(57)【要約】  画像表示のためのディスプレイが、アパーチャ層及び光変調器のセットを含む。アパーチャ層は光反射層上に配置された光吸収層を含み、それぞれの層はそこに画定されたアパーチャのセットを有する。光吸収層は感光性樹脂に懸濁された光吸収性材料を含む。光変調器のセットは、アパーチャ層内に画定されたアパーチャを通過する光を変調するためのものである。
2014527641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射層上に配置された光吸収層を含み、それぞれの層が層内に画定された複数のアパーチャを有し、前記光吸収層が感光性樹脂に懸濁された光吸収性材料を含む、アパーチャ層と、
前記アパーチャ層において画定された前記アパーチャを通過する光を変調するための複数の光変調器と、を含むディスプレイ。 
【請求項２】
前記光吸収層及び前記光反射層のそれぞれにおける前記アパーチャが実質的に位置合わせされた、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記光変調器が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの光変調器を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記光変調器がシャッタベースの光変調器を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記光吸収層がパターン形成可能なフォトレジストを含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記光吸収層の少なくとも１つの層が前記光反射層内に画定された前記アパーチャの側部を被覆する、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記光吸収層が少なくとも２つの光吸収層を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記光反射層が少なくとも２つの光反射層を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記光反射層が誘電的に強化された金属ミラーを含み、
前記誘電的に強化された金属ミラーが、
金属層と、
誘電体材料層の複数層の積層体であって、前記誘電体材料層の複数層の積層体が交互に配置した屈折率を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記誘電体材料層の複数層の積層体が、
約２．０よりも大きな第１の屈折率で形成された少なくとも１つの第１の屈折率層と、
約１．８よりも小さな第２の屈折率で形成された少なくとも１つの第２の屈折率層と、を含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
光反射層上に配置された光吸収層を含み、前記光反射層が複数のアパーチャを画定し、前記光吸収層の少なくとも１つの層が前記光反射層内に画定された前記アパーチャの側部を被覆する、アパーチャ層と、
前記アパーチャ層内に画定された前記アパーチャを通過する光を変調するための複数の光変調器と、を含む、ディスプレイ。
【請求項１２】
前記光変調器が微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの光変調器を含む、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記光変調器がシャッタベースの光変調器を含む、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記光吸収層が感光性樹脂及びパターン形成可能なフォトレジストの一方を含む、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記光吸収層が少なくとも２つの光吸収層を含む、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
基板を提供する段階と、
前記基板上に光反射層を成膜する段階と、
前記光反射層上に光吸収層を恒久的に成膜する段階と、
前記光吸収層及び前記光反射層の一方に第１の複数の開口部を形成する段階と、
前記第１の複数の開口部をフォトマスク及びエッチングマスクの一方として用いて、前記光吸収層及び前記光反射層のもう一方に第２の複数の開口部を形成する段階と、を含む、ディスプレイのためのアパーチャ層を形成する方法。
【請求項１７】
前記第１の複数の開口部が前記光吸収層内に形成され、前記光吸収層内の前記第１の複数の開口部をエッチングマスクとして用いることにより、前記第２の複数の開口部が前記光反射層内に形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光吸収層内に前記第１の複数の開口部を形成する段階が、前記第１の複数の開口部を通して前記光反射層の一部を露出し、
前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記第１の複数の開口部によって露出された前記光反射層の一部を除去する段階を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の複数の開口部が前記光反射層内に形成され、前記光反射層内の前記第１の複数の開口部をフォトマスクとして用いることにより、前記第２の複数の開口部が前記光吸収層内に形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記光吸収層が感光性材料を含み、前記光吸収層内の前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記光吸収層が感光性材料を含み、前記光吸収層内に前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記第１の複数の開口部を通して前記感光性材料内に前記第１の複数の開口部を光パターン形成する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記光反射層における第２の複数の開口部を形成する段階が、前記光反射層上への前記光吸収層の成膜に先立って、前記光反射層内の前記第１の複数の開口部をエッチングする段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記光吸収層における前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記基板の背面及び前記光反射層の前記第１の複数の開口部を通る光に前記光吸収層を露光することによって、前記光吸収層をパターン形成する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の複数の開口部が前記第１の複数の開口部と実質的に位置合わせされるように、前記第２の複数の開口部が形成される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２０１１年７月２０日に出願された、「ディスプレイ及びその製造方法」と題する米国仮特許出願第６１／５０９７６６号の優先権を主張する、２０１２年７月１６日に出願された、「セルフアラインされたアパーチャを有するディスプレイ及びその製造方法」と題する米国特許出願第１３／５５０３３７号の優先権を主張する。これらの先行出願の開示は一部が考慮され、本特許出願においてその全体が参照により組み込まれている。
【０００２】
本開示は画像ディスプレイの分野に関する。特に、本発明は画像ディスプレイに組み込まれたアパーチャ層に関する。
【背景技術】
【０００３】
いくつかのディスプレイは光吸収層及び光反射層を含むアパーチャ層を有して組み立てられる。アパーチャ層は各層を通して形成され、光の通過を許容するアパーチャを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、そのような層は成膜され、上述のアパーチャを形成するためにパターン形成された場合、製造許容誤差及び実装のばらつきのために困難性があった。すなわち、各層のアパーチャが十分に位置合わせされなかった。この位置合わせのずれは、アパーチャの一部の不要な遮断を引き起こし、アパーチャ層を通した光のスループットの低下という結果につながった。さらに、位置合わせが十分でないと、反射層の部分を完全に覆うことができなくなり、その結果、不要な反射がディスプレイのコントラスト比を低下させる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のシステム、方法及びデバイスは、それぞれいくつかの発明の側面を有し、どの１つも単一では本明細書に開示される望ましい特性に貢献しない。
【０００６】
本開示で説明される対象の１つの発明の態様は、ディスプレイに実装することができる。ディスプレイはアパーチャ層及び複数の光変調器を含む。アパーチャ層は光反射層上に配置された光吸収層を含む。それぞれの層はそこにおいて画定された複数のアパーチャを有する。光吸収層は感光性樹脂内に懸濁された光吸収性材料を含む。光変調器のセットは、アパーチャ層内に画定されたアパーチャを通過する光を変調する。
【０００７】
いくつかの実装例において、光吸収層及び光反射層のそれぞれにおけるアパーチャは実質的に位置合わせされる。いくつかの実装例において、光変調器は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの光変調器を含む。いくつかの実装例において、光変調器はシャッタベースの光変調器を含む。いくつかの実装例において、光吸収層はパターン形成可能なフォトレジストを含む。
【０００８】
いくつかの実装例において、光吸収層の少なくとも１つの層は光反射層内に画定されたアパーチャの側部を被覆する。いくつかの実装例において、光吸収層は少なくとも２つの光吸収層を含む。いくつかの実装例において、光反射層は少なくとも２つの光反射層を含む。いくつかの実装例において、光反射層は誘電的に強化された金属ミラーを含む。誘電的に強化された金属ミラーは、金属層及び誘電体材料層の複数層の積層体を含む。誘電体材料層の複数層の積層体は、交互に配置した屈折率を有する。いくつかの実装例において、誘電体材料層の複数層の積層体は、２．０よりも大きな第１の屈折率を有する材料から形成された少なくとも１つの第１の屈折率層と、１．８よりも小さな第２の屈折率を有する材料から形成された少なくとも１つの第２の屈折率層と、を含む。
【０００９】
本開示に説明された対象の他の発明の態様は、ディスプレイに実装可能である。ディスプレイはアパーチャ層及び複数の光変調器を含む。アパーチャ層は光反射層上に配置された光吸収層を含む。光反射層は複数のアパーチャを画定する。光吸収層の少なくとも１つの層は光反射層内に画定されたアパーチャの側部を被覆する。複数の光変調器は、アパーチャ層内に画定されたアパーチャを通過する光を変調するためのものである。
【００１０】
いくつかの実装例において、光変調器はＭＥＭＳベースの光変調器を含む。いくつかの実装例において、光変調器はシャッタベースの光変調器を含む。いくつかの実装例において、光吸収層は感光性樹脂及びパターン形成可能なフォトレジストの一方を含む。いくつかの実装例において、光吸収層は少なくとも２つの光吸収層を含む。本開示において説明される対象の他の発明の態様は、ディスプレイのためのアパーチャ層を形成する方法に実装可能である。本方法は基板を提供する段階を含む。次いで光反射層が基板上に成膜される。その後、光吸収層が光反射層上に恒久的に成膜される。次いで、第１の複数の開口部が、光吸収層及び光反射層の一方において形成される。次いで、光吸収層及び光反射層のもう一方に第１の複数の開口部をフォトマスク及びエッチングマスクの一方として用いて、第２の複数の開口部が形成される。
【００１１】
いくつかの実装例において、第１の複数の開口部が光吸収層内に形成され、光吸収層内の第１の複数の開口部をエッチマスクとして用いることによって、第２の複数の開口部が光反射層内に形成される。いくつかの実装例において、光吸収層内に第１の複数の開口部を形成する段階は、第１の複数の開口部を通して光反射層の一部を露出する。第２の複数の開口部を形成する段階は、第１の複数の開口部によって露出された光反射層の一部を除去する段階を含む。
【００１２】
いくつかの実装例において、第１の複数の開口部が第１の反射層内に形成され、光反射層内の第１の複数の開口部をフォトマスクとして用いることによって、第２の複数の開口部が光吸収層内に形成される。いくつかの実装例において、光吸収層は感光性材料を含み、光吸収層内に第２の複数の開口部を形成する段階は、感光性材料内に第１の複数の開口部を通して第１の複数の開口部を光パターン形成する段階を含む。いくつかの実装例において、光反射層内の第２の複数の開口部を形成する段階は、光吸収層を光反射層上に成膜する段階に先立って、光反射層内の第１の複数の開口部をエッチングする段階を含む。いくつかの実装例において、光反射層内に第２の複数の開口部を形成する段階は、基板の背面を通り光反射層内の第１の複数の開口部を通る光に光吸収層を露光させることによって、光吸収層をパターン形成する段階を含む。いくつかの実装例において、第２の複数の開口部は第２の複数の開口部が第１の複数の開口部に実質的に位置合わせされるように形成される。
【００１３】
本明細書において説明される対象の１つ以上の実装例の詳細は、添付される図面及び以下の説明に記述される。このまとめにおいて提供される例は第１にＭＥＭＳベースのディスプレイについて説明されているが、本明細書において提供される概念は他の種類のディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電気泳動、電界放出ディスプレイにも、同様にＭＥＭＳマイク、センサ及び光学スイッチのようなその他の非ディスプレイＭＥＭＳデバイスにも適用されうる。他の特徴、側面及び利点は明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な大きさは縮尺通りに描かれていないものでありうる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】直視型ＭＥＭＳベースディスプレイ装置の一例の概略図を示す。
【図１Ｂ】ホストデバイスの一例のブロック図を示す。
【図２Ａ】例示的なシャッタベース光変調器の一例の斜視図を示す。
【図２Ｂ】巻回アクチュエータシャッタベース光変調器の断面図を示す。
【図２Ｃ】例示的な非シャッタベース微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）光変調器の断面図を示す。
【図２Ｄ】エレクトロウェッティングベース光変調アレイの断面図を示す。
【図３Ａ】制御マトリックスの一例の概略図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの制御マトリックスに接続されるシャッタベース光変調器のアレイの斜視図を示す。
【図４Ａ】デュアルアクチュエータシャッタアセンブリの例示的な図を示す。
【図４Ｂ】デュアルアクチュエータシャッタアセンブリの例示的な図を示す。
【図５】シャッタベース光変調器を組み込むディスプレイ装置の一例の断面図を示す。
【図６】ディスプレイの下部ＭＥＭＳの構成に用いられる光変調器基板及びアパーチャプレートの一例の断面図を示す。
【図７】例示的なディスプレイ装置を示す。
【図８】例示的なアパーチャ層構造を示す。
【図９】例示的なアパーチャ層構造を示す。
【図１０】例示的なアパーチャ層構造を示す。
【図１１】例示的なアパーチャ層構造を示す。
【図１２】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための例示的なプロセスのフロー図を示す。
【図１３Ａ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１２に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１３Ｂ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１２に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１３Ｃ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１２に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１４】アパーチャ層構造を形成するための例示的なプロセスのフロー図を示す。
【図１５Ａ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１４に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１５Ｂ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１４に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１５Ｃ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１４に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１５Ｄ】セルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための図１４に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１６】例示的なアパーチャ層構造を示す。
【図１７】アパーチャ層構造を形成するための例示的なプロセスのフロー図を示す。
【図１８Ａ】アパーチャ層構造を形成するための図１７に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１８Ｂ】アパーチャ層構造を形成するための図１７に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１８Ｃ】アパーチャ層構造を形成するための図１７に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１８Ｄ】アパーチャ層構造を形成するための図１７に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１８Ｅ】アパーチャ層構造を形成するための図１７に示されたプロセスの各段階を示す。
【図１８Ｆ】アパーチャ層構造を形成するための図１７に示されたプロセスの各段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
いくつかのディスプレイは、バックライトから所望の発光位置のセットへの光の発光を制限するアパーチャ層を含む。そのようなアパーチャ層は光吸収層及び光反射層を含むことができる。アパーチャは所望の位置で光の通過を許容するように各層を通して形成される。本開示は、ディスプレイで用いるための複数の薄膜層を通してセルフアラインされるアパーチャを含むアパーチャ層に関する。本出願はまたそのようなアパーチャ層を製造する方法に関する。
【００１６】
本明細書に開示されたアパーチャ層を形成するための方法は、位置ずれを防ぎその結果光吸収層及び光反射層が実質的に位置合わせされたアパーチャを有するようになるというものである。いくつかの実装例において、本方法は基板を提供する段階、基板上に光反射層を提供する段階及び光反射層の上方に光吸収層を提供する段階を含む。次いで開口部の第１のセットが光吸収層内に形成され開口部の第２のセットがアパーチャのセットを形成するように光反射層内に形成される。光吸収層内の開口部の第１のセット及び光反射層内の開口部の第２のセットは実質的に位置合わせされる。そのような方法のいくつかの実装例は、セルフアラインされたアパーチャ形成プロセスとして特徴づけられることができる。そのような実装例において、アパーチャ層を形成する層の１つ、すなわち反射層または光吸収層のいずれかに形成されたアパーチャは、アパーチャ層の他方の層内のアパーチャをパターン形成するのに用いられる。
【００１７】
いくつかの実装例において、光吸収層は、直接パターン形成されて適用される個別のレジストではなく層内にアパーチャを形成することが可能である感光性材料からなる。感光性材料は、フォトレジストまたは感光性樹脂内に懸濁されうる光吸収性材料などの材料を含んでもよい。次いでパターン形成された光吸収層はその下のセルフアラインされたアパーチャとなる金属層のためのエッチマスクとして働く。いくつかの他の実装例において、光反射層は光吸収層をパターン形成するためのフォトマスクとして働く。光吸収層は、それ以前に光反射材料の層までエッチングされたアパーチャを通して光吸収層をその下の基板の背面からの光で光吸収層を露光することによりパターン形成されてもよい。いくつかの実装例において、光吸収層の少なくとも１つの層は光反射層内に画定されたアパーチャのセットの側部を被覆する。
【００１８】
本開示で説明される対象の特定の実装例は、１つ以上の以下の潜在的な利点を実現するために実装されることが可能である。いくつかの実装例において、セルフアラインされたアパーチャによって、アパーチャの一部の不要な遮蔽を避けることにより、より効果的な光のスループットがアパーチャ層を通して可能となる。そうでなければ、そのような遮蔽はアパーチャ層を通過する光のスループットを低下させることとなるであろう。向上された位置合わせはまた、位置合わせが十分でない結果でありうる光反射層の意図せず露出された部分の反射を防ぐ助けとなる。いくつかの実装例において、光吸収層の一部は光反射層内に画定されるアパーチャの側壁を被覆する。この被覆は、アパーチャを通過する光の不要な側面反射及び屈折を防ぐ。これらの光学的な利点も共にディスプレイ効率の増加及びコントラスト比の向上を生じる。
【００１９】
いくつかの実装例において、本明細書で説明されるアパーチャ層製造プロセスは、アパーチャ層を形成するために用いられる多数のプロセスを低減させる。いくつかの実装例において、光吸収層は個別のレジスト層の適用及びパターン形成の必要なくパターン形成することができる。さらに、光吸収層が光反射層のエッチングマスクとして働く実装例において、光反射層をエッチングするための個別のレジスト層を適用しパターン形成する段階もまた取り除くことができる。光反射層が光吸収層のエッチングマスクとして働く他の実装例において、光吸収層をエッチングするためのレジスト層の適用及びパターン形成を取り除くことができる。
【００２０】
図１Ａは、直視型ＭＥＭＳベースディスプレイ装置１００の概略図を示す。ディスプレイ装置１００は、行および列に配置された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（一般的に「光変調器１２０」）を含む。ディスプレイ装置１００において、光変調器１０２ａ及び１０２ｄは開状態であり、光を通過させることができる。光変調器１０２ｂ及び１０２ｃは閉状態にあり、光の通過を妨げる。選択的に光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を設定することにより、ディスプレイ装置１００は１つまたは複数のランプ１０５によって照射されている場合には、バックライトディスプレイに関する画像１０４を形成するのに利用することができる。他の実装例では、装置１００は装置前方からの環境光の反射によって画像を形成するものであってよい。他の実装例において、装置１００はディスプレイ前方に位置する１つまたは複数のランプからの光の反射によって、すなわちフロントライトの使用によって画像を形成するものであってよい。 
【００２１】
いくつかの実装例において、光変調器１０２のそれぞれは画像１０４の画素１０６に対応する。いくつかの他の実装例において、ディスプレイ装置１００は画像１０４内の画素１０６を形成するための複数の光変調器を利用するものであってもよい。例えば、ディスプレイ装置１００は、３色個別の光変調器１０２を含むものであってもよい。特定の画素１０６に対応する１つ以上の色別の光変調器１０２を選択的に開くことによって、ディスプレイ装置１００は画像１０４内のカラー画素１０６を生成することができる。他の例において、ディスプレイ装置１００は、画素１０６ごとに２つ以上の光変調器１０２を含み、画像１０４に輝度階調を提供する。画像に関して、「画素」は画像の解像度によって定義される最小の画像要素に対応する。ディスプレイ装置１００の構造的構成要素に関して、「画素」という用語は画像の単一の画素を形成する光を変調するのに利用される結合された機械的及び電気的構成要素を指す。 
【００２２】
ディスプレイ装置１００は、典型的にはプロジェクション用途で見られる画像光学系を含まないものでありうる直視型ディスプレイである。プロジェクションディスプレイにおいて、ディスプレイ装置の表面上に形成される画像はスクリーン上または壁上に投射される。ディスプレイ装置は投射される画像よりも実質的に小さい。直視型ディスプレイにおいて、使用者は光変調器並びに任意にディスプレイ上の輝度及び／またはコントラストを改善するためのバックライトまたはフロントライトを含むディスプレイ装置を直接見ることによって画像を見る。 
【００２３】
直視型ディスプレイは、透過または反射モードのいずれかで動作するものであってもよい。透過型ディスプレイにおいて、光変調器はディスプレイの背後に位置する１つまたは複数のランプから発生した光をフィルターしまたは選択的に遮断する。ランプからの光は、任意に光ガイドまたは「バックライト」に導入されて各画素が均一に照射されることができる。透過直視型ディスプレイはしばしば透明またはガラス基板上に形成されて光変調器を含む１つの基板がバックライトの上に直接位置するサンドイッチ型アセンブリ配置を容易にする。 
【００２４】
各光変調器１０２はシャッタ１０８及びアパーチャ１０９を含むことができる。画像１０４内の画素１０６を照射するために、シャッタ１０８は光を観察者の方向へアパーチャ１０９を通過できるように位置される。画素１０６を発光しない状態に維持するためには、シャッタ１０８はアパーチャ１０９を通した光の通過を妨げるように位置される。アパーチャ１０９は、各光変調器１０２内の反射性または光吸収性材料を通してパターン形成された開口によって画定される。 
【００２５】
ディスプレイ装置はまた基板及び光変調器に接続されてシャッタの移動を制御する制御マトリックスを含む。制御マトリックスは、画素の行ごとの少なくとも１つの書き込み許可相互接続１１０（「走査ライン相互接続」としても参照される）と、画素の列ごとに１つのデータ相互接続１１２と、ディスプレイ装置１００内の全ての画素または少なくとも複数の列および複数の行の両方の画素へ共通電圧を提供する共通相互接続１１４と、を含む一連の電気的相互接続（例えば、相互接続１１０、１１２、１１４）を含む。適切な電圧（「書き込み許可電圧、ＶＷＥ」）の印加に応じて、所定の画素の行に関する書き込み許可相互接続１１０は行内の画素を新しいシャッタ移動命令を受け入れるように準備する。データ相互接続１１２は、新しい動作命令をデータ電圧パルスの形で伝達する。いくつかの実装例において、データ相互接続１１２に印加されるデータ電圧パルスは、直接シャッタの静電的な移動に寄与する。いくつかの他の実装例において、データ電圧パルスは、スイッチ、例えばデータ電圧より典型的には高い個別の作動電圧の光変調器１０２への印加を制御するトランジスタまたはその他の非線形回路素子を制御する。これらの作動電圧の印加はこのときシャッタ１０８の静電的に駆動される移動となる。 
【００２６】
図１Ｂは、ホストデバイス（すなわち、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、ＭＰ３プレイヤー、タブレット、ｅリーダーなど）のブロック図１２０の一例を示す。ホストデバイスはディスプレイ装置１２８、ホストプロセッサ１２２、環境センサ１２４、ユーザー入力モジュール１２６及び電源を含む。 
【００２７】
ディスプレイ装置１２８は、複数の走査ドライバ１３０（「書き込み許可電圧源」としても参照される）、複数のデータドライバ１３２（「データ電圧源」としても参照される）、コントローラ１３４、共通ドライバ１３８、ランプ１４０〜１４６、ランプドライバ１４８及び光変調器１５０を含む。走査ドライバ１３０は、書き込み許可電圧を走査ライン相互接続１１０に印加する。データドライバ１３２はデータ電圧をデータ相互接続１１２に印加する。 
【００２８】
ディスプレイ装置のいくつかの実装例において、特に画像１０４の照射レベルがアナログ的に導き出される場合には、データドライバ１３２はアナログデータ電圧を光変調器に提供するように構成される。アナログ動作においては、光変調器１０２は中間電圧の範囲がデータ相互接続１１２を通して印加される場合にはシャッタ１０８の中間開状態の範囲、そのため画像１０４の中間照射状態または照射レベルの範囲となるように設計される。他の場合には、データドライバ１３２はデータ相互接続１１２に２、３または４のデジタル電圧レベルの減少された組み合わせのみを印加するように構成される。これらの電圧レベルはデジタル的に、シャッタ１０８ごとに開状態、閉状態またはその他の個別の状態を設定するように設計される。 
【００２９】
走査ドライバ１３０及びデータドライバ１３２は、デジタルコントローラ回路１３４（「コントローラ１３４」としても参照される）に接続される。コントローラはデータをデータドライバ１３２にほとんどの場合、行ごとに及び画像フレームごとにグループ化された所定の順序に編成されてシリアル的に送信する。データドライバ１３２は一連のパラレルデータ変換部、レベル遷移、及びいくつかの応用例に関してはデジタルからアナログへの電圧変換部を含むことができる。 
【００３０】
ディスプレイ装置は、任意に共通電圧源としても参照される共通ドライバ１３８のセットを含む。いくつかの実装例において、共通ドライバ１３８は光変調器のアレイ内の全ての光変調器に、例えば一連の共通相互接続１１４に電圧を供給することによってＤＣ共通電位を提供する。いくつかの他の実装例において、コントローラ１３４からのコマンドをフォローする共通ドライバ１３８は、電圧パルスまたは信号、例えばアレイの複数の行および列の全ての光変調器の同時作動を駆動し及び／または初期化することが可能な大域作動パルスを光変調器のアレイに発行する。 
【００３１】
異なるディスプレイ機能に関してドライバの全て（例えば走査ドライバ１３０、データドライバ１３２及び共通ドライバ１３８）は、コントローラ１３４によって時間的に同期される。コントローラからのタイミング命令はランプドライバ１４８を介した赤、緑、青及び白色ランプ（それぞれ１４０、１４２、１４４、１４６）の照射、画素のアレイ内の特定の行の書き込み許可及び並び替え、データドライバ１３２からの電圧の出力、並びに光変調器の作動のために提供する電圧の出力を統合する。 
【００３２】
コントローラ１３４は、シャッタ１０８のそれぞれが新しい画像１０４に対して適切な照射レベルにリセットされることによって並び替えまたは位置指定の配列を決定する。新しい画像１０４は、周期的な間隔で設定することができる。例えば、ビデオディスプレイについて、ビデオのカラー画像１０４またはフレームは１０から３００ヘルツ（Ｈｚ）の範囲の周波数で更新される。いくつかの実装例において、アレイへの画像フレームの設定は、ランプ１４０、１４２、１４４及び１４６の照射で同期されて、交代する画像フレームは赤、緑、青のような交代する一連の色で照射される。それぞれの色に関する画像フレームは、カラーサブフレームとして参照される。フィールドシーケンシャルカラー法として参照されるこの方法において、カラーサブフレームが２０Ｈｚを超える周波数で交代されると、人間の脳は交代するフレーム画像を幅広く連続的な色の範囲を有する画像の認識に平均化することとなる。代替的な実装例では、原色を有する４つ以上のランプがディスプレイ装置１００に適用されることができ、赤、緑及び青以外の原色を採用する。 
【００３３】
ディスプレイ装置１００が開状態及び閉状態の間でシャッタ１０８のデジタル的な切り替えをするように設計されたいくつかの実装例において、コントローラ１３４は、前述のように時間分割されたグレイスケールの方法によって画像を形成する。いくつかの他の実装例において、ディスプレイ装置１００は画素ごとに複数のシャッタ１０８の使用を通してグレイスケールを提供することができる。 
【００３４】
いくつかの実装例において、画像状態１０４に関するデータは、コントローラ１３４によって変調器アレイに走査ラインとしても参照される個別の行の順次位置決定によって読み出される。順序内の各行または走査ラインに関して、走査ドライバ１３０は書き込み許可電圧をアレイのその行に関する書き込み許可相互接続１１０に印加し、次いでデータドライバ１３２は所望のシャッタ状態に対応するデータ電圧を選択された行の各列に対して供給する。このプロセスはデータがアレイの全ての行に関して読み出されるまで繰り返す。いくつかの実装例において、データ読み出しに関して選択された行の順序は線形的であり、アレイの上部から下部まで進行する。いくつかの他の実装例において、選択された行の順序は、視覚アーティファクトを最小化できるように疑似ランダム化されている。またいくつかの他の実装例において順序はブロックによって配列されており、１つのブロックに関して、画像状態１０４の特定の分割のみに関するデータがアレイに、例えば順序内のアレイの５番目の行ごとのみを位置指定することによって読みだされる。 
【００３５】
いくつかの実装例において、画像データをアレイに読み込むためのプロセスは、シャッタ１０８を作動するプロセスから時間的に分割されている。これらの実装例において、変調器アレイはアレイ内の画素ごとにデータメモリ素子を含むものであってもよく、制御マトリックスはメモリ素子内に蓄積されたデータに従ってシャッタ１０８の同時作動を初期化するためのトリガ信号を共通ドライバ１３８から実施するための大域作動相互接続を含むものであってもよい。 
【００３６】
代替的な実装例において、画素のアレイ及び画素を制御する制御マトリックスは、長方形の行および列以外の構成で配置されてもよい。例えば、画素は六角形アレイまたは曲線状の行および列で配列されることができる。一般的には、本明細書で用いられているように、走査ラインという用語は、書き込み許可相互接続を共有するどの複数の画素も参照するものである。 
【００３７】
ホストプロセッサ１２２は一般的にホストの動作を制御する。例えば、ホストプロセッサは携帯電子デバイスを制御するための汎用または特殊用途プロセッサであってもよい。ホストデバイス１２０に含まれるディスプレイ装置１２８に関して、ホストプロセッサは、画像データをホストに関する追加的なデータも同様に出力する。そのような情報は環境光または温度のような環境センサからのデータ、例えばホストの動作モードまたはホストの電源に残る電力量を含むホストについての情報、画像データの内容に関する情報、画像データの種類に関する情報、及び／または画像モードの選択に使用するためのディスプレイ装置に関する命令を含むものであってもよい。 
【００３８】
ユーザー入力モジュール１２６は、使用者の個人的な選択をコントローラ１３４に直接またはホストプロセッサ１２２を介して伝達する。いくつかの実装例において、ユーザー入力モジュールは使用者が「より深い色」、「よりよいコントラスト」、「より低電力」、「向上した輝度」、「スポーツ」、「ライブアクション」または「アニメーション」のような個人的な選択をプログラムするソフトウェアによって制御される。いくつかの他の実施形態において、これらの選択はスイッチやダイアルのようなハードウェアを使用するホストへの入力である。コントローラ１３４への複数のデータ入力は、コントローラに最適な画像特性に対応する様々なドライバ１３０、１３２、１３８及び１４８へデータを提供するように指示する。 
【００３９】
環境センサモジュール１２４もまたホストデバイスの部分として含まれることができる。環境センサモジュールは、温度及び／または環境照明条件のような周囲の環境についてのデータを受け取る。センサモジュール１２４は、デバイスが室内または職場環境で動作しているか、明るい日光の屋外環境で動作しているか、または夜間の屋外環境で動作しているかを判別するようにプログラムすることができる。センサモジュールは、この情報をディスプレイコントローラ１３４に伝達し、コントローラは周囲の環境に応じて視覚条件を最適化することができる。 
【００４０】
図２Ａは、例示的なシャッタベースの光変調器２００の斜視図を示す。シャッタベースの光変調器は、図１Ａの直視型ＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００に組み込むのに適している。光変調器２００は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッタ２０２を含む。アクチュエータ２０４は、２つの分離した柔軟な電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）から形成することができる。シャッタ２０２は、１つの側面でアクチュエータ２０５に結合する。アクチュエータ２０５は表面２０３に実質的に平行な運動の平面内で、表面２０３上を横方向にシャッタ２０２を動かす。シャッタ２０２の反対の側面はアクチュエータ２０４によって発生した力と反対の復元力を提供するバネ２０７と結合する。 
【００４１】
各アクチュエータ２０５はシャッタ２０２をロードアンカー２０８に接続する柔軟なロードビーム２０６を含む。柔軟なロードビーム２０６に沿ったロードアンカー２０８は、機械的支持として働き、シャッタ２０２を表面２０３に近接して懸架された状態に保つ。表面は光の通過を認めるための１つ以上のアパーチャ孔２１１を含む。ロードアンカー２０８は、柔軟なロードビーム２０６及びシャッタ２０２を表面２０３に物理的に接続し、ロードビーム２０６をバイアス電圧、いくつかの例ではグラウンドに電気的に接続する。 
【００４２】
シリコンのように基板が不透明な場合、アパーチャ孔２１１は基板に基板２０４を貫通する穴のアレイをエッチングすることによって形成される。ガラスやプラスチックのように基板２０４が透明な場合、アパーチャ孔２１１は基板２０３上に成膜された光遮断性材料の層で形成される。アパーチャ孔２１１は一般的には円形、楕円形、多角形、蛇行形、または不規則な形状であることができる。 
【００４３】
各アクチュエータ２０５もまた各ロードビーム２０６と隣接して位置する柔軟な駆動ビーム２１６を含む。駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６間で共有される駆動ビームアンカー２１８に一端で結合する。各駆動ビーム２１６の他端は自由に動く。各駆動ビーム２１６は曲線状であり、駆動ビーム２１６の自由端及びロードビーム２０６のアンカーされた端部に近い側でロードビーム２０６に最も近接する。 
【００４４】
動作時には、光変調器２００を組み込むディスプレイ装置は駆動ビーム２１６に駆動ビームアンカー２１８を介して電位を印加する。第２の電位がロードビーム２０６に印加されてもよい。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との間に結果的に生じる電位差は駆動ビーム２１６の自由端をロードビーム２０６のアンカーされた端部の方へ引き寄せ、ロードビーム２０６のシャッタ側端部を駆動ビーム２１６のアンカーされた端部の方へ引き寄せ、それによってシャッタ２０２を駆動アンカー２１８の方へ横方向に駆動する。柔軟な部材２０６はバネとして働き、ビーム２０６、２１６の電圧電位が除去されると、ロードビーム２０６はシャッタ２０２を初期位置に押し戻し、ロードビーム２０６に蓄積された応力を解放する。 
【００４５】
光変調器２００のような光変調器は、電圧が除去された後にシャッタを緩和位置に戻すためのバネのような受動復元力を組み込む。その他のシャッタアセンブリは、シャッタを開または閉状態に移動するための「開」及び「閉」アクチュエータの２つの組み合わせ及び「開」及び「閉」電極の分離した組み合わせを組み込むことができる。 
【００４６】
シャッタ及びアパーチャのアレイが制御マトリックスを介して画像、多くの場合動画を適切な照明レベルで生成するように制御可能である様々な方法が存在する。いくつかの場合、制御はディスプレイの周辺部上の駆動回路に接続された行および列相互接続の受動マトリックスアレイによって実行される。他の場合、速度、照射レベル及び／またはディスプレイの電力消費性能を改善するためにアレイの各画素内にスイッチング及び／またはデータ蓄積素子を含む（いわゆる能動マトリックス）のが好適である。。 
【００４７】
代替的な実装例において、ディスプレイ装置１００は、上述したシャッタアセンブリ２００のような横方向へのシャッタベースの光変調器以外の光変調器を含む。例えば、図２Ｂは巻回アクチュエータシャッタベースの光変調器２２０の断面図を示す。巻回アクチュエータシャッタベースの光変調器２２０は、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の代替的な実装例に組み込むのに適している。巻回アクチュエータベースの光変調器は、固定電極と対向して配置され、特定の方向に移動するようにバイアスされた、電場の印加によってシャッタとして機能する可動電極を含む。いくつかの実装例において、光変調器２２０は基板２２８と絶縁層２２４との間に配置された平面電極２２６及び絶縁層２２４に取り付けられた固定端２３０を有する可動電極２２２を含む。いかなる電圧も印加されていない場合、可動電極２２２の可動端２３２は固定端２３０の方へ自由に巻回し、巻回状態を生成する。電極２２２、２２６間の電圧の印加は、可動電極２２２を巻回せず絶縁層２２４に対して平らになり、それによって基板２２８を通して伝搬する光を遮るシャッタとして働く。可動電極２２２は電圧除去後は弾性復元力によって巻回状態に戻る。巻回状態へのバイアスは異方性応力状態を含むように可動電極２２２を製造することによって達成されうる。
【００４８】
図２Ｃは、例示的な非シャッタベースのＭＥＭＳ光変調器２５０の断面図を示す。光タップ変調器２５０は図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の代替的な実装例に組み込むのに適している。光タップは、妨害型内部全反射（ＴＩＲ）の原理に従って働く。すなわち、光２５２は光ガイド２５４内に導入され、妨害がなければ、光２５２はその大部分がＴＩＲによって前面または背面を通して光ガイド２５４から脱出することができない。光タップ２５０は、十分高い屈折率を有するタップ要素２５６を含み、タップ素子２５６が光ガイド２５４に接触するのに応じて、タップ要素２５６に隣接する光ガイド２５４の表面上に入射する光２５２がタップ要素２５６を通して観察者の方へ光ガイド２５４を脱出し、それによって画像の形成に寄与する。
【００４９】
いくつかの実装例において、タップ要素２５６は柔軟な透明材料のビーム２５８の部分として形成される。電極２６０はビーム２５８の一端の部分を覆う。対向電極２６２は光ガイド２５４上に配置される。電極２６０、２６２に電圧を印加することによって、光ガイド２５４に対するタップ要素２５６の位置は光ガイド２５４から選択的に光２５２を抽出するように制御されることが可能である。
【００５０】
図２Ｄは、エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２７０の１例の断面図を示す。エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２７０は、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の代替的な実装例に組み込むのに適している。光変調アレイ２７０は、光学キャビティ２７４上に形成された複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セル２７２ａ〜ｄ（一般的に「セル２７２」）を含む。光変調アレイ２７０はまたセル２７２に対応する１組のカラーフィルター２７６を含む。 
【００５１】
各セル２７２は、水（またはその他の透明な導電性または極性液体）の層２７８、光吸収性オイルの層２８０、透明電極２８２（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる）及び光吸収性オイルの層２８０と透明電極２８２との間に位置する絶縁層２８４を含む。本明細書で説明される実装例において、電極はセル２７２の背面の一部を占める。 
【００５２】
セル２７２の背面の残りの部分は、光学キャビティ２７４の前面を形成する反射性アパーチャ層２８６から形成される。反射性アパーチャ層２８６は、反射性金属または誘電体ミラーを形成する薄膜の積層体のような反射性材料から形成される。それぞれのセル２７２において、アパーチャは反射性アパーチャ層２８６内に形成され、光が通過することができる。セルに関する電極２８２はアパーチャ内及び他の誘電体層によって分離された反射性アパーチャ層２８６を形成する材料の上方に成膜される。 
【００５３】
光学キャビティ２７４の残りの部分は反射性アパーチャ層２８６に近接して位置する光ガイド２８８及び反射性アパーチャ層２８６に対向する光ガイド２８８の側部上の第２の反射層２９０を含む。一連の光再偏向部２９１は光ガイドの背面上に形成され、第２の反射層に近接する。光再偏向部２９１は拡散反射部または鏡面反射部であってもよい。ＬＥＤのような１つ以上の光源２９２は光２９４を光ガイド２８８に導入する。 
【００５４】
代替的な実装例において、追加的な透明基板（図示されない）が光ガイド２８８及び光変調アレイ２７０の間に位置する。この実装例において、反射性アパーチャ層２８６は光ガイド２８８の表面上ではなく追加的な透明基板上に形成される。 
【００５５】
使用時には、セル（例えばセル２７２ｂまたは２７２ｃ）の電極２８２への電圧の印加は、セル内の光吸収性オイル２８０をセル２７２の一部内に集める。結果として、光吸収性オイル２８０は、反射性アパーチャ層２８６内に形成されたアパーチャを通過する光を妨げることはなくなる（例えば、セル２７２ｂ、２７２ｃを参照）。アパーチャの部分でバックライトを脱出する光は、このときセル及び画像内にカラー画素を形成するためのカラーフィルターのセット２７６の対応するカラーフィルター（例えば、赤、緑または青）を通して脱出することができる。電極２８２が接地されている場合、光吸収性オイル２８２は反射性アパーチャ層２８６のアパーチャを覆い、通過しようとするどのような光２９４も吸収する。 
【００５６】
電圧がセル２７２に印加されるときにオイル２８０が集まる領域は、画像形成に関して使用されない空間を構成する。この領域は電圧が印加されているか否かにかかわらず非透過性である。そのため、反射性アパーチャ層２８６の反射部を含めない場合、この領域はそうでなければ画像を形成するのに寄与するのに用いられることができた光を吸収する。しかしながら、反射性アパーチャ層２８６を含めることにより、そうでなければ吸収されていたこの光は光ガイド２９０に反射して戻され、その後異なるアパーチャを通して脱出する。エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２７０は、本明細書で説明されるディスプレイ装置に含めるのに適した非シャッタベースＭＥＭＳ変調器のただ１つの例ではない。非シャッタベースのＭＥＭＳ変調器の他の形状は、本開示の範囲から逸脱することなく本明細書で説明されたコントローラの機能のうち様々なものによって同様に制御されることができる。 
【００５７】
図３Ａは、制御マトリックス３００の一例の概略図を示す。制御マトリックス３００は、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００に組み込まれた光変調器を制御するのに適している。図３Ｂは、図３Ａの制御マトリックス３００に接続されたシャッタベースの光変調器のアレイ３２０の斜視図を示す。制御マトリックス３００は画素のアレイ３２０（「アレイ３２０」）を位置指定するものであってもよい。各画素３０１は、図２Ａのシャッタアセンブリ２００のようなアクチュエータ３０３で制御される弾性シャッタアセンブリ３０２を含むことができる。各画素はまたアパーチャ３２４を含むアパーチャ層３２２を含むことができる。
【００５８】
制御マトリックス３００は、シャッタアセンブリ３０２が形成された基板３０４の表面上に拡散された電気回路または薄膜成膜された電気回路として製造される。制御マトリックス３００は、制御マトリックス３００内の画素３０１の行ごとの走査ライン相互接続３０６及び制御マトリックス３００内の画素３０１の列ごとのデータ相互接続３０８を含む。各走査ライン相互接続３０６は、書き込み許可電圧源３０７を画素３０１の対応する行内の画素３０１に電気的に接続する。各データ相互接続３０８は、データ電圧源３０９（「Ｖｄ源」）を画素の対応する列内の画素３０１に電気的に接続する。制御マトリックス３００内で、Ｖｄ源３０９はシャッタアセンブリ３０２の作動に用いられるエネルギーの大部分を提供する。そのため、データ電圧源、Ｖｄ源３０９もまた作動電圧源として働く。
【００５９】
画素のアレイ３２０内の各画素３０１または各シャッタアセンブリ３０２に関して図３Ａ及び３Ｂを参照すると、制御マトリックス３００は、トランジスタ３１０及びキャパシタ３１２を含む。各トランジスタ３１０のゲートは画素３０１が位置するアレイ３２０の行の走査ライン相互接続３０６に電気的に接続される。各トランジスタ３１０のソースは対応するデータ相互接続３０８に電気的に接続される。各シャッタアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３は２つの電極を含む。各トランジスタ３１０のドレインは、対応するキャパシタ３１２の電極の１つ及び対応するアクチュエータ３０３の電極の１つに並列に電気的に接続される。キャパシタ３１２の他の電極及びシャッタアセンブリ３０２内のアクチュエータ３０３の他の電極は、共通または接地電位に接続される。代替的な実装例において、トランジスタ３１０は、半導体ダイオード及び／または金属−絶縁体−金属サンドイッチ型スイッチング素子で置き換えることができる。
【００６０】
動作時には、画像を形成するために、制御マトリックス３００は、Ｖｗｅを今度は各走査ライン相互接続３０６に印加することによって順にアレイ３２０の各行を書き込み可能とする。書き込み可能となった行について、行内の画素３０１のトランジスタ３１０のゲートへのＶｗｅの印加は、シャッタアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３に電位を印加するためのトランジスタ３１０を通したデータ相互接続３０８を通る電流を可能とする。行が書き込み可能となる間、データ電圧Ｖｄはデータ相互接続３０８に選択的に印加される。アナロググレースケールを提供する実装例において、各データ相互接続３０８に印加されるデータ電圧は、書き込み許可走査ライン相互接続３０６とデータ相互接続３０８との交差部に位置する画素３０１の所望の輝度に関連して変更される。デジタル制御方式を提供する実装例において、データ電圧は比較的低い大きさの電圧（すなわち接地に近い電圧）またはＶａｔ（作動閾電圧）と合致するもしくは超える電圧のいずれかであるように選択される。データ相互接続３０８へのＶａｔの印加に応じて、対応するシャッタアセンブリのアクチュエータ３０３が作動し、シャッタアセンブリ３０２内のシャッタを開ける。データ相互接続３０８に印加される電圧は、制御マトリックス３００が行へのＶｗｅの印加を中断した後でさえも、画素３０１のキャパシタ３１２内に蓄積されたままである。そのため、電圧Ｖｗｅはシャッタアセンブリ３０２が作動するのに十分な長さの時間だけ行を待機し、維持する必要はなく、そのような作動は書き込み許可電圧が行から除去された後でも実行可能である。キャパシタ３１２はまた、画像フレームの照射のための作動命令を蓄積する、アレイ３２０内のメモリ素子としても機能する。
【００６１】
アレイ３２０の制御マトリックス３００と同様に画素３０１も基板３０４上に形成される。アレイは基板３０４上に配置された、アレイ３２０内のそれぞれの画素３０１のためのアパーチャ３２４のセットを含むアパーチャ層３２２を含む。アパーチャ３２４は各画素内のシャッタアセンブリ３０２と位置合わせされる。いくつかの実装例において、基板３０４はガラスやプラスチックのような透明な材料からなる。いくつかの他の実装例において、基板３０４は不透明だが穴がエッチングされてアパーチャ３２４を形成する材料からなる。
【００６２】
シャッタアセンブリ３０２は、アクチュエータ３０３とともに双安定に形成することができる。すなわち、シャッタはいずれかの位置にそれらを維持するのにほとんどまたはまったく電力を必要としない少なくとも２つの平衡な位置（例えば開または閉）で存在可能である。より具体的には、シャッタアセンブリ３０２は機械的に双安定であることができる。シャッタアセンブリ３０２のシャッタが位置にセットされると、その位置を維持するのに電気的なエネルギーまたは維持電圧を全く必要としない。シャッタアセンブリ３０２の物理的要素の機械的な応力がシャッタをその位置に維持することができる。
【００６３】
シャッタアセンブリ３０２はアクチュエータ３０３とともに電気的に双安定な状態にすることもできる。電気的に双安定なシャッタアセンブリにおいて、シャッタアセンブリの作動電圧より低い電圧の範囲が存在し、閉じられたアクチュエータ（シャッタは開または閉である）に印加されれば、対向する力がシャッタに加えられていたとしてもアクチュエータを閉じられた状態に保ち、シャッタをその位置に保つ。対向する力は図２Ａに示されたシャッタベースの光変調器におけるバネ２０７のようなバネによって加えられるものであってもよく、または反対方向の力が「開」または「閉」アクチュエータのような対向するアクチュエータによって加えられてもよい。
【００６４】
光変調器アレイ３２０は、画素ごとに単一のＭＥＭＳ光変調器を有するものとして示されている。複数のＭＥＭＳ光変調器が各画素に提供される他の実装例も可能であり、それによって各画素に「オン」または「オフ」の単なる２つの光学状態以上の可能性を提供する。画素内に複数のＭＥＭＳ光変調器が提供され、各光変調器に関連したアパーチャ３２４が等しくない領域を有する、コードされた領域分割グレースケールの特定の形態が可能である。
【００６５】
いくつかの他の実装例において、巻回ベースの光変調器２２０、光タップ２５０、またはエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２７０も、他のＭＥＭＳベースの光変調器と同様に、光変調器アレイ３２０内のシャッタアセンブリ３０２と置換することができる。
【００６６】
図４Ａ及び４Ｂは、デュアルアクチュエータシャッタアセンブリ４００の例示的な図を示す。デュアルアクチュエータシャッタアセンブリは、図４Ａに示されるように、開状態にある。図４Ｂは、閉状態にあるデュアルアクチュエータシャッタアセンブリ４００を示す。シャッタアセンブリ２００と対照的に、シャッタアセンブリ４００はシャッタ４０６の各側面にアクチュエータ４０２及び４０４を含む。各アクチュエータ４０２、４０４は独立に制御される。第１のアクチュエータ、シャッタ開アクチュエータ４０２は、シャッタ４０６を開く働きをする。第２の対向するアクチュエータ、シャッタ閉アクチュエータ４０４は、シャッタ４０６を閉じる働きをする。両方のアクチュエータ４０２、４０４は柔軟なビーム電極アクチュエータである。アクチュエータ４０２及び４０４はシャッタ４０６をシャッタが懸架されるアパーチャ層４０７と実質的に平行な面内に駆動することによってシャッタ４０６を開閉する。シャッタ４０６はアクチュエータ４０２、４０４に取り付けられたアンカー４０８によってアパーチャ層４０７上に短い距離で懸架される。移動軸に沿ってシャッタ４０６の両端に取り付けられた支持部を含めることで、シャッタ４０６の面外への移動を低減し、基板に実質的に平行な面内の動きを確実にする。図３Ａの制御マトリックス３００との類推によって、シャッタアセンブリ４００とともに使用するのに適した制御マトリックスは対向するシャッタ開及びシャッタ閉アクチュエータ４０２、４０４のそれぞれに対して１つのトランジスタ及び１つのキャパシタを含むものであってもよい。
【００６７】
シャッタ４０６は、光が通過できる２つのシャッタアパーチャ４１２を含む。アパーチャ層４０７は３つのアパーチャ４０９の組を含む。図４Ａにおいて、シャッタアセンブリ４００は開状態にあり、シャッタ開アクチュエータ４０２は作動されており、シャッタ閉アクチュエータ４０４は緩和位置にあり、シャッタアパーチャ４１２の中心線は２つのアパーチャ層アパーチャ４０９の中心線と合致する。図４Ｂにおいてシャッタアセンブリ４００は、閉状態に移動しており、シャッタ開アクチュエータ４０２は緩和位置にあり、シャッタ閉アクチュエータ４０４は作動され、シャッタ４０６の光遮断部はこのときアパーチャ４０９（点線で示される）を通る光の透過を遮断する位置にある。
【００６８】
各アパーチャは周囲に少なくとも１つの端部を有する。例えば、長方形のアパーチャ４０９は４つの端部を有する。円形、楕円形、長円形、またはその他の曲線アパーチャがアパーチャ層４０７に形成された代替的な実装例では、各アパーチャは単一の端部のみを有するものでありうる。いくつかの他の実装例において、アパーチャは数学的な意味で分離されまたは非接続の状態である必要はないが、そのかわりに接続されることができる。すなわち、アパーチャの部分またはある形状の区画が各シャッタに対応した状態のままであり得る一方で、これらの区画のいくつかは接続されてもよく、アパーチャの単一の連続する周縁部が複数のシャッタによって共有される。
【００６９】
様々な出射角を有する光が開状態におけるアパーチャ４１２、４０９を通過できるように、アパーチャ層４０７のアパーチャ４０９の対応する幅または大きさよりも大きなシャッタアパーチャ４１２の幅または大きさを提供することは有利である。閉状態において効果的に光が脱出しないようにするために、シャッタ４０６の光遮断部がアパーチャ４０９に重なることは好適である。図４Ｂは、シャッタ４０６内の光遮断部の端部とアパーチャ層４０７に形成されたアパーチャ４０９の１つの端部との間のあらかじめ画定された重畳部４１６を示す。
【００７０】
静電アクチュエータ４０２、４０４は、その電圧偏移の振る舞いがシャッタアセンブリ４００に双安定特性を提供するように設計される。シャッタ開アクチュエータ及びシャッタ閉アクチュエータのそれぞれに関して、作動電圧より低い電圧の範囲が存在し、アクチュエータが閉状態にある（シャッタは開または閉のいずれかである）間に印加されると、作動電圧が対向するアクチュエータに印加された後でさえも、アクチュエータを閉状態に保持し、シャッタをその位置に維持する。そのような対向する力に対してシャッタの位置を維持するのに必要な最小電圧は、維持電圧Ｖｍとして参照される。
【００７１】
図５はシャッタベースの光変調器（シャッタアセンブリ）５０２を組み込むディスプレイ装置５００の一例の断面図を示す。各シャッタアセンブリは、シャッタ５０３及びアンカー５０５を組み込む。アンカー５０５とシャッタ５０３との間を接続する図示されていない柔軟なビームアクチュエータは、シャッタを表面から短い距離だけ懸架する助けとなる。シャッタアセンブリ５０２は好適にはプラスチックまたはガラスからなる透明な基板５０４上に配置される。基板５０４上に配置された背面に面する反射層、反射フィルム５０６は、シャッタアセンブリ５０２のシャッタ５０３の閉位置に隣接して位置する複数の表面アパーチャ５０８を画定する。反射フィルム５０６は、表面アパーチャ５０８を通過しない光をディスプレイ装置５００の背面に向けて反射して戻す。反射性アパーチャ層５０６は、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング、レーザーアブレーションまたは化学気相成膜を含む多くの気相成膜技術によって薄膜状態に形成された、含有物のない粒子の小さな金属膜であることができる。他の実装例において、背面に面する反射層５０６は、誘電体鏡のような鏡から形成することができる。誘電体鏡は高い屈折率及び低い屈折率の材料間で交互配置する誘電体薄膜の積層体として形成することができる。シャッタがその中で自由に動くことができるシャッタ５０３を反射フィルム５０６から離隔する垂直な間隙は、０．５から１０ミクロンの範囲である。垂直な間隙の大きさは、好適には図４Ｂに示された重畳部４１６のような閉状態におけるシャッタ５０３の端部とアパーチャ５０８の端部との間の水平方向の重畳部よりも小さい。
【００７２】
ディスプレイ装置５００は基板５０４を平面光ガイド５１６から離隔する光学拡散部５１２及び／または任意の輝度向上フィルム５１４を含む。光ガイドは透明、すなわちガラスまたはプラスチック材料を含む。光ガイド５１６は、バックライトを形成する１つ以上の光源５１８で照射される。光源５１８は、例えば及び限定なく、白熱ランプ、蛍光ランプ、レーザーまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）であることができる。反射部５１９は、ランプ５１８からの光を光ガイド５１６へ向ける助けとなる。前面を向く反射フィルム５２０は、バックライト５１６の背後に配置され、シャッタアセンブリ５０２に向かって光を反射する。シャッタアセンブリ５０２の１つを通過しないバックライトからの光線５２１のような光線はバックライトへ戻され、フィルム５２０から再び反射されることとなる。このようにして、１回目の通過でディスプレイから離れて画像を形成することができない光は再利用することができ、シャッタアセンブリ５０２のアレイ内の他の開アパーチャを通して透過して利用することができる。そのような光の再利用は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。
【００７３】
光ガイド５１６は、ランプ５１８からの光をアパーチャ５０８の方へ、すなわちディスプレイの前方へ再び指向する幾何学的光再指向部またはプリズム５１７の組を含む。光再指向部は、光ガイド５１６のプラスチック体内に埋め込むことができ、代替的に三角形、台形または曲線断面が可能な形状を有する。プリズム５１７の密度は一般にランプ５１８からの距離につれて増加する。
【００７４】
いくつかの実装例において、アパーチャ層５０６は、光吸収性材料からなることができ、代替的な実装例においてシャッタ５０３の表面は光吸収性または光反射性の材料のいずれかでコートすることができる。いくつかの他の実装例において、アパーチャ層５０６は、光ガイド５１６の表面上に直接成膜することができる。いくつかの実装例において、アパーチャ層５０６はシャッタ５０３及びアンカー５０５と同じ基板上に配置される必要はない（以下に説明する下部ＭＥＭＳ構成におけるように）。
【００７５】
いくつかの実装例において、光源５１８は異なる色、例えば赤、緑及び青の色のランプを含むことができる。カラー画像は人間の脳が異なる色の画像を単一の複数色の画像に平均化するのに十分な速度で異なる色のランプで画像を順次照射することによって形成することができる。様々な色を有する画像が、シャッタアセンブリ５０２のアレイを用いて形成される。他の実装例において、光源５１８は３色より多い異なる色を有するランプを含む。例えば、光源５１８は赤、緑、青及び白色ランプ、または赤、緑、青及び黄色のランプを有するものであってもよい。
【００７６】
カバープレート５２２は、ディスプレイ装置５００の前面を形成する。カバープレート５２２の背面は、コントラストを向上させるブラックマトリックス５２４で覆うことができる。代替的な実装例において、カバープレートはカラーフィルタ、例えばシャッタアセンブリ５０２のそれぞれに対応する個別の赤、緑、青色のフィルタを含む。カバープレート５２２はシャッタアセンブリ５０２から所定の距離で支持されて間隙５２６を形成する。間隙５２６は機械的支持またはスペーサ５２７によって及び／またはカバープレート５２２を基板５０４に取り付ける接着シール５２８によって維持される。
【００７７】
接着シール５２８は液体５３０を密封する。液体５３０は好適には約１０センチポアズより低い粘度、好適には約２．０より大きな比誘電率及び約１０４Ｖ／ｃｍより大きな誘電破壊強度を有してなされる。液体５３０はまた、潤滑剤としても働くことができる。いくつかの実装例において、液体５３０は高い表面濡れ性を有する疎水性液体である。代替的な実装例において、液体５３０は基板５０４よりも大きなまたは小さな屈折率を有する。
【００７８】
機械的な光変調器を組み込むディスプレイは、数百、数千またある場合には数百万の可動素子を含むことができる。いくつかのデバイスにおいて、素子のどの動きも１つ以上の素子を動作不可能とする静摩擦の可能性を提供する。この動きは全ての部分を液体（液体としても参照される）に浸漬し、ＭＥＭＳディスプレイセル内の液体空間または間隙内に液体を密封する（例えば接着剤で）ことによって可能となる。液体は通常長期間にわたって低い摩擦係数、低粘度、最小の分解効果を有するものである。ＭＥＭＳベースのディスプレイアセンブリが液体５３０として液体を含む場合、液体は少なくとも部分的にＭＥＭＳベースの光変調器の可動部のいくつかを取り囲む。作動電圧を低減するために、液体は好適には７０センチポアズより小さい、より好適には１０センチポアズより小さい粘度を有する。７０センチポアズより小さい粘度を有する液体は、低い分子量、４０００グラム／モルまたはいくつかの場合には４００グラム／モルより小さい材料を含むことができる。適切な液体５３０は、限定するものではなく、脱イオン化水、メタノール、エタノールおよびその他のアルコール、パラフィン、オレフィン、エーテル、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイルまたはその他の自然のまたは合成溶剤または潤滑剤を含む。利用できる液体はヘキサメチルジシロキサンやオクタメチルトリシロキサンのようなポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ヘキシルペンタメチルジシロキサンのようなアルキルメチルシロキサンであることができる。利用可能な液体はオクタンやデカンのようなアルカンであることができる。利用可能な液体はニトロメタンのようなニトロアルカンであることができる。利用可能な液体は、トルエンやジエチルベンゼンのような芳香性化合物であることができる。利用可能な液体はブタノンやメチルイソブチルケトンのようなケトンであることができる。利用可能な液体はクロロベンゼンのようなクロロカーボンであることができる。利用可能な液体はジクロロフルオロエタンやクロロトリフルオロエチレンのようなクロロフルオロカーボンであることができる。またこれらのディスプレイアセンブリのために考えられる他の液体は、ブチルアセテート、ジメチルホルムアミドを含む。さらにこれらのディスプレイのための他の利用可能な液体はハイドロフルオロエーテル、パーフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロポリエーテル、ペンタノール、ブタノールを含む。例示的な好適なハイドロフルオロエーテルは、エチルノナフルオロブチルエーテルや２トリフルオロメチル３エトキシドデカフルオロヘキサンを含む。
【００７９】
シート金属またはモールドされたプラスチックのアセンブリブラケット５３２は、カバープレート５２２、基板５０４、バックライト５１６及び他の構成要素の部分をエッジ周囲にともに保持する。アセンブリブラケット５３２はネジまたはくぼみのあるタブで締め付けられ、組み合わされたディスプレイ装置５００に剛性を付与する。いくつかの実装例において、光源５１８はエポキシ埋め込み化合物によって定位置に埋め込まれる。反射部５３６は、光ガイド５１６のエッジから脱出する光を光ガイド内に戻す助けとなる。図５には図示されていないが電気的相互接続がシャッタアセンブリ５０２及びランプ５１８への電力と同様に制御信号を提供する。
【００８０】
いくつかの他の実装例において、図２Ａ〜２Ｄに図示されるような巻回ベースの光変調器２２０、光タップ２５０またはエレクトロウェッティングベースの光変調器アレイ２７０も他のＭＥＭＳベースの光変調器と同様に、ディスプレイ装置５００内のシャッタアセンブリ５０２で置き換えることができる。
【００８１】
ディスプレイ装置５００は、上部ＭＥＭＳ構成として参照され、ＭＥＭＳベースの光変調器が基板表面５０４の前面、すなわち観察者の方に面した表面上に形成される。シャッタアセンブリ５０２は、反射性アパーチャ層５０６の上部に直接設けられる。下部ＭＥＭＳ構成として参照される代替的な実装例において、シャッタアセンブリは反射性アパーチャ層が形成される基板から離隔された基板上に配置される。複数のアパーチャを画定する反射性アパーチャ層が形成される基板は、本明細書ではアパーチャプレートとして参照される。下部ＭＥＭＳ構成において、ＭＥＭＳベースの光変調器を載せる基板はディスプレイ装置５００のカバープレート５２２の場所をとり、ＭＥＭＳベースの光変調器が上部基板の背面、すなわち観察者から離れバックライト５１６の方に面する表面上に位置するように方向を向けられる。ＭＥＭＳベースの光変調器はそれによって反射性アパーチャ層に直接対向し反射性アパーチャ層から間隙を隔てて位置する。間隙はアパーチャプレート及びＭＥＭＳ変調器が形成される基板に接続する一連のスペーサーポストによって維持されることができる。いくつかの実装例において、スペーサーはアレイ内の各画素内または間に配置される。ＭＥＭＳ光変調器をその対応するアパーチャから離隔する間隔または距離は好適には１０ミクロンより小さく、または重畳部４１６のようなシャッタとアパーチャの間の重畳部よりも小さい距離である。
【００８２】
図６はディスプレイの下部ＭＥＭＳ構成に用いるための光変調器基板及びアパーチャプレートの断面図を示す。ディスプレイアセンブリ６００は変調器基板６０２及びアパーチャプレート６０４を含む。ディスプレイアセンブリ６００はまたシャッタアセンブリ６０６のセット及び反射性アパーチャ層６０８も含む。反射性アパーチャ層６０５はアパーチャ６１０を含む。基板６０２、６０４間の所定の間隙または間隔はスペーサ６１２、６１４の対向するセットによって維持される。
【００８３】
図７は例示的なディスプレイ装置７００を示す。ディスプレイ装置７００は前面基板７０２、シャッタアセンブリ７０４、アパーチャ層７０５、背面基板７０８及び光ガイド７１０を含む。
【００８４】
前面基板７０２はいくつかの実装例においてガラスやプラスチックのような透明な材料からなるものであってよい。透明であることによって、光が前面基板７０２を通してディスプレイ装置７００を前面基板７０２に向かって見る使用者７０１の方へ通過しうる。
【００８５】
シャッタアセンブリ７０４はシャッタ７２２、対向するアクチュエータ７２０、７２８及びアンカー７１８を含む。シャッタ７２２はディスプレイ装置７００の背面から、例えば光ガイド７１０からくる光線を選択的に遮断する。対向するアクチュエータ７２０、７２８はシャッタ７２２の位置を制御する。アンカー７１８はシャッタ７２２を前面基板７０２に結合し、背面基板７０８の上方に支持する。
【００８６】
アパーチャ層７０５は、背面に面する光反射層７０６及び前面に面する光吸収層７２６を含む。前面に面する光吸収層７２６は背面に面する光反射層７０６の前面上に位置する。前面に面する光吸収層７２６は、周囲の環境または光源から生じる光、例えばシャッタ７２２の背面側から屈折された光線７１４を吸収する。
【００８７】
図８は例示的なアパーチャ層構造８００を示す。アパーチャ層構造８００はそれぞれ図５、６、７において上に示されたようなディスプレイ装置５００、６００、７００のようなディスプレイ装置内に採用されてもよい。アパーチャ層構造８００は、アパーチャ層８０２を含み、また、アパーチャ層８０２は光反射層８０６及び光吸収層８０８を含む。アパーチャ層８０２は基板８０４によって支持され、アパーチャ８１０を含む。いくつかの実装例において、基板８０４はガラスまたはプラスチックのような透明基板である。アパーチャ層８０２はディスプレイの背面におけるディスプレイバックライトからディスプレイの前面にいる観察者への光の通過を、光吸収層８０８及び光反射層８０６の両方に形成されたアパーチャ８１０を通る以外は遮断するように構成される。
【００８８】
上述のように、アパーチャ層８０２は、光反射層８０６及び光吸収層８０８を含む。光反射層８０６は基板８０４の上方に配置され、光吸収層８０８は光反射層８０６の上方に配置される。光反射層８０６は１つ以上の層を含んでもよく、光吸収層８０８もまた１つ以上の層を含んでもよい。アパーチャ層８０２はアパーチャ層８０２の前面に面する表面上に入射する光を吸収し、アパーチャ層８０２の背面に面する表面上に入射する光を反射するように構成される。さらに、アパーチャ８１０は実質的に位置合わせされる。
【００８９】
光反射層８０６を形成する１つ以上の層のそれぞれは個々に反射性であってもよく、１つ以上の層が集合して反射性であってもよい。例えば、光反射層８０６は光を強めあって干渉する薄膜の積層体から構成されてもよい。いくつかの実装例において、光反射層８０６は銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）のような反射性を高めた金属層を含んでもよい。
【００９０】
いくつかの実装例において、光吸収層８０８は樹脂またはポリマー内に懸濁された光吸収性材料を含んでもよい。光吸収性材料は、元素状炭素の凝集体を含むがそれに限定されない凝集体、粒子、ナノ粒子または粉末を含むことができる。いくつかの他の実装例において、樹脂は分子構造の一部として光吸収性黒色染料を含むことができる。薄膜の厚さと共に光吸収性材料の大きさ及び密度が光吸収性材料の光学密度を決定する。いくつかの実装例において、光吸収層８０８の厚さは約１００ｎｍから約２ミクロンの範囲である。いくつかの実装例において、光吸収層８０８は約１ミクロンの厚さである。いくつかの実装例において、樹脂は感光性である。例えば、樹脂はアルカリ可溶性樹脂、光重合性モノマー、光開始材及び溶剤の混合物から形成されてもよい。適切な光吸収性感光性樹脂は、限定するものではなく、日本国神奈川県川崎市に本社を置く東京応化工業株式会社（ＴＯＫ）から提供されるレジストＣＦＰＲ  ＢＫ−４６１１及び台湾台北市に本社を置くＥｖｅｒｌｉｇｈｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されるレジストＥＫ−４４０を含む。他の光吸収性材料または積層体が、以下に詳細に説明されるように光吸収層８０８を形成するために採用されてもよい。
【００９１】
光を吸収するときに効果的であることができるいくつかの金属合金が、従っていくつかの実装例において光吸収層８０８内の含有物として好適である。そのような金属は、限定するものではなく、モリブデンクロム（ＭｏＣｒ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、モリブデンチタン（ＭｏＴｉ）、モリブデンタンタル（ＭｏＴａ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）及びチタンクロム（ＴｉＣｒ）を含む。粗い表面を有する上述の合金またはニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）のような単純金属から形成される金属膜もまた、光を吸収するのに効果的であることができる。そのような薄膜は高いガス圧力でのスパッタ成膜（２０ｍＴｏｒｒを超えるスパッタリング雰囲気）によって形成することができる。粗い金属膜は、金属粒子分散の液体スプレーまたはプラズマスプレー印加及び続いて熱焼結段階によって形成されることができる。次いで、金属粒子の剥離または薄片化を防ぐために誘電体層を追加することができる。
【００９２】
アモルファスまたは多結晶シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、コロイド状黒鉛（炭素）のような半導体材料及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のような合金もまた光を吸収するのに効果的であり、そのためこれらも光吸収層８０８における使用に好適である。これらの材料は、薄膜を通過する光のどのような透過も実質的に防ぐように、約５００ｎｍを超える厚さを有する薄膜状に成膜可能である。金属酸化物または窒化物もまた、光を吸収するのに効果的なものであることができ、限定することなく酸化銅（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化銀（ＡｇＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）または窒化タンタル（ＴａＮ）を含む。酸化物がしばしばスパッタリングまたは蒸着によって非化学当量的に準備されまたは成膜される場合には、特に成膜プロセスが格子内に酸素の不足をもたらす場合には、これらの酸化物または窒化物の吸収が向上する。半導体と同様に、金属酸化物は薄膜を通過する光の透過を実質的に防ぐために、約５００ｎｍを超える厚さに成膜される。
【００９３】
サーメットと呼ばれる材料の一群もまた光を吸収するのに効果的であり、いくつかの実装例において光吸収層８０８内に組み込むことができる。サーメットは、典型的には酸化物または窒化物格子内に懸架された小さな金属粒子の複合材である。例として、Ｃｒ２Ｏ３格子内のＣｒ粒子または二酸化シリコン（ＳｉＯ２）格子内のＣｒ粒子を含む。格子内に懸架される他の金属粒子は、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）及び炭素（Ｃ）であることができる。その他の格子材料は二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を含む。
【００９４】
好適な薄膜材料の間の光の弱めあう干渉を用いる多層吸収構造を形成することもまた可能である。いくつかの実装例は、好適な反射率の金属と共に酸化物または窒化物のような誘電体の部分的に反射性の層を伴う。酸化物は二酸化クロム（ＣｒＯ２）、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３もしくはＳｉＯ２のような金属酸化物またはＳｉ３Ｎ４のような窒化物であることができる。好適な金属はＣｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉを含む。いくつかの他の実装例において、金属層がまず成膜され、次いで金属酸化物の成膜が行われる。酸化層の厚さが０．５５ミクロンのおよそ４分の１を酸化物層の屈折率で割った値と実質的に等しくなるように選択される場合に、２層積層体の吸収性を向上することができる。これらの多層構造はまた光吸収層８０８内の含有物のための好適な代替物ともなる。
【００９５】
いくつかの実装例において、金属層が反射層８０６の上部の上に成膜され、次いで計算された厚さの好適な酸化物層が成膜されてもよい。次いで、薄い金属が部分的にのみ反射性であるように金属の薄層が酸化物の上部に成膜されてもよく、金属の薄層は約０．０２ミクロンよりも薄い厚さを有する。上部金属層からの部分的な反射は、下部金属層からの反射と干渉して弱めあい、それによって吸収効果を発生させる。上述のように、酸化物層の厚さが０．５５ミクロンのおよそ４分の１を酸化物層の屈折率で割った値と実質的に等しくなるように選択される場合に、吸収を向上することが可能である。
【００９６】
図９は例示的なアパーチャ層構造９００を示す。アパーチャ層構造９００は、それぞれ図５、６、７において上述したようなディスプレイ装置５００、６００、７００内へ組み込むことができる。アパーチャ層構造９００は基板９０４上のアパーチャ層９０２を含み、アパーチャ層９０２はアパーチャ９１０を画定する。アパーチャ層９０２は光反射層９０６上に提供された光吸収層９０８を含む。いくつかの実装例において、光吸収層９０８は２つ以上の光吸収層９１２、９１４を含んでもよい。いくつかの実装例において、基板９０４はガラスまたはプラスチックからなる透明基板であってもよい。いくつかの実装例において、光吸収層９１２は樹脂内に懸濁された光吸収性材料から形成されてもよく、光吸収層９１４は光吸収層９１２と異なる組成から形成されてもよい。光吸収層９１２及び／または光吸収層９１４は前述の１つ以上の光吸収性材料を含むことができる。
【００９７】
アパーチャ層９０２はディスプレイの背面におけるディスプレイバックライトからディスプレイの前面の観察者まで、光吸収層９０８及び光反射層９０６の両方に形成されたアパーチャ９１０を通る以外は光の通過を遮断するように構成される。さらに、アパーチャ９１０は実質的に位置合わせされて、不要な反射の問題を防ぐ。
【００９８】
いくつかの実装例において、光吸収層９１４は、５０％よりも小さな反射率を有する金属のような光を効果的に吸収する金属層を含むことができる。効果的に光を吸収できるいくつかの金属は、限定することなく、ＭｏＷ、ＭｏＣｒ、ＭｏＴａ、ＭｏＴｉ、Ｔｉ、ＴｉＷ及びＴｉＣｒを含む。いくつかの実装例において、光吸収層９１４は上述のように誘電体層及び金属層を含み、好適な薄膜材料の間の光の弱めあう干渉を用いて多層吸収構造を形成する。
【００９９】
図１０は例示的なアパーチャ層構造１０００を示す。アパーチャ層構造１０００は、それぞれ図５、６、７において上述した５００、６００または７００のようなディスプレイ装置において採用されてもよい。アパーチャ層構造１０００は、基板１００４上のアパーチャ層１００２を含み、アパーチャ層１００２はアパーチャ１０１０を画定する。いくつかの実装例において、アパーチャ層１００２は光反射層１００６を含み、また光反射層１００６は２つ以上の光反射層１０１６、１０１８を含む。いくつかの実装例において、基板１００４はガラスまたはプラスチックのような透明基板である。光吸収層１００８は光反射層１００６上に提供される。いくつかの実装例において、光反射層１０１６、１０１８の一方はＡｇまたはＡｌのような反射率を高めた金属層であり、光反射層１０１６、１０１８の他方は異なる屈折率を有する材料が交互配置された層で形成された誘電体積層ミラーである。アパーチャ層１００２は、ディスプレイの背面におけるディスプレイバックライトからディスプレイの前面の観察者の方へ、光吸収層１００８及び光反射層１００６の両方を通して形成された１０１０を通る以外の光の通過を遮断するように構成される。
【０１００】
図１１は、例示的なアパーチャ層構造１１００を示す。アパーチャ層構造１１００は、それぞれ図５、６、７において上述される５００、６００、７００のようなディスプレイ装置に採用されてもよい。アパーチャ層構造１１００は、基板１１０４、アパーチャ層１１０２を含み、また、アパーチャ層１１０２は誘電的に強化された金属ミラー１１０６及び光吸収層１１０８を含む。誘電的に強化された金属ミラー１１０６及び光吸収層１１０８はアパーチャ１１１０を形成するようにパターン形成されたものである。アパーチャ層１１０２は、ディスプレイの背面におけるディスプレイバックライトからディスプレイ前面の観察者の方へ、光吸収層１１０８及び誘電的に強化された金属ミラー１１０６の両方を通して形成されるアパーチャ１１１０を通る以外の光の通過を遮断するように構成される。
【０１０１】
いくつかの実装例において、誘電的に強化された金属ミラー１１０６は金属層１１１６及び少なくとも２つの異なる屈折率を有する誘電体材料の層（例えば、層１１２０、１１２２、１１２４、１１２６、１１２８、１１３０）の多層積層体から形成される。いくつかの実装例において、誘電体材料層の多層積層体の誘電体層は、交互配置の屈折率を有する。１つの実装例において、誘電的に強化された金属ミラー１１０６は、第１の屈折率の誘電体層１１２０、１１２４、１１２８（例えば、ＴｉＯ２及び／またはＳｉ３Ｎ４）及び第２の屈折率の誘電体層１１２２、１１２６、１１３０（例えばＳｉＯ２）から形成される。第１の屈折率は約２．０よりも大きいものとできる。この範囲の屈折率を有する誘電体は、それぞれ約２．４及び約２．０の屈折率を有するＴｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４を含む。第２の屈折率は約１．８よりも小さいものとできる。この範囲の屈折率を有する誘電体は、約１．４６の屈折率を有するＳｉＯ２を含む。次いで、高められた反射率を提供する層の厚さは光の干渉原理を用いて決定可能なとおり、それぞれの層の屈折率に基づいて選択される。
【０１０２】
いくつかの実装例において、誘電的に強化された金属ミラーは７層の積層体であり、その材料は、基板から順に上方へ、約６４ｎｍの厚さを有するＳｉ３Ｎ４の薄膜（層１１２０）、約８８ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２の薄膜（層１１２２）、約６４ｎｍの厚さを有するＳｉ３Ｎ４の他の薄膜（層１１２４）、約８８ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２の他の薄膜（層１１２６）、約６４ｎｍの厚さを有するＳｉ３Ｎ４の他の薄膜（層１１２８）、約８８ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２の他の薄膜（層１１３０）、及びアルミニウムまたは銀のような金属の薄膜（層１１１６）を含む。いくつかの誘電的に強化された金属ミラーにおいて、金属層は約５０ｎｍよりも大きく２ミクロンよりも小さな厚さを有する。いくつかの実装例において、金属層は約２００ｎｍの厚さを有する。
【０１０３】
いくつかの実装例において、誘電的に強化された金属ミラー１１０６は５層の積層体であり、その材料は基板から順に上方へ、約５０ｎｍの厚さを有するＴｉＯ２の薄膜、約８８ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２の薄膜、約５０ｎｍの厚さを有するＴｉＯ２の他の薄膜、約８８ｎｍの厚さを有するＳｉＯ２の他の薄膜及びＡｌまたはＡｇのような金属の薄膜を含む。いくつかの誘電的に強化された金属ミラーにおいて、金属層は約５０ｎｍよりも大きく約２ミクロンよりも小さな厚さを有する。いくつかの実装例において、金属層は約２００ｎｍの厚さを有する。上述の例から、誘電的に強化された金属ミラーを形成するためにどのような数の対の誘電体材料層が利用されてもよいことも了解されるべきである。
【０１０４】
いくつかの実装例において、光吸収層１１０８が誘電的に強化された金属ミラー１１０６の上部に提供される。いくつかの実装例において、光吸収層１１０８は樹脂内に懸濁された光吸収性材料を含む。光吸収性材料は元素状炭素の凝集体を含むがそれに限定されない光吸収性の凝集体を含むことができる。薄膜の厚さと共に凝集体の大きさ及び密度が、格子の光学密度を決定する。いくつかの実装例において、光吸収層の厚さは約１００ｎｍから約２ミクロンの範囲である。いくつかの実装例において、光吸収層１１０８は約１ミクロンの厚さである。いくつかの実装例において、樹脂は感光性とすることができる。例示的な感光性樹脂はアルカリ可溶性樹脂、光重合性モノマー、光開始剤及び溶剤の混合物を含む。いくつかの実装例において、樹脂またはポリマーを含む光吸収性材料はスピンコートされてもよい。他の光吸収性材料または層の積層体は、代替的にまたは追加的に、図８に示されたアパーチャ層構造８００の光吸収層８０８に関連して詳述したように、光吸収層１１０８を形成するのに採用されてもよい。
【０１０５】
いくつかの実装例において、それぞれ図１１、１０、９、８に示されるようなアパーチャ１１１０、１０１０、９１０、８１０のようなアパーチャは、フォトリソグラフィ及びエッチングによるまたはフォトリソグラフィ及びリフトオフによるような当業者に知られたプロセスを用いてパターン形成することができる。
【０１０６】
エッチングプロセスにおいて、フォトレジストの層は（例えばスピンコーティングを用いて）誘電的に強化された金属ミラー１１０６の上部に提供され、次いでマスクを通して紫外（ＵＶ）光に露光されてもよい。代替的に、薄膜積層体の１つ以上の層がフォトレジストとして働くことができる。例えば、光吸収性材料を含む感光性樹脂はフォトレジストとして使用可能である。フォトレジストの露光された層のアパーチャパターンを現像した後、積層体はアパーチャの領域を下方に基板までエッチングすることができる。そのようなエッチングは、湿式化学物質への浸漬、乾式プラズマまたはイオンビームエッチング、または上述のどのような組み合わせによって達成されてもよい。
【０１０７】
リフトオフプロセスにおいて、フォトレジスト層は薄膜積層体の成膜前に基板上に配置されてもよい。次いでレジストがエッチマスクパターンの反転であるパターンに現像される。次いで薄膜積層体がフォトレジストの上部に成膜され、薄膜積層体がアパーチャの領域を除いてあらゆる場所で基板に接触する。薄膜積層体の成膜が完了した後、基板はフォトレジストの上部に成膜されたどの薄膜材料とも共にフォトレジストを溶解しまたはリフトオフする化学物質浴内に浸漬される。
【０１０８】
図１２はセルフアラインされたアパーチャ層構造を形成するための例示的なプロセス１２００のフロー図を示している。アパーチャ層形成プロセス１２００は、アパーチャ層の最上層を、その次の下層の除去のためのマスクとして用いる。アパーチャ層形成プロセス１２００のこのセルフアラインされるという性質のために、アパーチャ層の様々な層において結果的に得られるアパーチャは実質的に位置合わせされている。アパーチャ層形成プロセス１２００は基板を提供する段階（ブロック１２０２）を含む。次いで、光反射層が基板上に成膜される（ブロック１２０４）。その後、光吸収層が光反射層の上部に恒久的に成膜される（ブロック１２０６）。開口部の第１のセットが光吸収層及び光反射層の１つに形成される（ブロック１２０８）。次に、開口部の第２のセットが光吸収層及び光反射層の他方に、第１の複数の開口をフォトマスク及びエッチングマスクの１つとして用いて形成される（ブロック１２１０）。これらの段階のそれぞれは、図１３Ａから１３Ｃに関連してさらに以下に説明される。
【０１０９】
図１３Ａから１３Ｃは図１２に示された、セルフアラインされたアパーチャ層構造１３００を形成するためのプロセス１２００の段階を示している。ここで図１２及び図１３Ａから１３Ｃを参照すると、図１３Ａは提供された基板１３０４（ブロック１２０２）、基板１３０４の上部に成膜された光反射層１３０６（ブロック１２０４）、光反射層１３０６の上部に恒久的に成膜された光吸収層１３０８（ブロック１２０６）を示している。
【０１１０】
いくつかの実装例において、基板１３０４は、透明であってもよく、ガラスまたはプラスチックからなるものであってもよい。いくつかの実装例において、光反射層１３０６はＡｌやＡｇのような高められた反射率を有する金属層、層の反射率を高める誘電的積層体ミラー、単独の誘電的に強化された金属ミラーまたは上述のどの組み合わせも含むことができる。光吸収層１３０８はフォトレジスト、感光性材料もしくは光パターン形成が可能な材料、または感光性樹脂内に懸濁された光吸収性材料であってもよい。いくつかの実装例において、光反射層１３０６及び光吸収層１３０８はスパッタリング、化学気相成膜（ＣＶＤ）または物理気相成膜（ＰＶＤ）を用いて成膜されてもよい。
【０１１１】
図１３Ｂに示されるように、開口部の第１のセットが光吸収層１３０８に形成される（ブロック１２０８）。光吸収層１３０８はマスクを通して紫外（ＵＶ）光１３１２に露光される。次いで光吸収層１３０８は現像液で処理され、それによって開口部１３１４の第１のセットを形成する。開口部１３１４はアパーチャ１３１０が最終的に形成される領域において光反射層１３０６の部分を露出する。
【０１１２】
図１３Ｃに示されるように、開口部の第２のセットが、開口部の第１のセットをエッチマスクとして用いて光反射層１３０６に形成されてアパーチャ１３１０のセットを画定する（ブロック１２１０）。開口部１２１４を通して露光された光反射層１３０６の部分は除去されて開口部の第２のセットを形成する。光反射層１３０６の露出された部分の、いくつかの実装例では基板１３０４に達するまでの除去は、エッチングプロセスを用いることによって達成されてもよい。そのようなエッチングは、湿式化学物質への浸漬、乾式プラズマまたはイオンビームエッチング、または上述のどの組み合わせによっても達成されてもよい。光吸収層１３０８の残りの部分はマスクとして働き、下に位置する光反射層１３０６の部分を保護する。結果的に、開口部の第２のセットは開口部の第１のセットに対してセルフアラインされる。プロセスのセルフアラインされるという性質により、光吸収層１３０８と光反射層１３０６の位置合わせは実質的に位置合わせされることができる。エッチングのためにのみ用いられ、次いで除去される個別マスクの使用もまた排除することができる。
【０１１３】
いくつかの実装例において、光吸収層１３０８は感光性である必要はない。その代わりに、フォトレジストが適用されてもよく、露光プロセスが、光吸収層１３０８をエッチングするためのフォトレジストマスクを形成するために用いられてもよい。いくつかの実装例において、ハードマスクが光吸収層１３０８上に成膜される。ハードマスクは比較的熱的に安定であり硬い材料から形成することができ、そのような材料はＳｉまたはＳｉＧｅのような半導体、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、酸窒化シリコン（Ｓｉ２Ｎ２Ｏ）のような誘電体及び／またはＡｌのような金属がある。ハードマスクはフォトレジスト及びエッチングプロセスを用いてパターン形成することができる。次いでハードマスクが光吸収層１３０８及び光反射層１３０６の両方をエッチングする間、強いエッチング耐性のある保護を提供することができる。
【０１１４】
図１３Ａから１３Ｃに図示されるように、いくつかの実装例において、光吸収層１３０８内の開口部は光反射層１３０６の開口部に先立って形成されてもよい。上述のように、このことは、感光性光吸収層１３０８に開口部を形成できるように、ＵＶ露光及び現像を通して、光反射層１３０６上に配置された感光性光吸収層１３０８をパターン形成することによって達成されてもよい。次いで、パターン形成された光吸収層１３０８が、光吸収層１３０８の開口部１３１４を用いることによって、エッチングを介して、光反射層１３０６の除去のためのマスクとして用いられる。代替的に、このことは、マスク層における開口部を形成するために光吸収層１３０８上に配置されたフォトレジストまたはハードマスクのようなマスク層のパターン形成及び、次いでマスク層の開口部を通して光吸収層１３０８及び光反射層１３０６の両方のエッチングを介した除去のためのマスクとしてマスク層を用いることにより達成されてもよい。
【０１１５】
図１４はアパーチャ層構造を形成するための例示的なプロセス１４００のフロー図を示す。アパーチャ層形成プロセス１４００は、アパーチャ層の最も下部の層、この場合は光反射層を、続いて上に位置する層の除去のためのマスクとして用いる。アパーチャ層形成プロセス１４００のこのセルフアラインされるという性質により、光吸収層と光反射層との実質的な位置合わせが容易に達成される。アパーチャ層形成プロセス１４００は、まず基板を提供する（ブロック１４０２）段階を含む。次いで、光反射層が基板の上部に成膜される（ブロック１４０４）。その後、開口部の第１のセットが光反射層に形成される（ブロック１４０６）。次いで、光吸収層が光反射層上に成膜される（ブロック１４０８）。次に、開口部の第２のセットが光吸収層を基板の背面から開口部の第１のセットを通して露光することによって光吸収層に形成される（ブロック１４１０）。これらの段階のそれぞれは、図１５Ａから１５Ｄに関連して以下に説明される。
【０１１６】
図１５Ａから１５Ｄは、図１４に示された、セルフアラインされたアパーチャ層構造１５００を形成するためのプロセス１４００の段階を示している。ここで図１４及び図１５Ａから１５Ｄを参照すると、図１５Ａは提供された基板（ブロック１４０２）、基板１５０４の上部に成膜された光反射層１５０６（ブロック１４０４）及び光反射層１５０６の上部に成膜されたフォトレジスト層１５１６（ブロック１４０６）を示す。いくつかの実装例において、基板は透明であってもよく、ガラスまたはプラスチックからなるものであってもよい。いくつかの実装例において、光反射層はＡｌやＡｇのような高められた反射率を有する金属層、層の反射率を高める誘電体積層ミラー、単独の誘電的に強化された金属ミラーまたは上述のいずれの組み合わせも含むことができる。いくつかの実装例において、光反射層は、スパッタリング、化学気相成膜（ＣＶＤ）または物理気相成膜（ＰＶＤ）を用いて成膜されてもよい。いくつかの実装例において、フォトレジスト層はスピンコーティングを用いて成膜されてもよい。
【０１１７】
図１５Ｂに示されるように、フォトレジスト層１５１６がマスクを通してＵＶ光１５１２に露光され、フォトレジスト層１５１６の現像後にフォトレジストの開口部１５１４の第１のセットを形成する（ブロック１４０６）。フォトレジストの開口部１５１４の第１のセットは、アパーチャ１５１０が最終的に形成されることとなる領域における光反射層１５０６の部分を露出する。
【０１１８】
図１５Ｃに示されるように、開口部１５１５の第１のセットが、フォトレジスト開口部１５１４の第１のセットを通して露出された光反射層１５０６の部分をエッチングすることによって光反射層１５０６に形成される（ブロック１４０６）。フォトレジスト開口部１５１４の第１のセットによって露出された光反射層１３０６の部分の基板１５０４に達する除去は、エッチングプロセスを用いることによって達成されてもよい。そのようなエッチングは湿式化学物質への浸漬、乾式プラズマまたはイオンビームエッチングまたは上述のどの組み合わせによって達成されてもよい。
【０１１９】
次いで、フォトレジスト１５１６が剥離される。フォトレジストは例えばレジスト剥離溶液及び／または酸素を含むプラズマを用いることによって剥離されまたは除去される。
【０１２０】
いくつかの実装例において、ハードマスクが光吸収層１５０８上に成膜され、フォトレジスト及びエッチングプロセスを用いてパターン形成されることができ、次いで光吸収層１５０８及び光反射層１５０６の両方のエッチングの間、強いエッチング耐性の保護を提供できる。いくつかの実装例において、光反射層１５０６の開口部が光吸収層１５０８の開口部に先立って形成されてもよい。
【０１２１】
図１５Ｃにさらに示されるように、光吸収層１５０８がパターン形成された光反射層１５０６（ブロック１４０８）上に成膜される。光吸収層１５０８は感光性または光パターン形成可能であってもよい。例えば、光吸収層１５０８は感光性樹脂内に懸濁された光吸収性材料を含むことができる。いくつかの実装例において、光吸収層１５０８は感光性ではない。いくつかの実装例において、光吸収層はスパッタリング、ＣＶＤまたはＰＶＤを用いて成膜されてもよい。
【０１２２】
図１５Ｄに示されるように、光吸収層１５０８は基板１５０４の背面を通して、光反射層１５０６に形成された開口部１５１５の第１のセットを通してＵＶ光１５１８に露光される。効果的には、光反射層１５０６はマスクとして働く。開口部の第２のセットは光吸収層１５０８を現像することによって光吸収層１５０８に形成される（ブロック１４１０）。開口部１５１５の第１のセット及び開口部の第２のセットは共に、実質的に位置合わせされたアパーチャ１５１０のセットを形成する。
【０１２３】
図１６は例示的なアパーチャ層構造１６００を示す。アパーチャ層構造１６００はそれぞれ図５、６、７に示されたディスプレイアパーチャ５００、６００、７００のようなディスプレイアパーチャにおいて採用されてもよい。アパーチャ層構造１６００は基板１６０４、光反射層１６０６、光吸収層１６０８及びアパーチャ１６１０を含む。上述のアパーチャ層とは対照的に、アパーチャ１６１０はセルフアラインされない。すなわち、アパーチャ層のどの層（すなわち光吸収層１６０８及び光反射層１６０６）の開口部のセットも、他の層の開口部をエッチマスクとして用いて形成されない。その代わりに、アパーチャ１６１０は、光吸収層１６０８（または光吸収層１６０８自体が複数の層を含む場合には光吸収層１６０８の少なくとも１つの層）が光反射層１６０６内に形成された開口部１６２０の側壁を被覆するように形成される。この被覆が、光反射層１６０６内の開口部のエッジのリフトオフの反射及び屈折を防止する。
【０１２４】
図１７は、アパーチャ層構造１６００を形成するための例示的なプロセス１７００のフロー図を示す。アパーチャ層構造１６００は図１６に示される。アパーチャ層形成プロセス１７００は、まず基板表面を提供する段階（ブロック１７０２）を含む。次いで、光反射層が基板上に成膜される（ブロック１７０４）。その後、開口部の第１のセットが光反射層内に形成される（ブロック１７０６）。次いで、光吸収層が光反射層上に成膜される（ブロック１７０８）。次に、開口部の第２のセットが光吸収層に形成されてアパーチャのセットを画定し、光吸収層の一部は第１の複数の開口部の側壁に残留する（ブロック１７１０）。これらの段階のそれぞれは図１８Ａから１８Ｆに関連して以下に説明される。
【０１２５】
図１８Ａから１８Ｆは、図１７に示されたアパーチャ層構造１８００を形成するためのプロセス１７００の段階を示す。ここで図１７及び図１８Ａから１８Ｆを参照すると、図１８Ａは提供された基板１８０４（ブロック１７０２）、基板１８０４の上部に成膜された光反射層１８０６（ブロック１７０４）、光反射層１８０６の上部に成膜された第１のフォトレジスト層１８１６（ブロック１７０６）を示す。いくつかの実装例において、基板は透明であってもよく、ガラスまたはプラスチックからなるものであってもよい。いくつかの実装例において、光反射層はＡｌやＡｇのような高められた反射率を有する金属層、層の反射率を高める誘電体積層ミラー、単独の誘電的に強化された金属ミラーまたは上述のどの組み合わせも含むことができる。いくつかの実装例において、光反射層はスパッタリング、ＣＶＤまたはＰＶＤを用いて成膜されてもよい。いくつかの実装例において、フォトレジスト層がスピンコーティングを用いることによって成膜されてもよい。
【０１２６】
図１８Ｂに示されるように、フォトレジスト開口部１８１４の第１のセットが第１のフォトレジスト層１８１６に形成される（ブロック１７０６）。このことはＵＶ光１８１２を第１のフォトレジスト層１８１６上へのマスクを通して指向し、第１のフォトレジスト層１８１６の露光された部分を現像してフォトレジスト開口部１８１４の第１のセットを形成することにより実施することが可能である。フォトレジスト開口部１８１４の第１のセットは、特定の領域における光反射層１８０６の部分を露出させる。
【０１２７】
次いで開口部１８２０の第１のセットが、フォトレジスト開口部１８１４の第１のセットによって露出された光反射層１８０６の部分をエッチングすることによって、光反射層１８０６に形成される（ブロック１７１０）。光反射層１８０６の部分の除去は、例えば、湿式化学物質への浸漬、乾式プラズマまたはイオンビームエッチングのようなエッチングプロセスによって達成されてもよい。その後、第１のフォトレジスト層１８１６が剥離される。第１のフォトレジスト層１８１６はレジスト剥離溶液または酸素を含むプラズマを用いて除去されてもよい。
【０１２８】
いくつかの実装例において、ハードマスクが光吸収層１８０８上に成膜され、フォトレジスト及びエッチングプロセスを用いてパターン形成されることができ、次いで光吸収層１８０８及び光反射層１８０６の両方のエッチングの間、強いエッチング耐性の保護を提供することができる。いくつかの実装例において、フォトレジスト層は例えばレジスト剥離溶液及び／または酸素を含むプラズマを用いることによって除去されてもよい。いくつかの実装例において、各層における対応する開口部の正確な位置合わせを提供するために、位置合わせプロセスが利用されてもよく、それによって、どのようなフォトレジスト層を露光するのに用いられるマスクも光反射層の基準に対して位置合わせされる。基準は光反射層におけるどのような好適な参照マークを含んでもよい。
【０１２９】
次いで、光吸収層１５０８が光反射層１５０６の上部に成膜される（ブロック１７０８）。いくつかの実装例において、光吸収層１５０８は例えば図８に示された光吸収層８０８に関して上述された１つ以上の光吸収層でありまたは含むことができる。いくつかの実装例において、光吸収層は樹脂内に懸濁された光吸収性材料またはフォトレジストもしくは光パターン形成可能な材料である。いくつかの実装例において、光吸収層は感光性ではない。いくつかの実装例において、光吸収層はＣＶＤまたはＰＶＤによって成膜されてもよい。
【０１３０】
図１８Ｄに示されるように、次いで第２のフォトレジスト層１８２２が光吸収層１８０８の上に成膜される（ブロック１７１０）。いくつかの実装例において、第２のフォトレジスト層１８２２はスピンコーティングで成膜されてもよい。
【０１３１】
次いで、図１８Ｅに示されるように、フォトレジスト開口部１８２４の第２のセットが第２のフォトレジスト層１８２２に形成される。これは、第２のフォトレジスト層１８２２をマスクを通してＵＶ光１８１８に露光し、露光された第２のフォトレジスト層１８２２を現像してフォトレジスト開口部１８２４の第２のセットを形成することにより行うことができる。フォトレジスト開口部１８２４の第２のセットは、特定の領域における光吸収層１８０８の部分を露出し、フォトレジスト開口部１８２４の第２のセットが光反射層１８０６の開口部１８２０の第１のセット上に存在する。各層の開口部の対応するセットの正確な位置合わせを提供するために、位置合わせプロセスが利用されてもよい。例えば、いくつかの実装例において、第２のフォトレジスト層１８２２を露光するのに用いられるマスクは光反射層１８０６の基準に位置合わせされる。基準は光反射層１８０６におけるどのような好適な参照マークを含んでもよい。フォトレジスト開口部１８２４の第２のセットは、光反射層１８０６の開口部１８２０の第１のセットよりも小さな幅を有してもよい。
【０１３２】
図１８Ｆに示されるように、次いで開口部の第２のセットが、アパーチャ１８１０を画定するように、フォトレジスト開口部１８２４の第２のセットによって露出された光吸収層１８０８の位置に形成される（ブロック１７１０）。開口部の第２のセットの幅もまた開口部１８２０の第１のセットの幅よりも小さく、光吸収層１８０８の少なくとも１つの層はアパーチャ１８１０の側壁を被覆する。いくつかの実装例では基板１８０４まで行われる光吸収層１８０８の露出された部分の除去は、エッチングプロセスを用いて達成されてもよい。そのようなエッチングは湿式化学物質への浸漬によって、乾式プラズマもしくはイオンビームエッチングによって、または上述のどの組み合わせによっても達成されうる。次いで第２のフォトレジスト層１８２２が、例えばレジスト剥離溶液及び／または酸素含有プラズマを用いることによって除去される。（フォトレジスト開口部１８２４の第２のセットと実質的に同じ幅を有する）開口部の第２のセットの幅は開口部１８２０の第１のセットの幅よりも小さいので、エッチング終了後、光吸収層１８０６の一部が開口部１８２０の第１のセットの側壁上に残り、光反射層１８０６の反射材料を封入する。このことは、光変調器が閉状態にある場合に不要な発光に寄与する可能性のある光吸収層１８０６の側壁の光のどのような反射または屈折も排除する助けとなる。
【０１３３】
本明細書に開示された実装例に関連して説明される様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、回路及びアルゴリズムプロセスが、電子的なハードウェア、コンピュータソフトウェアまたは両者の結合として実装されてもよい。ハードウェアおよびソフトウェアの相互交換性は一般的に、機能の点で説明されており、上述された様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路及びプロセスで示されている。そのような機能がハードウェアで実装されるかソフトウェアで実装されるかは、具体的な用途及びシステム全体にわたって課される設計制約に依存する。
【０１３４】
本明細書に開示される側面に結合して説明される様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール及び回路を実装するのに用いられるハードウェアおよびデータ処理装置は、本明細書で説明された機能を発揮するように設計された汎用の単一チップまたは複数のチップのプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはその他のプログラム可能なロジックデバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素またはそれらのどのような組み合わせでも実装されまたは実施されうる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサまたはどのような既存のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラまたはステートマシンであってもよい。プロセッサはまたコンピューティングデバイスの組み合わせ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサのセット、ＤＳＰコアと結合した１つ以上のマイクロプロセッサまたはその他どのような構成として実装されるものであってもよい。いくつかの実装例において、特定のプロセスおよび方法は、所定の機能に特化した回路によって実施されるものであってもよい。
【０１３５】
１つ以上の側面において、説明された機能は、本明細書に開示された構造及びそれらと構造的に等価な構造を含むハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはそれらのどのような組み合わせも含んで実装されるものであってもよい。本明細書で説明される対象の実装例はまた、１つ以上のコンピュータプログラム、すなわちデータ処理装置によってまたはデータ処理装置の動作を制御するための実行のためにコンピュータ蓄積媒体上にエンコードされたコンピュータプログラムの命令の１つ以上のモジュールとして実装することが可能である。
【０１３６】
本開示で説明された実装例に対する様々な改変が、当業者にとって容易に明らかなものであり得、本明細書で規定される一般的な原理は本開示の思想または範囲から逸脱することなく他の実装例に応用されるものであってもよい。そのため、特許請求の範囲は本明細書に示された実装例に限定されることを意図するものではなく、本開示で構成されるもっとも広い範囲、原理及び本明細書に開示される新規の特徴に一致するものである。
【０１３７】
さらに、当業者であれば「上方の」及び「下方の」という用語は図の説明を容易にするために用いられることがあり、適切な方向のページでの図の方向と対応する相対的な位置を示しており、実装されるようなどのようなデバイスの適切な方向も反映しないものでありうることは容易に了解されるであろう。
【０１３８】
個別の実装例の内容で本明細書において説明された特定の特徴は、単一の実装例に組み合わされて実装されることも可能である。反対に、単一の実装例の内容で説明された様々な特徴が、複数の実装例に別々に、またはどのような適切な下位の組み合わせで実装されることも可能である。さらに、特徴が特定の組み合わせで働くように上記で説明されそのように初めに主張されていても、主張された組み合わせからの１つ以上の特徴がいくつかの場合において組み合わせから除外されることが可能であり、主張される組み合わせは下位の組み合わせまたは下位の組み合わせの変形に指向されるものであってもよい。
【０１３９】
同様に、動作が特定の順序で図に示されているが、これは所望の結果を達成するために、そのような動作が示された特定の順序でまたは順序通りに実施され、または全ての示された動作が実施されることを必要とするとして理解されるべきではない。さらに、図は１つ以上の例示的なプロセスをフロー図の形で概略的に示しているものでありうる。しかしながら、示されていない他の動作が、概略的に図示された例示的なプロセスに組み込まれることが可能である。例えば、１つ以上の追加的な動作が図示された動作のどれの前、後、同時または間に実施されることも可能である。特定の環境において、マルチタスクおよび並列処理が有利でありうる。さらに、上述された実施形態において様々なシステム構成要素の分離は、全ての実装例においてそのような分離が必要であるとして理解されるべきではなく、示されたプログラム構成要素及びシステムが一般的に単一のソフトウェア製品にともに統合されまたは複数のソフトウェア製品にパッケージされたものとすることが可能である。さらに、他の実装例は以下の特許請求の範囲内にある。いくつかの場合、特許請求の範囲に記載された動作は異なる順序で実施され、依然として所望の結果を達成することが可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１００  ディスプレイ装置
１０２ａ〜ｄ、１２０  光変調器
１０４  画像
１０６  画素
１０８  シャッタ
１０９  アパーチャ
１１０  書き込み許可相互接続
１１２  データ相互接続
１１４  共通相互接続
１２０  ホストデバイスのブロック図
１２２  ホストプロセッサ
１２４  環境センサ
１２６  ユーザー入力モジュール
１２８  ディスプレイ装置
１３０  走査ドライバ
１３２  データドライバ
１３４  コントローラ
１３８  共通ドライバ
１４０、１４２、１４４、１４６  ランプ
１４８  ランプドライバ
１５０  光変調器
２００  シャッタベースの光変調器
２０２  シャッタ
２０３  表面
２０４  アクチュエータ
２０５  電極ビームアクチュエータ
２０６  ロードビーム
２０７  バネ
２０８  ロードアンカー
２１１  アパーチャ孔
２１６  駆動ビーム
２１８  駆動ビームアンカー
２２０  巻回アクチュエータシャッタベースの光変調器
２２２  可動電気よく
２２４  絶縁層
２２６  平面電極
２２８  基板
２３０  固定端
２５０  非シャッタベースのＭＥＭＳ光変調器
２５２  光
２５４  光ガイド
２５６  タップ要素
２５８  ビーム
２６０  電極
２６２  対向電極
２７０  エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ
２７２ａ〜２７２ｄ  光変調セル
２７４  光学キャビティ
２７８  水の層
２８０  光吸収性オイルの層
２８２  透明電極
２８４  絶縁層
２８６  反射性アパーチャ層
２８８  光ガイド
２９０  第２の反射層
２９１  光再偏向部
２９２  光源
２９４  光
３００  制御マトリックス
３０１  画素
３０２  弾性シャッタアセンブリ
３０３  アクチュエータ
３０４  基板
３０６  走査ライン相互接続
３０７  書き込み許可電圧源
３０８  各データ相互接続
３０９  データ電圧源
３１０  トランジスタ
３１２  キャパシタ
３２０  アレイ
３２２  アパーチャ層
３２４  アパーチャ
４００  デュアルアクチュエータシャッタアセンブリ
４０２  シャッタ開アクチュエータ
４０４  シャッタ閉アクチュエータ
４０６  シャッタ
４０７  アパーチャ層
４０８  アンカー
４０９  アパーチャ
４１２  アパーチャ
５００  ディスプレイ装置
５０２  シャッタアセンブリ
５０３  シャッタ
５０４  基板
５０５  アンカー
５０６  反射フィルム
５０８  表面アパーチャ
５１２  光学拡散部
５１４  輝度向上フィルム
５１６  平面光ガイド
５１７  プリズム
５１８  光源
５２０  反射フィルム
５２２  カバープレート
５２４  ブラックマトリックス
５２６  間隙
５２７  スペーサ
５２８  接着シール
５３０  液体
６００  ディスプレイアセンブリ
６０２  変調器基板
６０４  アパーチャプレート
６０５  反射性アパーチャ層
６０６  シャッタアセンブリ
６０８  反射性アパーチャ層
６１０  アパーチャ
６１２  スペーサ
７００  ディスプレイ装置
７０１  使用者
７０２  前面基板
７０４  シャッタアセンブリ
７０５  アパーチャ層
７０６  光反射層
７０８  背面基板
７１０  光ガイド
７２０  アクチュエータ
７２２  シャッタ
７２６  光吸収層
７２８  アクチュエータ
８００  アパーチャ層構造
８０２  アパーチャ層
８０４  基板
８０６  光反射層
８０８  光吸収層
８１０  アパーチャ
９００  アパーチャ層構造
９０２  アパーチャ層
９０４  基板
９０６  光反射層
９０８  光吸収層
９１０  アパーチャ
９１２、９１４  光吸収層
１０００  アパーチャ層構造
１００２  アパーチャ層
１００４  基板
１００６  光反射層
１００８  光吸収層
１０１６、１０１８  光反射層
１１００  アパーチャ層構造
１１０２  アパーチャ層
１１０４  基板
１１０６  誘電的に強化された金属ミラー
１１０８  光吸収層
１１１０  アパーチャ
１１１６  金属層
１１２０、１１２２、１１２４、１１２６、１１２８、１１３０  誘電体材料の層
１２００、１２０２、１２０４、１２０６、１２０８、１２１０  アパーチャ層形成プロセス
１３００  アパーチャ層構造
１３０４  基板
１３０６  光反射層
１３０８  光吸収層
１３１０  アパーチャ
１３１２  紫外光
１３１４  開口部
１４００、１４０２、１４０４、１４０６、１４０８、１４１０  アパーチャ層構造を形成するためのプロセス
１５００  アパーチャ層構造
１５０４  基板
１５０６  光反射層
１５０８  光吸収層
１５１０  アパーチャ
１５１２  ＵＶ光
１５１４  フォトレジスト開口部
１５１５  開口部
１５１６  フォトレジスト層
１６００  アパーチャ層構造
１６０４  基板
１６０６  光反射層
１６０８  光吸収層
１６１０  アパーチャ
１６２０  開口部
１７００、１７０２、１７０４、１７０６、１７０８、１７１０  プロセス
１８００  アパーチャ層構造
１８０４  基板
１８０６  光反射層
１８０８  光吸収層
１８１４  フォトレジスト開口部
１８１６  第１のフォトレジスト層
１８１８  ＵＶ光
１８２０  開口部
１８２２  第２のフォトレジスト層
１８２４  フォトレジスト開口部
【図１Ａ】
2014527641.tif 000003
【図２Ａ】
2014527641.tif 000004
【図２Ｂ】
2014527641.tif 000005
【図２Ｃ】
2014527641.tif 000006
【図２Ｄ】
2014527641.tif 000007
【図３Ｂ】
2014527641.tif 000008
【図４Ａ】
2014527641.tif 000009
【図４Ｂ】
2014527641.tif 000010
【図７】
2014527641.tif 000011
【図９】
2014527641.tif 000012
【図１０】
2014527641.tif 000013
【図１１】
2014527641.tif 000014
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月10日(2014.3.10)
【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】
光反射層上に配置された光吸収層を含み、それぞれの層が層内に画定された複数のアパーチャを有し、前記光吸収層が感光性樹脂に懸濁された光吸収性材料を含む、アパーチャ層と、
前記アパーチャ層において画定された前記アパーチャを通過する光を変調するための複数の光変調器と、を含み、
前記光吸収層が、少なくとも２つの光吸収層を含み、前記２つの光吸収層の一方が前記２つの光吸収層の他方の上に直接成膜され、
前記２つの光吸収層の少なくとも一方がパターン形成可能なフォトレジストを含む、ディスプレイ。
【請求項２】
前記光吸収層及び前記光反射層のそれぞれにおける前記アパーチャが実質的に位置合わせされた、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記光変調器が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの光変調器を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記光変調器がシャッタベースの光変調器を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記光吸収層の少なくとも１つの層が前記光反射層内に画定された前記アパーチャの側部を被覆する、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記光反射層が少なくとも２つの光反射層を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記光反射層が誘電的に強化された金属ミラーを含み、
前記誘電的に強化された金属ミラーが、
金属層と、
誘電体材料層の複数層の積層体であって、前記誘電体材料層の複数層の積層体が交互に配置した屈折率を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記誘電体材料層の複数層の積層体が、
約２．０よりも大きな第１の屈折率で形成された少なくとも１つの第１の屈折率層と、
約１．８よりも小さな第２の屈折率で形成された少なくとも１つの第２の屈折率層と、を含む、請求項７に記載のディスプレイ。
【請求項９】
光反射層上に配置された光吸収層を含み、前記光反射層が複数のアパーチャを画定し、前記光吸収層の少なくとも１つの層が前記光反射層内に画定された前記アパーチャの側部を被覆する、アパーチャ層と、
前記アパーチャ層内に画定された前記アパーチャを通過する光を変調するための複数の光変調器と、を含む、ディスプレイ。
【請求項１０】
前記光変調器が微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの光変調器を含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記光変調器がシャッタベースの光変調器を含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記光吸収層が感光性樹脂及びパターン形成可能なフォトレジストの一方を含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記光吸収層が少なくとも２つの光吸収層を含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
基板を提供する段階と、
前記基板上に光反射層を成膜する段階と、
前記光反射層上に光吸収層を成膜する段階と、
前記光反射層に第１の複数の開口部を形成する段階と、
前記第１の複数の開口部をフォトマスクとして用いて、前記光吸収層に第２の複数の開口部を形成する段階と、を含む、ディスプレイのためのアパーチャ層を形成する方法。
【請求項１５】
前記光吸収層が感光性材料を含み、前記光吸収層内の前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記光吸収層が感光性材料を含み、前記光吸収層内に前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記第１の複数の開口部を通して前記感光性材料内に前記第２の複数の開口部を光パターン形成する段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記光吸収層における第２の複数の開口部を形成する段階が、前記光反射層上への前記光吸収層の成膜に先立って、前記光反射層内の前記第１の複数の開口部をエッチングする段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記光吸収層における前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記基板の背面及び前記光反射層の前記第１の複数の開口部を通る光に前記光吸収層を露光することによって、前記光吸収層をパターン形成する段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の複数の開口部が前記第１の複数の開口部と実質的に位置合わせされるように、前記第２の複数の開口部が形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
基板を提供する段階と、
光反射層を前記基板上に成膜する段階と、
前記光反射層上に光吸収層を成膜する段階と、
前記光吸収層に第１の複数の開口部を形成する段階と、
前記光吸収層の前記第１の複数の開口部をエッチングマスクとして用いて前記光反射層に第２の複数の開口部を形成する段階と、
アパーチャ層を形成した後に前記アパーチャ層内に前記光吸収層を保持する段階と、を含む、ディスプレイのためのアパーチャ層を形成する方法。
【請求項２０】
前記光吸収層が感光性材料を含み、前記光吸収層における前記第１の複数の開口部を形成する段階が、除去可能なフォトマスクの開口部を通して前記感光性材料に前記第１の複数の開口部を光パターン形成する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の複数の開口部が前記第１の複数の開口部に実質的に位置合わせされるように、前記第２の複数の開口部が形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記光吸収層内に前記第１の複数の開口部を形成する段階が、前記第１の複数の開口部を通して前記光反射層の一部を露出し、
前記第２の複数の開口部を形成する段階が、前記第１の複数の開口部によって露出された前記光反射層の一部を除去する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2014527641.tif 000037
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