、またはそれらの組合せを備えてよい。
【００５６】
ディスプレイにＰＶ電池を一体化することにより特定の利点が得られることから、以下の実施形態は、光電池をディスプレイデバイスに組み込む、あるいは一体化する光電池を説明する。光電池は、ディスプレイ上に入射する光、ディスプレイから反射される光、またはディスプレイによって発生される光を取り込んで電気に変換するように配置されてよい。さらに、以下でさらに説明されるように、多くのディスプレイが、ピクセル間の区域内の、視聴者の方へ放射または反射される光に影響されやすい。この望ましくない光は、ディスプレイの画像品質および／またはコントラストを低下させて、ディスプレイによって発生される画像を劣化させる恐れがある。結果として、ディスプレイは、この望ましくない光または外部光が視聴者に到達するのをマスクするために、ブラックマスクを含むことができる。この外部光をＰＶ材料が吸収することができるので、放射性、反射性、または透過性のディスプレイ用に、ブラックマスクとしてＰＶ材料が用いられてよい。ＰＶブラックマスクは、望ましくない光を吸収するだけでなく、吸収光を電気へ有利に変換し、したがって２つの機能に役立ち、追加のブラックマスクを形成する必要性を省く。
【００５７】
図１０は、デバイスの前面すなわち画像面に画像を表示するディスプレイデバイス１００の一般化された概略図を示す。示されるように、ディスプレイデバイス１００は、アクティブなピクセル１０１を備えるアレイ領域を備える。アクティブなピクセル１０１は、アクティブなピクセル区域と称されてもよい。ディスプレイデバイス１００は、非アクティブ区域も含む。図示のように、非アクティブ区域のグリッドライン１０２、１０３は、隣接したアクティブなピクセル１０１の間に、すなわち隣接したアクティブなピクセル１０１を分離して配置される。ディスプレイデバイス１００が干渉型変調器ディスプレイである実施形態では、非アクティブ区域は、図７Ｆに関して上記で論じられたように、電極間の間隙、ピクセルアレイの縁端部の周囲領域間の間隙、レール間の間隙、支持構造体間の間隙、またはエッチング穴間の間隙を備えてよい。他のディスプレイ技術を含む他の実施形態では、非アクティブ区域は、放射外部光または反射外部光の影響を受けやすいディスプレイ内に他の区域を備えてよい。
【００５８】
図１０には、視聴者の方へ、放射、反射、または透過される外部光を表す光線１０４および１０５も示されている。そのような光１０４、１０５は、白色光である場合が多いが、視聴者の方へ向かう外部光は任意の色であり得る。そのような外部光は、明るいように意図されたピクセル区域に関して（オン状態またはオフ状態のいずれでも）白っぽくする、あるいはコントラストを低下させることにより、ディスプレイデバイス１００上に表示される画像を劣化させる恐れがある。いくつかの実施形態では、アクティブなピクセル１０１からの光１０６だけが視聴者に到達し、わずかな外部光１０４、１０５しか視聴者の方へ向かないように、ディスプレイデバイス１００は、外部光１０４、１０５をマスクするためのブラックマスク材料を含んでよい。
【００５９】
図１１は、図１０のものに類似の、一般的なアクティブ（プログラマブル）ディスプレイデバイスの断面を概略的に示す。図１１に示されるように、ディスプレイから視聴者の方へ放射、反射、または透過される光は、アクティブなピクセル１０１から画像の一部分を形成するように放射、反射、または透過される光１０６を含んでよい。視聴者の方へ放射、反射、または透過される光は、非アクティブ区域１０３から放射、反射、または透過される光１０５ａ〜１０５ｄも含むことがある。非アクティブ区域からの光１０５ａ〜１０５ｄにより、視聴者に向けて表示される画像が、白っぽくなる、あるいはコントラストが低下する恐れがある。したがって、外部光１０５ａ〜１０５ｄを阻止または吸収するように、これらの区域をマスクするのが望ましい。
【００６０】
光１０５ａ〜１０５ｄは、多くの光源から生じる可能性がある。例えば、非アクティブ区域１０３は、反射性または半反射性でよい。したがって、非アクティブ区域１０３上に入射する周辺光１０７ａの反射から、光線１０５ａが生じる可能性がある。非アクティブ区域１０３が、透明または半透明である場合、光１０５ａは、ピクセル１０１の背後に配置された反射面または背板１０８から反射され得る。場合によっては、入射する周辺光１０７ｂは、ピクセル１０１を通過して背板１０８から反射し、次いで、光線１０５ｂによって示されるように非アクティブ区域１０３を通過してよい。放射性ディスプレイでは、外部光１０５ｃは、ＬＥＤディスプレイなどのピクセル１０１によって放射されてよい。他のディスプレイでは、光は、光線１０５ｄによって示されるように、バックライトから非アクティブ区域１０３を透過してよい。これらの実施形態のすべてにおいて、外部光１０５ａ〜１０５ｄにより、コントラストが低下する、あるいは画像が白っぽくなる恐れがある。光吸収材料で作製されたブラックマスクは、この光を吸収するのに有用であり得て、ピクセル光１０６だけが視聴者を達するのを可能にする。有利には、この外部光が、吸収されるだけでなく、ディスプレイデバイス１００に給電するのを助長するために、または他の用途のために、蓄積用の電気を発生するのに有利に用いられるように、ブラックマスクはＰＶ材料で作製されてよい。
【００６１】
図１２は、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１２０内の非アクティブ区域１０３の前でパターニングされた前面ＰＶブラックマスク１１０を示す。示されるように、前面ＰＶブラックマスク１１０は、吸収されなければディスプレイデバイス１２０に表示される画像を劣化させることになる外部光を吸収するために、非アクティブ区域１０３をマスクするのを助長する。例えば、入射する周辺光１０７ａが反射する前に、前面ＰＶブラックマスク１１０がこの光を吸収することができる。前面ＰＶブラックマスク１１０は、背板１０８またはピクセル１０１の背後に配置された他の反射面からの反射光１０５ｂの吸収を助長することもできる。光線１０７ａおよび１０５ｂに関して示されるように、ＰＶブラックマスク１１０は、光起電力材料の前面および裏面の両方から光を受け取るように構成することができる。前面ＰＶブラックマスク１１０は、ピクセル１０１から放射され（例えばＬＥＤディスプレイのように放射性ピクセルの場合）、あるいはピクセルを透過して（例えばＬＣＤディスプレイのように光１０５ｄがバックライトによって発生される場合）、非アクティブ区域１０３をそれる、あるいは非アクティブ区域１０３から散乱する光１０５ｃ、１０５ｄをさらに吸収してよい。したがって、図１２から見られるように、アクティブなピクセル１０１によって放射された光１０６だけが視聴者に到達し、結果として画像が向上する。
【００６２】
図１３は、図１２のものに類似のＰＶ一体型ディスプレイデバイス１３０を示す。しかし、図１３では、非アクティブ区域１０３の背後に裏面ＰＶブラックマスク１１５がパターニングされる。示されるように、入射する周辺光１０７ａが反射する前に、裏面ＰＶブラックマスク１１５がこの光を吸収することができる。裏面ＰＶブラックマスク１１５は、背板１０８またはピクセル１０１の背後に配置された他の反射面からの反射光１０５ｂの吸収を助長することもできる。したがって、光線１０７ａおよび１０５ｂに関して示されたように、裏面ＰＶブラックマスク１１５は、光起電力材料の前面および裏面の両方から光を受け取るように構成することができる。ピクセル１０１によって発生されるが、非アクティブ区域１０３へそれる、あるいは散乱する光１０５ｄを、裏面ＰＶブラックマスク１１５がさらに吸収してよい。したがって、図１３から見られるように、アクティブなピクセル１０１によって放射された光１０６だけが視聴者に到達し、結果として画像が向上する。いくつかの実施形態では、ＰＶ一体型ディスプレイデバイスは、前面ＰＶブラックマスク１１０、裏面ＰＶブラックマスク１１５の両方を備えてよい。
【００６３】
図１２に示される前面ＰＶブラックマスク１１０および図１３に示される裏面ＰＶブラックマスク１１５は、上記で論じられたように、光起電力材料を含む光電池を備えてよい。光電池は、インターフェロメトリーで機能強化された光電池を含んでよい。適切な光起電力材料は、好ましくは、前述のように薄膜光起電力材料を含んでよいが（図８〜図９Ｂを参照されたい）、半導体基板またはエピタキシアル成長させた半導体材料も用いられてよい。さらに、上記で説明されたように、ＰＶ電池内の光起電力材料（ＰＶブラックマスク１１０、１１５など）は、電極に接してよい。光起電力材料は、電極の間に「挟まれ」てよい。光起電力材料に接触する電極は、例えば視聴者の反対側片面上の不透明電極、ＰＶ材料へ光が入るのを可能にするためのウィンドウをパターニングされた片面上または両面上の不透明電極、ならびに／あるいは、そのような不透明電極に加えて、もしくはそのような不透明電極の代わりに、透明な導電材料または透明導電酸化物などのフィルムを備えてよい。
【００６４】
図１２および図１３に示されるように、ＰＶブラックマスク１１０、１１５は、アクティブなピクセル１０１を露出するようにパターニングされる。例えば、いくつかの実施形態では、ディスプレイは反射性ディスプレイであり、ＰＶブラックマスク１１０はピクセルの前に（画像面上に）形成される。そのような実施形態では、ＰＶブラックマスク１１０は、入射する周辺光または前面光（画像を発生するように視聴者へ選択的に反射される）に対してピクセル１０１を露出するようにパターニングされる。他の実施形態では、ディスプレイは透過性であり、ＰＶブラックマスク１１５はピクセルの背後に形成される。そのような実施形態では、ＰＶブラックマスク１１５は、ピクセルの背後からの光（例えばバックライト）に対してピクセル１０１を露出するようにパターニングされる。外部光を阻止または吸収することによって画像を適切に改善するために、ＰＶブラックマスク１１０、１１５は、好ましくはＰＶブラックマスク１１０、１１５に入射する光の１０％未満を反射または透過するように構成される。より好ましくは、ＰＶブラックマスク１１０、１１５は、ＰＶブラックマスク１１０、１１５に入射する可視光の５％未満を反射または透過するように構成される。ＰＶブラックマスク１１０、１１５を備えるＰＶ電池の反射または透過は、ＰＶ電池内の光起電力材料の厚さならびに用いた材料のような要因次第であり得る。ＰＶブラックマスクは、反射をさらに低減するために反射防止コーティングも含んでよい。
【００６５】
図１２および図１３では、ＰＶブラックマスク１１０、１１５は、アレイまたは画像領域の非アクティブ区域１０３をマスクするようにパターニングされる。したがって、ＰＶブラックマスクは、非アクティブ区域の望ましくない光学的作用（例えば反射）を視聴者からマスクするように、非アクティブ区域１０３のパターンに対応するようにパターニングされる。
【００６６】
図１４は、２×２のＰＶ一体型干渉型変調器のアレイ１４０の実施形態の斜視図を示す。図７Ｆに関して上記で論じられたように、干渉型変調器のアレイ１４０は、機械的層３４の列とレール支持体７３との間の間隙７４などの非アクティブ区域を含んでよい。非アクティブ区域は、エッチング穴７６またはアクティブなピクセル１０１内に形成された柱７５も含んでよい。図１４の実施形態では、アレイ１４０の背後にパターン化裏面ＰＶブラックマスク１１５が形成される。アレイ１４０内の非アクティブ区域または画像領域は、周辺光１０７ｂがパターン化裏面ＰＶブラックマスク１１５に到達するのを可能にすることができる透明な非アクティブ構造体を備えてよい。示されるように、パターン化裏面ＰＶブラックマスク１１５は、光が通過することができる非アクティブ構造体のパターンに対応するようにパターニングされる。例えば、ＰＶブラックマスク１１５は、間隙７４およびレール７３の下に細長片で形成され、アレイ１４０の下すなわち背後に交差状のパターンを形成する。大きなアレイの場合、パターンは、アクティブなピクセル領域１０１の間の空間に対応するグリッドの形状を有する。示されるように、裏面ＰＶブラックマスク１１５は、背板１４５上に形成されてよい。さらに、裏面ＰＶブラックマスク１１５は、「アイランド」すなわちＰＶ材料の接続されていない部分（ＰＶブラックマスクアイランド１４６）を含むことができる。
【００６７】
有利には、アレイ１４０の背後に形成された交差状のパターンは、裏面ＰＶブラックマスク１１５の前面電極と裏面電極とを外部回路で電気的に接続するのを可能にするために、ディスプレイ１４０の周辺へ広がってよい。ＰＶブラックマスクアイランド１４６のようなアイランドを含むＰＶブラックマスク１１０、１１５の実施形態については、外部回路を用いた電気的接続は、ＰＶブラックマスクアイランド１４６のＰＶ材料８１と電気接触するブランケットＴＣＯ層を介してなされてよい（図１７Ａ、図１７Ｂおよび付随する説明を参照されたい）。他の実施形態では、外部回路を用いた電気的接続は、バイア、パターン化金属トレース、またはパターン化ＴＣＯフィルムを用いてなされてよい。パターン化金属トレースを有する実施形態では、金属トレースは、ＰＶブラックマスクアイランド１４６内のＰＶ材料８１に入射する光量を低減しないように小さく保たれることになり、あるいは、トレースは、背板１４５の裏面へバイアを経由してルーティングすることができる。
【００６８】
ピクセル１０１のまわりもしくはピクセル１０１の間を通る光、間隙７４を通る光、または（光線１０７ａのように）支持構造物１８もしくは７３を通る光の例は、画像領域またはピクセルアレイ内の非アクティブ区域を通過する光の利用を示す。材料は、そのような非アクティブ区域を通る透過率を最大化するように選択することができる。例示的透明材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、クロム（ＩＩＩ）酸化膜（Ｃｒ３Ｏ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）などの誘電体を含んでよい。しかし、任意の透明材料または部分的透明材料が、非アクティブ区域内の構造体に用いられてよい。
【００６９】
図１４に示されるように、ＰＶ活性材料８１は、電極として機能することができる導電材料１４３、１４４の２つの層の間に挟まれてよい。前面電極１４４は、ＩＴＯまたは他のＴＣＯなどの透明導電体を含むことができ、あるいはこれらの透明導電体で作製することができる。ＰＶ活性材料８１は、透明な導電材料の層の１つだけと電気的に接触するように構成されてよく、また、裏面ＰＶブラックマスク１１５の裏面電極１４３は不透明であり得ることが理解されよう。
【００７０】
透明導電層は、任意の透明導電材料を含んでよい。多くの透明導電材料は透明導電酸化物（ＴＣＯ）である。ＴＣＯ層は、光を阻止することなくＰＶ材料への電極コンタクトを改善するために、光起電力材料、特に薄膜光起電力材料とともに使用されることが多い。機能的に、ＴＣＯは、ＰＶ電池電極の一部分を電気的に形成してよく、これらの電極は、一般にＴＣＯ材料と電気的に接触する不透明金属の電極または導電電極を備える。ディスプレイの用途では、不透明電極は、ＰＶ材料がかなりの光を取り込むことができる大きなウィンドウを形成するようにパターニングされてよい。あるいは、電極は、画像表示領域の外側の透明導電材料とすべて接触してよく、また、アレイまたは画像領域内の電極にはＴＣＯのみが用いられる。当業者に既知のように、通常のＴＣＯは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。ＩＴＯを形成する方法または堆積する方法は、当技術分野で周知であり、電子ビーム堆積、物理的気相成長またはスパッタ堆積の技法を含む。他のＴＣＯ材料および製造プロセスも用いられてよい。示された裏面ＰＶブラックマスク１１５の前面電極１４４として必要なのは透明導電体のみであるが、前面ＰＶマスク１１０（図１２を参照されたい）については、ＰＶ材料８１の両面上の電極用に透明導電体を用いるのが有用であり得ることが理解されよう。
【００７１】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、図７Ａ〜図７Ｅで示された実施形態に全般的に類似したＭＥＭＳデバイスの２つの実施形態を示す。しかし、図１５Ａおよび図１５Ｂの実施形態は、アクティブなピクセル１０１の前に（画像上または視聴者側に）、前面ＰＶブラックマスク１１０を備える。視聴者の位置によって示されるように、図１５Ａおよび図１５Ｂは図１０〜図１４に対して反転している。
【００７２】
図１５Ａでは、前面ＰＶブラックマスク１１０上に透明材料の緩衝層６５が形成され、干渉型変調器を形成するための平坦な表面をもたらす。支持体１８は、前面ＰＶブラックマスク１１０と位置合わせされ、前面ＰＶブラックマスク１１０の断面積とほぼ同じサイズである。他の実施形態では、ＰＶブラックマスク１１０の断面積は、支持体１８の面積と必ずしも等しくなく、この非アクティブ区域を十分にマスクして干渉型変調器のあらゆる表面から反射する入射周辺光１０７ａを吸収するように、サイズおよびパターンにおいて、支持体１８の断面積およびパターンの両方に対応する。前面のＰＶブラックマスク１１０は、支持体を、表面積で、例えば１０％未満または５％未満だけ上回ることができる。
【００７３】
図１５Ａに示されるように、前面ＰＶブラックマスク１１０は、基板２０上の緩衝層６５に組み込まれる。光変調素子すなわちＩＭＯＤ（光学積層体１６、可動層１４、および可動層１４から光学積層体１６を分離するキャビティ１９を備える）は、緩衝層６５の上にある。また、緩衝層６５の一部分が前面ＰＶブラックマスク１１０の上にあるので、前面ＰＶブラックマスク１１０はまた、支持体１８から電気的に絶縁され、光変調素子への電気路すなわち接続をもたらさない。
【００７４】
あるいは、図１５Ｂに示されるように、前面ＰＶブラックマスク１１０は、基板２０の、干渉型変調器の反対側に形成されてよい。この実施形態では、ＰＶブラックマスクは、類似の緩衝層６５に組み込まれてよく、あるいは、そうでなければ基板２０の反対側でカプセルに入れられてよい。図１５Ｂの実施形態を製造するために、最初に基板２０の片側の面上にディスプレイが形成されてよい。次いで、以下でさらに論じられるように、基板の反対側の面上にＰＶブラックマスク１１０が形成されてよい。あるいは、最初に片側の面上にＰＶブラックマスク１１０が形成されてよく、次いで反対側の面上にディスプレイが形成されてよい。
【００７５】
本明細書に開示された様々な実施形態は、様々なやり方で製造されてよい。例えば、画像領域内にアクティブなピクセルのアレイを備えるディスプレイは、パターン化ＰＶブラックマスクおよびディスプレイのうちの１つを他方の上に積層することによってＰＶブラックマスク１１０、１１５に一体化されてよい。あるいは、ディスプレイの背後に配置されたＰＶブラックマスクについては、ＰＶブラックマスクは、用途次第で、金属または透明であり得る背板上に形成されてパターニングされてよい。次いで、背板が、ディスプレイに位置合わせして取り付けられてよく、ディスプレイデバイスの裏面を形成する。ＰＶブラックマスクがディスプレイの前に配置される他の実施形態では、ガラスまたはプラスチックなどの透明なカバー板上にＰＶブラックマスクが形成されてよい。カバー板は、次いでディスプレイ上に取り付けられるか積層されてよく、あるいは、ディスプレイは、次いでカバー板の一方の面上または反対側の面上に形成または堆積されてよい。ＰＶブラックマスク１１０、１１５によって形成されたパターンが、非アクティブ区域によって形成されたパターンと同一である必要性はないが、ＰＶブラックマスクが、非アクティブ区域で利用可能な大部分の望ましくない光をマスクして吸収することができるように、パターン化ＰＶブラックマスクは、好ましくは非アクティブ区域のパターンを覆い、かつ非アクティブ区域のパターンに位置合わせされる。
【００７６】
図１６、図１７Ａおよび図１７Ｂは、前述の前面ＰＶブラックマスク１１０および裏面ＰＶブラックマスク１１５と似たＰＶブラックマスクの製造の一実施形態におけるステップを示す。図１６に示されるように、プロセスは、適当な基板１６１上に、電極層８２の上への薄膜ＰＶ材料層８１のブランケット堆積から始めてよい。基板１６１は、図１５Ａおよび図１５Ｂの基板２０の片側またはその反対側に相当してよい。ＰＶブラックマスク１１５がアクティブなピクセルの背後に形成される実施形態では、ディスプレイの裏面を覆ってＰＶブラックマスク１１５が形成されるように、基板１６１がディスプレイ自体を含んでよい。あるいは、図１４の実施形態と同様に、基板１６１は、後にディスプレイに取り付けられてディスプレイの背後に配置されることになる背板を含んでよい。他の実施形態では、基板１６１は犠牲基板を備えてよい。次いで、ディスプレイデバイスの前面または裏面に、犠牲基板が積層され、除去されて、パターン化ＰＶブラックマスクが後に残る。好ましくは、積層は、ＰＶブラックマスク１１０、１１５のパターンとピクセルアレイ内の非アクティブ区域のパターンとを位置合わせするように行われる。
【００７７】
当業者に理解されるように、ピクセル間のグリッドパターンなど、アレイにわたって連続したブラックマスクパターンは、電池に電荷を蓄積するための回路、またはディスプレイ自体もしくは関連する電子部品（携帯電話のようなもの）などの電気デバイスへ電力を直接供給するための回路へ容易にルーティングすることができる。絶縁された支柱をマスクするためのアイランドなどの絶縁されたＰＶ材料は、特別な経路設定を必要とすることがある。図１７Ａおよび図１７Ｂは、ＰＶ材料によって発生された電流の経路設定の１つの方法を示す。あるいは、そのようなアイランドについては、バイア経由で背板１４５の裏面へトレースをルーティングすることができるのを当業者なら理解するであろう。
【００７８】
図１７Ａは、図１６のブランケットＰＶ材料層８１をパターニングし、誘導体の緩衝層１７１および第２の電極８３をさらに堆積した後のデバイスを示す。誘導体の緩衝層１７１は、ＰＶ材料８１の絶縁されたアイランド間の領域内の２つの電極８２、８３の電気的絶縁を助長することができる。電極８２、８３は、透明導電層、または不透明金属の電極を備えてよく、あるいはその両方を備えてよい。電極８２、８３が反射性または不透明な金属の電極を備える場合、電極８２、８３の金属部分のパターニングに対して、反射を最小化し、ＰＶ材料８１へのウィンドウを最大化するように注意するのが好ましい。
【００７９】
図１７Ｂは、上の図１７Ａと同様に、図１６のブランケットＰＶ材料層８１のパターニング後のデバイスを示す。しかし、図１７Ｂの実施形態では、電極８２、８３は、（図１７Ｂのような）バッファによらず、ＰＶ材料８１の薄くなった部分によって電気接触を防止している。したがって、図１７Ａは、いくつかの区域（例えばアクティブなピクセル区域）からＰＶ材料８１をすべて除去するようにＰＶ材料８１をパターニングするが、図１７Ｂの実施形態は、いくつかの区域でＰＶ材料８１が著しく薄くなるようにＰＶ材料８１をパターニングする一方で、ＰＶブラックマスク１１０、１１５の区域として働くように意図された区域では、比較的厚いＰＶ材料８１を残す。
【００８０】
一般に、ＰＶブラックマスク１１０、１１５は、前述のように薄膜光起電力材料を備えてよい。薄膜ＰＶ電池のいくつかの利点には、デバイスのフットプリントが小さいことおよび製造プロセスのスケーラビリティがある。図１７Ｂの実施形態などのいくつかの実施形態では、薄膜ＰＶ電池は、部分的透過性に設計されてよい。そのような実施形態では、アクティブなピクセル区域１７３内のＰＶ材料８１の透過率は、ＰＶブラックマスク１１０、１１５が望まれる非アクティブ区域外では、表示画像が優れたままであるように十分に高い。
【００８１】
さらに、干渉型変調器ピクセルの一部分は、部分的透過性に構成または設計されてよく、したがって、アクティブなピクセルは、かなりの周辺光が通過してＰＶ電池１１５およびそのＰＶ活性材料８１に到達するのを可能にすることができるように設計されてよい。一般に、反射器１４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、およびクロム（Ｃｒ）またはＭｏＣｒなどの前述の合金などの金属層を備えてよい。反射器１４は、一般に不透明になり得るほど十分に厚い（例えば３００ｎｍ以上）。しかし、他の実施形態では、反射器１４は「半透過性の」ＩＭＯＤディスプレイ用の部分的反射器である。特定の実施形態の反射器１４の透過率は、反射器１４の厚さ次第である。一般に、部分的反射器である金属反射器１４は、２０Åと３００Åとの間にあり、好ましくは２２５Å未満である。ＰＶ一体型ディスプレイ１００の様々な実施形態の反射器１４において薄い半反射性の層を用いることにより、干渉型変調器は、ディスプレイピクセルのアクティブなアレイの選択部分を約５％から約５０％が通過して光起電力材料に到達するのを可能にするように構成されてよい。そのような機構では、パターン化ＰＶブラックマスクは、そのような半透過領域の下にあり得て、半透過領域を通過する光を取り込む。
【００８２】
前述の詳細な説明は、本発明のいくつかの実施形態を開示しているが、この開示が単なる例示であって、本発明を限定するものではないことを理解されたい。開示された特定の構成および作用は、前述のものと異なるものであり得て、本明細書で説明された方法は、半導体デバイスの製造と別の状況で用いられ得ることを理解されたい。当業者なら、一実施形態に関して説明された特定の特徴が、他の実施形態にも適用可能であり得ることを理解するであろう。例えば、干渉型スタックの様々な特徴が、光電池、光起電力のデバイスまたはアレイの前面に関して論じられており、そのような特徴は、光電池、光起電力のデバイスまたはアレイの裏面の上に形成された干渉型スタックに容易に適用可能である。例えば、様々な反射器の特徴が、ＰＶデバイスの前面の上に形成された干渉型変調器の様々な実施形態に関して論じられてきた。そのような反射器の特徴は、部分的反射器の使用を含んでＰＶデバイスの裏面の上に形成された干渉型変調器にも適用可能であり、あるいは、干渉型変調器のいくつかの実施形態については、裏面電極を反射器として使用するのと同時に反射器を省略するのに適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１４  可動反射器
１６  光学積層体
１８  支持体
１９  キャビティ
２０  基板
３４  機械的層
６５  緩衝層
７１  列電極
７２  行電極
７３  レール支持体
７４  間隙
７５  支持構造物
７６  エッチング穴
７７  アクティブなピクセル
８１  ＰＶ材料
８２，８３  電極
１００  ディスプレイデバイス
１０１  アクティブなピクセル
１０２，１０３  グリッドライン
１０４，１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０６  光
１０７ａ，１０７ｂ  周辺光
１０８  背板
１１０  前面ＰＶブラックマスク
１１５  裏面ＰＶブラックマスク
１２０  ディスプレイデバイス
１３０  ＰＶ一体型ディスプレイデバイス
１４０  ＰＶ一体型干渉型変調器のアレイ
１４３  裏面電極
１４４  前面電極
１４５  背板
１４６  ＰＶブラックマスクアイランド
１６１  基板
１７１  誘導体の緩衝層
【図１】
2011508244.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2011508244.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2011508244.tif 000011
【図７Ｂ】
2011508244.tif 000012
【図７Ｃ】
2011508244.tif 000013
【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
2011508244.tif 000015
【図７Ｆ】
2011508244.tif 000016
【図８】
2011508244.tif 000017
【図９Ａ】
2011508244.tif 000018
【図９Ｂ】
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【図１０】
2011508244.tif 000020
【図１１】
2011508244.tif 000021
【図１２】
2011508244.tif 000022
【図１３】
2011508244.tif 000023
【図１４】
2011508244.tif 000024
【図１５Ａ】
2011508244.tif 000025
【図１５Ｂ】
2011508244.tif 000026
【図１６】
2011508244.tif 000027
【図１７Ａ】
2011508244.tif 000028
【図１７Ｂ】
2011508244.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月18日(2009.9.18)
【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】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
反射性の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えるアクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を備えるアレイ領域と、
光起電力材料を備える光電池であって、前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前記前面および前記裏面のうちの１つの上に形成され、前記光起電力材料が、前記アクティブなピクセル区域内に形成された絶縁された非アクティブ区域を含む前記非アクティブ区域のパターンに対応するようにパターニングされた光電池とを備えるディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記光起電力材料が、前記アクティブなピクセル区域を露出するようにパターニングされ、前記非アクティブ区域のうちの少なくともいくつかと位置合わせされた請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記非アクティブ区域が、隣接したアクティブなピクセル区域を分離する区域を含む請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記光起電力材料が、堆積された薄膜光起電力材料を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前記非アクティブ区域の反射を低減するブラックマスクとしてさらに機能する請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光起電力材料が、前記光起電力材料上に入射する可視光の１０％未満を反射または透過するように構成された請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光起電力材料が、前記光起電力材料の前記表面および前記裏面の両方から光を受け取ることができる請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜をさらに備える請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前記裏面の上に形成された請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前面の電極が、誘導体の緩衝層および前記光起電力材料の薄くなった部分のうちの１つによって裏面電極から分離された請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記ＭＥＭＳデバイスが干渉型変調器を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記非アクティブ区域が、周辺光が前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる透明な非アクティブ構造体を備え、前記光起電力材料が、前記非アクティブ構造体のパターンに対応するようにパターニングされた請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記透明な非アクティブ構造体が、ピクセル区域の間に空間を備える請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の前面の上に形成された請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記光起電力材料が、前記アレイ領域の非アクティブ区域をマスクするようにパターニングされた請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記ＭＥＭＳデバイスが干渉型変調器を備える請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜をさらに備える請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記光起電力材料が、前記光電池の前記前面および前記裏面から前記透明導電膜を介して前記光起電力材料上に入射する光を受け取ることができる請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前面へ画像を表示するように構成され、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスを製造する方法であって、
反射性の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えるアクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を備えるアレイ領域を備えるディスプレイを設けるステップと、
前記アレイ領域の前記前面および前記裏面のうちの１つの上に、パターン化光起電力材料を配置するステップであって、前記光起電力材料が、前記アクティブなピクセル区域内に形成された絶縁された非アクティブ区域を含む前記非アクティブ区域のパターンに対応するようにパターニングされるステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記パターン化された光起電力材料を、前記非アクティブ区域のパターンに位置合わせするステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記光起電力材料が、光起電力材料のアイランドを形成する請求項１０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記非アクティブ区域がエッチング穴または柱のうちの１つを備える請求項１１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記光起電力材料が、光起電力材料のアイランドを形成する請求項１１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
反射性の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えるアクティブなピクセル区域および非アクティブ区域を備えるアレイ領域と、
前記アレイ領域の前記裏面の上に、前記非アクティブ区域のパターンに対応するようにパターニングして形成された光起電力材料を備える光電池とを備えるディスプレイデバイス。
【国際調査報告】
2011508244.tif 000030
2011508244.tif 000031
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