(57)【要約】  本願で説明される多様な実施形態において、ディスプレイ装置（８５）は、集光膜（８０、８４）と、その集光膜（８０、８４）のエッジ（８８）に配置された光起電装置（８６、１００、２００）とを備える。集光膜（８０、８４）は、その集光膜（８０、８４）の前面及び背面と光起電装置（８６、１００、２００）との間に光を方向転換させるための複数の光方向転換特徴部（９４、１０８）を有する。一部実施形態では、光源（９０、１７４）も集光膜（８０、８４）のエッジ（８８）に配置され、光方向転換特徴部（９４、１０８）によってディスプレイに向けて方向転換される光を放出する。
2011505587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視聴者に向き合うディスプレイ前面及びディスプレイ背面を有するディスプレイ画素のアクティブアレイと、
前記ディスプレイ前面又は背面の一方に隣接する少なくとも一つの集光膜であって、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、前記集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜と、
前記集光膜のエッジに配置され、前記光方向転換特徴部から前記集光膜の表面を横方向に透過した光を受光する向きにされた光起電装置とを備えたディスプレイ装置。
【請求項２】
前記集光膜のエッジに配置された光源を更に備えた請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光源が前記光起電装置と同一のエッジ上に配置されている、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光源が前記光起電装置とは異なる位置に配置されている、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記集光膜が、略０．５ｍｍから１０ｍｍの厚さの薄膜を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
積層構造に配置された複数の集光膜を更に備え、各集光膜が、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、前記集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記集光膜の光方向転換特徴部がプリズム特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記プリズム特徴部が対称である、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記プリズム特徴部が非対称である、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記プリズム特徴部がスリットを備える、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記光起電装置及び光源が、前記集光膜の対向するエッジに配置されていて、前記集光膜の非対称なプリズム特徴部が、前記集光膜前面からの環境光を前記光起電装置に方向転換させ、且つ、前記光源からの放出光を前記集光膜背面に方向転換させるように構成されている、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記光方向転換特徴部が回折特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記光方向転換特徴部がホログラム特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が反射型ディスプレイ技術を採用している、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を含む、請求項１５に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記ＭＥＭＳ装置が干渉変調器（ＩＭＯＤ）である、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を含む、請求項１５に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に配置されている、請求項１５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ背面に配置されている、請求項１５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
第二の集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に配置されている、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
環境光が、前記アレイのアクティブ画素領域間の少なくとも一つの非アクティブ領域を通り抜けることができる、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が半透過半反射型であり、環境光の一部がアクティブ画素領域を通り抜けて前記集光膜に到達する、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記非アクティブ領域が画素の間の領域を備える、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
可視光の略５％から略５０％が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイを通り抜けることができる、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が放出型ディスプレイ技術を採用している、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＦＥＤ、及びバックライト式反射型技術から成る群から選択されたディスプレイ技術を採用している、請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）装置を含む、請求項２７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を含む、請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に配置されている、請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ背面に配置されている、請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３２】
第二の集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に配置されている、請求項３１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３３】
ディスプレイ画素のアレイと、
前記ディスプレイ画素のアレイの隣に配置された少なくとも一つの集光膜であって、集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部を有する集光膜と、
前記集光膜の第一のエッジに配置された少なくとも一つの光起電装置であって、前記光方向転換特徴部から前記集光膜を横方向に透過した光を受光する向きにされた光起電装置と、
第二のエッジに配置された少なくとも一つの光源であって、前記光方向転換特徴部によって前記ディスプレイ画素のアレイに向けて方向転換される光を、前記集光膜を介して横方向に放出する光源とを備えたディスプレイ装置。
【請求項３４】
画像を表示及び変更する手段と、
光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段と、
前記画像を表示する手段に入射する方向からの光を、前記光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段に向けて、ディスプレイ表面に沿って横方向に方向転換させる手段とを備えたディスプレイ装置。
【請求項３５】
光を放出する手段を更に備えた請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【請求項３６】
前記画像を表示する手段が、ディスプレイ前面と、ディスプレイ背面と、少なくとも一つのエッジとを有するディスプレイ画素のアクティブアレイを備える、請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段が光起電装置を備える、請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【請求項３８】
前記光を方向転換させる手段が、集光膜前面と、集光膜背面と、前記集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜を備える、請求項３４に記載のディスプレイ装置。
【請求項３９】
光の集光及び画像表示の方法であって、
画像領域に画像をアクティブに表示する段階と、
前記画像領域から光を集光する段階と、
前記画像領域からの光を前記画像領域の少なくとも一つのエッジに方向転換させる段階と、
前記光を電流に変換する段階とを備えた方法。
【請求項４０】
前記画像領域のエッジから光を放出し、該光を画像領域に方向転換させる段階を更に備えた請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記アクティブに表示する段階が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを移動させる段階を備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記画像領域が、少なくとも一つの集光膜に動作可能に結合されたディスプレイ画素のアレイを備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
ディスプレイ装置の製造方法であって、
集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜を、ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面又は背面に動作可能に結合する段階と、
前記光方向転換特徴部によって、前記集光膜前面から前記集光膜のエッジの光起電装置に環境光が方向転換されて電気エネルギーに変換されるように、光起電装置を前記集光膜のエッジに整列させる段階とを備えた方法。
【請求項４４】
光を放出させるために、前記集光膜のエッジに光源を配置する段階を更に備えた請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年９月２日出願の米国仮出願第６１／０９３６８６号、及び２００７年１１月１６日出願の米国特許出願第１１／９４１８５１号の優先権を主張する。本願は、２００８年９月９日出願の米国特許出願第１２／２０７２７０号に関連する。
【０００２】
本願は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）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（“ＩＭＯＤ”，ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる。本願において、干渉変調器、干渉光変調器又はＩＭＯＤ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または両方は、その全体または一部が透明及び／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。
【０００４】
ＩＭＯＤをアドレス可能アレイに配置して、アクティブディスプレイを形成することができる。同様に、他のＭＥＭＳ技術や、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ，ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）、発光ダイオード（ＬＥＤ，ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）（有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ，ｏｒｇａｎｉｃ  ＬＥＤ）を含む）、電気泳動ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ，ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙ）等の非ＭＥＭＳ技術も全て、テレビ、コンピュータのモニタ、携帯電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄｉｇｉｔａｌ  ａｓｓｉｓｔａｎｔ）のスクリーン等として採用される。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】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／２６２５６２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／１９６０４０号明細書
【特許文献３】特開２００６−０６５３６０号公報
【特許文献４】米国特許第６１２３４３１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／１７１４１８号明細書
【特許文献６】国際公開第９９／０４２９６号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０６６７８３号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００６／０６６５４１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、ディスプレイ装置は、視聴者に向き合うディスプレイ前面及びディスプレイ背面を有するディスプレイ画素のアクティブアレイと、ディスプレイ前面又は背面の一方に隣接した少なくとも一つの集光膜と、光起電装置とを含み、集光膜は、集光膜前面、集光膜背面、少なくとも一つのエッジ、複数の光方向転換特徴部を有し、光方向転換特徴部は、集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されていて、光起電装置は、集光膜のエッジに配置されていて、集光膜を介して光方向転換特徴部から横方向に透過した光を受光するような向きにされる。
【０００７】
他の実施形態では、ディスプレイ装置は、ディスプレイ画素のアレイを含む。少なくとも一つの集光膜がディスプレイ画素のアレイの隣に配置される。その集光膜は複数の光方向転換特徴部を有し、その光方向転換特徴部は、集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている。少なくとも一つの光起電装置が集光膜のエッジに配置されて、その光起電装置は、光方向転換特徴部から集光膜を横方向に透過した光を受光する向きにされている。少なくとも一つの光源がエッジに配置され、その光源は、集光膜を介して横方向に光を放出し、その光は、ディスプレイ画素のアレイに向けて光方向転換特徴部によって方向転換される。
【０００８】
他の実施形態では、ディスプレイ装置は、ディスプレイ画素のアレイ上に画像を表示する手段と、光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段と、ディスプレイ表面上の入射方向から、光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段に向けて、ディスプレイ表面に沿った横方向に光を方向転換させる手段とを含む。
【０００９】
他の実施形態では、光を集光及び画像表示の方法は、画像領域にアクティブに画像を表示する段階と、画像領域から光を集光する段階と、画像領域からの光を画像領域の少なくとも一つのエッジに方向転換させる段階と、光を電流に変換する段階とを含む。
【００１０】
他の実施形態では、ディスプレイ装置の製造方法は、集光膜をディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面又は背面に動作可能に結合する段階を含む。集光膜は、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくも一つのエッジと、複数の光方向転換特徴部とを有する。また、本方法は、環境光が光方向転換特徴部によって集光膜前面から集光膜のエッジの光起電装置に方向転換されて、電気エネルギーに変換されるように、光起電装置を集光膜のエッジと整列させる段階も含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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である。
【図５Ｂ】図５Ａのフレームを描くために使用可能な行及び列の信号用のタイミング図の一例である。
【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８】ディスプレイ画素のアレイの上方を覆う集光膜及びそれに設けられた光起電装置と、ディスプレイ画素のアレイの下方を覆う他の同様の集光膜との概略的な断面図である。
【図９】ディスプレイ画素のアレイの上方を覆う集光膜並びにそれに設けられた光起電装置及び光源と、ディスプレイ画素の下方を覆う他の同様の集光膜との概略的な断面図である。
【図１０Ａ】光方向転換特徴部を有する集光膜の上面図であり、その集光膜の一コーナーに光起電装置及び光源が隣同士に配置されている。
【図１０Ｂ】光起電装置及び光源を備えた集光膜の一実施形態のコーナーの概略図である。
【図１０Ｃ】光起電装置及び光源の構成の更なる実施形態を示す概略図である。
【図１１Ａ】光を光起電装置に集光及び導光する複数のプリズム特徴部を備えたプリズム集光膜の概略的な側断面図である。
【図１１Ｂ】光を光起電装置に集光及び導光する複数のプリズム特徴部を備えたプリズム集光膜の他の概略的な断面図である。
【図１１Ｃ】光を光起電装置に集光及び導光する複数のプリズムスリットを備えたプリズム集光膜の他の概略的な断面図である。
【図１１Ｄ】より効率良く光を光起電装置に集光及び導光するスタガード特徴部を備えて積層された二層のプリズム集光膜を備えた実施形態を示す。
【図１２】回折方向転換特徴部を含む集光膜の概略図である。
【図１３Ａ】集光膜の上面に配置された透過型ホログラムを備えた光方向転換特徴部を概略的に示す。
【図１３Ｂ】集光膜の下面に配置された反射型ホログラムを備えた光方向転換特徴部を概略的に示す。
【図１４】前面に集光膜を有する反射型干渉変調器ディスプレイの一実施形態の概略的な断面図である。
【図１５】背面に集光膜を有する反射型干渉変調器ディスプレイの他の実施形態の概略的な断面図である。
【図１６】行及び列に配置されたアクティブディスプレイ画素のアレイの概略的な平面図である。
【図１７Ａ】バックライトを含む半透過半反射型干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイの概略的な断面図である。
【図１７Ｂ】バックライトが方向転換特徴部を有する集光／照明膜によって提供される半透過半反射型ＩＭＯＤディスプレイの概略的な断面図である。
【図１８】前面に集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の実施形態の概略的な断面図である。
【図１９】背面に集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の他の実施形態の概略的な断面図である。
【図２０】アクティブディスプレイ画素とバックライトとの間に集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の他の実施形態の概略的な断面図である。
【図２１】非対称な方向転換特徴部を備えた集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の他の実施形態の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な記載は、本発明の特定の実施形態に対するものである。しかしながら、本発明は、多種多様な方法で実施可能である。この記載においては、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。以下の記載から明らかになるように、動的な画像（例えば、ビデオ）または静的な画像（例えば、静止画）や、文字または図表の画像をプログラム可能に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。
【００１３】
本発明の特定の実施形態は、アクティブディスプレイ領域を介して光を集めて、その光を電気エネルギーに変換するために光起電装置に結合された集光膜を対象にしている。集光膜は、ディスプレイ画素のアレイの上方又は下方に配置され、アクティブディスプレイ領域上に受光された光の一部を方向転換させて、少なくとも一つの光起電装置が配置された集光膜のエッジにその光を向ける光方向転換特徴部を有する。一部実施形態では、ＬＥＤ等の光源も、同一の膜のエッジに配置されて、ディスプレイを照明するために光方向転換特徴部によって方向転換される光を放出する。
【００１４】
図８〜図２０の実施形態は、多様なディスプレイ技術と組み合わせて、光起電装置を備えた集光膜を採用し得るが、図１〜図７Ｅは、図８〜図２０の実施形態に有用な干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイ技術を例示する。
【００１５】
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（“オン”、“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（“オフ”、“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。
【００１６】
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、建設的にまた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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、以下に記載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。
【００２０】
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。このように、反射画素状態対非反射画素状態を制御可能な行／列の作動は、従来のＬＣＤや他のディスプレイ技術で用いられているものと多くの点で類似している。
【００２１】
図２から図５Ｂ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。
【００２２】
図２は、本発明の複数の側面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。例示的な実施形態では、電子装置はプロセッサ２１を含み、そのプロセッサ２１は、ＡＲＭ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＩ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＩＩ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＶ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）Ｐｒｏ、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、または、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。
【００２３】
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。ＭＥＭＳ干渉変調器に対しては、行／列の作動プロトコルは、図３に示される装置のヒステリシス特性を利用し得る。例えば、可動層を緩和状態から作動状態に変形させるには、１０ボルトの電位差が必要とされる。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は完全に緩和しない。従って、装置が緩和状態また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（図３に示される例では略３から７Ｖ）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が略１０ボルトの電圧に晒されて、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ボルトの安定状態電圧に晒されて、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（作動または緩和状態）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。
【００２４】
典型的な応用では、表示フレームは、第１番目の行（行１）の作動画素の所望の組に従った列電極の組をアサートすることによって、生成され得る。その後、行パルスが行１の電極に印加されて、アサートされた列ラインに対応する画素を作動させる。その後、第２番目の行（行２）の作動画素の所望の組に対応するために、列電極のアサートされる組を変更する。その後、パルスが行２の電極に印加されて、アサートされた列電極に従った行２の適切な画素を作動させる。行１の画素は、行２のパルスによって影響されず、行１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／又は新しい表示データに更新される。表示フレームを生成するために画素アレイの行電極及び列電極を駆動するプロトコルは、多種多様なものが周知であり、本発明と組み合わせて使用可能である。
【００２５】
図４、図５Ａ及び図５Ｂ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、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ということを認識されたい。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。
【００２６】
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、駆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、作動または緩和のその時点での状態で安定である。
【００２７】
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または−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に示される配置で安定である。同じ手順を、数十または数百の行列のアレイに対して用いることができるということを認識されたい。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、上述の例は単の例示的なものであり、他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ことも認識されたい。
【００２８】
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の同一の構成要素また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。
【００２９】
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、当業者に周知の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、色の異なるまた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。
【００３０】
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、本願に記載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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）または（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。
【００３３】
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。更の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また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、画像データを発生するソフトウェアモジュールや、画像データを含むＤＶＤやハードディスクドライブであり得る。
【００３４】
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、または、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にまた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参照する。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。
【００３５】
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、または、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。
【００３６】
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、または、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と関係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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、本願で記載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、または、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、または、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。
【００３９】
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、入力装置は、キーパッド（ＱＷＥＲＴＹキーパッ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、感圧または感熱膜を含む。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。
【００４０】
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、または、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。
【００４１】
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、プログラム可能性が備わっている。一部実施例では、プログラム可能性は、アレイドライバ２２に備わっている。当業者は、上述の最適化が、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実施可能であるということを認識されたい。
【００４２】
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、可動反射層１４が、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、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、支持体１８と指称され、ポスト、ピラー、レール又は壁の形状をとることができる。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、支持体１８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。
【００４３】
図７Ａ〜図７Ｅ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。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。
【００４４】
図８及び図９に示されるような実施形態では、前面集光膜８０が、ディスプレイ画素のアレイ８２の前面の上方又は上に配置される。背面集光膜８４は、ディスプレイ画素のアレイ８２の背面の上方又は上に配置される。ディスプレイ画素のアレイ８２は、反射型であり得て、ＬＣＤ、ＭＥＭＳ装置（例えば、干渉変調器又はＩＭＯＤディスプレイ）、電気泳動装置、前面又は視聴側から光を反射するディスプレイ技術の他の種類のものの形状をとり得る。ディスプレイ画素のアレイ８２は、放出型であり得て、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、バックライト式微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置（例えば、半透過半反射型でバックライト式の干渉変調器ディスプレイ（ＩＭＯＤ））、又は、光を内部で生じさせて放出させるディスプレイ技術の他の種類のものであり得る。本願において、“放出型”ディスプレイ技術には、バックライト式技術が含まれる。
【００４５】
特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、前面集光膜８０のみを備えて形成され得る。他の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、背面集光膜８４のみを備えて形成され得る。図８は、前面及び背面集光膜８０、８４の各々が、集光膜８０、８４のエッジ８８に配置された光起電（ＰＶ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）装置８６を備える実施形態を示す。図８は、概略的なものであり、集光膜、ＰＶ装置及びアクティブディスプレイの相対的な位置関係を伝えるものであり、ディスプレイ又は画像領域が受光した光の一部がＰＶ装置に向けられる位置関係等を伝える。
【００４６】
図９は、光起電装置８６及び光源９０の両方が集光膜８０、８４のエッジ８８に配置されている他の実施形態を示す。一部実施形態では、光起電装置８６及び光源９０は隣同士に配置され得る。他の実施形態では、光起電（ＰＶ）装置８６及び光源９０は、集光膜８０、８４のエッジ８８上の異なる位置に配置される。図８と同様に、本装置は、前面集光膜８０、背面集光膜８４のいずれか、または図示されるように両方を含み得る。図８と同様に、アクティブディスプレイの画像領域からの又は画像領域への光の一部は、画像領域のエッジ上のＰＶ装置に向けられる。更に、集光膜は、エッジの光源からの光の一部をディスプレイアレイ８２の画像領域に向ける。ＰＶ装置８６及び光源９０は、同じエッジに、又は集光膜８０、８４のエッジ８８の同じ側に存在している必要はない。
【００４７】
図９に示される実施形態では、集光膜８０、８４は図８のものと同様の構造を有することができる。しかしながら、膜８０、８４は、光源９０からの光が光起電装置８６に到達する光の反対方向に伝わる限りにおいて、照明膜としても機能することができる。集光膜８０、８４は、後述の図１１Ａ〜図１３Ｂからより良く理解されるような光方向転換特徴部を含む。光源は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え得る。
【００４８】
各集光膜８０、８４は二表面を備える。上面は環境光を受光するように構成される。下面は上面の下方に配置される。集光膜８０、８４はその全周囲がエッジ８８によって画定されている。典型的には、集光膜８０、８４の長さ及び幅は、集光膜８０、８４の厚さよりも実質的に大きい。集光膜８０、８４の厚さは、例えば０．５から１０ｍｍであり得る。集光膜８０、８４の主要な表面の面積は０．０１から１００００ｃｍ２であり得る。一部実施形態では、集光膜８０、８４を備える物質の屈折率は、周囲の媒体よりも顕著に高くて、全内部反射（ＴＩＲ，ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によって環境光の大部分を集光膜８０、８４内部に導光する。
【００４９】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、集光膜８０、８４のエッジ８８に光起電装置８６及び光源９０の両方を配置するための多様な構成を示す。一部実施形態では、光源９０が省略され得る。図１０Ａに示されるような実施形態では、光起電装置８６及び光源９０が集光膜８０、８４の一コーナー９２に隣同士で配置される。集光膜８０、８４は、その集光膜８０、８４の表面上に円弧で概略的に示される光方向転換特徴部９４を備える。光方向転換特徴部は、プリズム性、回折性、ホログラム性、又は、集光膜８０、８４の上面又は下面の入射方向から集光膜８０、８４のエッジ８８に向けて横方向に光を方向転換させるための他のメカニズムであり得る。一部実施形態では、光起電装置８６及び／又は光源９０は、集光膜８０、８４のコーナー９２ではなくて、エッジ８８の一側に沿って中央に配置され得る。図１０Ａは、隣同士に配置されている光起電装置８６及び光源９０を例示するものであるが、光起電装置８６及び光源９０は、図１０Ｂ及び１０Ｃに示されるように同心状又は重畳するものでもあり得て、又は、集光膜８０、８４のエッジ８８上の異なる位置に配置され得て、例えば互いに向かい合う。一部実施形態では、集光膜８０、８４は、集光膜８０、８４のエッジ上の多様な位置に配置された複数の光起電装置８６及び／又は光源９０を有する。
【００５０】
図１１Ａ〜図１３Ｂは、光の集光及び光起電変換用に、又はディスプレイ装置８５の集光及び照明の両方に使用可能な光方向転換特徴部を有する例を示す。
【００５１】
環境光を光起電装置内に動作可能に結合するのに用いられるプリズム集光膜の一実施形態が図１１Ａに示されている。プリズム導光コレクタは、相互主義に基づいている。つまり、光は、プリズム集光膜の表面とエッジとの間の経路に沿って前後に伝わることができる。図１１Ａは、光起電装置１００に対して配置された集光膜１０４を備えた実施形態の側面図である。一部実施形態では、集光膜１０４は、基板１０５と、その上又は中に形成された複数のプリズム特徴部１０８とを備える。集光膜１０４は、上面１３０及び下面１４０を備え、その間に複数のエッジ１１０を有し得る。集光膜１０４に入射する光１１２は、複数のプリズム特徴部１０８によって集光膜１０４内に方向転換され、上面及び下面における複数の全内部反射によって集光膜１０４内に横方向に導光される。集光膜１０４は、光起電装置が反応する一以上の波長の放射に対して透明である光透過性物質を備え得る。例えば、一実施形態では、集光膜１０４は、可視及び近赤外領域の波長に対して透明であり得る。他の実施形態では、集光膜１０４は、紫外又は赤外領域の波長に対して透明であり得る。集光膜１０４は、ガラスやアクリル等の硬質又は半硬質物質から形成され得て、本実施形態に構造安定性を与える。代わりに、集光膜１０４は、フレキシブルポリマー等のフレキシブル物質で形成され得る。
【００５２】
一実施形態では、図１１Ａに示されるように、プリズム特徴部１０８の形状の光方向転換特徴部は、基板１０５の下面１４０上に、又は光源から離して配置される。プリズム特徴部１０８は一般的に、基板１０５の下面１４０上に形成された細長の溝である。溝は光透過性物質で充填され得る。プリズム特徴部１０８は、成形、エンボス、エッチング又は他の代替方法によって、基板１０５の下面上に形成され得る。代わりに、プリズム特徴部１０８は、基板１０５の下面上に積層され得る膜の上に配置され得る。プリズム膜を備えた実施形態では、光はプリズム膜内のみに導光され得る。このような実施形態では、基板１０５は構造安定性のみを提供し得る。プリズム特徴部１０８は多様な形状を備え得る。例えば、プリズム特徴部１０８は、線形のＶ字溝、又はスリットであり得る。代わりに、プリズム特徴部１０８は曲線又は非線形の形状を備え得る。
【００５３】
図１１Ｂは、線形のＶ字溝１１６の形状のプリズム特徴部の拡大図を示す。Ｖ字溝１１６は、図１１Ｂに示されるように、二つの平面ファセットＦ１及びＦ２を備え、その間の角度αで配置される。ファセット間の角度分離αは、集光膜１０４又は周囲の媒体の屈折率に依存し、又は１５度から１２０度であり得る。一部実施形態では、ファセットＦ１及びＦ２は等しい長さのものであり得る。図示されている非対称な実施形態では、一つのファセットの長さが、他のファセットのものよりも長い。二つの連続するＶ字溝間の距離‘ａ’は、０．０１から０．５ｍｍの間であり得る。Ｖ字溝の幅（‘ｂ’で示す）は、０．００１から０．１００ｍｍの間であり得て、‘ｄ’で示されるＶ字溝の深さは０．００１から０．５ｍｍの間であり得る。
【００５４】
図１１Ｃは、非対称スリット１０８の形状のプリズム特徴部の拡大図を示す。スリット１０８は、集光膜の表面に対して角度βで配置された二つの実質的に平行な平面ファセットＦ３及びＦ４を備える。集光膜の表面とスリットとの間の角度βは、集光膜１０４又は周囲の媒体の屈折率に依存し得て、又は５度から７０度であり得る。平面ファセットＦ３は、集光膜前面及び背面１３０、１４０における複数の内部反射によって、集光膜前面１３０からの光を集光膜１０４の一エッジ１１０に向けて横方向に方向転換させる。
【００５５】
図１１Ａ及び図１１Ｃを参照すると、光起電装置１００は、集光膜１０４のエッジ１１０に隣接して、その膜１０４に対して横方向に配置されている。光起電装置１００は、プリズム特徴部１０８によって集光膜１０４を介して方向転換された光を受光するように構成及び配向されている。光起電装置１００は、単層又は多層のｐ‐ｎ接合を備え得て、シリコン、アモルファスシリコン又は他の半導体（テルル化カドミウム）製であり得る。一部実施形態では、光起電装置１００は、光電気化学電池、ポリマー、又はナノテクノロジーに基づいたものであり得る。光起電装置１００は、薄いマルチスペクトル層も備え得る。マルチスペクトル層は更に、ポリマー中に分散させたナノ結晶を備え得る。複数のマルチスペクトル層を積層させて、光起電装置１００の効率を上昇させ得る。図１１Ａ及び図１１Ｂは、光起電装置１００が集光膜１０４の一エッジ１１０に沿って配置されている（例えば、集光膜１０４の左側に）実施形態を示す。しかしながら、他の光起電装置も、集光膜１０４の他のエッジに配置され得る（たとえば集光膜１０４の右側に）。図１１Ｃに示されるように、複数の光起電装置を集光膜１０４の両側に配置し得る（例えば集光膜１０４の左側及び右側に）。集光膜１０４に対する光起電装置１００の配置の他の構成も可能である。
【００５６】
集光膜１０４の上面に入射する光は、光路１１２で示されるように、集光膜１０４を透過する。プリズム特徴部１０８のファセットに当たると、光は、集光膜１０４の上面及び下面１３０、１４０からの複数の反射によって全内部反射される。集光膜１０４のエッジ１１０に当たった後、光線は集光膜１０４から出射し、光起電装置１００に光学的に結合される。レンズ又は光パイプを用いて、集光膜１０４からの光を光起電装置１００に光学的に結合し得る。例えば、一実施形態では、集光膜１０４は、光起電装置１００に近い端部に向けてプリズム特徴部１０８を欠いたものであり得る。プリズム特徴部を有さない集光膜１０４の部分は、光パイプとして機能し得る。集光膜によって集光及び導光される光の量は、プリズム特徴部の幾何学的形状、種類及び密度に依存する。集光される光の量は、導光物質の屈折率にも依存し、開口数を決定する。
【００５７】
従って、光は、全内部反射（ＴＩＲ）によって集光膜１０４を介して導光される。特定の光線が、上面又は下面に対して或る角度で配向し得るが、正味の方向転換は、膜の主要な表面（上面又は下面）に対する入射方向から、膜１０４のエッジ１１０の向かう、一般的には光の入射する表面に平行な、横方向へのものである。導光された光には、集光膜における吸収及び他のファセットからの散乱による損失が生じ得る。導光された光のこの損失を減じるために、集光膜１０４の横方向の長さを数十インチ未満に制限して、反射の回数を減少させることが望ましい。しかしながら、集光膜１０４の長さを制限することは、光が集光される面積を減少させることになり得る。従って、一部実施形態では、集光膜１０４の長さを、数十インチよりも大きくし得る。他の実施形態では、光学コーティングを集光膜１０４の表面上に堆積させて、フレネル損失を減じ得る。
【００５８】
光線が、プリズム特徴部１０８を欠いている集光膜１０４の部分（典型的には膜表面の大部分）に当たると、集光膜を透過して、集光膜内には方向転換されない。入射光の大部分が膜を介することが望ましい以下の実施形態においては、透過した光がアクティブディスプレイを照明することができる。しかしながら、方向転換される光の量を調整して、光起電装置１００の集光を増大させることが望ましくなり得る。光起電装置１００に向けられる光の量を増加させるため、プリズム特徴部を備えた複数の集光膜を積層させることが有利になり得て、プリズム特徴部は、図１１Ｄに示されるように互いにずらされる。図１１Ｄは、プリズム特徴部２０８を有する第一の集光膜層２０４とプリズム特徴部２１６を有する第二の集光膜層２１２を備えた実施形態を示す。光起電装置２００は、二枚の集光膜層２０４及び２１２に対して側方に配置されている。プリズム特徴部２０８及び２１６は、互いにずらされるように設計されているか、又は光方向転換特徴部の非整列性の傾向が高くなるようにランダムにされる。光線２２０は、上述のように、第一の集光膜２０４によって方向転換及び導光される。点Ａにおいて第一の集光膜２０４を通り抜ける光線２２４は、第二の集光膜２１２によって方向転換及び導光される。このようにプリズム特徴部２０８及び２１６をずらすことによって、特徴部間の間隔が減少し、プリズム特徴部の密度が増大する。特徴部をずらすことが、光起電装置に光学的に結合される光の量を増加させることによって、光起電装置の電気出力が増大し得る（透過光と引き換えに）。集光膜層２０４、２１２は薄いものであり得るので、複数の集光膜層を積層させて、ＰＶ電池に結合される光の量を増加させることが可能である。互いに積層可能な層の数は、各層のサイズ及び／又は厚さ、各層の界面におけるフレネル損失、更には、所望の応用に対する透過光の許容可能な損失（例えば層を介してディスプレイ装置を見る場合）に依存する。一部実施形態では、２から１０枚の集光膜層を互いに積層させ得る。
【００５９】
光起電装置に向けて光を集光するプリズム導光板、シート又は膜を用いることの利点は、所望の電気出力を達成するのに必要な光起電装置の数が少なくなり得ることである。従って、本方法には、光起電装置で発生させるエネルギーのコストを減少させる可能性がある。他の利点は、反射型ディスプレイへの光の透過、又は或るタイプのディスプレイからの光の透過を過度に減少させることなく電力を生じさせるために光を集光できるという性能である。
【００６０】
図１２は他の集光膜を示し、方向転換特徴部は、プリズム特徴部ではなくて、回折特徴部３０８を備える。多様な好ましい実施形態において、回折特徴部３０８は、光が集光膜１０４内部を伝播し、集光膜１０４のエッジ１１０から出射し、光起電装置１００内に向かう角度で、集光膜１０４に入射する光（例えば光線３１２）を方向転換させるように構成されている。光は、集光膜１０４の長さ方向に沿って伝播し得て、例えば、グレージング角（例えば略４０°以上（集光膜１０４の表面に対する垂線から測定して））での全内部反射によるものである。この角度は、スネルの法則によって求められる臨界角以上であり得る。回折光３１２は、集光膜１０４の長さ方向に対してほぼ垂直に方向転換される。回折特徴部３０８は、表面又は体積回折特徴部を備え得る。回折特徴部３０８は、集光膜１０４の第一の面１３０上の回折方向転換膜上に含まれ得る。回折特徴部はホログラム特徴部を備え得る。同様に、一部実施形態では、回折方向転換膜は、ホログラム、又はホログラム膜を備え得る。物質の相対的な屈折率及び反射率に応じて、回折微小構造は、集光膜１０４の上面、下面又は側面上に存在し得る。
【００６１】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、他のタイプの光方向転換素子２４２を備えた集光膜２４０の実施形態を示す。光方向転換素子２４２は、微小構造化薄膜であり得る。一部実施形態では、光方向転換素子２４２は、体積又は表面回折特徴部又はホログラムを備え得る。光方向転換素子２４２は、薄い板、シート又は膜であり得る。光方向転換素子２４２の厚さは、一部実施形態では略１μｍから１００μｍとなり得るが、より大きく又はより小さくもなり得る。一部実施形態では、光方向転換素子又は層２４２の厚さは、５μｍから５０μｍの間であり得る。他の実施形態では、光方向転換素子又は層２４２の厚さは１μｍから１０μｍの間であり得る。光方向転換素子２４２は、接着剤によって集光膜２４０の基板２４４上の層に取り付けられ得る。接着剤は、基板２４４を備える物質と屈折率の整合がとられ得る。一部実施形態では、接着剤は、光方向転換素子２４２を備える物質と屈折率の整合がとられ得る。一部実施形態では、光方向転換素子２４２を基板２４４上に積層させて、集光膜２４０を形成し得る。特定の他の実施形態では、体積又は表面回折特徴部又はホログラムは、堆積又は他のプロセスによって、基板２４４の上面又は下面の上に形成され得る。
【００６２】
体積又は表面回折素子又はホログラムは、透過又は反射モードで動作可能である。透過回折素子又はホログラムは一般的に、光透過性物質を備え、それを通過する光を回折する。反射回折要素又はホログラムは一般的に、反射物質を備え、そこから反射される光を回折する。特定の実施形態では、体積又は表面回折素子／ホログラムは、透過及び反射構造のハイブリッドであり得る。回折素子／ホログラムは、レインボウホログラム、コンピュータ生成回折素子又はホログラム、他の種類のホログラム又は回折光学素子を含み得る。一部実施形態では（例えばディスプレイの背面に対して）、透過ホログラムよりも反射ホログラムの方が好ましいものとなり得て、高い割合の入射光が光起電装置に向けられる（一部実施形態では光源から光起電装置に向けられる）。何故ならば、反射ホログラムは、透過ホログラムよりも良好に、白色光を集光及び導光することができるからである。より高い透明性が望まれる実施形態では（たとえばディスプレイの前面に対して）、透過ホログラムが使用され得る。複数の層を備える実施形態では、反射ホログラムよりも透過ホログラムが好ましいものとなり得る。以下の特定の実施形態では、透過層の積層体が、光学性能を上昇させるのに特に有用である。上述のように、透過層は、集光膜がディスプレイの前面に存在する実施形態に対しても有用であり得て、高い割合の入射光が、集光膜の下方のディスプレイへと、又はそのディスプレイから集光膜を通り抜けることができる。
【００６３】
光方向転換素子２４２の一つの考えられる利点を、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、以下説明する。図１３Ａは、光方向転換素子２４２が透過ホログラムを備え、基板２４４の上面に配置されて、集光膜２４０を形成している実施形態を示す。環境光の光線２４６ｉは、入射角θ１で光方向転換素子２４２の上面に入射する。光方向転換素子２４２は、入射光線２４６を方向転換又は回折する。回折光線２４６ｒは基板２４４に入射し、基板２４４内への光線２４６ｒの伝播角が、θＴＩＲよりも大きいθ”１となる。集光膜２４０の外側へと透過し、光方向転換素子２４２の存在しない基板２４４内に横方向に導光されない光線２４６ｉは、光方向転換素子２４２の存在している集光膜２４０内に横方向に集光及び導光される。従って、光方向転換素子２４２は、集光膜２４０の集光効率を増大させることができる。逆に、膜２４０のエッジの光源からの光は、上面に向けて方向転換される傾向が高い。
【００６４】
図１３Ｂは、光方向転換素子２４２が反射ホログラムを備え、基板２４４の下面に配置されている実施形態を示す。光線２４８は、角度θ１で集光膜２４０の上面に入射し、光線２４８の屈折角がθ’１となる。光方向転換素子２４２に当たる際に、回折光２４８ｒは、基板２４４に対する臨界角θＴＩＲよりも大きい角度θ”１で光線２４８ｂとして、光方向転換素子２４２によって反射される。角度θ”１が臨界角θＴＩＲよりも大きいので、次に、光線２４８ｂは、複数の全内部反射によって集光膜２４０内に導光される。従って、基板２４４で導光されなかった光線２４８ｉは、光方向転換素子２４２の存在のため、集光膜２４０内部に導光される。逆に、膜２４０のエッジの光源からの光は、上面に向けて方向転換される傾向が高い。
【００６５】
図１４は、集光膜８０が、反射型ディスプレイ８２用のアクティブ画素のアレイのディスプレイ前面に配置されているディスプレイ装置８５の一実施形態を示す。図示される実施形態では、反射型ディスプレイ８２は、アクティブＭＥＭＳアレイを備え、特に、図１〜図７Ｅに関して上述したような、アレイに配置された個々のアドレス可能画素を備えたアクティブ干渉変調器（ＩＭＯＤ）を備える。他の実施形態では、反射型ディスプレイ８２は、ＬＣＤ、ＤＬＰ、電気泳動アクティブディスプレイ技術を備えることができる。図１４に示される反射型ディスプレイ８２は、ディスプレイ前面を含み、その上に集光膜８０が取り付けられている。ディスプレイ前面は、ディスプレイ画素のアレイ８２周辺のスペーサ３００及び／又はシーティングフリットによって、バックプレート８７に接続される。アレイ８２は、基板２０と、静止（透明）電極を含む光学積層体１６と、支持体１８によって基板２０に接続された可動電極又はミラー１４とを含む。例示のため、図１４及び図１５のＩＭＯＤアレイは、単一のＩＭＯＤによって概略的に代表されている。
【００６６】
図１４の実施形態では、前面集光膜８０は、集光膜前面８０ａと、集光膜背面８０ｂと、少なくとも一つのエッジ８８とを有する。光起電装置８６は集光膜８０のエッジ８８に配置され、光源９０は、光起電装置８６の隣に、又は他のエッジ位置に配置される。集光膜前面８０ａは環境光９５を受光する。集光膜８０の光方向転換特徴部９４は、環境光９５を膜８０のエッジ８８に向けて、光起電装置８６に受光させて電気エネルギーに変換させる。光源９０は、反射型ディスプレイ８２に向けて光方向転換特徴部９４によって方向転換される光を放出し、十分な環境光９５が存在しない場合にディスプレイ８２を照明し、又は環境光９５と組み合わせて反射型ディスプレイ８２を明るくする。一部実施形態では、光源９０は省略可能である。
【００６７】
図１５は反射型ディスプレイ装置８５の他の実施形態を示し、同様の要素には同様の参照符号が付されていて、集光膜前面８４ａ及び集光膜背面８４ｂを有する集光膜８４が、ディスプレイ８２用のアクティブ画素のアレイの背面に配置されている。環境光９５は、支持体１８又は、ディスプレイ８２のアクティブ領域間の他の透明な非アクティブ領域を通り抜けて、背面集光膜８４の集光膜前面８４ａに受光される。集光膜８４の光方向転換特徴部９４は、光９５を集光膜８４のエッジ８８に向けて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換させる。
【００６８】
図１６は、反射型ディスプレイ８２用の画素１６１のアレイの平面図を示す。ディスプレイ画素１６１は行１６２及び列１６３に配置されている。行１６２と列１６３との間の領域、又は非アクティブ領域は、支持体１８及びギャップ１６４を含む。典型的には、支持体１８やギャップ１６４等の非アクティブ領域は、これらの領域からの反射を最小化し、ディスプレイ画素１６１のコントラスト比を最小化し、性能を改善するために、ブラックマスクでマスクオフされている。ディスプレイ画素１６１が反射型である本発明の一部実施形態では、光は反射型ディスプレイ８２の行１６２及び列１６３の間のポスト１８及びギャップ１６４を介して、背面集光膜８４へと通り抜けることができる。方向転換特徴部は、光の集光又は照明を最大化するために、非アクティブ領域に整列され得て、集光膜はディスプレイ８２の前面又は背面に存在している。従って、典型的にはブラックマスクによって吸収される光が、代わりに集光膜８０、８４のエッジ上の光起電装置８６に向けられるので、ブラックマスクを省略することができる。従って、これらの領域からの反射及びコントラスト損失が減少する一方で、これらの領域に受光される光を用いて電力を発生することができる。ブラックマスク物質、ブラックマスクの堆積及びパターニング段階を省略することによって、ディスプレイ装置８５の製造の総コストが減少し得る。集光膜８４が背面に存在する場合（図１５）、行又は列の間のギャップ１６４の電極ストリップに、開口部１６５を形成して、光の透過を増大させることができる。図１６は、行電極１６２が透明であるＩＭＯＤ例を示すので、反射列電極１６３のみが、列電極１６３が行１６２間のギャップ１６４と交差する箇所において開口部１６５を有する必要がある。図１６の列電極１６３が、図１４及び図１５の可動電極又はミラーに対応する一方、図１６の行電極１６２は、図１４及び図１５の光学積層体１６（静止透明電極を含む）に対応する。
【００６９】
図１７Ａは、アクティブに変更される画像において、一部光がディスプレイ８２’を通り抜け、一部光がディスプレイ８２’の画素に反射される半透過半反射型ディスプレイ８２’を示す。特定の実施形態では、ディスプレイ画素のアクティブアレイを通り抜ける可視光の割合は略５％から略５０％である。図１７に示されるディスプレイ８２’は、基板１７０と吸収体層１７１と光学共鳴キャビティ１７２と部分反射体層１７３と光源１７４とを備えた単一のＩＭＯＤによって図面では代表されている透明干渉変調器（ＩＭＯＤ）のアレイである。基板１７０は、少なくとも部分的には光学的に透明である。吸収体層１７１は基板１７０の下に配置され、且つ、吸収体層１７１は部分的には光学的に透過性である。反射体層１７３は、基板１７０の下に配置され、吸収体層１７１から離隔されていて、吸収体層１７１は基板１７０と反射体層１７３との間に位置する。部分反射体１７３は、上述のＩＭＯＤの説明に従って、光学キャビティ１７２内を移動することができる。また、反射体層１７３は、部分的に反射性で部分的に透過性である。光源１７４は、吸収体層１７１及び反射体層１７３が基板１７０と光源１７４との間に位置するように、基板１７０に対して位置決めされる。図示されてはいないが、バックプレートが、部分反射体１７３とバックライト１７４との間に位置し得る。
【００７０】
特定の実施形態では、ディスプレイ８２’から第一の方向１７５に放出される光は、光の第一部分と、光の第二部分と、光の第三部分とを備える。光の第一部分は、基板１７０に入射して、基板１７０を透過して、吸収体層１７１を透過して、反射体層１７３で反射され、吸収体層１７１を透過して、基板１７０を透過して、基板１７０から第一の方向１７５に放出される。光の第二部分は、基板１７０に入射して、基板１７０を透過して、吸収体層１７１によって反射され、基板１７０を透過して、基板１７０から第一の方向１７５に放出される。光の第三部分は、光源１７４から反射体層１７３に入射して、反射体層１７３を透過して、吸収体層１７１を透過して、基板１７０を透過して、基板１７０から第一の方向１７５に放出される。
【００７１】
特定の実施形態では、基板１７０はガラス又はプラスチック物質を備える。特定の実施形態では、吸収体層１７１はクロムを備える。特定の実施形態では、反射体層１７３は金属層を備える（例えば、厚さ３００オングストローム未満のアルミニウム層）。特定の実施形態の反射体層１７３の透過性は、反射体層１７３の厚さに依存する。
【００７２】
図示される半透過半反射型ＩＭＯＤに対して、吸収体層１７１及び反射体層１７３のうち少なくとも一つは、吸収体層１７１と反射体層１７３との間の間隔を変化させるように選択的に可動して、干渉原理を用いて二つの光学状態を選択的に発生させる。特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、ディスプレイシステムの作動可能素子（例えば画素や、サブ画素）を備える。
【００７３】
特定の実施形態では、図１〜図７Ｅを参照して説明した通常のＩＭＯＤ動作に従って、
光の第一部分及び光の第二部分が干渉して、第一の色を有する光を生じさせる。第一の色は、少なくとも二つの状態の間で変更可能な光学キャビティのサイズに依存する。
【００７４】
特定の実施形態では、光源１７４は、光の第一及び第二部分の干渉の和の色を選択的に変更することができる。光源１７４をオンにして、異なる色を生成する第三の状態を生じさせることができる。環境光が存在しない場合には、更に他の色を生じさせることができる。
【００７５】
特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、第一の方向１７５と、一般的に第一の方向の反対の第二の方向１７６との両方から視認可能である。例えば、このような特定の実施形態のディスプレイ装置８５は、ディスプレイ装置８５の第一の側の第一の位置から、及び、ディスプレイ装置８５の第二の側の第二の位置から視認可能である。特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される光は、光の第四部分と、光の第五部分と、光の第六部分とを備える。特定の実施形態の光の第四部分は、基板１７０に入射して、基板１７０を透過して、吸収体層１７１を透過して、反射体層１７３を透過して、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される。特定の実施形態の光の第五部分は、反射体層１７３に入射して、反射体層１７３を透過して、吸収体層１７１から反射されて、反射体層１７３を透過して、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される。特定の実施形態の光の第六部分は、反射体層１７３に入射して、反射体層１７３から反射されて、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される。特定の実施形態では、光の第五部分は光源１７４から放出される光を備え、光の第六部分は光源１７４から放出される光を備える。前面の場合と同様に、バックライト１７４がオン又はオフのいずれであるか、環境光が存在するかどうかに依存して、追加の色状態が背面又は第二の方向１７６から視認可能である。
【００７６】
図１７Ｂを参照すると、図１７Ａのバックライトを、光源９０からの光（例えば集光膜８４のエッジ８８に沿って投入される）を受光し、集光膜８４に沿って光を導光し、半透過半反射型ディスプレイ８２’の画素に向けて光を方向転換及び放出することによって、背面照明を提供する背面集光膜８４に置換することができる。集光膜８４は、その集光膜８４の内部又は上に配置された方向転換特徴部を含み得て、その方向転換特徴部は、集光膜８４内部の光の伝播を妨げて、ディスプレイ８２’の前面に向けて、背面集光膜８４の前面８４ａにわたって均一に放出させる。更に、光源９０からの前面照明を、半透過半反射型ＩＭＯＤディスプレイ８２’の前面の前面集光／照明膜８０と組み合わせることによって、追加的な色状態を生じさせることができる。光起電装置８６を、前面又は背面集光膜８０、８４のいずれかに設けることができる。
【００７７】
図１８は、放出型ディスプレイ８２”のディスプレイ前面８２ａ上に配置された前面集光膜８０を有するディスプレイ装置８５の実施形態を示す。ディスプレイ８２”の画素は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＦＥＤ技術等の放出型であり、又は、ディスプレイ８２”はバックライトを含む。一部実施形態では、ディスプレイ画素は、図１７Ａ又は図１７Ｂのバックライト式ＩＭＯＤ等の半透過半反射型であり、一部光がディスプレイ８２”のアクティブ画素領域を通り抜けることができる。
【００７８】
環境光９５は前面集光膜８０の集光膜前面８０ａによって受光されて、光方向転換特徴部９４によって集光膜８０のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。放出型ディスプレイ装置８２”からの光は、前面集光膜８０の集光膜背面８０ｂによって受光される光を放出する。光方向転換特徴部９４は、集光膜８０のエッジ８８に向けて光を方向転換させて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換する。放出型ディスプレイ８２”からの光は、方向転換特徴部８４間を通過する光を放出して、ディスプレイ装置８５を照明することができる。
【００７９】
図１９は、背面集光膜８４が放出型ディスプレイ８２”の下に配置されているディスプレイ装置８５の実施形態を示す。図示されるように、背面集光膜８４は、光源９０に結合されて、図１７Ｂの半透過半反射型ＩＭＯＤ８２’と同様に、集光ユニット及びバックライトの両方として機能する。図１９のバックライト方式を取り入れた放出型ディスプレイ８２”は、バックライト式ＬＣＤ等のあらゆるバックライト式アクティブディスプレイ技術を利用することができる。
【００８０】
図１９に示されるように、環境光９５は、ディスプレイ装置８２”を通り抜けて、光方向転換特徴部９４によって、背面集光膜８４の集光膜前面８４ａから、背面集光膜８４のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。光源９０は、背面集光膜８４のエッジ８８に配置されて、光を放出し、その光は、ディスプレイ装置８５を照明するために、光方向転換特徴部９４によってディスプレイ８２”に向けて方向転換される。
【００８１】
図２０は、放出型ディスプレイ８２”と、放出型ディスプレイ８２”用バックライト１７４との間に配置された背面集光膜８４を示す。環境光９５は、ディスプレイ８２”を通り抜けて、背面集光膜８４の集光膜前面８４ａによって受光されて、光方向転換特徴部９４によって、背面集光膜８４のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。バックライト１７４は光を放出し、その光は、背面集光膜８４の集光膜背面８４ｂによって受光され、また、光方向転換特徴部９４によって、背面集光膜８４のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって（又は別のエッジの別の光起電装置によって）電気エネルギーに変換される。また、バックライト１７４は、ディスプレイ装置８５を照明するようにディスプレイ８２”を介して光を向ける。放出型ディスプレイ８２”とバックライト１７４との間に集光膜８４を配置して、ディスプレイ装置８５の非アクティブ領域と光方向転換特徴部を整列させることが、ディスプレイ画素１６１上のブラックマスクに取って代わることができる。何故ならば、環境光９５及び放出光は、集光膜８４のエッジの光起電装置８６に向けられて、電気エネルギーに変換されて、非アクティブ領域から視聴者に向けて反射又は透過する光が減少するからである。ウォッシュアウトを減少させること（つまり、アクティブ画素に対するコントラストを増大させること）におけるブラックマスクの機能は、集光膜によって満たされ、電力も発生するし、ブラックマスクを形成する段階を省略することができる。上述のように、ブラックマスクの省略は、総処理コスト及び製造時間を低下させることができる。
【００８２】
図２１は、反射型ディスプレイ８２上に配置された前面集光膜８０を有する実施形態を示す。本実施形態に示されるように、前面集光膜８０は、図１１Ｃのもの等の非対称な光方向転換特徴部１０８を備える。環境光９５は、前面集光膜８０の集光膜前面８０ａによって受光されて、光方向転換特徴部１０８によって、集光膜８０の一エッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。光源９０は、前面集光膜８０の他の対向するエッジに配置されて、光を放出し、その光は、ディスプレイ装置８５を照明するために、光方向転換特徴部１０８によって、ディスプレイ８２に向けて方向転換される。
【００８３】
上述の詳細な説明は本願の複数の実施形態を開示したが、この開示は単に例示的なものであって、本発明を限定するものではないことを理解されたい。開示される特定の構成及び動作は上述のものとは異なり得て、本願で開示される方法は、半導体装置の製造以外においても使用可能であることに留意されたい。
【符号の説明】
【００８４】
１４  可動電極（ミラー）
１６  光学積層体
１８  支持体
２０  基板
８０  前面集光膜
８２  ディスプレイ画素のアレイ
８４  背面集光膜
８５  ディスプレイ装置
８６  光起電装置
８７  バックプレート
９０  光源
９４  光方向転換特徴部
９５  環境光
１００  光起電装置
１０４  集光膜
１０５  基板
１０８  プリズム特徴部
３００  スペーサ
【図１】
2011505587.tif 000003
【図２】
2011505587.tif 000004
【図３】
2011505587.tif 000005
【図４】
2011505587.tif 000006
【図５Ａ】
2011505587.tif 000007
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月12日(2009.9.12)
【手続補正２】
【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】
視聴者に向き合うディスプレイ前面及びディスプレイ背面を有する干渉変調器（ＩＭＯＤ）のディスプレイ画素のアクティブアレイと、
前記ディスプレイ前面又は背面の一方に隣接する少なくとも一つの集光膜であって、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、前記集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜と、
前記集光膜のエッジに結合され、前記光方向転換特徴部から前記集光膜の表面を横方向に透過した光を受光する向きにされた光起電装置とを備えたディスプレイ装置。
【請求項２】
前記集光膜のエッジに結合された光源を更に備えた請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光源が前記光起電装置と同一のエッジ上に結合されている、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光源が前記光起電装置とは異なる位置に結合されている、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記集光膜が、略０．５ｍｍから１０ｍｍの厚さの薄膜を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
積層構造の複数の集光膜を更に備え、各集光膜が、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、前記集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記集光膜の光方向転換特徴部がプリズム特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記プリズム特徴部が対称である、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記プリズム特徴部が非対称である、請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記プリズム特徴部がスリットを備える、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記光起電装置及び光源が、前記集光膜の対向するエッジに結合されていて、前記集光膜の非対称なプリズム特徴部が、前記集光膜前面からの環境光を前記光起電装置に方向転換させ、且つ、前記光源からの放出光を前記集光膜背面に方向転換させるように構成されている、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記光方向転換特徴部が回折特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記光方向転換特徴部がホログラム特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に配置されている、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ背面に配置されている、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
第二の集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に配置されている、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
環境光が、前記アレイのアクティブ画素領域間の少なくとも一つの非アクティブ領域を通り抜けることができる、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が半透過半反射型であり、環境光の一部がアクティブ画素領域を通り抜けて前記集光膜に到達する、請求項１８に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記非アクティブ領域が画素の間の領域を備える、請求項１８に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
可視光の略５％から略５０％が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイを通り抜けることができる、請求項１８に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
ディスプレイ画素のアレイと、
前記ディスプレイ画素のアレイの前面に配置された少なくとも一つの集光膜であって、集光膜前面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部を有する集光膜と、
前記集光膜の第一のエッジに結合された少なくとも一つの光起電装置であって、前記光方向転換特徴部から前記集光膜を横方向に透過した光を受光する向きにされた光起電装置と、
第二のエッジに結合された少なくとも一つの光源であって、前記光方向転換特徴部によって前記ディスプレイ画素のアレイに向けて方向転換される光を、前記集光膜を介して横方向に放出する光源とを備えたディスプレイ装置。
【請求項２３】
反射型干渉変調器（ＩＭＯＤ）の画像を表示及び変更する手段と、
光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段と、
前記画像を表示する手段に入射する方向からの光を、前記光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段に向けて、ディスプレイ表面に沿って横方向に方向転換させる手段とを備えたディスプレイ装置。
【請求項２４】
光を放出する手段を更に備えた請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記画像を表示する手段が、ディスプレイ前面と、ディスプレイ背面と、少なくとも一つのエッジとを有するディスプレイ画素のアクティブアレイを備える、請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段が光起電装置を備える、請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記光を方向転換させる手段が、集光膜前面と、集光膜背面と、前記集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜を備える、請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
光の集光及び画像表示の方法であって、
画像領域に画像をアクティブに表示する段階と、
前記画像領域から光を集光する段階と、
前記画像領域からの光を前記画像領域の少なくとも一つのエッジに方向転換させる段階と、
前記光を電流に変換する段階とを備え、
前記アクティブに表示する段階が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを移動させる段階を備え、前記画像領域が前記画像領域が、少なくとも一つの集光膜に動作可能に結合されたディスプレイ画素のアレイを備える、方法。
【請求項２９】
前記画像領域のエッジから光を放出し、該光を画像領域に方向転換させる段階を更に備えた請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
ディスプレイ装置の製造方法であって、
集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜を、ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面に動作可能に結合する段階と、
前記光方向転換特徴部によって、前記集光膜前面から前記集光膜のエッジの光起電装置に環境光が方向転換されて電気エネルギーに変換されるように、光起電装置を前記集光膜のエッジに整列させる段階とを備えた方法。
【請求項３１】
光を放出させるために、前記集光膜のエッジに光源を配置する段階を更に備えた請求項３０に記載の方法。
【国際調査報告】
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2011505587.tif 000038
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