(57)【要約】  本開示は、２つよりも多くの状態で動作できる光変調器を有する表示素子を組み込む、システム、方法、および装置を提供する。いくつかの実装形態では、光変調器組立体は、シャッターに結合されるロード電極と、ロード電極に近接して配置される駆動電極セットとを含む、静電アクチュエータを含む。駆動電極セットは、光変調器組立体を複数の異なる光変調器状態へと駆動するように構成される、複数の別個の部分を含む。いくつかのそのような実装形態では、駆動電極セットの部分は、ロード電極の対応する領域に対向して配置される。いくつかの実装形態では、それらの部分は、ロード電極の隣接する領域と静電的に係合するように構成されるように、並べられる。
2016519326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器と、
前記光変調器に結合されるロード電極と、
前記ロード電極に近接して配置される駆動電極セットと
を含む静電アクチュエータとを含み、前記駆動電極セットが、前記光変調器を、前記静電アクチュエータの作動の程度によって定義される複数の対応する別個の光変調器状態へと動かすように構成される複数の別個の部分を含み、第１の部分が前記ロード電極の第１の領域に対向して配置され、第２の部分が前記ロード電極の第２の領域に対向して配置される、装置。
【請求項２】
前記複数の別個の部分の各々が、別々の作動電圧を受け取るように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の別個の部分の各々が単一の作動電圧配線に結合され、前記第１の部分が、第１の作動電圧において前記ロード電極の前記第１の領域と静電的に係合するように構成され、前記第２の部分が、前記第１の作動電圧よりも大きい第２の作動電圧において前記ロード電極の前記第２の領域と静電的に係合するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ロード電極が柔軟であり、前記駆動電極セットに向かって変形するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ロード電極の変形の程度が作動電圧が印加される部分の数に対応するように、前記静電アクチュエータが構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ロード電極の前記第１の領域が、蛇行状の部材を介して前記ロード電極の第２の領域に電気的に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光変調器の一部分が、前記ロード電極の前記第２の領域を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ロード電極の前記第１の領域が、第１の駆動電極セットの第１の部分と第２の駆動電極セットの第１の部分との間に配置され、
前記ロード電極の前記第２の領域が、前記第１の駆動電極セットの第２の部分と前記第２の駆動電極セットの第２の部分との間に配置される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記駆動電極セットの前記別個の部分の各々が、前記ロード電極の対応する領域と静電的に係合するように構成される作動表面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記部分が、前記第１の部分と前記ロード電極とを分離する距離が前記第２の部分と前記ロード電極とを分離する距離より短いように並べられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記部分が階段状の方式で並べられる、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記部分が、前記ロード電極が前記第１の部分と前記第２の部分との間に配置されるように配置される、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の別個の部分が前記第１の領域と静電的に係合しないとき、前記第１の別個の部分の第１の終端点が前記ロード電極の前記第１の領域から第１の距離だけ離され、
前記第１の別個の部分が前記ロード電極の前記第１の領域と静電的に係合しているとき、前記第２の別個の部分の第２の終端点が前記ロード電極の前記第２の領域から第２の距離だけ離され、
前記第１の距離が前記第２の距離より小さいように、前記静電アクチュエータが構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記静電アクチュエータが、第１の静電アクチュエータであり、第１の方向に前記光変調器を動かすように構成され、前記装置が、前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記光変調器を動かすように構成される第２の静電アクチュエータをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ロード電極の変形の程度が前記駆動電極セットに印加される作動電圧の大きさに対応するように、前記静電アクチュエータが構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記部分が異なる対応する湾曲を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
開口が形成された基板をさらに含み、
前記光変調器が前記開口の上方で支持され、
前記光変調器が、前記第１の別個の部分が前記ロード電極の前記第１の領域と静電的に係合しているときに部分的光透過状態へと動くように構成され、前記第２の別個の部分が前記ロード電極の前記第２の領域と静電的に係合しているときに完全光透過状態へと動くように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記シャッター、前記第１のアクチュエータ、および前記第２のアクチュエータが表示素子を形成し、前記装置が、
表示素子のアレイを含むディスプレイと、
前記ディスプレイと通信するように構成され、画像データを処理するように構成されるプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されるメモリデバイスとをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成されるドライバ回路をさらに含み、
コントローラがさらに、前記ドライバ回路に前記画像データの少なくともある領域を送るように構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサに前記画像データを送るように構成される画像ソースモジュールをさらに含み、前記画像ソースモジュールが、受信機、送受信機、および送信機の少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
入力データを受け取り、前記入力データを前記プロセッサに通信するように構成される入力デバイスをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
光変調器と、
前記光変調器に結合される柔軟なロード電極と、
前記ロード電極に対向して配置される駆動電極セットと
を含む静電アクチュエータとを含み、前記駆動電極セットが、複数の対応する別個の光変調器状態へと前記光変調器を駆動するように構成される複数の別個の部分を含み、前記ロード電極の変形の程度が、作動電圧が印加される部分の数に対応する、装置。
【請求項２３】
前記複数の別個の部分の各々が、別々の作動電圧配線に結合される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の部分が、前記ロード電極の第１の領域に静電的に係合するように構成され、前記第２の部分が、前記ロード電極の第２の領域に静電的に係合するように構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ロード電極の第１の領域が、蛇行状の部材を介して前記ロード電極の第２の領域に電気的に結合される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記光変調器の一部分が、前記ロード電極の前記第２の領域を含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
前記ロード電極の前記第１の領域が、第１の駆動電極セットの第１の部分と第２の駆動電極セットの第１の部分との間に配置され、前記ロード電極の前記第２の領域が、前記第１の駆動電極セットの第２の部分と前記第２の駆動電極セットの第２の部分との間に配置される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記静電アクチュエータが、第１の静電アクチュエータであり、第１の方向に前記光変調器を駆動するように構成され、前記装置が、前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記光変調器を駆動するように構成される第２の静電アクチュエータをさらに含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１の別個の部分が前記第１の領域と静電的に係合しないとき、前記第１の別個の部分の第１の終端点が前記ロード電極の前記第１の領域から第１の距離だけ離され、
前記第１の別個の部分が前記ロード電極の前記第１の領域と静電的に係合しているとき、前記第２の別個の部分の第２の終端点が前記ロード電極の前記第２の領域から第２の距離だけ離され、
前記第１の距離が前記第２の距離より小さいように、前記静電アクチュエータが構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
開口が形成された基板をさらに含み、
前記光変調器が前記開口の上方で支持され、
前記光変調器が、前記第１の別個の部分が前記ロード電極の前記第１の領域と静電的に係合しているときに部分的光透過状態へと動くように構成され、前記第２の別個の部分が前記ロード電極の前記第２の領域と静電的に係合しているときに完全光透過状態へと動くように構成される、請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、本出願の譲受人に譲渡され参照によって本明細書に明示的に組み込まれる、２０１３年３月１２日に出願された「Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｈｕｔｔｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ  Ｄｒｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｓｅｔｓ」という表題の米国特許出願第１３／７９６，９５２号の優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、ディスプレイの分野に関し、より詳細には、複数の別個の部分を有する駆動電極セットを含む静電アクチュエータを有する、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）シャッター組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
画像を作成するために、ディスプレイ装置は、「サブフレーム」とも呼ばれる、一連の別々のサブフィールド画像を生成するある種の画像形成処理を利用することができ、人の視覚系（ＨＶＳ：ｈｕｍａｎ  ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）はサブフレームを一緒に混合して単一の画像フレームを形成する。いくつかの実装形態では、サブフレームは、符号化されたグレースケール処理を行うために、異なる重みと関連付けられる。このことは、少数の追加のサブフレームで生成され得る色の数の増大を可能にする。この重みは、ディスプレイから送られる光の量に対応する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ある種の既存のディスプレイは、２つの状態、すなわち、光が表示素子を通過することを光変調器が可能にする開状態と、光が表示素子を通過するのを光変調器が阻止する閉状態のみで動作する、シャッターのような機械的な光変調器を有する表示素子を含む。そのようなディスプレイでは、サブフレームの重みは、主に時間変調を利用することによって、たとえば、光変調器が開いたままである時間長を調整することによって、実装される。画像を照明する光源のデューティサイクルがサブフレーム間のスイッチングに対処するために低減されるので、そのようなグレースケール方式は過剰な電力を必要とする。したがって、光源は、光源がより非効率的になる高い電力で駆動される必要がある。電力はまた、シャッターがスイッチングされるたびに消費される。頻繁なスイッチングは画像アーティファクトにもつながり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のシステム、方法およびデバイスは各々、いくつかの発明的態様を有し、それらのうちのいずれの１つも、本明細書で開示される望ましい属性を単独では担わない。
【０００６】
本開示で説明される主題の発明的態様は、光変調器および静電アクチュエータを含む装置において実装され得る。静電アクチュエータは、光変調器に結合されるロード電極と、ロード電極に近接して配置される駆動電極とを含む。駆動電極セットは、光変調器を、静電アクチュエータの作動の程度によって定義される複数の対応する別個の光変調器状態へと動かすように構成される、複数の別個の部分を含む。第１の部分は、ロード電極の第１の領域に対向して配置され、第２の部分は、ロード電極の第２の領域に対向して配置される。
【０００７】
いくつかの実装形態では、ロード電極は柔軟であり、駆動電極セットに向かって変形するように構成される。いくつかの実装形態では、複数の別個の部分の各々が、別々の作動電圧を受け取るように構成される。いくつかの実装形態では、ロード電極の変形の程度が駆動電極セットに印加される作動電圧の大きさに対応するように、静電アクチュエータが構成される。
【０００８】
いくつかの実装形態では、駆動電極セットの別個の部分の各々は、ロード電極の対応する領域と静電的に係合するように構成される作動表面を有する。いくつかの実装形態では、複数の別個の部分の各々が、単一の作動電圧配線に結合される。いくつかのそのような実装形態では、第１の部分は、第１の作動電圧においてロード電極の第１の領域と静電的に係合するように構成され、第２の部分は、第１の作動電圧よりも大きい第２の作動電圧においてロード電極の第２の領域と静電的に係合するように構成される。
【０００９】
いくつかの実装形態では、静電アクチュエータは、第１の別個の部分が第１の領域と静電的に係合していないときの第１の別個の部分の第１の終端点とロード電極の第１の領域との間の第１の距離が、第１の別個の部分がロード電極の第１の領域と静電的に係合しているときの第２の別個の部分の第２の終端点とロード電極の第２の領域との間の第２の距離より小さいように、構成される。いくつかの実装形態では、駆動電極セットの別個の部分の各々は、ロード電極の対応する領域と静電的に係合するように構成される作動表面を有する。
【００１０】
いくつかの実装形態では、複数の別個の部分の各々が、単一の作動電圧配線に結合される。いくつかの実装形態では、それらの部分は異なる対応する湾曲を有する。いくつかの実装形態では、ロード電極は柔軟であり、駆動電極セットに向かって変形するように構成される。いくつかの実装形態では、ロード電極の変形の程度が作動電圧が印加される部分の数に対応するように、静電アクチュエータが構成される。
【００１１】
いくつかの実装形態では、ロード電極の第１の領域は、蛇行状の部材を介してロード電極の第２の領域に電気的に結合される。いくつかの実装形態では、光変調器の一部分が、ロード電極の第２の部分を形成する。いくつかの実装形態では、静電アクチュエータは、第１の方向にシャッターを動かすように構成される第１の静電アクチュエータであり、装置は、第１の方向とは反対の第２の方向にシャッターを動かすように構成される第２の静電アクチュエータを含む。第２の静電アクチュエータは、複数の別個の部分を含む第２の駆動電極セットを含む。ロード電極の第１の領域は、第１の駆動電極セットの第１の部分と第２の駆動電極セットの第１の部分との間に配置され、ロード電極の第２の領域は、第１の駆動電極セットの第２の部分と第２の駆動電極セットの第２の部分との間に配置される。
【００１２】
いくつかの実装形態では、それらの部分は、第１の部分とロード電極とを分離する距離が第２の部分とロード電極とを分離する距離より短いように、並べられる。いくつかの実装形態では、それらの部分は階段状の方式で並べられる。
【００１３】
いくつかの実装形態では、それらの部分は、ロード電極が第１の部分と第２の部分との間に配置されるように配置される。いくつかの実装形態では、静電アクチュエータは、第１の別個の部分が第１の領域と静電的に係合していないとき、第１の別個の部分の第１の終端点がロード電極の第１の領域から第１の距離だけ離されるように構成される。第１の別個の部分がロード電極の第１の領域と静電的に係合しているとき、第２の別個の部分の第２の終端点は、ロード電極の第２の領域から第２の距離だけ離され、第１の距離は第２の距離より短い。
【００１４】
いくつかの実装形態では、静電アクチュエータは第１の静電アクチュエータであり、第１の方向に光変調器を動かすように構成される。いくつかのそのような実装形態では、装置はさらに、第１の方向とは反対の第２の方向に光変調器を動かすように構成される第２の静電アクチュエータを含む。
【００１５】
いくつかの実装形態では、装置は、基板に形成される開口を有する基板を含み、光変調器は開口の上方で支持される。いくつかのそのような実装形態では、光変調器は、第１の別個の部分がロード電極の第１の領域と静電的に係合しているときに部分的光透過状態へと動くように構成され、第２の別個の部分がロード電極の第２の領域と静電的に係合しているときに完全光透過状態へと動くように構成される。
【００１６】
いくつかの実装形態では、シャッター、第１のアクチュエータ、および第２のアクチュエータが表示素子を形成する。いくつかのそのような実装形態では、装置はさらに、表示素子のアレイを含むディスプレイと、ディスプレイと通信するように構成されるプロセッサとを含む。プロセッサは画像データを処理するように構成される。いくつかの実装形態では、装置はまた、プロセッサと通信するように構成されるメモリデバイスを含む。いくつかの実装形態では、ドライバ回路は、ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成され、コントローラは、ドライバ回路に画像データの少なくともある領域を送るように構成される。
【００１７】
いくつかの実装形態では、画像ソースモジュールは、プロセッサに画像データを送るように構成される。画像ソースモジュールは、受信機、送受信機、および送信機の少なくとも１つを含む。いくつかの実装形態では、入力デバイスは、入力データを受け取り、入力データをプロセッサに通信するように構成される。
【００１８】
本開示で説明される主題の別の発明的態様は、光変調器と、光変調器に結合された柔軟なロード電極およびロード電極に対向して配置された駆動電極セットを含む静電アクチュエータとを有する、装置において実装され得る。駆動電極セットは、光変調器を複数の対応する別個の光変調器状態へと駆動するように構成される、複数の別個の部分を含む。ロード電極の変形の程度は、作動電圧が印加される部分の数に対応する。
【００１９】
いくつかの実装形態では、複数の別個の部分の各々が、別々の作動電圧配線に結合される。いくつかの実装形態では、第１の部分は、ロード電極の第１の領域に静電的に係合するように構成され、第２の部分は、ロード電極の第２の領域に静電的に係合するように構成される。
【００２０】
いくつかの実装形態では、ロード電極の第１の領域は、蛇行状の部材を介してロード電極の第２の領域に電気的に結合される。いくつかの実装形態では、光変調器の一部分が、ロード電極の第２の部分を含む。いくつかの実装形態では、静電アクチュエータは第１の静電アクチュエータであり、第１の方向に光変調器を駆動するように構成される。いくつかの実装形態では、装置はさらに、第１の方向とは反対の第２の方向に光変調器を駆動するように構成される第２の静電アクチュエータを含む。いくつかの実装形態では、第２の静電アクチュエータは、複数の別個の部分を含む第２の駆動電極セットを含む。ロード電極の第１の領域は、第１の駆動電極セットの第１の部分と第２の駆動電極セットの第１の部分との間に配置され、ロード電極の第２の領域は、第１の駆動電極セットの第２の部分と第２の駆動電極セットの第２の部分との間に配置される。
【００２１】
いくつかの実装形態では、静電アクチュエータは、第１の別個の部分が第１の領域と静電的に係合していないとき、第１の別個の部分の第１の終端点がロード電極の第１の領域から第１の距離だけ離されるように構成される。第１の別個の部分がロード電極の第１の領域と静電的に係合しているとき、第２の別個の部分の第２の終端点は、ロード電極の第２の領域から第２の距離だけ離され、第１の距離は第２の距離より短い。
【００２２】
いくつかの実装形態では、装置は、基板に形成される開口を有する基板を含む。いくつかのそのような実装形態では、光変調器は開口の上方に支持され、光変調器は、第１の別個の部分がロード電極の第１の領域と静電的に係合しているときに部分的光透過状態へと動くように構成され、第２の別個の部分がロード電極の第２の領域と静電的に係合しているときに完全光透過状態へと動くように構成される。
【００２３】
本明細書で説明される主題の１つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載される。本概要で提供される例は、主にＭＥＭＳ方式のディスプレイに関して説明されるが、本明細書で提供される概念は、他のタイプのディスプレイ、たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、電界放出ディスプレイ、ならびに他の非ディスプレイＭＥＭＳデバイス、たとえば、ＭＥＭＳマイクロフォン、センサ、および光スイッチに適用され得る。他の特徴、態様および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになろう。以下の図の相対寸法は、一定の縮尺で描かれてはいない場合があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】例示的な直視型マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）方式のディスプレイ装置の概略図である。
【図１Ｂ】例示的なホストデバイスのブロック図である。
【図２】例示的なシャッター方式の光変調器の斜視図である。
【図３Ａ】例示的な制御マトリックスの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの制御マトリックスに接続されたシャッター方式の光変調器の例示的なアレイの斜視図である。
【図４Ａ】二重アクチュエータシャッター組立体を示す図である。
【図４Ｂ】二重アクチュエータシャッター組立体を示す図である。
【図５】シャッター方式の光変調器を組み込んだ例示的なディスプレイ装置の断面図である。
【図６】ディスプレイのＭＥＭＳダウン構成において使用するための、例示的な光変調器基板および例示的な開口プレートの断面図である。
【図７Ａ】例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図７Ｂ】例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図７Ｃ】例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図７Ｄ】例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図７Ｅ】例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図８Ａ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図８Ｂ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図８Ｃ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図８Ｄ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図８Ｅ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図９Ａ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図９Ｂ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図９Ｃ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１０Ａ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１０Ｂ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１０Ｃ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１０Ｄ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１０Ｅ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１１Ａ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１１Ｂ】別の例示的な多状態シャッター組立体の平面図である。
【図１２】多状態シャッター組立体を作動させるための例示的な方法の流れ図である。
【図１３Ａ】複数の表示素子を含む例示的なディスプレイデバイスのシステムブロック図である。
【図１３Ｂ】複数の表示素子を含む例示的なディスプレイデバイスのシステムブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
様々な図面における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
【００２６】
以下の説明は、本開示の発明的態様を説明する目的で、いくつかの実装形態を対象とする。しかしながら、本明細書の教示は多数の異なる方法で適用され得ることを当業者は容易に認識するであろう。説明される実装形態は、動いているか（ビデオのように）静止しているか（静止画像のような）にかかわらず、また、文字的であるか、図形的であるか、絵画的であるかにかかわらず、画像を表示するように構成され得る任意のデバイス、装置、またはシステムにおいて実装され得る。より具体的には、説明される実装形態は、限定はされないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応携帯電話、携帯テレビ受信機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドコンピュータまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤー（ＭＰ３プレーヤーのような）、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、電卓、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子書籍デバイス（たとえば、電子リーダー）、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ（オドメーターおよび速度計ディスプレイなどを含む）、コクピット制御装置および／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両におけるリアビューカメラのディスプレイのような）、電子写真、電子掲示板または看板、プロジェクタ、建築構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＣＤプレーヤー、ＶＣＲ、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、パーキングメーター、パッケージング（マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）用途を含む電気機械システム（ＥＭＳ）用途、さらには非ＥＭＳ用途におけるパッケージングのような）、美的構造物（宝飾品または衣服への画像の表示のような）、および種々のＥＭＳデバイスのような、種々の電子デバイスに含まれ、またはそれと関連付けられ得る。本明細書の教示はまた、限定はされないが、電子スイッチデバイス、高周波フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、運動感知デバイス、磁力計、消費者向け電子機器用の慣性コンポーネント、消費者向け電気製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験装置のような、非ディスプレイ用途で使用され得る。したがって、本教示は、図に示される実装形態のみに限定されることは意図されず、代わりに、当業者に容易に明らかとなるような広い適用可能性を有する。
【００２７】
上で説明されたように、２つの状態のみで動作するシャッターを有するある種のディスプレイは、時間的な変調を主に利用することによって、たとえば、光変調器が開いたままである時間長を調整することによって、サブフレームの重みを実装する傾向がある。２つよりも多くの状態で動作できるシャッターを有する表示素子を組み込むディスプレイは、画素が単一のサブフレームにおいていくつかのあり得る値をとることを可能にするために、空間的な変調を利用し得る。このことは、そのようなディスプレイが、時分割グレースケールに加えて面積分割グレースケールを使用してサブフレームの重みを実装することを可能にする。そのような方式では、サブフレームの重みは、そこからの光が光変調器を通過する領域のサイズを制御することによって、実装される。いくつかの実装形態では、シャッター組立体のような光変調器は、シャッター組立体を通過する異なる量の光に対応する複数の光変調器状態へと駆動され得る。
【００２８】
いくつかの実装形態では、シャッター組立体は、シャッターに結合されるロード電極と、ロード電極に近接して配置される駆動電極セットとを含む、静電アクチュエータを含む。駆動電極セットは、シャッター組立体を複数の異なる光変調器状態へと駆動するように構成される、複数の別個の部分を含む。いくつかのそのような実装形態では、駆動電極セットの部分は、ロード電極の対応する領域に近接して配置される。いくつかの実装形態では、それらの部分は、ロード電極の隣接する領域と静電的に係合するように構成されるように、並べられる。
【００２９】
いくつかのそのような実装形態では、駆動電極セットの部分は、シャッター組立体が緩和状態にあるとき、駆動電極セットの第１の部分とロード電極の対応する第１の領域との間の距離が、駆動電極セットの第２の部分とロード電極の対応する第２の領域との間の距離より小さいように、階段状の方式で並べられる。その上、第１の駆動電極が第１の領域と接触しているとき、第２の部分とロード電極の第２の領域との間の距離は、駆動電極セットの第３の部分とロード電極の対応する第３の領域との間の距離より小さい。
【００３０】
いくつかの他の実装形態では、それらの部分は、互いに隣接しないロード電極の領域と静電的に係合するように構成されるように、並べられる。いくつかのそのような実装形態では、ロード電極は蛇行状の形状を有する。すなわち、ロード電極は、１つまたは複数の折り曲げ、屈曲、または湾曲を含む。
【００３１】
上で説明された実装形態のいくつかでは、それらの部分の各々は、別個の作動電圧を受け取り得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体は、対応する作動電圧が印加される部分の数に対応する、光変調器状態へと駆動される。しかしながら、いくつかの他の実装形態では、それらの部分の各々は電気的に結合される。
【００３２】
いくつかのそのような実装形態では、駆動電極セットの部分は、第２の部分が第１の部分よりも鋭い湾曲を有し、第３の部分が第２の部分よりも鋭い湾曲を有するように、戦略的に成形される。そのような実装形態では、シャッター組立体は、駆動電極セットに印加される作動電圧の大きさに対応する光変調器状態へと駆動される。
【００３３】
いくつかの他の実装形態では、多状態シャッター組立体のシャッターは、静電シャッターのロード電極の一部を形成し得る。したがって、対応する駆動電極セットの一部分は、シャッターがその部分と接触するように、シャッターを静電的に引き付け得る。
【００３４】
本開示で説明される主題の特定の実装形態は、以下の潜在的な利点の１つまたは複数を実現するように実装され得る。複数の別個の部分を含む駆動セット電極を有する静電アクチュエータを組み込むことによって、シャッター組立体は、少なくとも３つの光変調器状態、すなわち、開いた光透過状態、閉じた遮光状態、および部分的に開いた部分的光透過状態に入るように構成され得る。追加の状態を達成できるシャッター組立体を含むことによって、ディスプレイ装置は、面積分割グレースケール技法を利用して、より少数のサブフレームを使用して画像を形成することができる。いくつかの実装形態では、機械的かつ電気的に接続された駆動電極セグメントを含む駆動電極セットを有するシャッター組立体は、単一の作動電圧配線を使用して駆動されてよく、これによって、バックプレーン回路により専有される空間の量を減らし、より大きい開口または画素密度の向上を可能にする。いくつかの実装形態では、完全光透過状態および非光透過状態へとシャッターを駆動するために、単一のロード電極が使用される。このことはまた、各画素中のコンポーネントの数を減らすので、占有される空間が小さくなるとともに、製造プロセスが簡単になる。駆動電極が対応するロード電極の隣接していない領域に対向して配置されるいくつかの実装形態では、シャッターは、光変調器状態の間で、より長い距離を移動し得る。そのような構成は、より大きい開口を可能にし得るので、ディスプレイの口径比を上げる。
【００３５】
シャッターがロード電極の一部分を形成するいくつかの実装形態では、対向するロード電極と静電的に係合する主要駆動電極とシャッターと静電的に係合する二次的駆動電極とを含む駆動電極セットを有することで、シャッターは、主要駆動電極のみを含む実装形態よりも高速に、光透過状態と非光透過状態との間で動くようになり得る。その上、シャッターと静電的に係合するように二次的駆動電極を配置することによって、二次的駆動電極は、さらに高い精度でシャッターの動きを制御するために使用され得る。加えて、二次的駆動電極の使用は、シャッターを光透過状態と非光透過状態との間で動かすために主要駆動電極が必要とする電圧の量を下げることができる。
【００３６】
図１Ａは、例示的な直視型ＭＥＭＳ方式のディスプレイ装置１００の概略図を示す。ディスプレイ装置１００は、行および列に並べられた複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（全般に「光変調器１０２」）を含む。ディスプレイ装置１００において、光変調器１０２ａおよび１０２ｄは開状態にあり、光を通させる。光変調器１０２ｂおよび１０２ｃは閉状態にあり、光の通過を妨げる。光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することによって、ディスプレイ装置１００は、１つのランプまたは複数のランプ１０５で照明された場合、バックライト付きディスプレイ用の画像１０４を形成するために利用され得る。別の実装形態では、装置１００は、装置の前面から来る周辺光の反射によって、画像を形成することができる。別の実装形態では、装置１００は、ディスプレイの前方に配置された１つのランプ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、画像を形成することができる。
【００３７】
いくつかの実装形態では、各光変調器１０２は、画像１０４中の画素１０６に対応する。いくつかの他の実装形態では、ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器を利用して、画像１０４中の画素１０６を形成することができる。たとえば、ディスプレイ装置１００は、３つの色固有光変調器１０２を含み得る。特定の画素１０６に対応する色固有光変調器１０２の１つまたは複数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中の色画素１０６を生成することができる。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４における輝度レベルを提供するために、画素１０６ごとに２つ以上の光変調器１０２を含む。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も小さいピクチャ要素に対応する。ディスプレイ装置１００の構造コンポーネントに関して、「画素」という用語は、画像の単一画素を形成する光を変調するために利用される、組み合わされた機械コンポーネントと電気コンポーネントを指す。
【００３８】
ディスプレイ装置１００は、投影用途で通常見出される結像光学素子を含まなくてよいという点で、直視型ディスプレイである。投影型ディスプレイでは、ディスプレイ装置の表面に形成される画像は、スクリーンまたは壁に投影される。ディスプレイ装置は、投影画像よりもかなり小さい。直視型ディスプレイでは、ユーザは、光変調器を含み、ディスプレイ上で見られる輝度および／またはコントラストを増強するためのバックライトまたはフロントライトを任意選択で含む、ディスプレイ装置を直接見ることによって、画像を見る。
【００３９】
直視型ディスプレイは、透過モードまたは反射モードのいずれかで動作し得る。透過型ディスプレイでは、光変調器は、ディスプレイの後ろに配置された１つのランプまたは複数のランプから発する光をフィルタリングし、または選択的に遮断する。各画素が均一に照明され得るように、ランプからの光は、任意選択で、光ガイドまたは「バックライト」に注入される。透過直視型ディスプレイは、光変調器を含む一方の基板がバックライトのすぐ上に配置されるサンドイッチ組立体構成を容易にするように、透明な基板またはガラス基板の上に構築されることが多い。
【００４０】
各光変調器１０２は、シャッター１０８および開口１０９を含み得る。画像１０４中の画素１０６を照明するために、シャッター１０８は、見ている人に向かって光が開口１０９を通ることを可能にするように配置される。画素１０６を未点灯のまま保つために、シャッター１０８は、光が開口１０９を通過するのを妨げるように配置される。開口１０９は、各光変調器１０２中の反射材料または光吸収材料を貫通してパターニングされた開口によって画定される。
【００４１】
ディスプレイ装置は、シャッターの移動を制御するための、基板と光変調器とに接続された制御マトリックスも含む。制御マトリックスは、画素の行ごとに、少なくとも１つの書込み許可配線１１０（「スキャンライン配線」とも呼ばれる）と、画素の各列に対する１つのデータ配線１１２と、すべての画素に、または少なくとも、ディスプレイ装置１００中の複数の列と複数の行の両方からの画素に共通の電圧を与える１つの共通配線１１４とを含む、一連の電気配線（たとえば、配線１１０、１１２および１１４）を含む。適切な電圧（「書込み許可電圧、ＶＷＥ」）の印加に応答して、所与の画素の行に対する書込み許可配線１１０は、新たなシャッター移動命令を受け入れるように行中の画素を準備する。データ配線１１２は、新たな移動命令を、データ電圧パルスの形で伝える。データ配線１１２に印加されるデータ電圧パルスは、いくつかの実装形態では、シャッターの静電的な移動に直接寄与する。いくつかの他の実装形態では、データ電圧パルスは、スイッチ、たとえば、トランジスタ、または、データ電圧よりも通常は大きい別個の作動電圧の、光変調器１０２への印加を制御する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次いで、シャッター１０８の静電駆動移動をもたらす。
【００４２】
図１Ｂは、例示的なホストデバイス１２０（すなわち、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤー、タブレット、電子リーダー、ネットブック、ノートブックなど）のブロック図を示す。ホストデバイス１２０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、ユーザ入力モジュール１２６、および電源を含む。
【００４３】
ディスプレイ装置１２８は、複数のスキャンドライバ１３０（「書込み許可電圧源」とも呼ばれる）、複数のデータドライバ１３２（「データ電圧源」とも呼ばれる）、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、および、図１Ａに示される光変調器１０２のような表示素子のアレイ１５０を含む。スキャンドライバ１３０は、スキャンライン配線１１０に書込み許可電圧を印加する。データドライバ１３２は、データ配線１１２にデータ電圧を印加する。
【００４４】
ディスプレイ装置のいくつかの実装形態において、データドライバ１３２は、特に画像１０４の輝度レベルがアナログ方式で導出されるべきである場合、表示素子のアレイ１５０にアナログデータ電圧を提供するように構成される。アナログ動作において、光変調器１０２は、ある範囲の中間電圧がデータ配線１１２を通して印加されると、シャッター１０８における、ある範囲の中間的な開状態が生じ、その結果、画像１０４におけるある範囲の中間的な照明状態または輝度レベルが生じるように設計される。他の場合には、データドライバ１３２は、２つ、３つまたは４つのデジタル電圧レベルの減らされたセットのみをデータ配線１１２に印加するように構成される。これらの電圧レベルは、デジタル方式で、シャッター１０８の各々に対して、開状態、閉状態、または他の離散的状態を設定するように設計される。
【００４５】
スキャンドライバ１３０およびデータドライバ１３２は、デジタルコントローラ回路１３４（「コントローラ１３４」とも呼ばれる）に接続される。コントローラは、行および画像フレームによってグループ化された、いくつかの実装形態では事前に決定され得るシーケンスに編成されたデータを、ほぼ直列方式でデータドライバ１３２に送る。データドライバ１３２は、直列並列データコンバータと、レベルシフティングと、一部の用途のためにデジタルアナログ電圧コンバータとを含み得る。
【００４６】
ディスプレイ装置は、任意選択で、共通電圧源とも呼ばれる共通ドライバ１３８のセットを含む。いくつかの実装形態において、共通ドライバ１３８は、たとえば、一連の共通配線１１４に電圧を供給することによって、表示素子のアレイ１５０内のすべての表示素子にＤＣ共通電位を提供する。いくつかの他の実装形態では、共通ドライバ１３８は、コントローラ１３４からのコマンドに従って、表示素子のアレイ１５０に対し、電圧パルスまたは信号、たとえば、アレイ１５０の複数の行および列中のすべての表示素子の同時作動を駆動および／または開始することが可能であるグローバル作動パルスを出す。
【００４７】
異なるディスプレイ機能のためのドライバ（たとえば、スキャンドライバ１３０、データドライバ１３２、および共通ドライバ１３８）はすべて、コントローラ１３４によって時間同期される。コントローラからのタイミングコマンドが、ランプドライバ１４８と、表示素子のアレイ１５０内の特定の行の書込み許可およびシーケンシングと、データドライバ１３２からの電圧の出力と、表示素子の作動を可能にする電圧の出力とを介して、赤、緑および青および白色ランプ（それぞれ１４０、１４２、１４４、および１４６）の照明を調整する。いくつかの実装形態では、ランプは発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００４８】
コントローラ１３４は、シャッター１０８の各々が新たな画像１０４に適した照明レベルに再設定され得るためのシーケンシングまたはアドレス指定方式を決定する。新たな画像１０４は、周期的な間隔で設定され得る。たとえば、ビデオディスプレイの場合、カラー画像１０４またはビデオのフレームは、１０〜３００ヘルツ（Ｈｚ）の範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実装形態において、アレイ１５０への画像フレームの設定は、交互に現れる画像フレームが、赤、緑および青のような、交互に現れる一連の色で照明されるように、ランプ１４０、１４２、１４４、および１４６の照明と同期される。それぞれの色のための画像フレームは、カラーサブフレームと呼ばれる。フィールド順次式カラー方法と呼ばれるこの方法では、カラーサブフレームが、２０Ｈｚを超過する周波数で交互に現れる場合、人間の脳は、交互に現れるフレーム画像を、広い連続する範囲の色を有する画像の知覚へと平均化する。代替的な実装形態では、原色をもつ４つ以上のランプが、ディスプレイ装置１００において利用されてよく、赤、緑、および青以外の原色を利用する。
【００４９】
ディスプレイ装置１００が、開状態と閉状態との間のシャッター１０８のデジタル的な切替えのために設計されるいくつかの実装形態において、コントローラ１３４は、前述のように、時分割グレー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形態では、ディスプレイ装置１００は、画素ごとに複数のシャッター１０８を使用することを通じて、グレースケールを提供することができる。
【００５０】
いくつかの実装形態において、画像状態１０４のためのデータは、コントローラ１３４によって、スキャンラインとも呼ばれる個々の行の順次的なアドレス指定により、表示素子アレイ１５０にロードされる。シーケンス中の行またはスキャンラインごとに、スキャンドライバ１３０は、アレイ１５０のその行について、書込み許可配線１１０に書込み許可電圧を印加し、続いて、データドライバ１３２が、選択された行中の各列について、所望のシャッター状態に対応するデータ電圧を供給する。このプロセスは、アレイ１５０中のすべての行についてデータがロードされるまで繰り返す。いくつかの実装形態において、データのロードのために選択された行のシーケンスは、直線的であり、アレイ１５０の上から下に進む。いくつかの他の実装形態では、選択された行のシーケンスは、視覚的アーティファクトを最小限にするために擬似ランダム化される。また、いくつかの他の実装形態では、シーケンシングはブロックによって編成され、この場合、ブロックに対して、画像状態１０４の特定の一部のみに対するデータが、たとえば、シーケンス中のアレイ１５０の５行ごとにのみアドレス指定することによってアレイ１５０にロードされる。
【００５１】
いくつかの実装形態において、アレイ１５０に画像データをロードするためのプロセスは、アレイ１５０中の表示素子を作動させるプロセスとは、時間的に分離される。これらの実装形態において、表示素子アレイ１５０は、アレイ１５０中の各表示素子に対するデータメモリ要素を含んでよく、制御マトリックスは、メモリ要素に記憶されたデータに従って、シャッター１０８の同時作動を開始するための、共通ドライバ１３８からのトリガ信号を搬送するためのグローバル作動配線を含み得る。
【００５２】
代替的な実装形態では、表示素子のアレイ１５０と、表示素子を制御する制御マトリックスとが、方形の行および列以外の構成で並べられ得る。たとえば、表示素子は、六角形アレイまたは曲線をなす行および列に並べられ得る。一般に、本明細書で使用されるスキャンラインという用語は、書込み許可配線を共有する、任意の複数の表示素子を指すものである。
【００５３】
ホストプロセッサ１２２は全般に、ホストの動作を制御する。たとえば、ホストプロセッサ１２２は、ポータブル電子デバイスを制御するための汎用または専用プロセッサであり得る。ホストデバイス１２０内に含まれるディスプレイ装置１２８に対して、ホストプロセッサ１２２は、画像データ、さらには、ホストについての追加のデータを出力する。そのような情報は、周辺光もしくは温度のような環境センサからのデータ、たとえばホストの動作モードもしくはホストの電源に残っている電力の量を含むホストについての情報、画像データの内容についての情報、画像データのタイプについての情報、および／または画像化モードを選択する際に使用するディスプレイ装置のための指示を含み得る。
【００５４】
ユーザ入力モジュール１２６は、ユーザの個人的好みをコントローラ１３４に直接、またはホストプロセッサ１２２を介して伝える。いくつかの実装形態では、ユーザ入力モジュール１２６は、「より濃い色」、「より良好なコントラスト」、「より低い電力」、「高い輝度」、「スポーツ」、「ライブアクション」、または「アニメーション」のような個人的好みをユーザがプログラムするソフトウェアによって制御される。いくつかの他の実装形態では、これらの好みは、スイッチまたはダイヤルのようなハードウェアを使用して、ホストに入力される。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、最適な画像化特性に対応するデータを様々なドライバ１３０、１３２、１３８および１４８へ提供するように指示する。
【００５５】
環境センサモジュール１２４も、ホストデバイス１２０の一部として含まれ得る。環境センサモジュール１２４は、温度および／または周辺の照明条件のような、周辺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、デバイスが屋内またはオフィス環境で動作しているのか、明るい昼光の中の屋外環境で動作しているのか、夜間の屋外環境で動作しているのかを区別するようにプログラムされ得る。センサモジュール１２４は、コントローラ１３４が周辺環境に応答して表示条件を最適化できるように、この情報をディスプレイコントローラ１３４に通信する。
【００５６】
図２は、例示的なシャッター方式の光変調器２００の斜視図を示す。シャッター方式の光変調器２００は、図１Ａの直視型ＭＥＭＳ方式のディスプレイ装置１００への組込みに適している。光変調器２００は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッター２０２を含む。アクチュエータ２０４は、２つの別個の柔軟な電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）から形成され得る。シャッター２０２は、一方の側が、アクチュエータ２０５に結合する。アクチュエータ２０５は、基板２０３に対して実質的に平行である運動の平面において、基板２０３の上方で、シャッター２０２を横方向に動かす。シャッター２０２の反対側は、アクチュエータ２０４によって加えられる力に対向する復元力を与えるスプリング２０７に結合する。
【００５７】
各アクチュエータ２０５は、シャッター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。ロードアンカー２０８は、柔軟なロードビーム２０６とともに、機械的な支持体として働き、シャッター２０２を、基板２０３に近接して懸架された状態に保つ。基板２０３は、光を通過させるための１つまたは複数の開口穴２１１を含む。ロードアンカー２０８は、柔軟なロードビーム２０６とシャッター２０２とを基板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。
【００５８】
基板がシリコンのように不透明である場合、基板２０３を貫通して穴のアレイをエッチングすることによって、基板に開口穴２１１が形成される。基板２０３がガラスまたはプラスチックのように透明である場合、基板２０３に堆積された遮光材料の層に開口穴２１１が形成される。開口穴２１１は一般に、円形、楕円、多角形、蛇行状、または不規則な形状であってよい。
【００５９】
各アクチュエータ２０４は、各ロードビーム２０６に隣接して配置された柔軟な駆動ビーム２１６も含む。駆動ビーム２１６は、一方の端部において、駆動ビーム２１６の間で共有される駆動ビームアンカー２１８に結合する。各駆動ビーム２１６の他端は、自由に移動する。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端とロードビーム２０６の固定端との近くで、ロードビーム２０６に最接近するように曲げられる。
【００６０】
動作時、光変調器２００を組み込むディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を印加する。第２の電位が、ロードビーム２０６に印加され得る。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との間の得られる電位差は、駆動ビーム２１６の自由端を、ロードビーム２０６の固定端に向かって引きつけ、ロードビーム２０６のシャッター端を、駆動ビーム２１６の固定端に向かって引きつけ、これによって、シャッター２０２を、駆動ビームアンカー２１８に向かって横に駆動する。柔軟なロードビーム２０６は、ビーム２０６の電位と２１６の電位の間の電圧が除去されたとき、ロードビーム２０６がシャッター２０２をその初期位置に押し戻すようにスプリングとして働き、ロードビーム２０６に蓄えられた応力を解放する。
【００６１】
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ーをその休止位置に戻すための、スプリングのような受動的な復元力を組み込む。他のシャッター組立体は、「開」アクチュエータと「閉」アクチュエータという２つのアクチュエータのセットと、シャッターを開状態と閉状態のいずれかに動かすための「開」電極と「閉」電極という別個のセットとを組み込み得る。
【００６２】
画像、多くの場合は動画を、適切な輝度レベルで生成するために、制御マトリックスを介してシャッターおよび開口のアレイが制御され得る、種々の方法がある。一部の場合では、制御は、ディスプレイの周囲にあるドライバ回路に接続された行配線および列配線の受動的なマトリックスアレイによって遂行される。他の場合には、速度、ディスプレイの輝度レベルおよび／または電力消費性能を向上させるために、スイッチング素子および／またはデータ記憶素子を、アレイ（いわゆるアクティブマトリックス）の各画素中に含めることが適切である。
【００６３】
図３Ａは、例示的な制御マトリックス３００の概略図を示す。制御マトリックス３００は、図１ＡのＭＥＭＳ方式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ー方式の光変調器の例示的なアレイ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」）をアドレス指定することができる。各画素３０１は、アクチュエータ３０３によって制御される、図２のシャッター組立体２００のような弾性シャッター組立体３０２を含み得る。各画素は、開口３２４を含む開口層３２２も含み得る。
【００６４】
制御マトリックス３００は、シャッター組立体３０２が形成される基板３０４の表面に、拡散された電気回路または薄膜堆積された電気回路として製作される。制御マトリックス３００は、制御マトリックス３００中の画素３０１の各行に対するスキャンライン配線３０６と、制御マトリックス３００中の画素３０１の各列に対するデータ配線３０８とを含む。各スキャンライン配線３０６は、書込み許可電圧源３０７を、対応する画素３０１の行中の画素３０１に電気的に接続する。各データ配線３０８は、データ電圧源３０９（「Ｖｄソース」）を、対応する画素の列中の画素３０１に電気的に接続する。制御マトリックス３００中で、Ｖｄソース３０９は、シャッター組立体３０２の作動に使用されるエネルギーの大部分を提供する。したがって、データ電圧源、Ｖｄソース３０９は、作動電圧源としても働く。
【００６５】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、画素のアレイ３２０中の各画素３０１または各シャッター組立体３０２に対して、制御マトリックス３００は、トランジスタ３１０とキャパシタ３１２とを含む。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中の行のスキャンライン配線３０６に電気的に接続される。各トランジスタ３１０のソースは、対応するデータ配線３０８に電気的に接続される。各シャッター組立体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１つの電極、および対応するアクチュエータ３０３の電極の１つと並列に、電気的に接続される。シャッター組立体３０２内のキャパシタ３１２の他方の電極およびアクチュエータ３０３の他方の電極は、共通電位または接地電位に接続される。代替的な実装形態では、トランジスタ３１０は、半導体ダイオードおよび／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られ得る。
【００６６】
動作時、画像を形成するために、制御マトリックス３００は、各スキャンライン配線３０６にＶｗｅを順に印加することによって、シーケンス中のアレイ３２０中の各行を書込み可能にする。書込み可能にされた行に対して、行中の画素３０１のトランジスタ３１０のゲートへのＶｗｅの印加により、トランジスタ３１０を通じてデータ配線３０８に電流が流れて、シャッター組立体３０２のアクチュエータ３０３に電位が印加される。行が書込み可能にされている間、データ電圧Ｖｄが、データ配線３０８に選択的に印加される。アナロググレースケールを与える実装形態では、各データ配線３０８に印加されるデータ電圧は、書込み可能にされたスキャンライン配線３０６とデータ配線３０８との交差部分に位置する画素３０１の所望の輝度に関連して変えられる。デジタル制御方式を提供する実装形態では、データ電圧は、比較的低規模の電圧（すなわち、グラウンドに近い電圧）になるように、またはＶａｔ（作動閾値電圧）を満たし、もしくは超えるように選択される。データ配線３０８へのＶａｔの印加に応答して、対応するシャッター組立体中のアクチュエータ３０３が作動し、そのシャッター組立体３０２内のシャッターを開く。データ配線３０８に印加された電圧は、制御マトリックス３００が行にＶｗｅを印加するのをやめた後でも、画素３０１のキャパシタ３１２に蓄えられたままである。したがって、電圧Ｖｗｅは、シャッター組立体３０２が作動するのに十分なほど長い時間、行において待機し持続する必要はなく、そのような作動は、書込み許可電圧が行から除去された後も進行し得る。キャパシタ３１２は、アレイ３２０内のメモリ要素としても機能し、画像フレームの照明のために作動命令を記憶する。
【００６７】
アレイ３２０の画素３０１ならびに制御マトリックス３００は、基板３０４上に形成される。アレイ３２０は、基板３０４上に配設された開口層３２２を含み、開口層３２２は、アレイ３２０中のそれぞれの画素３０１に対する開口３２４のセットを含む。開口３２４は、各画素中のシャッター組立体３０２と整列される。いくつかの実装形態では、基板３０４は、ガラスまたはプラスチックのような透明な材料から作られる。いくつかの他の実装形態では、基板３０４は、不透明な材料から作られるが、この場合、穴がエッチングされて開口３２４を形成する。
【００６８】
シャッター組立体３０２は、アクチュエータ３０３とともに、双安定にされ得る。すなわち、シャッターは、いずれかの位置にシャッターを保持するための電力がほとんどまたはまったく必要とされることのない、少なくとも２つの均衡位置（たとえば開または閉）に存在し得る。より具体的には、シャッター組立体３０２は、機械的に双安定であり得る。シャッター組立体３０２のシャッターが正しい位置に置かれると、その位置を維持するための、電気エネルギーまたは保持電圧は必要とされない。シャッター組立体３０２の物理要素に対する機械的圧力が、シャッターを所定の場所で保持し得る。
【００６９】
シャッター組立体３０２はまた、アクチュエータ３０３とともに、電気的に双安定にされ得る。電気的に双安定のシャッター組立体では、シャッター組立体の作動電圧を下回る電圧の範囲が存在し、この電圧範囲は、（シャッターが開または閉のいずれかの状態で）閉じたアクチュエータに印加されると、シャッターに対向する力が加えられたとしても、アクチュエータを閉じたままに、かつシャッターを所定の位置に保持する。対向する力は、図２に示されるシャッター方式の光変調器２００中のスプリング２０７のようなスプリングによって加えられてよく、または対向する力は、「開」もしくは「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得る。
【００７０】
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。各画素中に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、それによって、各画素中の単なる二値的な「オン」または「オフ」の光学状態以上のものを可能にする、他の実装形態も可能である。画素中に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、光変調器の各々と関連付けられた開口３２４が不等面積を有する、いくつかの形態の符号化面積分割グレースケールが可能である。
【００７１】
図４Ａおよび図４Ｂは、二重アクチュエータシャッター組立体４００の図を示す。図４Ａに示される二重アクチュエータシャッター組立体４００は、開状態にある。図４Ｂは、閉状態にある二重アクチュエータシャッター組立体４００を示す。シャッター組立体２００とは対照的に、シャッター組立体４００は、シャッター４０６の両側にアクチュエータ４０２および４０４を含む。各アクチュエータ４０２および４０４は、独立に制御される。第１のアクチュエータ、シャッター開アクチュエータ４０２は、シャッター４０６を開くのを担当する。第２の対向するアクチュエータ、シャッター閉アクチュエータ４０４は、シャッター４０６を閉じるのを担当する。アクチュエータ４０２と４０４は両方とも、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および４０４は、シャッターがその上方で懸架されている開口層４０７に対して実質的に平行な平面にあるシャッター４０６を駆動することによって、シャッター４０６を開閉する。シャッター４０６は、アクチュエータ４０２および４０４に取り付けられたアンカー４０８によって、開口層４０７の少し上方で懸架される。シャッター４０６の移動の軸に沿ったシャッター４０６の両端に取り付けられた支持体を含むことで、シャッター４０６の面外運動が減り、基板に対して平行な平面へと実質的に運動を制限する。図３Ａの制御マトリックス３００との類似性によって、シャッター組立体４００とともに使用するのに適した制御マトリックスは、対向するシャッター開アクチュエータ４０２およびシャッター閉アクチュエータ４０４の各々に対して、１つのトランジスタおよび１つのキャパシタを含み得る。
【００７２】
シャッター４０６は、光が通り得る２つのシャッター開口４１２を含む。開口層４０７は、３つの開口４０９のセットを含む。図４Ａにおいて、シャッター組立体４００は開状態にあり、したがって、シャッター開アクチュエータ４０２は作動しており、シャッター閉アクチュエータ４０４はその緩和位置にあり、かつシャッター開口４１２の中心線が開口層の開口４０９のうちの２つの中心線と一致する。図４Ｂにおいてシャッター組立体４００は閉状態へと動かされており、したがって、シャッター開アクチュエータ４０２はその緩和位置にあり、シャッター閉アクチュエータ４０４は作動しており、シャッター４０６の遮光駆動電極はこの場合、開口４０９（点線として示される）を通る光の透過を遮断するための所定の位置にある。
【００７３】
各開口は、その周囲に、少なくとも１つの辺を有する。たとえば、方形の開口４０９は、４つの辺を有する。円形、楕円形、卵型、または他の湾曲した開口が開口層４０７に形成される代替的な実装形態では、各開口は、単一の辺のみを有し得る。いくつかの他の実装形態では、開口は、数学的な意味において分離している、または独立である必要はなく、代わりに連結されていてよい。すなわち、開口の駆動電極または成形されたセクションが、各シャッターとの対応を維持し得る間、これらのセクションのいくつかは、開口の単一の連続的な外周が複数のシャッターによって共有されるように連結され得る。
【００７４】
種々の出口角を伴う光が、開状態にある開口４１２および４０９を通ることを可能にするために、開口層４０７中の開口４０９の対応する幅またはサイズよりも大きい幅またはサイズをシャッター開口４１２に与えることが有利である。閉状態において光が漏れるのを効果的に阻止するために、シャッター４０６の遮光駆動電極が開口４０９と重なるのが好ましい。図４Ｂは、シャッター４０６内の遮光駆動電極の辺と、開口層４０７内に形成される開口４０９の１つの辺との間の、事前に画定され得る重複４１６を示す。
【００７５】
静電アクチュエータ４０２および４０４は、それらの電圧変位の挙動がシャッター組立体４００に双安定特性を与えるように、設計される。シャッター開アクチュエータおよびシャッター閉アクチュエータの各々について、作動電圧を下回る電圧の範囲が存在し、この範囲の電圧は、そのアクチュエータが閉状態である（シャッターは開いているか閉じているかのいずれかである）間に印加されると、対向するアクチュエータに作動電圧が印加された後でも、アクチュエータを閉じたまま、かつシャッターを所定の位置に保持する。そのような対向する力に対してシャッターの位置を維持するのに必要とされる最小の電圧は、維持電圧Ｖｍと呼ばれる。
【００７６】
図５は、シャッター方式の光変調器（シャッター組立体）５０２を組み込んだ例示的なディスプレイ装置５００の断面図を示す。各シャッター組立体５０２は、シャッター５０３とアンカー５０５とを組み込む。アンカー５０５とシャッター５０３との間で接続されると表面の少し上でシャッター５０３を懸架するのを助ける、柔軟なビームアクチュエータは示されていない。シャッター組立体５０２は、プラスチックまたはガラスで作られた基板のような、透明な基板５０４上に配設される。基板５０４上に配設された後ろ向きの反射層または反射膜５０６が、シャッター組立体５０２のシャッター５０３の閉位置の下に位置する複数の表面開口５０８を画定する。反射膜５０６は、表面開口５０８を通らない光を、ディスプレイ装置５００の後方に向かって反射する。反射膜５０６は、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング、レーザアブレーション、または化学気相堆積（ＣＶＤ）を含むいくつかの堆積技法によって薄膜方式で形成された、混入物を伴わない微粒金属膜であり得る。いくつかの他の実装形態では、反射膜５０６は、誘電鏡のような鏡から形成され得る。誘電鏡は、高屈折率の材料と低屈折率の材料が交互に現れる誘電薄膜の積層体として製作され得る。その中でシャッターが自由に移動する、反射膜５０６からシャッター５０３を分離する垂直方向の間隙は、０．５〜１０ミクロンの範囲内である。垂直方向の間隙の大きさは、図４Ｂに示される重複４１６のような、閉状態における、シャッター５０３の辺と開口５０８の辺との間の横方向の重複よりも小さいことが好ましい。
【００７７】
ディスプレイ装置５００は、基板５０４を平面光ガイド５１６から分離する任意選択のディフューザ５１２および／または任意選択の輝度増強膜５１４を含む。光ガイド５１６は、透明な材料、すなわちガラス材料またはプラスチック材料を含む。光ガイド５１６は、１つまたは複数の光源５１８によって照明され、バックライトを形成する。光源５１８は、たとえば、限定はされないが、白熱電球、蛍光灯、レーザー、または発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得る。反射体５１９は、ランプ５１８から光ガイド５１６に光を向けるのを助ける。前向きの反射膜５２０が、バックライト５１６の後ろに配設され、シャッター組立体５０２に向かって光を反射する。シャッター組立体５０２の１つを通らない、バックライトからの光線５２１などの光線は、バックライトに戻され、膜５２０で再び反射される。この方式において、ディスプレイ装置５００を離れて第１の経路上に画像を形成できなかった光は、再利用され、シャッター組立体５０２のアレイ中の他の開いた開口を通過することが可能にされ得る。そのような光の再利用は、ディスプレイの照明効率を上げることが示されている。
【００７８】
光ガイド５１６は、ランプ５１８から開口５０８の方に、したがってディスプレイの前方に光を向け直す、幾何学的光リダイレクタまたはプリズム５１７のセットを含む。光リダイレクタ５１７は、断面が代替的に三角形であり、台形であり、または曲線状であり得る形状を伴う光ガイド５１６のプラスチック本体内に成形され得る。プリズム５１７の密度は一般に、ランプ５１８からの距離とともに増大する。
【００７９】
いくつかの実装形態では、反射膜５０６は、光吸収材料で作られてよく、代替的な実装形態では、シャッター５０３の表面は、光吸収材料または光反射材料のいずれかで被覆され得る。いくつかの他の実装形態では、反射膜５０６は、光ガイド５１６の表面に直接堆積され得る。いくつかの実装形態では、反射膜５０６は、（下で説明されるＭＥＭＳダウン構成の場合のように）シャッター５０３およびアンカー５０５と同じ基板上に配設される必要はない。
【００８０】
いくつかの実装形態では、光源５１８は、異なる色、たとえば、赤、緑、および青色のランプを含み得る。人間の脳が、異なる色の画像を単一の多色画像へと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連続して照明することによって、カラー画像が形成され得る。様々な色固有の画像が、シャッター組立体５０２のアレイを使用して形成される。別の実装形態では、光源５１８は、４つ以上の異なる色を有するランプを含む。たとえば、光源５１８は、赤、緑、青および白のランプ、または赤、緑、青および黄のランプを有し得る。いくつかの他の実装形態では、光源５１８は、シアン、マゼンタ、黄、および白のランプ、または赤、緑、青、および白のランプを含み得る。いくつかの他の実装形態では、追加のランプが光源５１８に含まれ得る。たとえば、５つの色を使用する場合、光源５１８は、赤、緑、青、シアン、および黄のランプを含み得る。いくつかの他の実装形態では、光源５１８は、白、オレンジ、青、紫、および緑のランプまたは白、青、黄、赤、およびシアンのランプを含み得る。６つの色を使用する場合、光源５１８は、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、および黄のランプまたは白、シアン、マゼンタ、黄、オレンジ、および緑のランプを含み得る。
【００８１】
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の後ろ側は、コントラストを上げるために、ブラックマトリックス５２４で覆われ得る。代替的な実装形態では、カバープレートは、カラーフィルタ、たとえば、シャッター組立体５０２の異なる１つに対応する、別個の赤色、緑色、および青色フィルタを含む。カバープレート５２２は、シャッター組立体５０２から、いくつかの実装形態では事前に決定され得る距離だけ離れて支持され、間隙５２６を形成する。間隙５２６は、機械的な支持体もしくはスペーサ５２７によって、および／または、カバープレート５２２を基板５０４に接着する粘着シール５２８によって維持される。
【００８２】
粘着シール５２８は、流体５３０を封止する。流体５３０は、好ましくは約１０センチポアズを下回る粘度、好ましくは約２．０を上回る比誘電率、および約１０４Ｖ／ｃｍを上回る誘電破壊強度で作られる。流体５３０は、潤滑剤としても働き得る。いくつかの実装形態では、流体５３０は、高い表面濡れ性をもつ疎水性の液体である。代替的な実装形態では、流体５３０は、基板５０４の屈折率よりも大きい、または小さい屈折率を有する。
【００８３】
機械的光変調器を組み込むディスプレイは、数百、数千、または場合によっては数百万の可動要素を含み得る。いくつかのデバイスでは、要素が移動するごとに、静止摩擦が要素の１つまたは複数を無効にする機会ができる。この移動は、（流体５３０とも呼ばれる）流体にすべての部品を浸し、ＭＥＭＳディスプレイセルの流体空間または間隙内に（たとえば、接着剤で）流体を封止することによって、促進される。流体５３０は通常、摩擦係数が低く、粘度が低く、長期的な劣化の影響が最小限である流体である。ＭＥＭＳ方式のディスプレイ組立体が流体５３０用の液体を含むとき、液体は少なくとも部分的に、ＭＥＭＳ方式の光変調器の可動部分のうちのいくつかを囲む。いくつかの実装形態では、作動電圧を下げるために、液体は、７０センチポアズを下回る粘度を有する。いくつかの他の実装形態では、液体は、１０センチポアズを下回る粘度を有する。７０センチポアズを下回る粘度の液体は、４０００グラム／モルを下回るか、または場合によっては４００グラム／モルを下回る低分子量を有する材料を含み得る。そのような実装形態にも好適であり得る流体５３０は、限定はされないが、脱イオン水、メタノール、エタノールおよび他のアルコール、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、または他の天然もしくは合成の溶剤もしくは潤滑剤を含む。有用な流体は、ヘキサメチルジシロキサンおよび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）、または、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り得る。有用な流体は、オクタンまたはデカンのようなアルカンであり得る。有用な流体は、ニトロメタンのようなニトロアルカンであり得る。有用な流体は、トルエンまたはジエチルベンゼンのような芳香族化合物であり得る。有用な流体は、ブタノンまたはメチルイソブチルケトンのようなケトンであり得る。有用な流体は、クロロベンゼンのようなクロロカーボンであり得る。有用な流体は、ジクロロフルオロエタンまたは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り得る。これらのディスプレイ組立体に対して考えられる他の流体は、酢酸ブチルおよびジメチルホルムアミドを含む。これらのディスプレイに対するさらに他の有用な流体は、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、およびブタノールを含む。例示的な適切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および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。
【００８４】
薄板金属または成形されたプラスチック組立体ブラケット５３２は、カバープレート５２２と、基板５０４と、バックライトと、他のコンポーネント部分とを一緒に、辺の周りで保持する。組立体ブラケット５３２は、複合ディスプレイ装置５００に剛性を加えるために、ねじまたは刻み付きタブで固定される。いくつかの実装形態では、光源５１８は、エポキシポッティング化合物によって、所定の場所に成形される。反射体５３６は、光ガイド５１６の辺から漏れた光を光ガイド５１６に戻すのを助ける。シャッター組立体５０２およびランプ５１８に制御信号ならびに電力を与える電気配線は、図５に示されていない。
【００８５】
ディスプレイ装置５００は、ＭＥＭＳアップ構成と呼ばれ、この構成では、ＭＥＭＳ方式の光変調器が、基板５０４の前面、すなわち閲覧者の方を向く表面上に形成される。シャッター組立体５０２は、反射膜５０６の頂部に直接構築される。ＭＥＭＳダウン構成と呼ばれる代替的な実装形態では、シャッター組立体は、反射開口層が形成される基板とは別個の基板上に配設される。複数の開口を画定する反射開口層が形成される基板は、本明細書では、開口プレートと呼ばれる。ＭＥＭＳダウン構成において、ＭＥＭＳ方式の光変調器を担持する基板は、ディスプレイ装置５００におけるカバープレート５２２に取って代わり、上部基板の後面、すなわち見ている人と反対の方を向き光ガイド５１６の方を向く表面にＭＥＭＳ方式の光変調器が配置されるように配向される。こうして、ＭＥＭＳ方式の光変調器は、反射膜５０６からの間隙に直接対向して、かつ間隙にわたって配置される。間隙は、開口プレートと、ＭＥＭＳ変調器が形成される基板とを接続する、一連のスペーサ柱によって維持され得る。いくつかの実装形態では、スペーサは、アレイ中の各画素内に、または各画素間に配設される。ＭＥＭＳ光変調器を、それらの対応する開口から分離する間隙または距離は、好ましくは１０ミクロン未満、または重複４１６のような、シャッターと開口との間の重複よりも小さい距離である。
【００８６】
図６は、ディスプレイのＭＥＭＳダウン構成において使用するための、例示的な光変調器基板および例示的な開口プレートの断面図を示す。ディスプレイ組立体６００は、変調器基板６０２と開口プレート６０４とを含む。ディスプレイ組立体６００はまた、シャッター組立体６０６および反射開口層６０８のセットを含む。反射開口層６０８は、開口６１０を含む。変調器基板６０２と開口プレート６０４との間の、いくつかの実装形態では事前に決定され得る間隙または離隔は、スペーサ６１２および６１４の対向するセットによって維持される。スペーサ６１２は、変調器基板６０２上に、または変調器基板６０２の一部として形成される。スペーサ６１４は、開口プレート６０４上に、または開口プレート６０４の一部として形成される。組立の間に、２つの基板６０２および６０４は、変調器基板６０２上のスペーサ６１２がそれらのそれぞれのスペーサ６１４と接触するように、整列される。
【００８７】
この説明のための例の離隔または距離は、８ミクロンである。この離隔を確立するために、スペーサ６１２は２ミクロンの高さであり、スペーサ６１４は６ミクロンの高さである。代替的に、スペーサ６１２と６１４の両方が４ミクロンの高さであってよく、または、スペーサ６１２が６ミクロンの高さであり得ると同時に、スペーサ６１４が２ミクロンの高さである。実際は、スペーサの全高が所望の離隔Ｈ１２を確立する限り、スペーサの高さの任意の組合せが利用され得る。
【００８８】
スペーサを基板６０２と６０４の両方の上に設け、次いで組立の間にそれらが整列または嵌合されることは、材料および処理コストに関する利点を有する。８ミクロンよりも大きいスペーサのような、極めて高いスペーサを設けることは、フォトイメージ可能なポリマーの硬化、露光、および現像のために比較的長い時間を必要とし得るので、コストがかかり得る。ディスプレイ組立体６００の場合のような嵌合するスペーサの使用は、基板の各々の上でのより薄いポリマーの被覆の使用を可能にする。
【００８９】
別の実装形態では、変調器基板６０２上に形成されるスペーサ６１２は、シャッター組立体６０６を形成するために使用されたのと同じ材料およびパターニングブロックから形成され得る。たとえば、シャッター組立体６０６のために利用されたアンカーも、スペーサ６１２と同様の機能を実行することができる。この実装形態では、スペーサを形成するためのポリマー材料の別個の塗布は必要とされず、またスペーサのための別個の露光マスクは必要とされない。
【００９０】
２つよりも多くの状態で動作できるシャッター組立体を組み込むディスプレイは、画素が単一のサブフレームにおいていくつかのあり得る値をとることを可能にするために、空間的な変調を利用し得る。具体的には、複数の光変調状態をとり得るシャッター組立体は、異なる量の光がシャッター組立体を通過することを可能にするように実装され得る。そのような機能を伴うシャッター組立体を使用することは、画像を表示するために必要とされる、色ごとのサブフレームの数を減らす。本明細書で説明されるように、図７Ａ〜図１１Ｂで説明されるシャッター組立体のようなシャッター組立体は、シャッターを含む光変調器組立体として説明され得る。
【００９１】
図７Ａ〜図７Ｅは、例示的な多状態シャッター組立体７００の平面図を示す。シャッター組立体７００は、面積分割グレースケール方式を実装するために、複数の光変調器状態を達成することができる。面積分割グレースケール方式では、サブフレームの重みは、そこからの光がシャッター組立体７００を通過する領域のサイズを制御することによって、実装される。したがって、面積分割グレースケール方式を実装するために、シャッター組立体７００は、シャッター組立体７００を通過する光の量を制御する複数の光変調器状態へと駆動され得る。
【００９２】
図７Ａは、緩和状態にあるシャッター組立体７００を示す。図７Ｂは、第１の部分的光透過状態にあるシャッター組立体７００を示す。図７Ｃは、第２の部分的光透過状態にあるシャッター組立体７００を示す。図７Ｄは、完全光透過状態にあるシャッター組立体７００を示す。図７Ｅは、非光透過状態にあるシャッター組立体７００を示す。
【００９３】
図７Ａ〜図７Ｅを参照すると、シャッター組立体７００は、２つの静電アクチュエータ、すなわちシャッター開アクチュエータ７２０およびシャッター閉アクチュエータ７５０によって、ある軸に沿って駆動されるシャッター７１０を含む。シャッター７１０は、それぞれのシャッター開アクチュエータ７２０およびシャッター閉アクチュエータ７５０のコンポーネントを形成する、ロード電極７２２および７５２のペアによって開口７０６の上方で支持される。
【００９４】
シャッター開アクチュエータ７２０は、シャッター７１０が対応する開口７０６のいずれの部分とも重複しない完全光透過状態に向かってシャッター７１０を動かすように構成される。シャッター開アクチュエータ７２０は、シャッター７１０の一端７１２に結合される第１のロード電極７２２を含む。シャッター開アクチュエータ７２０はまた、第１のロード電極７２２に近接して配置される第１の駆動電極セット７３２を含む。第１の駆動電極セット７３２は、複数の電気的に絶縁された別個の駆動電極７３６ａ〜７３６ｃ（全般に「駆動電極７３６」）を含み、これらの各々が、駆動電極セット７３２の別個の部分を形成する。
【００９５】
駆動電極７３６は、シャッター７１０を、シャッター開アクチュエータ７２０の作動の程度によって定義される複数の対応する別個の光変調器状態へと動かすように構成される。いくつかの実装形態では、作動の程度は、作動させられる駆動電極セット７３２の駆動電極７３６の数に基づく。ロード電極７２２は柔軟であり、十分に大きい作動電圧が駆動電極７３６の１つまたは複数に印加されると、駆動電極セット７３２に向かって変形するように構成される。ロード電極７２２が駆動電極セット７３２に向かって変形するにつれて、ロード電極７２２は、シャッター７１０を、駆動電極セット７３２の方に向かって、かつ、光がそこを通って送られ得る対応する開口７０６から離れるように、動くようにする。ロード電極７２２が完全に変形されるとき、これは駆動電極７３６ａ〜７３６ｃのすべてが作動するときに起き、シャッター７１０のいずれの部分も対応する開口７０６と重複しない。結果として、開口７０６を通過する光のいずれもが、シャッター７１０によって遮断されない。
【００９６】
いくつかの実装形態では、駆動電極７３６は階段状の方式で並べられる。第１の駆動電極７３６ａは、第２の駆動電極７３６ｂまたは第３の駆動電極７３６ｃよりも第１のロード電極７２２に近い。第２の駆動電極７３６ｂは、第１の駆動電極７３６ａに隣接して、かつ、第３の駆動電極７３６ｃよりも第１のロード電極７２２の近くに、配置される。駆動電極７３６の各々は、第１のロード電極７２２の異なる領域に対応する。すなわち、第１の駆動電極、第２の駆動電極、および第３の駆動電極７３６ａ〜７３６ｃは、それぞれ、対応する第１の領域、第２の領域、および第３の領域７２４ａ〜７２４ｃに対向して配置される。
【００９７】
シャッター閉アクチュエータ７５０は、シャッター開アクチュエータ７２０と実質的に同様である。しかしながら、シャッター開アクチュエータ７２０とは対照的に、シャッター閉アクチュエータ７５０は、シャッター７１０が対応する開口７０６と完全に重複する非光透過状態に向かってシャッター７１０を動かすように構成される。
【００９８】
シャッター閉アクチュエータ７５０は、シャッター７１０の他端７１４に結合される第２のロード電極７５２を含む。シャッター閉アクチュエータ７５０は、第２のロード電極７５２に近接して配置される第２の駆動電極セット７６２を含む。第２の駆動電極セット７６２は、複数の別個の駆動電極７６６ａ〜７６６ｃ（全般に「駆動電極７６６」）を含み、これらの各々が、第２の駆動電極セット７６２の別個の部分を形成する。駆動電極７６６は、シャッター７１０を、シャッター閉アクチュエータ７５０の作動の程度によって定義される複数の対応する別個の光変調器状態へと動かすように構成される。
【００９９】
いくつかの実装形態では、シャッター７１０は、作動電圧がシャッター閉アクチュエータ７５０の第２の駆動電極セット７６２の駆動電極の１つまたは複数に印加されるとき、シャッター閉静電アクチュエータ７５０に向かって駆動され得る。いくつかの実装形態では、作動の程度は、作動させられる第２の駆動電極セット７６２の駆動電極７６６の数に基づく。第２のロード電極７５２は柔軟であり、十分に大きい作動電圧が駆動電極７６６の１つまたは複数に印加されると、第２の駆動電極セット７６２に向かって変形するように構成される。第２のロード電極７５２が第２の駆動電極セット７６２に向かって変形するにつれて、第２のロード電極７５２は、シャッター７１０が、第２の駆動電極セット７６２の方に向かって、かつ、光がそこを通って送られ得る対応する開口７０６の方に向かって、動くようにする。第２のロード電極７５２が完全に変形されるとき、これは、駆動電極７６６ａ〜７６６ｃのすべてが作動するときに起き、シャッター７１０は、対応する開口７０６と完全に重複するので、開口７０６を通過する光のすべてがシャッター７１０によって遮断される。
【０１００】
駆動電極７６６ａ〜７６６ｃはまた、駆動電極７３６ａ〜７３６ｃと同様の階段状の方式で並べられる。その上、駆動電極７６６ａ〜７６６ｃは、それぞれ、第２のロード電極７５２の対応する第１の領域７５４ａ、第２の領域７５４ｂ、および第３の領域７５４ｃに対向して配置される。
【０１０１】
光変調器状態の各々は、それを通って光が送られる対応する開口７０６に対する、シャッター７１０の配置に対応する。シャッター組立体７００が達成できる光変調器状態の数は、シャッター開アクチュエータ７２０およびシャッター閉アクチュエータ７５０に含まれる駆動電極７３６および７６６の数に依存する。いくつかの実装形態では、シャッター組立体７００が信頼性をもって達成できる光変調器状態の総数は、駆動電極７３６および７６６の総数と等しくてよい。たとえば、シャッター組立体７００は、６つの別個の光変調器状態を容易に達成することができる。加えて、シャッター組立体７００はまた、緩和状態である第７の状態を達成することができる。
【０１０２】
図７Ａ〜図７Ｅに示されるように、シャッター組立体７００は、３つの駆動電極７３６を有する第１の駆動電極セット７３２と、３つの駆動電極７６６を有する第２の駆動電極セット７６２とを含む。いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット７３２は、２つ、４つ、または４つより多くの駆動電極７３６を含み得る。いくつかの実装形態では、第２の駆動電極セット７６２は、２つ、４つ、または４つより多くの駆動電極７６６を含み得る。いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット７３２に含まれる駆動電極７３６の数は、第２の駆動電極セット７６２に含まれる駆動電極７６６の数とは異なり得る。いくつかの実装形態では、駆動電極７３６および７６６の数は、様々な設計基準に依存し得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体が信頼性をもって達成できる光変調器状態の総数は、シャッター組立体を形成するために使用される駆動電極の総数に等しくてよい。したがって、より多数の駆動電極を有することによって、シャッター組立体は、より多数の光変調器状態へと駆動され得る。
【０１０３】
図７Ａは、緩和状態にあるシャッター組立体７００を示す。この状態では、シャッター開アクチュエータ７２０もシャッター閉アクチュエータ７５０も作動しない。したがって、駆動電極７３６と第１のロード電極７２２との間、または、駆動電極７６６と第２のロード電極７５２との間には静電気力はない。シャッター組立体７００は、それが緩和状態にあるときに、シャッター７１０が対応する開口７０６と部分的に重複するように設計され得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター７１０は、対応する開口７０６の約半分と重複し得る。シャッター組立体７００は、緩和状態にあるときに、シャッターが開口７０６とまったく重複しないように、または開口７０６と完全に重複するように設計され得ることを、当業者が容易に理解するであろうことを、諒解されたい。同様に、いくつかの実装形態では、シャッターは、開口の約半分以外の量だけ、開口７０６と部分的に重複し得る。たとえば、いくつかのそのような実装形態では、シャッター７１０は、約１２．５％、約２５％、約３３％、約３７．５％、約５０％、約６２．５％、約６６％、約７５％、約８７．５％、または開口７０６の任意の他の割合だけ、重複し得る。
【０１０４】
シャッター７１０が緩和状態にあるとき、第１のロード電極７２２の第１の領域７２４ａは、距離ｄ１だけ第１の駆動電極７３６ａから離される。距離ｄ１は、シャッター組立体７００が緩和状態にあり、第１の作動電圧Ｖ１が第１の駆動電極７３６ａに印加されるときに、第１の駆動電極７３６ａが第１の領域７２４ａと静電的に係合して、図７Ｂに示されるようにシャッター組立体７００が第１の部分的光透過状態へと駆動されるような、大きさにされる。同様に、第２のロード電極７５２の第１の領域７５４ａも、距離ｄ４だけ、第２の駆動電極セット７６２の第１の駆動電極７６６ａから離される。いくつかの実装形態では、距離ｄ４は距離ｄ１と実質的に等しくてよい。いくつかの他の実装形態では、距離ｄ４は距離ｄ１より長くてよく、または短くてよい。距離ｄ４は、シャッター組立体７００が緩和状態にあり、第１の作動電圧Ｖ１が第２の駆動電極セット７６２の第１の駆動電極７６６ａに印加されるときに、第１の駆動電極７６６ａが第１の領域７５４ａと静電的に係合して、シャッター組立体７００が第４の部分的光透過状態へと駆動されるような、大きさにされ得る。
【０１０５】
図７Ｂは、第１の部分的光透過状態にあるシャッター組立体を示す。この状態では、第１の駆動電極セット７３２の第１の駆動電極７３６ａは、第１のロード電極７２２の第１の領域７２４ａと静電的に係合する。第１の作動電圧Ｖ１を第１の駆動電極７３６ａに印加することによって、第１の駆動電極７３６ａと第１の領域７２４ａとの間に十分に大きい静電気力が生まれる。静電気力は、第１の領域７２４ａを第１の駆動電極７３６ａに向かって引き付け、第１のロード電極７２２を第１の駆動電極セット７３２に向かって変形させる。第１のロード電極７２２の変形により、シャッター７１０は第１の駆動電極セット７３２に向かって動くので、シャッター７１０は、シャッター７１０が緩和状態にあるときよりも小さい、対応する開口７０６の部分と重複する。したがって、シャッター組立体７００は、緩和状態よりも第１の部分的光透過状態において、より多くの光の通過を可能にする。第１の駆動電極７３６ａは、ロード電極７２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、第１の部分的光透過状態に対応する位置へのシャッター７１０の動きを制限する。
【０１０６】
上で説明されたように、第２の駆動電極７３６ｂは、第１のロード電極７２２の第２の領域７２４ｂに対向して配置される。第２の駆動電極７３６ｂは、第１のロード電極７２２が第１の駆動電極７３６ａと静電的に係合しているとき、第１のロード電極７２２の第２の領域７２４ｂから距離ｄ２のところに配置される。いくつかの実装形態では、この距離ｄ２は、第１のロード電極７２２が第１の駆動電極７３６ａと静電的に係合しており、第２の作動電圧Ｖ２が第２の駆動電極７３６ｂに印加されるときに、第２の駆動電極７３６ｂが第２の領域７２４ｂと静電的に係合して、図７Ｃに示されるようにシャッター組立体７００に第１の部分的光透過状態をとらせるような、大きさにされる。
【０１０７】
図７Ｃは、第２の部分的光透過状態にあるシャッター組立体を示す。この状態では、第１の駆動電極７３６ａは第１の領域７２４ａと静電的に係合しており、第２の駆動電極７３６ｂは第２の領域７２４ｂと静電的に係合している。Ｖ２を第２の駆動電極７３６ｂに印加することによって、第２の駆動電極７３６ｂと第２の領域７２４ｂとの間に静電気力が生まれる。静電気力は、第２の領域７２４ｂを第２の駆動電極７３６ｂに向かって引き付け、第１のロード電極７２２を第１の駆動電極セット７３２に向かってさらに変形させる。ロード電極７２２の変形により、第１のロード電極７２２に結合されるシャッター７１０は第１の駆動電極セット７３２のより近くへ動くので、シャッター７１０はさらに対応する開口７０６からずれて、シャッター７１０が第１の部分的光透過状態にあるときよりもさらに小さい、対応する開口７０６の部分と重複する。したがって、シャッター組立体７００は、第１の部分的光透過状態よりも第２の部分的光透過状態において、より多くの光の通過を可能にする。第１の駆動電極７３６ａと同様に、第２の駆動電極７３６ｂも、ロード電極７２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、第２の部分的光透過状態に対応する位置へのシャッター７１０の動きを制限する。
【０１０８】
上で説明されたように、第３の駆動電極７３６ｃは、第１のロード電極７２２の第３の領域７２４ｃに対向して配置される。いくつかの実装形態では、第３の駆動電極７３６ｃは、第１のロード電極７２２が第２の駆動電極７３６ｂと静電的に係合しているとき、ロード電極７２２の第３の領域７２４ｃから距離ｄ３のところに配置される。いくつかの実装形態では、この距離ｄ３は、第１のロード電極７２２が第１の駆動電極７３６ａおよび第２の駆動電極７３６ｂと静電的に係合しており、第３の作動電圧Ｖ３が第３の駆動電極７３６ｃに印加されるときに、第３の駆動電極７３６ｃが第３の領域７２４ｃと静電的に係合して、図７Ｄに示されるようにシャッター組立体７００に完全光透過状態をとらせるような、大きさにされる。
【０１０９】
図７Ｄは、完全光透過状態にあるシャッター組立体７００を示す。この状態では、第１の駆動電極７３６ａは第１の領域７２４ａと静電的に係合しており、第２の駆動電極７３６ｂは第２の領域７２４ｂと静電的に係合しており、第３の駆動電極７３６ｃは第３の領域７２４ｃと静電的に係合している。Ｖ３を第３の駆動電極７３６ｃに印加することによって、第３の駆動電極７３６ｃと第３の領域７２４ｃとの間に静電気力が生まれる。静電気力は、第３の領域７２４ｃを第３の駆動電極７３６ｃに向かって引き付け、第１のロード電極７２２を第１の駆動電極セット７３２に向かってさらに変形させる。ロード電極７２２の変形により、第１のロード電極７２２に結合されるシャッター７１０は第１の駆動電極セット７３２のより近くへ動くので、シャッター７１０はさらに対応する開口７０６からずれて、対応する開口７０６のいずれの部分とももはや重複しない。したがって、シャッター組立体７００は、対応する開口７０６を通過するすべての光が通過するのを可能にする。第１の駆動電極７３６ａおよび第２の駆動電極７３６ｂと同様に、第３の駆動電極７３６ｃはまた、ロード電極７２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、シャッター７１０の移動の範囲の一端を画定する。
【０１１０】
作動電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３はすべて同じであってよく、または異なっていてよい。作動電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３の各々は、ロード電極７２２および第１の駆動電極セット７３２の駆動電極７３６の構成と寸法の少なくとも１つに依存する。適切な作動電圧は、シャッター組立体７００の構造的な構成に基づいて決定され得る。この関係は、理想化されたロード電極に基づく。しかしながら、現実的には、ロード電極７２２は、ロード電極７２２および第２のロード電極７５２の変形に起因する変形に対抗する、線形なばねの力を受け得る。柔軟な第１のロード電極が受けるばねの力に加えて、第２のロード電極も、シャッターが第１の駆動電極セットに向かって動くにつれて、同様の対抗するばねの力を生成し得る。結果として、第２の駆動電極７３６ｂおよび第３の駆動電極７３６ｃに印加される対応する作動電圧Ｖ２およびＶ３は、柔軟なロード電極が受ける、増大する対抗するばねの力に打ち勝つように線形に増大し得る。代替的に、ロード電極が受ける、線形に増大する対抗するばねの力を補償するために、距離ｄ２およびｄ３が徐々により小さくなり得る。
【０１１１】
いくつかの実装形態では、シャッター組立体７００は、作動電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３がすべて実質的に等しいように構成される。このようにして、単一の電気配線が、対応する駆動電極セット７３２および７６２の駆動電極７３６および７６６の各々に作動電圧を与えることができる。駆動電極７３６および７６６の各々への作動電圧の印加を制御するために、スイッチが使用され得る。いくつかの実装形態では、画素ごとに複数のデータ線が、各々のそれぞれの駆動電極への作動電圧の印加を制御するスイッチに、データ電圧を搬送する。これを行うことによって、各シャッター組立体７００に作動電圧を与えるために、単一の電気配線しか必要とされない。
【０１１２】
作動電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を除去すると、ロード電極７２２と第１の駆動電極セット７３２との間の電位が除去される。第１のロード電極７２２および第２のロード電極７５２に作用する対向するばねの力は、第１のロード電極７２２および第２のロード電極７５２を元の状態へと戻させ、これによって、図７Ａに示されるようにシャッター組立体７００を緩和状態に戻す。したがって、シャッター７１０は、シャッター開アクチュエータ７２０を作動させる前にシャッター７１０があった位置とほぼ同じ元の位置へと戻る。
【０１１３】
シャッター開アクチュエータ７２０を作動させることによって、シャッター組立体７００は、図７Ｂ〜図７Ｄに関して上で説明されたような完全光透過状態へと駆動され得る。逆に、シャッター閉アクチュエータ７５０を作動させることによって、シャッター組立体７００は、非光透過状態へと駆動され得る。
【０１１４】
図７Ｅは、非光透過状態にあるシャッター組立体７００を示す。シャッター組立体７００がこの状態を達成するために、作動電圧Ｖ４、Ｖ５、およびＶ６は、第２の駆動電極セット７６２のそれぞれの第１の駆動電極、第２の駆動電極、および第３の駆動電極７６６ａ〜７６６ｃに印加される。この状態では、第２のロード電極７５２は第２の駆動電極セット７６２に向かって変形される。具体的には、第１の駆動電極７６６ａは第１の領域７５４ａと静電的に係合しており、第２の駆動電極７６６ｂは第２の領域７５４ｂと静電的に係合しており、第３の駆動電極７６６ｃは第３の領域７５４ｃと静電的に係合しており、第２のロード電極７５２を第２の駆動電極セット７６２に向かって変形させる。第２のロード電極７５２の変形により、シャッター７１０は第２の駆動電極セット７６２のより近くへ引かれるので、シャッター７１０はもはや対応する開口７０６からずれておらず、対応する開口７０６と完全に重複する。このようにして、シャッター組立体７００は、対応する開口７０６を通過するすべての光を遮断する。
【０１１５】
上で説明されたように、第１の駆動電極セット７３２の第１の駆動電極７３６ａおよび第２の駆動電極７３６ｂと、第２の駆動電極セット７６２の第１の駆動電極７６６ａおよび第２の駆動電極７６６ｂの各々が、機械的な歯止めとして機能し得る。様々な実装形態において、シャッター７１０が、たとえば、開口７０６の約１２．５％、約２５％、約３３％、約３７．５％、約５０％、約６２．５％、約６６％、約７５％、約８７．５％、または任意の他の割合を覆って、対応する量の光、たとえば、約８７．５％、約７５％、約６７％、約６２．５％、約５０％、約３７．５％、約３３％、約２５％、約１２．５％、または任意の他の割合の光が開口７０６を通過することを可能にするように、シャッター７１０が対応する開口７０６に対して様々な中間的な位置へと引かれ得るように、駆動電極７３６ａ、７３６ｂ、７６６ａ、および７６６ｂが配置され得る。
【０１１６】
上で説明されたように、図７Ａ〜図７Ｅに示されるシャッター組立体７００は、駆動電極７３６の形態で３つの別個の部分を有する駆動電極セット７３２を含む。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体の作動の程度は、作動電圧が印加される駆動電極の数に依存する。いくつかの他の実装形態では、多状態シャッター組立体は、すべてが機械的かつ電気的に結合されている複数の別個の部分を含む駆動電極セットを有する静電アクチュエータを含み得る。そのような実装形態では、駆動電極セットは単一の駆動電極を含み、各セグメントは駆動電極セットの別個の部分を形成する。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体の作動の程度は、静電アクチュエータに印加される作動電圧の大きさに依存する。
【０１１７】
図８Ａ〜図８Ｅは、別の例示的な多状態シャッター組立体８００の平面図を示す。図７Ａ〜図７Ｅに示されるシャッター組立体７００と同様に実装され得るシャッター組立体８００は、面積分割グレースケール方式を実装するために、複数の光変調器状態を達成し得る。図８Ａは、緩和状態にあるシャッター組立体８００を示す。図８Ｂは、第１の部分的透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。図８Ｃは、第２の部分的光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。図８Ｄは、完全光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。図８Ｅは、非光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。
【０１１８】
図８Ａ〜図８Ｅを参照すると、シャッター組立体８００は、２つの静電アクチュエータ、すなわちシャッター開アクチュエータ８２０およびシャッター閉アクチュエータ８５０によって、ある軸に沿って駆動されるシャッター８１０を含む。シャッター８１０は、それぞれのシャッター開アクチュエータ８２０およびシャッター閉アクチュエータ８５０のコンポーネントを形成する、ロード電極８２２および８５２のペアによって支持される。シャッター開アクチュエータ８２０はまた、ロード電極８２２に近接して配置される第１の駆動電極セット８３２を含む。第１の駆動電極セット８３２は、複数の別個の駆動電極セグメント８３６ａ〜８３６ｃ（全般に「セグメント８３６」）を含み、これらの各々が、第１の駆動電極セット８３２の別個の部分を形成する。
【０１１９】
シャッター閉アクチュエータ８５０は、第１の半分８１２に対向してシャッター８１０の第２の半分８１４に結合される第２のロード電極８５２を含む。シャッター閉アクチュエータ８５０は、ロード電極８５２に近接して配置される第２の駆動電極セット８６２を含む。第２の駆動電極セット８６２は、複数の別個の駆動電極セグメント８６６ａ〜８６６ｃ（全般に「セグメント８６６」）を含み、これらの各々が、第２の駆動電極セット８６２の別個の部分を形成する。図７Ａ〜図７Ｅに示されるシャッター組立体７００と同様に、シャッター組立体８００は図８Ａに示されるように緩和状態を有し、６つの別個の光変調器状態へと容易に駆動されることも可能であり、それらの光変調器状態のうちの４つのみが図８Ｂ〜図８Ｅに示される。いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット８３２は、２つ、４つ、または４つより多くの駆動電極セグメント８３６を含み得る。いくつかの実装形態では、第２の駆動電極セット８６２は、２つ、４つ、または４つより多くの駆動電極セグメント８６６を含み得る。いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット８３２に含まれる駆動電極セグメント８３６の数は、第２の駆動電極セット８６２に含まれる駆動電極セグメント８６６の数とは異なり得る。いくつかの実装形態では、駆動電極セグメント８３６および８６６の数は、様々な設計基準に依存し得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体が信頼性をもって達成できる光変調器状態の総数は、シャッター組立体を形成するために使用される駆動電極セグメントの総数に等しくてよい。いくつかの実装形態では、そのようなシャッター組立体はまた、１つの追加の中間的な状態または緩和状態を達成することができる。したがって、シャッター組立体をより多数の光変調器状態へと駆動するために、シャッター組立体は、より多数の駆動電極セグメント８３６および８６６を含むように設計され得る。
【０１２０】
図７Ａ〜図７Ｅに示される駆動電極７３６ａ〜７３６ｃとは対照的に、セグメント８３６ａ〜８３６ｃは、機械的かつ電気的に接続され、第１のロード電極８２２に近接して配置される単一の連続的な電極を形成する。したがって、第１の駆動電極セット８３２を形成するセグメント８３６ａ〜８３６ｃは、単一の作動電圧を使用して同時に作動させられ得る。いくつかの実装形態では、第１のセグメント８３６ａはロード電極８２２の第１の領域８２４ａに対向して配置され、第２のセグメント８３６ｂはロード電極８２２の第２の領域８２４ｂに対向して配置され、第３のセグメント８３６ｃはロード電極８２２の第３の領域８２４ｃに対向して配置される。
【０１２１】
いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット８３２は、第１の駆動電極セット８３２の湾曲が、電極セグメント間の各々の移行部において第１の駆動電極セット８３２の長さ方向に沿ってより鋭くなるように、または増大するように、成形される。したがって、第１の駆動電極セット８３２の３つの別個の部分は、対応するセグメントの対応する湾曲によって定義される。第１のセグメント８３６ａは第１の湾曲を有する。第２のセグメント８３６ｂは第１のセグメント８３６ａよりも鋭い湾曲を有する。同様に、第３のセグメント８３６ｃは第２のセグメント８３６ｂと第１のセグメント８３６ａの両方より鋭い湾曲を有する。いくつかの実装形態では、セグメント８３６の各々は、湾曲を有さないように、または同じ湾曲を有するように設計され得る。いくつかのそのような実装形態では、セグメント８３６は、第１のセグメント８３６ａが、第１のロード電極が緩和状態にあるときに、第１のロード電極８２２に平行な平面に対して第１の角度を形成する平面に沿って配置され、第２のセグメント８３６ｂが、第１のロード電極８２２の同じ平面に対して第２の角度を形成する平面に沿って配置され、第３のセグメント８３６ｃが、第１のロード電極８２２の同じ平面に対して第３の角度を形成する平面に沿って配置されるように、構成され得る。第３の角度は第２の角度より大きく、第２の角度は第１の角度より大きい。別の方法で述べると、第３のセグメント８３６ｃが第２のセグメント８３６ｂよりもロード電極８２２の上記の平面から離れるように傾き、第２のセグメント８３６ｂが第１のセグメント８３６ａよりも第１のロード電極８２２の上記の平面から離れるように傾くように、セグメント８３６の各々は異なる傾きを有する。
【０１２２】
セグメント８３６ａ〜８３６ｃと同様に、第２の駆動電極セット８６２の一部であるセグメント８６６ａ〜８６６ｃは、機械的かつ電気的に接続され、第２のロード電極８５２に対向して配置される単一の連続的な電極を形成する。したがって、第２の駆動電極セット８６２を形成するセグメント８６６ａ〜８６６ｃも、単一の作動電圧を使用して同時に作動させられ得る。いくつかの実装形態では、第２の駆動電極セット８６２を形成するセグメント８６６ａ〜８６６ｃは、別々の単一の作動電圧を使用して同時に作動させられ得る。いくつかの実装形態では、第１のセグメント８６６ａは第２のロード電極８５２の第１の領域８５４ａに対向して配置され、第２のセグメント８６６ｂは第２のロード電極８５２の第２の領域８５４ｂに対向して配置され、第３のセグメント８６６ｃは第２のロード電極８５２の第３の領域８５４ｃに対向して配置される。
【０１２３】
第１の駆動電極セット８３２と同様に、第２の駆動電極セット８６２は、第２の駆動電極セット８６２の湾曲が、第２の駆動電極セット８６２の長さ方向に沿ってより鋭くなるように、または増大するように、成形される。したがって、第２の駆動電極セット８６２の３つの別個の部分は、対応するセグメントの対応する湾曲によって定義される。第１のセグメント８６６ａは第１の湾曲を有する。第２のセグメント８６６ｂは第１のセグメント８６６ａよりも鋭い湾曲を有する。同様に、第３のセグメント８６６ｃは第２のセグメント８６６ｂと第１のセグメント８６６ａの両方より鋭い湾曲を有する。いくつかの実装形態では、３つのセグメント８６６ａ〜８６６ｃの湾曲は、異なる二次関数によって数学的に表され得る。いくつかの実装形態では、セグメント８６６の各々は、湾曲を有さないように、または同じ湾曲を有するように設計され得る。いくつかのそのような実装形態では、セグメント８６６は、第１のセグメント８６６ａが、第２のロード電極８５２が緩和状態にあるときに、第２のロード電極８５２に平行な平面に対して第１の角度を形成する平面に沿って配置され、第２のセグメント８６６ｂが、第２のロード電極８５２の同じ平面に対して第２の角度を形成する平面に沿って配置され、第３のセグメント８６６ｃが、第２のロード電極８５２の同じ平面に対して第３の角度を形成する平面に沿って配置されるように、構成され得る。第３の角度は第２の角度より大きく、第２の角度は第１の角度より大きい。別の方法で述べると、第３のセグメント８６６ｃが第２のセグメント８６６ｂよりも第２のロード電極８５２の上記の平面から離れるように傾き、第２のセグメント８６６ｂが第１のセグメント８６６ａよりもロード電極８５２の上記の平面から離れるように傾くように、セグメント８６６の各々は異なる傾きを有する。
【０１２４】
セグメント８３６および８６６は、第１の駆動電極セット８３２および第２の駆動電極セット８６２の作動の程度によって定義される複数の光変調器状態へとシャッター８１０を動かすように構成され得る。シャッター組立体８００では、作動の程度は、第１の駆動電極セット８３２に印加されている作動電圧の大きさと、第２の駆動電極セット８６２に印加されている作動電圧の大きさとに依存する。
【０１２５】
第１のロード電極８２２が変形する程度は、第１の駆動電極セット８３２に印加される作動電圧に対応する。第１のロード電極８２２が第１の駆動電極セット８３２に向かって変形するにつれて、第１のロード電極８２２は、シャッター８１０を、第１の駆動電極セット８３２の方に向かって、かつ、第２の駆動電極セット８６２および光がそこを通って送られ得る対応する開口８０６から離れるように、動かす。第１の駆動電極セット８３２が完全に作動しているとき、すなわち、作動電圧が、第１のロード電極８２２のすべての３つの領域８２４が第１の駆動電極セット８３２の３つのセグメント８３６と接触するのに十分大きいとき、シャッター８１０は、シャッター８１０が対応する開口８０６のいずれの部分とも重複しない完全光透過状態へと動く。図８Ｄは、そのような状態にあるシャッター組立体８００を示す。
【０１２６】
第２のロード電極８５２と第２の駆動電極セット８６２との間の相互作用は、第１のロード電極８２２と第１の駆動電極セット８３２との間の相互作用と同様である。したがって、第２のロード電極８５２が変形する程度は、第２の駆動電極セット８６２に印加される作動電圧に対応する。第２のロード電極８５２が第２の駆動電極セット８６２に向かって変形するにつれて、第２のロード電極８５２は、シャッター８１０が、第１の駆動電極セット８３２から離れるように、かつ、第２の駆動電極セット８６２および光がそこを通って送られ得る対応する開口８０６に向かって、動くようにする。第２の駆動電極セット８６２が完全に作動しているとき、すなわち、作動電圧が、第２のロード電極８５２のすべての３つの領域８５４が第２の駆動電極セット８６２の３つのセグメント８６６と接触するのに十分大きいとき、シャッター８１０は、シャッター８１０が対応する開口８０６と完全に重複する非光透過状態へと動く。図８Ｅは、そのような状態にあるシャッター組立体８００を示す。
【０１２７】
図７Ａ〜図７Ｅに示されるシャッター組立体７００と同様に、シャッター組立体８００が達成できる光変調器状態の数は、シャッター開アクチュエータ８２０およびシャッター閉アクチュエータ８５０に含まれるセグメント８３６および８６６の総数に依存する。いくつかの実装形態では、シャッター組立体８００が信頼性をもって達成できる光変調器状態の総数は、セグメント８３６および８６６の総数と等しくてよい。たとえば、シャッター組立体８００は、６つの別個の光変調器状態を容易に達成することができる。加えて、シャッター組立体８００はまた、緩和状態である第７の状態をとることができる。
【０１２８】
図８Ａは、緩和状態にあるシャッター組立体８００を示す。この状態では、シャッター開アクチュエータ８２０もシャッター閉アクチュエータ８５０も作動しない。したがって、第１の駆動電極セット８３２のセグメント８３６と第１のロード電極８２２との間、または、第２の駆動電極セット８６２のセグメント８６６と第２のロード電極８５２との間には静電気力はない。シャッター組立体８００は、それが緩和状態にあるときに、シャッター８１０が対応する開口８０６と部分的に重複するように設計され得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター８１０は、対応する開口８０６の約半分と重複し得る。
【０１２９】
シャッター８１０が緩和状態にあるとき、第１のセグメント８３６ａの終端点８３８ａおよびロード電極８２２上の対応する点は、第１のセグメントの湾曲によって距離ｄ１だけ離れている。距離ｄ１は、シャッター組立体８００が緩和状態にあり、第１の作動電圧Ｖ１が駆動電極セット８３２に印加されるときに、第１のセグメント８３６ａが第１の領域８２４ａと静電的に係合して、図８Ｂに示されるようにシャッター組立体８００に第１の部分的光透過状態をとらせるような、大きさにされる。同様に、第２のロード電極８５２の第１の領域８５４ａも、距離ｄ４だけ、第２の駆動電極セット８６２の第１のセグメント８６６ａの第１の端部８６８ａから離される。いくつかの実装形態では、距離ｄ４は距離ｄ１と実質的に等しくてよい。いくつかの他の実装形態では、距離ｄ４は距離ｄ１より長くてよく、または短くてよい。距離ｄ４は、シャッター組立体８００が緩和状態にあり、第１の作動電圧Ｖ１が駆動電極セット８６２に印加されるときに、第１のセグメント８６６ａが第１の領域８５４ａと静電的に係合して、シャッター組立体８００に第４の部分的光透過状態をとらせるような、大きさにされ得る。
【０１３０】
図８Ｂは、第１の部分的光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。この状態では、第１の駆動電極セット８３２の第１のセグメント８３６ａは、第１のロード電極８２２の第１の領域８２４ａと静電的に係合する。第１の作動電圧Ｖ１を第１の駆動電極セット８３２に印加することによって、第１の駆動電極セット８３２と第１のロード電極８２２との間に静電気力が生まれる。第１の駆動電極セット８３２のセグメント８３６と第１のロード電極８２２の対応する領域８２４との間の静電気力の大きさは、第１の駆動電極セット８３２に印加される作動電圧の大きさと、セグメント８３６と対応する領域８２４との間の距離とに依存する。第１の作動電圧Ｖ１は、第１のセグメント８３６ａと第１の領域８２４ａとの間の静電気力に、第１のセグメント８３６ａが第１の領域８２４ａと静電的に係合するように第１の領域８２４ａを第１のセグメント８３６ａへ向かって引き付けるのに十分大きい。しかしながら、第１の作動電圧Ｖ１は、第２のセグメント８３６ｂを、距離ｄ１よりも大きい距離ｄ２だけ離れている第２の領域８２４ｂと静電的に係合させるのに十分大きくはない。第１の領域８２４ａが第１のセグメント８３６ａに引き付けられるにつれて、第１のロード電極８２２は、第１の駆動電極セット８３２に向かって変形させられる。第１のロード電極８２２の変形により、第１のロード電極８２２に結合されるシャッター８１０は第１の駆動電極セット８３２に向かって動くので、シャッター８１０は、シャッター８１０が緩和状態にあるときよりも小さい、対応する開口８０６の部分と重複する。したがって、図８Ａに示される緩和状態と比較してより少量の、開口８０６を通過する光が、シャッター８１０によって遮断される。第１のセグメント８３６ａは、ロード電極８２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、第１の部分的光透過状態に対応する位置へのシャッター８１０の動きを制限する。
【０１３１】
シャッター組立体８００が第１の部分的光透過状態にあるとき、第２のセグメント８３６ｂの終端点８３８ｂおよびロード電極８２２上の対応する点は、第２のセグメント８３６ｂの湾曲によって距離ｄ２だけ離れている。第１のセグメント８３６ａおよび第２のセグメント８３６ｂが等しい長さであると仮定すると、第２のセグメント８３６ｂは第１のセグメント８３６ａよりも大きい湾曲を有するので、距離ｄ２は距離ｄ１よりも大きいはずである。距離ｄ２は、シャッター組立体８００が第１の部分的光透過状態にあり、第１の作動電圧Ｖ１より大きい第２の作動電圧Ｖ２が駆動電極セット８３２に印加されるときに、第２のセグメント８３６ｂが第２の領域８２４ｂと静電的に係合して、図８Ｃに示されるようにシャッター組立体８００に第２の部分的光透過状態をとらせるような、大きさにされる。しかしながら、第２の作動電圧Ｖ２は、第３のセグメント８３６ｃを、距離ｄ２よりも大きい距離ｄ３だけ離れている第３の領域８２４ｃと静電的に係合させるのに十分大きくはない。
【０１３２】
図８Ｃは、第２の部分的光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。この状態では、第１のセグメント８３６ａは第１の領域８２４ａと静電的に係合しており、第２のセグメント８３６ｂは第２の領域８２４ｂと静電的に係合している。第１の駆動電極セット８３２に印加されている作動電圧をＶ１からＶ２に上げることによって、シャッター組立体８００が図８Ｂに示されるように第１の部分的光透過状態にある間、第１の駆動電極セット８３２とロード電極８２２との間にさらに大きい静電気力が生まれる。第１の駆動電極セット８３２と第１のロード電極セット８２２との間の増大した静電気力は、第２のセグメント８３６ｂが第２の領域８２４ｂと静電的に係合するように第２の領域８２４ｂを第２のセグメント８３６ｂに向かって引き付けるのに十分大きい。このことは、第１のロード電極８２２を、第１の駆動電極セット８３２に向かってさらに変形させる。ロード電極８２２の変形により、シャッター８１０は第１の駆動電極セット８３２のより近くへ動くので、シャッター８１０はさらに対応する開口８０６からずれて、シャッター８１０が第１の部分的光透過状態にあるときよりもさらに小さい、対応する開口８０６の部分と重複する。したがって、図８Ｂに示される第１の光透過状態と比較してより少量の、開口８０６を通過する光が、シャッター８１０によって遮断される。第１のセグメント８３６ａと同様に、第２のセグメント８３６ｂも、ロード電極８２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、第２の部分的光透過状態に対応する位置へのシャッター８１０の動きを制限する。
【０１３３】
シャッター組立体８００が第２の部分的光透過状態にあるとき、第３のセグメント８３６ｃの終端点８３８ｃおよびロード電極８２２上の対応する点は、第３のセグメント８３６ｃの湾曲によって距離ｄ３だけ離れている。第３のセグメント８３６ｃおよび第２のセグメント８３６ｂが等しい長さであると仮定すると、第３のセグメント８３６ｃは第２のセグメント８３６ｂよりも大きい湾曲を有するので、距離ｄ３は距離ｄ２よりも大きいはずである。距離ｄ３は、シャッター組立体８００が第２の部分的光透過状態にあり、第２の作動電圧Ｖ２より大きい第３の作動電圧Ｖ３が第１の駆動電極セット８３２に印加されるときに、第３のセグメント８３６ｃが第３の領域８２４ｃと静電的に係合して、図８Ｄに示されるようにシャッター組立体８００に完全光透過状態をとらせるような、大きさにされる。
【０１３４】
図８Ｄは、完全光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。この状態では、第１のセグメント８３６ａは第１の領域８２４ａと静電的に係合しており、第２のセグメント８３６ｂは第２の領域８２４ｂと静電的に係合しており、第３のセグメント８３６ｃは第３の領域８２４ｃと静電的に係合している。第１の駆動電極セット８３２に印加されている作動電圧をＶ２からＶ３に上げることによって、シャッター組立体８００が図８Ｃに示されるように第２の部分的光透過状態にある間、第１の駆動電極セット８３２とロード電極８２２との間にさらに大きい静電気力が生まれる。第１の駆動電極セット８３２と第１のロード電極セット８２２との間のこの増大した静電気力は、第３のセグメント８３６ｃが第３の領域８２４ｃと静電的に係合するように第３の領域８２４ｃを第３のセグメント８３６ｃに向かって引き付けるのに十分大きい。このことは、第１のロード電極８２２を、第１の駆動電極セット８３２に向かってさらに変形させる。ロード電極８２２の変形により、シャッター８１０は第１の駆動電極セット８３２のより近くへ動くので、シャッター８１０はまたさらに対応する開口８０６からずれて、対応する開口８０６のいずれの部分とももはや重複しない。したがって、開口８０６を通過する光のいずれもが、シャッター８１０によって遮断されない。第１のセグメント８３６ａおよび第２のセグメント８３６ｂと同様に、第３のセグメント８３６ｃはまた、第１のロード電極８２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、シャッター８１０の移動の範囲の一端を画定する。
【０１３５】
セグメントとロード電極の対応する領域とを静電的に係合するために必要とされる静電気力は、第１のロード電極８２２の変形が大きくなるにつれて増大し得ることに留意されたい。これは、第１のロード電極８２２が、第１のロード電極８２２の変形に起因する変形に対抗する、線形なばねの力を受け得るからである。柔軟な第１のロード電極８２２が受けるばねの力に加えて、第２のロード電極８５２も、シャッター８１０が第１の駆動電極セット８３２に向かって動くにつれて、同様の対抗するばねの力を受け得る。結果として、第２のセグメント８３６ｂおよび第３のセグメント８３６ｃに印加される増大した作動電圧Ｖ２およびＶ３は、柔軟なロード電極８２２および８５２が受ける、増大した対抗するばねの力を補償するように非線形に増大し得る。
【０１３６】
相対的な湾曲および対応する距離ｄ１、ｄ２、およびｄ３は、シャッター８１０が３つの別個の光透過状態をとり得ることを確実にするのに適切であることに留意されたい。距離ｄ２は、第１の作動電圧Ｖ１によって生成される第２のセグメント８３６ｂと第１のロード電極８２２との間の静電気力が、第１のロード電極８２２を第２のセグメント８３６ｂに向かって変形させるのに十分大きくないように、距離ｄ１より大きくなるように設計される。同様に、距離ｄ３は、第２の作動電圧Ｖ２によって生成される第３のセグメント８３６ｃと第１のロード電極８２２との間の静電気力が、ロード電極８２２を第３のセグメント８３６ｃに向かって変形させるのに十分大きくないように、距離ｄ２より大きくなるように設計される。したがって、駆動電極セット８３２は、作動電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３にそれぞれ対応する電圧ステップを有する、ステップ関数電圧を受ける。
【０１３７】
第１の駆動電極セット８３２に印加される作動電圧を除去すると、ロード電極８２２と第１の駆動電極セット８３２との間の電位が除去される。第１のロード電極８２２および第２のロード電極８５２に作用する対抗するばねの力は、第１のロード電極８２２および第２のロード電極８５２を元の状態へと戻させ、これによって、図８Ａに示されるようにシャッター組立体８００を緩和状態に戻す。したがって、シャッター８１０は、シャッター開アクチュエータ８２０を作動させる前にシャッター８１０があった位置とほぼ同じ元の位置へと戻る。
【０１３８】
シャッター開アクチュエータ８２０を作動させることによって、シャッター組立体８００は、図８Ｂ〜図８Ｄに関して上で説明されたような完全光透過状態へと駆動され得る。逆に、シャッター閉アクチュエータ８５０を作動させることによって、シャッター組立体８００は、非光透過状態へと駆動され得る。
【０１３９】
図８Ｅは、非光透過状態にあるシャッター組立体８００を示す。この状態では、第１のセグメント８６６ａは第１の領域８５４ａと静電的に係合しており、第２のセグメント８６６ｂは第２の領域８５４ｂと静電的に係合しており、第３のセグメント８６６ｃは第３の領域８５４ｃと静電的に係合しており、すべての３つの領域８５４が第２の駆動電極セット８６２と接触するように、第２のロード電極８５２を第２の駆動電極セット８６２に向かって変形させる。第２のロード電極８５２の変形により、シャッター８１０は第２の駆動電極セット８６２のより近くへ引かれるので、シャッター８１０はもはや対応する開口８０６からずれておらず、対応する開口８０６と完全に重複する。このようにして、開口８０６を通過する光のすべてが、シャッター８１０によって遮断される。
【０１４０】
加えて、第１の駆動電極セット８３２の第１のセグメント８３６ａ、第２のセグメント８３６ｂ、および第３のセグメント８３６ｃの各々と、第２の駆動電極セット８６２の第１のセグメント８６６ａ、第２のセグメント８６６ｂ、および第３のセグメント８６６ｃの各々が、機械的な歯止めとして機能し得る。シャッター８１０が、たとえば、開口８０６の約１２．５％、約２５％、約３３％、約３７．５％、約５０％、約６２．５％、約６６％、約７５％、約８７．５％、または任意の他の割合を覆って、対応する量の光、たとえば、約８７．５％、約７５％、約６７％、約６２．５％、約５０％、約３７．５％、約３３％、約２５％、約１２．５％、または任意の他の割合の光が開口８０６を通過することを可能にするように、シャッター８１０が対応する開口８０６に対して様々な中間的な位置へと引かれ得るように、セグメント８３６ａ、８３６ｂ、８６６ａ、および８６６ｂが配置され得る。
【０１４１】
上で説明されたように、図８Ａ〜図８Ｅに示されるシャッター組立体８００は、３つの電気的に接続されたセグメント８３６および８６６をそれぞれ有する、第１の駆動電極セット８３２および第２の駆動電極セット８６２によって駆動される。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体８００の作動の程度は、第１の駆動電極セット８３２および第２の駆動電極セット８６２に印加されている作動電圧の大きさに依存する。いくつかの実装形態では、シャッター組立体８００は、単一の電気配線が駆動電極セット８３２および８６２の各々に作動電圧を供給できるように構成される。いくつかの実装形態では、電気配線は、第１の作動電圧Ｖ１、第２の作動電圧Ｖ２、および第３の作動電圧Ｖ３の１つまたは複数に対応する作動電圧を搬送し得る。いくつかの実装形態では、電気配線は、実質的に第３の作動電圧Ｖ３以上である作動電圧を搬送するように構成され得る。いくつかのそのような実装形態では、電気配線を駆動電極セット８３２および８６２に接続するスイッチが、駆動電極セット８３２および８６２の各々に供給されている作動電圧の大きさを選択的に制限するために使用され得る。いくつかのそのような実装形態では、スイッチは、駆動電極セット８３２および８６２に供給される第１の作動電圧Ｖ１、第２の作動電圧Ｖ２、または第３の作動電圧Ｖ３へと、作動電圧を制限することができる。いくつかの実装形態では、１つまたは複数のデータ線が、駆動電極セット８３２および８６２の各々に与えられる作動電圧を制限できるスイッチに、データ電圧を与えることができる。これを行うことによって、各シャッター組立体８００に作動電圧を与えるために、単一の電気配線しか必要とされない。
【０１４２】
第１の駆動電極セット８３２と第２の駆動電極セット８６２の１つまたは複数は、２つ、４つ、または４つよりも多くの駆動電極セグメントを含み得ることを、当業者は容易に理解するであろう。いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット８３２に含まれる駆動電極セグメント８３６の数は、第２の駆動電極セット８６２に含まれる駆動電極セグメント８６６の数とは異なり得る。
【０１４３】
上で説明されたように、図７Ａ〜図７Ｅおよび図８Ａ〜図８Ｅのシャッター組立体は、２つの別個のロード電極を含むシャッター開アクチュエータとシャッター閉アクチュエータとを含む。しかしながら、いくつかの他の実装形態では、多状態シャッター組立体は、両方が同じロード電極を含むシャッター開アクチュエータとシャッター閉アクチュエータとを有し得る。そのような多状態シャッター組立体の例が、図９Ａ〜図９Ｃに示される。
【０１４４】
図９Ａ〜図９Ｃは、例示的な多状態シャッター組立体９００の平面図を示す。図７Ａ〜図７Ｅおよび図８Ａ〜図８Ｅにそれぞれ示されるシャッター組立体７００および８００と同様に実装され得るシャッター組立体９００は、面積分割グレースケール方式を実装するために、複数の光変調器状態を達成し得る。図９Ａは、完全光透過状態にあるシャッター組立体９００を示す。図９Ｂは、第１の部分的透過状態にあるシャッター組立体９００を示す。図９Ｃは、非光透過状態にあるシャッター組立体９００を示す。
【０１４５】
図９Ａ〜図９Ｃを参照すると、シャッター組立体９００は、２つの静電アクチュエータ、すなわちシャッター開アクチュエータ９２０およびシャッター閉アクチュエータ９５０によって、ある軸に沿って駆動されるシャッター９１０を含む。シャッター９１０は、ロード電極９２４によって対応する開口９０６の上方で支持される。ロード電極９２４は、ロード電極９２４がシャッター９１０に結合される場所に隣接して、１つまたは複数の折り曲げ、屈曲もしくは湾曲を含むように、または蛇行状となるように設計され得る、柔軟なセグメント９２８を含む。セグメント９２８は、以下でさらに論じられるように、ロード電極９２４の端部においてさらなる柔軟性を提供する。
【０１４６】
シャッター開アクチュエータ９２０は、シャッター９１０が対応する開口９０６と重複しない完全光透過状態に向かってシャッター９１０を動かすように構成される。シャッター開アクチュエータ９２０は、ロード電極９２４と、ロード電極９２４の第１の作動表面９２３に対向して配置されるシャッター開駆動電極９３２とを含む。
【０１４７】
シャッター閉アクチュエータ９５０は、シャッター９１０が対応する開口９０６と完全に重複する非光透過状態に向かってシャッター９１０を動かすように構成される。シャッター閉アクチュエータ９５０は、シャッター９１０が、シャッター９１０が開口９０６と部分的に重複する部分的光透過状態から非光透過状態へと動くようにする。シャッター閉アクチュエータ９５０は、ロード電極９２４とシャッター９１０の両方を含むロード電極セットと、駆動電極セット９６２とを含む。駆動電極セット９６２は、複数の電気的かつ機械的に分離された駆動電極９６６ａおよび９６６ｂ（全般に「駆動電極９６６」）を含み、これらの各々が、駆動電極セット９６２の別個の部分を形成する。主要駆動電極９６６ａはロード電極９２４と対向して配置されるので、主要駆動電極９６６ａは、第１の作動表面９２３とは反対側のロード電極９２４の面上にあるロード電極９２４の第２の作動表面９２５に面する。二次的駆動電極９６６ｂは、シャッター９１０が二次的駆動電極９６６ｂと接触しているときにシャッター９１０が開口９０６と重複するように、開口９０６に隣接して配置される。
【０１４８】
シャッター組立体９００は、全体で３つの光変調器状態、すなわち、完全光透過状態、部分的光透過状態、および非光透過状態を容易に達成できる。加えて、シャッター組立体９００は、シャッター開アクチュエータ９２０もシャッター閉アクチュエータ９５０も作動しない、緩和状態を有する。いくつかの実装形態では、シャッター組立体９００が緩和状態にあるとき、シャッター９１０は、部分的光透過状態にあるときとは異なる程度、部分的に開口９０６を覆い得る。そのような実装形態では、緩和状態は、第２の部分的光透過状態として機能し得る。いくつかの実装形態では、シャッター組立体９００が緩和状態にあるとき、ロード電極９２４は、シャッター開駆動電極９３２と主要駆動電極９６６ａとの間のどこか、たとえば半分のところに位置する。
【０１４９】
図９Ａは、完全光透過状態にあるシャッター組立体９００を示す。シャッター組立体９００は、シャッター開アクチュエータ９２０を作動させることによって、この状態へと容易に駆動され得る。シャッター開アクチュエータ９２０を作動させるために、第１の作動電圧Ｖ１がシャッター開駆動電極９３２に印加される。第１の作動電圧Ｖ１の大きさに応じて、シャッター開駆動電極９３２とロード電極９２４との間に十分に大きい静電気力が生まれて、ロード電極９２４がシャッター開駆動電極９３２と接触するように動くようにする。シャッター開駆動電極９３２は、ロード電極９２４のための機械的な歯止めとして機能する。したがって、シャッター開駆動電極９３２は、ロード電極９２４がシャッター開駆動電極９３２と接触しているときに、シャッター９１０が対応する開口９０６のいずれの部分とも重複しないように、配置される。このようにして、開口９０６を通過する光のいずれもが、シャッター９１０によって遮断されない。
【０１５０】
シャッター開駆動電極９３２に印加される第１の作動電圧Ｖ１が除去されると、シャッター組立体９００は緩和状態に戻る。シャッター組立体９００はまた、部分的光透過状態または非光透過状態へと駆動され得る。シャッター組立体９００を部分的光透過状態へと駆動するために、第２の作動電圧Ｖ２が駆動電極セット９６２の主要駆動電極９６６ａに印加される。
【０１５１】
図９Ｂは、部分的光透過状態にあるシャッター組立体９００を示す。この状態では、シャッター９１０は、シャッター９１０が開口９０６を通過する光の一部を遮断するように、開口９０６の一部分と重複する。
【０１５２】
いくつかの実装形態では、第２の作動電圧Ｖ２が主要駆動電極９６６ａに印加されたときにロード電極９２４が主要駆動電極９６６ａに向かって引き付けられるように、駆動電極セット９６２の主要駆動電極９６６ａが配置され得る。いくつかの実装形態では、第１の作動電圧Ｖ１に実質的に等しい第２の作動電圧Ｖ２が主要駆動電極９６６ａに印加されたときにロード電極９２４が主要駆動電極９６６ａに向かって動くように、主要駆動電極９６６ａが配置され得る。加えて、主要駆動電極９６６ａは機械的な歯止めとして機能し得る。シャッター９１０が、たとえば、開口９０６の約１２．５％、約２５％、約３３％、約３７．５％、約５０％、約６２．５％、約６６％、約７５％、約８７．５％、または任意の他の割合を覆って、対応する量の光、たとえば、約８７．５％、約７５％、約６７％、約６２．５％、約５０％、約３７．５％、約３３％、約２５％、約１２．５％、または任意の他の割合の光が開口９０６を通過することを可能にするように、シャッター９１０が対応する開口９０６に対して中間的な位置へと引かれ得るように、主要駆動電極９６６ａが配置され得る。
【０１５３】
シャッター９１０を非光透過状態に動かすために、第３の作動電圧Ｖ３が二次的駆動電極９６６ｂに印加される一方で、第２の作動電圧Ｖ２が駆動電極セット９６２の主要駆動電極９６６ａに同時に印加される。図９Ｃは、非光透過状態または閉状態にあるシャッター組立体９００を示す。この状態では、シャッター９１０は、開口９０６を通過する光のすべてが遮断されるように、開口９０６と完全に重複する。
【０１５４】
シャッター組立体９００が部分的光透過状態にあるとき、シャッター９１０は対応する開口９０６と部分的に重複する。第３の作動電圧Ｖ３が印加されたときに、シャッター９１０が二次的駆動電極９６６ｂに向かって動きそれと接触するようにするのに十分大きい静電気力が、二次的駆動電極９６６ｂと、二次的駆動電極９６６ｂに面するシャッター９１０の基板９１４との間に生まれるように、二次的駆動電極９６６ｂが配置される。加えて、シャッター９１０が二次的駆動電極９６６ｂと接触するときに、開口９０６を通過する光がシャッター組立体９００を通って伝達されないようにシャッター９１０が対応する開口９０６と完全に重複するように、二次的駆動電極９６６ｂが配置されるべきである。
【０１５５】
作動電圧は、シャッター開駆動電極９３２と、駆動電極セット９６２の主要および二次的駆動電極９６６との各々に、単一の電気配線によって与えられ得る。いくつかのそのような実装形態では、スイッチが、シャッター開駆動電極と、主要駆動電極９６６ａと、主要駆動電極９６６ａおよび二次的駆動電極９６６ｂとのいずれかへの、作動電圧の印加を制御するために使用され得る。別々のデータ線が、スイッチを制御するためのデータ電圧を与えるために使用され得る。いくつかの実装形態では、第１の作動電圧、第２の作動電圧、および第３の作動電圧は異なり得る。いくつかの実装形態では、電気配線は、駆動電極９３２、９６６ａ、および９６６ｂのいずれかに与えられると、対応するロード電極またはシャッターが作動させられる駆動電極へ引き付けられるのに十分大きい作動電圧を、搬送するように構成される。
【０１５６】
上で説明されたように、図７Ａ〜図７Ｅおよび図８Ａ〜図８Ｅのシャッター組立体は、対応するシャッター開アクチュエータまたはシャッター閉アクチュエータが作動すると、ロード電極の隣接する領域が駆動電極セットの隣接する部分と接触するようになるように構成された。しかしながら、いくつかの他の実装形態では、多状態シャッター組立体は、対応する領域と相互作用する駆動電極セットの部分が互いに隣接せず、駆動電極セットのそのような部分と相互作用するロード電極の領域も互いに隣接しない、シャッター開アクチュエータおよびシャッター閉アクチュエータを有し得る。１つのそのような多状態シャッター組立体の例が、図１０Ａ〜図１０Ｅに示される。
【０１５７】
図１０Ａ〜図１０Ｅは、例示的な多状態シャッター組立体１０００の平面図を示す。シャッター組立体１０００はまた、面積分割グレースケール方式を実装するために、複数の光変調器状態を達成することができる。図１０Ａは、緩和状態にあるシャッター組立体１０００を示す。図１０Ｂは、第１の部分的透過状態にあるシャッター組立体１０００を示す。図１０Ｃは、完全光透過状態にあるシャッター組立体を示す。図１０Ｄは、第２の部分的透過状態にあるシャッター組立体１０００を示す。図１０Ｅは、非光透過状態にあるシャッター組立体１０００を示す。
【０１５８】
図１０Ａ〜図１０Ｅを参照すると、シャッター組立体１０００は、２つの静電アクチュエータ、すなわちシャッター開アクチュエータ１０２０およびシャッター閉アクチュエータ１０５０によって、ある軸に沿って駆動されるシャッター１０１０を含む。シャッター１０１０は、それぞれのシャッター開アクチュエータ１０２０およびシャッター閉アクチュエータ１０５０のコンポーネントを形成する、ロード電極１０２２および１０５２のペアによって対応する開口１００６の上方で支持される。
【０１５９】
シャッター開アクチュエータ１０２０はまた、第１のロード電極１０２２に対向して配置される第１の駆動電極セット１０３２を含む。第１の駆動電極セット１０３２は、第１の駆動電極１０３６ａおよび第２の駆動電極１０３６ｂ（全般に「駆動電極１０３６」）を含み、これらの各々が、第１の駆動電極セット１０３２の別個の部分を形成する。シャッター閉アクチュエータ１０５０は、第２のロード電極１０５２と、第２のロード電極１０５２に近接して配置される第２の駆動電極セット１０６２とを含む。第２の駆動電極セット１０６２は、第１の駆動電極１０６６ａおよび第２の駆動電極１０６６ｂ（全般に「駆動電極１０６６」）を含み、これらの各々が、第２の駆動電極セット１０６２の別個の部分を形成する。
【０１６０】
いくつかの実装形態では、第１のロード電極１０２２は実質的に柔軟であり、中間領域１０２４ｃによって分離される第１の領域１０２４ａおよび第２の領域１０２４ｂを含む蛇行状の形状を有する。第１の領域１０２４ａは第１の駆動電極１０３６ａに近接して配置され、第２の領域１０２４ｂは第２の駆動電極１０３６ｂに近接して配置される。いくつかの実装形態では、第１の領域１０２４ａは、第１の駆動電極１０３６ａと第２の駆動電極１０３６ｂとの間に配置される。
【０１６１】
第１の作動電圧が第１の駆動電極１０３６ａに印加されるときに第１の駆動電極１０３６ａが第１の領域１０２４ａを静電的に引き付けることができるように、第１の駆動電極セット１０３２が配置される。第１の作動電圧が第１の駆動電極１０３６ａに印加されるとき、第１のロード電極１０２２は、ロード電極１０２２の第１の領域１０２４ａが第１の駆動電極１０３６ａと接触するように変形する。加えて、ロード電極１０２２の変形によりまた、第２の領域１０２４ｂが第２の駆動電極１０３６ｂに向かってより近くに動くようになる。一方、ロード電極１０２２のこの動きにより、シャッター１０１０は第１の駆動電極セット１０３２に向かって動くので、シャッター１０１０は、対応する開口１００６のより小さい部分と重複する。第１のロード電極１０２２が第１の駆動電極１０３６ａに電気的に結合されるとき、シャッター組立体１０００が完全光透過状態に向かって動くように第２の駆動電極１０３６ｂが第１のロード電極１０２２を静電的に引き付けることができるように、第２の駆動電極１０３６ｂが配置される。
【０１６２】
第２のロード電極１０５２も実質的に柔軟であり、中間領域１０５４ｃによって分離される第１の領域１０５４ａおよび第２の領域１０５４ｂを含む蛇行状の形状を有する。第１の領域１０５４ａは第１の駆動電極１０６６ａに近接して配置され、第２の領域１０５４ｂは第２の駆動電極１０６６ｂに近接して配置される。いくつかの実装形態では、第１の領域１０５４ａは、第１の駆動電極１０６６ａと第２の駆動電極１０６６ｂとの間に配置される。シャッター閉アクチュエータ１０５０は、シャッター開アクチュエータ１０２０と実質的に同様の方式で動作する。したがって、第２の駆動電極セット１０６２は、第１の駆動電極セット１０３２が第１のロード電極１０２２に対して配置されるのと同様の様式で、第２のロード電極１０５２に対して配置される。
【０１６３】
駆動電極１０３６および１０６６は、第１の駆動電極セット１０３２および第２の駆動電極セット１０６２の作動の程度によって定義される複数の光変調器状態へとシャッター１０１０を動かすように構成され得る。シャッター組立体１０００では、作動の程度は、作動させられる第１の駆動電極セット１０３２と第２の駆動電極セット１０６２のいずれかの駆動電極の数に依存する。いくつかの実装形態では、シャッター組立体１０００が信頼性をもって達成できる光変調器状態の総数は、シャッター組立体を形成するために使用される駆動電極１０３６および１０６６の総数に等しくてよい。いくつかの実装形態では、そのようなシャッター組立体はまた、１つの追加の中間的な状態または緩和状態を達成することができる。たとえば、シャッター組立体１０００は、４つの別個の光変調器状態を容易に達成することができる。加えて、シャッター組立体１０００はまた、いくつかの実装形態では、緩和状態である第５の状態をとることができる。したがって、シャッター組立体をより多数の光変調器状態へと駆動するために、シャッター組立体は、より多数の駆動電極セグメントを含むように設計され得る。
【０１６４】
図１０Ａは、緩和状態にあるシャッター組立体１０００を示す。この状態では、シャッター開アクチュエータ１０２０もシャッター閉アクチュエータ１０５０も作動しない。したがって、駆動電極１０３６ａおよび１０３６ｂと第１のロード電極１０２２との間、または、駆動電極１０６６ａおよび１０６６ｂと第２のロード電極１０５２との間には静電気力はない。シャッター組立体１０００は、それが緩和状態にあるときに、シャッター１０１０が対応する開口１００６と部分的に重複するように設計され得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター１０１０は、対応する開口１００６の約半分と重複し得る。
【０１６５】
図１０Ｂは、第１の部分的光透過状態にあるシャッター組立体１０００を示す。この状態では、第１の駆動電極セット１０３２の第１の駆動電極１０３６ａは、第１のロード電極１０２２の第１の領域１０２４ａと静電的に係合する。第１の作動電圧Ｖ１を第１の駆動電極１０３６ａに印加することによって、第１の駆動電極１０３６ａと第１の領域１０２４ａとの間に静電気力が生まれる。静電気力は、第１の領域１０２４ａを第１の駆動電極１０３６ａに向かって引き付け、第１のロード電極１０２２を第１の駆動電極セット１０３２に向かって変形させる。第１のロード電極１０２２の変形により、第１のロード電極１０２２に結合されるシャッター１０１０は第１の駆動電極セット１０３２に向かって動くので、シャッター１０１０は、シャッター１０１０が緩和状態にあるときよりも小さい、対応する開口１００６の部分と重複する。したがって、シャッター組立体１０００は、緩和状態よりも第１の部分的光透過状態において、より多くの光の通過を可能にする。第１の駆動電極１０３６ａは、ロード電極１０２２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、第１の部分的光透過状態に対応する位置へのシャッター１０１０の動きを制限する。示されるように、シャッター組立体１０００がこの状態にあるとき、第１の駆動電極１０３６ａは第１の領域１０２４ａと接触しており、第２の駆動電極１０３６ｂと第２の領域１０２４ｂとの間の距離は、シャッター組立体１０００が緩和状態にあったときのそれらの間の距離よりも小さい。
【０１６６】
図１０Ｃは、完全光透過状態にあるシャッター組立体１０００を示す。この状態では、第１の駆動電極１０３６ａおよび第２の駆動電極１０３６ｂは、第１の領域１０２４ａおよび第２の領域１０２４ｂと静電的に係合する。シャッター組立体１０００を第１の部分的光透過状態からこの状態に動かすために、第２の作動電圧Ｖ２が第２の駆動電極１０３６ｂに印加される。いくつかの実装形態では、第１の作動電圧Ｖ１および第２の作動電圧Ｖ２の大きさは同じであり得る。いくつかの他の実装形態では、第１の作動電圧Ｖ１は第２の作動電圧Ｖ２より大きくてよく、または小さくてよい。第２の作動電圧Ｖ２を第２の駆動電極１０３６ｂに印加することによって、第２の領域１０２４ｂが第２の駆動電極１０３６ｂに向かって動くようになるのに十分大きい、第２の駆動電極１０３６ｂと第２の領域１０２４ｂとの間の静電気力が生まれる。これにより、次いで、シャッター１０１０が第１の駆動電極セット１０３２のさらに近くに動くようになる。第１の駆動電極セット１０３２の第１および第２の駆動電極１０３６は、第１のロード電極１０２２の第１および第２の領域１０２４が駆動電極１０３６と接触するときに、シャッター１０１０が対応する開口１００６のいずれの部分とももはや重複しないように、配置される。したがって、シャッター組立体１０００は、開口１００６を通過するすべての光がシャッター組立体を通過するのを可能にする。
【０１６７】
シャッター閉アクチュエータ１０５０が作動する場合、シャッター組立体１０００はシャッター閉アクチュエータ１０５０に向かって変形することができる。第１の駆動電極１０６６ａが作動するとき、シャッター組立体１０００は第２の部分的光透過状態に向かって動くことができる。
【０１６８】
図１０Ｄは、第２の部分的光透過状態にあるシャッター組立体１０００を示す。この状態では、第２の駆動電極セット１０６２の第１の駆動電極１０６６ａは、第２のロード電極１０５２の第１の領域１０５４ａと静電的に係合し、第２のロード電極１０５２を第２の駆動電極セット１０６２に向かって変形させる。第２のロード電極１０５２の変形により、シャッター１０１０は第２の駆動電極セット１０６２に向かって動くので、シャッター１０１０は、シャッター１０１０が緩和状態にあるときよりも大きい、対応する開口１００６の部分と重複する。したがって、シャッター組立体１０００は、緩和状態よりも第２の部分的光透過状態において、より少ない光の通過を可能にする。第１の駆動電極１０６６ａは、第２のロード電極１０５２のための機械的な歯止めとして機能し、これによって、第２の部分的光透過状態に対応する位置へのシャッター１０１０の動きを制限する。示されるように、シャッター組立体１０００がこの状態にあるとき、第１の駆動電極１０６６ａは第１の領域１０５４ａと接触しており、第２の駆動電極１０６６ｂと第２の領域１０５４ｂとの間の距離は、シャッター組立体１０００が緩和状態にあったときのそれらの間の距離よりも小さい。
【０１６９】
図１０Ｅは、非光透過状態または閉状態にあるシャッター組立体１０００を示す。この状態では、第１の駆動電極１０６６ａおよび第２の駆動電極１０６６ｂは、第１の領域１０５４ａおよび第２の領域１０５４ｂと静電的に係合する。シャッター組立体１０００を第２の部分的光透過状態からこの状態に動かすために、第２の作動電圧が第２の駆動電極１０６６ｂに印加される。このことは、第２の領域１０２４ｂが第２の駆動電極１０６６ｂに向かって動くようになるのに十分大きい、第１の駆動電極１０６６ａと第１の領域１０２４ａとの間の静電気力を生み出す。これにより、次いで、シャッター１０１０が第２の駆動電極セット１０６２のさらに近くに動くようになる。第２の駆動電極セット１０６２の第１および第２の駆動電極１０６６は、ロード電極１０５２の第１および第２の領域１０５４が駆動電極１０６６と接触するときに、シャッター１０１０が対応する開口１００６と完全に重複するように、配置される。したがって、シャッター組立体１０００は、開口１００６を通過するすべての光を遮断する。
【０１７０】
図７Ａ〜図７Ｅおよび図８Ａ〜図８Ｅに関して上で説明された駆動電極セットと同様に、第１の駆動電極セット１０３２の第１の駆動電極１０３６ａおよび第２の駆動電極１０３６ｂと、第２の駆動電極セット１０６２の第１の駆動電極１０６６ａおよび第２の駆動電極１０６６ｂの各々が、機械的な歯止めとして機能し得る。シャッター１０１０が、たとえば、開口１００６の約１２．５％、約２５％、約３３％、約３７．５％、約５０％、約６２．５％、約６６％、約７５％、約８７．５％、または任意の他の割合を覆って、対応する量の光、たとえば、約８７．５％、約７５％、約６７％、約６２．５％、約５０％、約３７．５％、約３３％、約２５％、約１２．５％、または任意の他の割合の光が開口１００６を通過することを可能にするように、シャッター１０１０が対応する開口１００６に対して様々な中間的な位置へと引かれ得るように、駆動電極１０３６ａ、１０３６ｂ、１０６６ａ、および１０６６ｂが配置され得る。
【０１７１】
駆動電極セット１０３２および１０６２を構成する駆動電極の各々は、同じ作動電圧が印加されたときに駆動電極がロード電極１０２２または１０５２の対応する領域を静電的に引き付けることができるように、設計され、配置され、または構成され得る。すなわち、シャッター組立体１０００は、作動電圧Ｖ１とＶ２の両方が実質的に等しいように構成される。このようにして、単一の電気配線が、対応する駆動電極セット１０３２および１０６２の駆動電極１０３６および１０６６の各々に作動電圧を与えることができる。駆動電極１０３６および１０６６の各々への作動電圧の印加を制御するために、スイッチが使用され得る。いくつかの実装形態では、画素ごとに複数のデータ線が、各々のそれぞれの駆動電極１０３６および１０６６への作動電圧の印加を制御するスイッチに、データ電圧を搬送する。これを行うことによって、各シャッター組立体１０００に作動電圧を与えるために、単一の電気配線しか必要とされない。
【０１７２】
第１の駆動電極セットと第２の駆動電極セットの各々における第１の駆動電極および第２の駆動電極の配列は、図７Ａ〜図７Ｅに示される駆動電極および図８Ａ〜図８Ｅに示されるセグメントの配列と比較して、異なる光変調器状態の間のより大きいシャッター移動距離を可能にし得ることに留意されたい。結果として、この配列は、より大きい開口を可能にし得るので、ディスプレイの口径比を上げ、これは望ましいことである。
【０１７３】
いくつかの実装形態では、第１の駆動電極セット１０３２の第１の駆動電極１０３６ａおよび第２の駆動電極１０３６ｂは、作動電圧が第１の駆動電極セット１０３２の第１の駆動電極１０３６ａと第２の駆動電極１０３６ｂの両方に同時に印加されるときに、シャッター１０１０が緩和状態から完全光透過状態または開状態に駆動され得るように、配置され得る。逆に、第２の駆動電極セット１０６２の第１の駆動電極１０６６ａおよび第２の駆動電極１０６６ｂは、作動電圧が第２の駆動電極セット１０６２の第１の駆動電極１０６６ａと第２の駆動電極１０６６ｂの両方に同時に印加されるときに、シャッター１０１０が緩和状態から非光透過状態または閉状態に駆動され得るように、配置され得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター１０１０は、駆動電極が同時に作動しなかった場合よりも短い時間で、緩和状態と開状態または閉状態との間を移動し得る。いくつかの実装形態では、第１の駆動電極に印加される作動電圧は、第２の駆動電極に印加される作動電圧とは異なり得る。
【０１７４】
いくつかの実装形態では、駆動電極セット１０３２および１０６６の各々は、２つよりも多くの駆動電極を含み得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体１０００が信頼性をもって達成できる光変調器状態の数は、シャッター組立体を形成する駆動電極セット１０３２および１０６６に含まれる駆動電極の総数に等しくてよい。したがって、シャッター組立体をより多数の光変調器状態へと駆動するために、シャッター組立体は、より多数の駆動電極セグメントを含むように設計され得る。
【０１７５】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、例示的な多状態シャッター組立体１１００の平面図を示す。図９Ａ〜図９Ｃに示されるシャッター組立体９００と同様のシャッター組立体１１００は、同じロード電極を両方が含む、シャッター開アクチュエータおよびシャッター閉アクチュエータを含む。図１１Ａは、完全光透過状態にあるシャッター組立体１１００を示す。図１１Ｂは、非光透過状態にあるシャッター組立体１１００を示す。
【０１７６】
図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、シャッター組立体１１００は、２つの静電アクチュエータ、すなわちシャッター開アクチュエータ１１２０およびシャッター閉アクチュエータ１１５０によって、ある軸に沿って駆動されるシャッター１１１０を含む。シャッター１１１０は、ロード電極１１２４によって対応する開口１１０６の上方で支持される。
【０１７７】
シャッター開アクチュエータ１１２０は、シャッター１１１０が対応する開口１１０６と重複しない完全光透過状態に向かってシャッター１１１０を動かすように構成される。シャッター開アクチュエータ１１２０は、ロード電極１１２４とシャッター１１１０の両方を含むロード電極セット１１２２と、シャッター開駆動電極セット１１３２とを含む。シャッター開駆動電極セット１１３２は、２つの機械的に分離された駆動電極、具体的には、主要駆動電極１１３６ａおよび二次的駆動電極１１３６ｂ（全般に「駆動電極１１３６」）を含む。主要駆動電極１１３６ａおよび二次的駆動電極１１３６ｂは各々、シャッター開駆動電極セット１１３２の別個の部分を形成する。主要駆動電極１１３６ａは、主要駆動電極１１３６ａがロード電極１１２４の第１の作動表面１１２３に面するように、ロード電極１１２４に対向して配置される。二次的駆動電極１１３６ｂは、シャッター１１１０が二次的駆動電極１１６６ｂと接触しているときにシャッター１１１０が開口１１０６のいずれの部分とも重複しないように、開口１１０６から離れて配置される。
【０１７８】
シャッター閉アクチュエータ１１５０は、シャッター１１１０が対応する開口１１０６と完全に重複する非光透過状態に向かってシャッター１１１０を動かすように構成される。シャッター閉アクチュエータ１１５０は、ロード電極１１２４とシャッター１１１０の両方を含むロード電極セット１１２２と、シャッター閉駆動電極セット１１６２とを含む。シャッター閉駆動電極セット１１６２は、２つの機械的に分離された駆動電極、具体的には、主要駆動電極１１６６ａおよび二次的駆動電極１１６６ｂ（全般に「駆動電極１１６６」）を含む。主要駆動電極１１６６ａおよび二次的駆動電極１１６６ｂは各々、シャッター閉駆動電極セット１１６２の別個の部分を形成する。主要駆動電極１１６６ａはロード電極１１２４と対向して配置されるので、主要駆動電極１１６６ａは、第１の作動表面１１２３とは反対側のロード電極１１２４の面上にあるロード電極１１２４の第２の作動表面１１２５に面する。二次的駆動電極１１６６ｂは、シャッター１１１０が二次的駆動電極１１６６ｂと接触しているときにシャッター１１１０が開口１１０６と完全に重複するように、開口１１０６に隣接して配置される。
【０１７９】
主要駆動電極と二次的駆動電極の両方を含む駆動電極セットを利用することによって、シャッター１１１０は、ロード電極１１２４と静電的に係合する主要駆動電極しか含まない実装形態よりも高速に、光透過状態と非光透過状態との間を動くことができる。これは、主要駆動電極と二次的駆動電極が、駆動電極１１３６とロード電極セット１１２２との間の増大した表面積により、ロード電極セット１１２２に対してより大きい力を課すことができるからである。その上、二次的駆動電極１１３６ｂおよび１１６６ｂは、シャッター１１１０が接続されるロード電極１１２４を動かすことによってシャッター１１１０の動きを制御できる主要駆動電極１１３６ａおよび１１６６ａよりも正確に、シャッター１１１０の動きを制御することができる。
【０１８０】
シャッター組立体１１００は、全体で少なくとも２つの光変調器状態、すなわち、完全光透過状態および非光透過状態を容易に達成できる。加えて、シャッター組立体１１００は、シャッター開アクチュエータ１１２０もシャッター閉アクチュエータ１１５０も作動しない、緩和状態を有する。いくつかの実装形態では、シャッター組立体１１００が緩和状態にあるとき、シャッター１１１０は開口１１０６と部分的に重複し得る。いくつかの実装形態では、シャッター組立体１１００が緩和状態にあるとき、ロード電極１１２４は、主要駆動電極１１３６ａと主要駆動電極１１６６ａとの間のどこか、たとえば半分のところに位置する。
【０１８１】
図１１Ａは、完全光透過状態にあるシャッター組立体１１００を示す。シャッター組立体１１００は、シャッター開アクチュエータ１１２０を作動させることによって、この状態へと容易に駆動され得る。シャッター開アクチュエータ１１２０を作動させるために、第１の作動電圧Ｖ１が主要駆動電極１１３６ａおよび二次的駆動電極１１３６ｂに印加される。主要駆動電極１１３６ａとロード電極１１２４との間、および二次的駆動電極１１３６ｂとシャッター１１１０との間に十分大きい静電気力が生まれ、ロード電極１１２４が主要駆動電極１１３６ａと接触するように動くようにして、シャッター１１１０が二次的駆動電極１１３６ｂと接触するように動くようにする。主要駆動電極１１３６ａはロード電極１１２４のための機械的な歯止めとして機能し、一方、二次的駆動電極１１３６ｂはシャッター１１１０のための機械的な歯止めとして機能する。したがって、主要駆動電極１１３６ａは、ロード電極１１２４が主要駆動電極１１３６ａと接触しており二次的駆動電極１１３６ｂがシャッター１１１０と接触しているときに、シャッター１１１０が対応する開口１１０６のいずれの部分とも重複しないように、配置される。このようにして、開口１１０６を通過する光のいずれもが、シャッター１１１０によって遮断されない。
【０１８２】
駆動電極１１３６に印加される第１の作動電圧Ｖ１が除去されると、シャッター組立体１１００は緩和状態に戻る。シャッター組立体１１００はまた、非光透過状態へと駆動され得る。シャッター組立体１１００を非光透過状態へと駆動するために、第２の作動電圧Ｖ２が主要駆動電極セット１１６６ａおよび二次的駆動電極１１６６ｂに印加される。図１１Ｂは、非光透過状態にあるシャッター組立体１１００を示す。この状態では、シャッター１１１０は、開口１１０６を通過する光のすべてが遮断されるように、開口１１０６と完全に重複する。
【０１８３】
作動電圧は、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要および二次的駆動電極１１３６と、シャッター閉駆動電極セット１１６２の主要および二次的駆動電極１１６６との各々に、単一の電気配線によって与えられ得る。いくつかのそのような実装形態では、スイッチが、シャッター開駆動電極セット１１３２と、シャッター閉駆動電極セット１１６２とのいずれかへの、作動電圧の印加を制御するために使用され得る。いくつかの実装形態では、第１の作動電圧および第２の作動電圧は異なり得る。
【０１８４】
図１１Ａおよび図１１Ｂに関して上で説明されたように、シャッター組立体１１００は２状態のシャッター組立体を開示する。いくつかの他の実装形態では、シャッター組立体１１００は、シャッター組立体が面積分割グレースケール方式を実装するために複数の光変調器状態を達成できるように、構成され得る。いくつかの実装形態では、シャッター組立体１１００は、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要および二次的駆動電極１１３６が別々の作動電圧を受け取るように電気的に絶縁され構成され得るように、構成され得る。同様に、シャッター閉駆動電極セット１１６２の主要および二次的駆動電極１１６６はまた、別々の作動電圧を受け取るように電気的に絶縁され構成され得る。加えて、駆動電極１１３６と駆動電極１１６６の各々の位置は、シャッター組立体１１００が非光透過状態、完全光透過状態、および２つの別個の部分的光透過状態を達成できるように配置され得る。
【０１８５】
具体的には、シャッター開駆動電極セット１１３２の駆動電極１１３６は、十分に大きい作動電圧が駆動電極１１３６の両方に印加されたときにシャッター１１１０が開口１１０６のいずれの部分とも重複しないように、配置され得る。この状態において、シャッター組立体１１００は完全光透過状態にある。同様に、シャッター閉駆動電極セット１１６２の駆動電極１１６６は、十分に大きい作動電圧が駆動電極１１６６の両方に印加されたときにシャッター１１１０が開口１１０６と完全に重複するように、配置され得る。この状態において、シャッター組立体１１００は非光透過状態にある。さらに、十分に大きい作動電圧がシャッター開駆動電極セット１１３２の主要駆動電極１１３６ａにだけ印加される場合、ロード電極１１２４は主要駆動電極１１３６ａに向かって動き、一方でシャッター１１１０は開口１１０６の一部分と重複する。この状態において、シャッター組立体１１００は第１の部分的光透過状態にある。逆に、十分に大きい作動電圧がシャッター閉駆動電極セット１１６２の主要駆動電極１１６６ａにだけ印加される場合、シャッター１１１０は、シャッター組立体１１００が第１の部分的光透過状態にあるときよりも大きい、開口１１０６の部分と重複する。この状態において、シャッター組立体１１００は第２の部分的光透過状態にある。この状態において、シャッター１１１０は、シャッター組立体１１００が第１の部分的光透過状態にあるときにシャッター１１１０によって遮断される光の量と比較して、開口１１０６を通過するより多くの光を遮断することができる。
【０１８６】
いくつかのそのような実装形態では、作動電圧は、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要および二次的駆動電極１１３６と、シャッター閉駆動電極セット１１６２の主要および二次的駆動電極１１６６との各々に、単一の電気配線によって与えられ得る。いくつかのそのような実装形態では、スイッチが、シャッター開駆動電極セットと、シャッター閉駆動電極セットとのいずれかへの、作動電圧の印加を制御するために使用され得る。
【０１８７】
いくつかの実装形態では、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要および二次的駆動電極１１３６は、それらが独立に制御され得るように、互いに電気的に絶縁され得る。同様に、シャッター閉駆動電極セット１１６２の主要および二次的駆動電極１１６６も、それらも独立に制御され得るように、互いに電気的に絶縁され得る。いくつかのそのような実装形態では、シャッター組立体１１００は、全体で少なくとも４つの別個の光変調器状態、すなわち、完全光透過状態または開状態、第１の部分的光透過状態、第２の部分的光透過状態、および非光透過状態または閉状態を容易に達成することができる。
【０１８８】
完全光透過状態を達成するために、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要駆動電極と二次的駆動電極１１３６の両方が、シャッター１１１０が背後の開口１１０６と重複しないように、ロード電極１１２４と静電的に係合する。第１の部分的光透過状態を達成するために、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要駆動電極１１３６ａのみがロード電極１１２４と静電的に係合し、シャッター１１１０が背後の開口１１０６の一部分と重複するようになる。第２の部分的光透過状態を達成するために、シャッター閉駆動電極セット１１６２の主要駆動電極１１６６ａのみがロード電極１１２４と静電的に係合し、シャッター１１１０が、シャッター組立体が第１の部分的光透過状態にあるときと比較してより大きい、背後の開口１１０６の部分と重複するようになる。非光透過状態を達成するために、シャッター開駆動電極セット１１３２の主要駆動電極と二次的駆動電極１１３６の両方がロード電極１１２４と静電的に係合し、シャッター１１１０が背後の開口１１０６と完全に重複するようになる。
【０１８９】
図７Ａ〜図７Ｅ、図８Ａ〜図８Ｅ、図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｅ、図１１Ａ、および図１１Ｂで説明されるシャッター組立体は、二重作動式のシャッター組立体として説明されることに留意されたい。すなわち、シャッターは、シャッター組立体を完全光透過状態または開状態へと動かすための第１の静電アクチュエータと、シャッター組立体を完全遮光状態または閉状態へと動かすための第２の静電アクチュエータとを含む。いくつかの実装形態では、シャッター組立体は第１の静電アクチュエータと第２の静電アクチュエータの一方のみを含み得るが、ばねが第１の静電アクチュエータと第２の静電アクチュエータの他方を置き換える。その上、いくつかの実装形態では、第１の静電アクチュエータは、シャッター組立体を完全遮光状態または閉状態へと動かすように構成され得るが、第２の静電アクチュエータは、シャッター組立体を完全光透過状態または開状態へと動かすように構成され得る。
【０１９０】
図１２は、多状態シャッター組立体を作動させるための例示的な方法の流れ図である。方法１２００は、たとえば図７Ａ〜図１１Ｂに示されるシャッター組立体７００、８００、９００、１０００、および１１００を作動させるために、利用され得る。方法１２００において、望まれる光変調器状態が決定される（ブロック１２０２）。望まれる状態に基づいて、対向するロードビームと係合すべき駆動電極セットの部分の数が決定される（ブロック１２０４）。次いで、決定された数の駆動電極セットの部分を対向するロードビームと係合させるために、適切な駆動電圧が光変調器に印加される（ブロック１２０６）。光源が次いでアクティブ化される（ブロック１２０８）。
【０１９１】
図１Ｂに示されるコントローラ１３４のようなコントローラが、図７Ａ〜図１１Ｂに示されるシャッター組立体７００、８００、９００、１０００、および１１００を制御するのに適している。ディスプレイ画素から出力されるべき光のレベルに基づいて、望まれる光変調器状態が決定される（ブロック１２０２）。たとえば、光変調器は、実質的にすべての光の通過を妨げる閉状態、実質的にすべての入射光の通過を可能にする開状態、さらには、様々な量の光の通過を可能にするいくつかの中間状態を達成することが可能であり得る。望まれる状態に基づいて、対向するロードビームと係合すべき駆動電極セットの部分の数が決定される（ブロック１２０４）。いくつかの実装形態では、コントローラは、対向するロードビームと係合すべき駆動電極セットの部分の数を決定することができる。たとえば、図７Ａ〜図７Ｅに示されるシャッター組立体７００を例として使用すると、コントローラは、第１の駆動電極セット７３２のすべての３つの駆動電極セットの部分７３６ａ〜７３６ｃが完全光透過状態を達成するために対向するロードビーム７５２と係合する必要がある一方で、第１の駆動電極セット７３２の２つの駆動電極セットの部分７３６ａおよび７３６ｂが第２の部分的光透過状態を達成するために対向するロードビーム７５２と係合する必要があると、決定することができる。駆動電極セットの部分の数を決定した後で、コントローラはまた、その数の駆動電極セットの部分がその一部をなす、駆動電極セットを決定することができる。たとえば、完全光透過状態を達成するために、コントローラは、第１の駆動電極セット７３２の駆動電極セットの部分がロード電極と静電的に係合すべきであると決定し、一方で、非光透過状態または閉状態を達成するために、コントローラは、第２の駆動電極セット７６２の駆動電極セットの部分がロード電極と静電的に係合することを決定する。このようにして、コントローラは、対向するロードビームと係合すべき具体的な駆動電極の部分を決定する。
【０１９２】
対向するロードビームと係合すべき駆動電極セットの部分の数が決定されると（ブロック１２０４）、コントローラは、適切な駆動電圧が光変調器に印加されるようにして、決定された数の駆動電極セットの部分を対向するロードビームと係合させることができる（ブロック１２０６）。いくつかの実装形態では、たとえば、図７Ａ〜図７Ｅに示されるシャッター組立体７００および図９Ａ〜図１１Ｂに示されるシャッター組立体９００、１０００、および１１００では、駆動電圧は、対向するロードビームと係合すると決定された駆動電極セットの部分の各々に独立に印加され得る。いくつかの他の実装形態では、たとえば、図８Ａ〜図８Ｅに示されるシャッター組立体８００では、決定された数の駆動電極セットの部分を対向するロードビームと係合させるのに十分に大きい駆動電圧が、駆動電極セット８３２または８６２に印加され得る。適切な駆動電圧を光変調器に印加すると、光変調器は望まれる光変調器状態を達成することができる。光変調器が特定の光変調器状態を達成すると、図５に示されるランプ５１８のような光源がアクティブ化される（ブロック１２０８）。
【０１９３】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、複数の表示素子を含む例示的なディスプレイデバイス４０のシステムブロック図である。ディスプレイデバイス４０は、たとえば、スマートフォン、セルラ電話または携帯電話であり得る。しかしながら、ディスプレイデバイス４０の同じコンポーネントまたはそのわずかな変形は、テレビ、コンピュータ、タブレット、電子リーダー、ハンドヘルドデバイス、およびポータブルメディアデバイスのような、様々なタイプのディスプレイデバイスも示す。
【０１９４】
ディスプレイデバイス４０は、筐体４１、ディスプレイ３０、アンテナ４３、スピーカー４５、入力デバイス４８およびマイクロフォン４６を含む。筐体４１は、射出成形および真空成形のような、種々の製造プロセスのいずれかから形成され得る。さらに、筐体４１は、限定はされないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはそれらの組合せを含む、種々の材料のいずれかから形成され得る。筐体４１は、異なる色の、または異なるロゴ、絵、もしくはシンボルを含む他の取外し可能な部分と交換され得る取外し可能な部分（図示せず）を含み得る。
【０１９５】
ディスプレイ３０は、本明細書で説明されたように、双安定ディスプレイまたはアナログディスプレイを含む種々のディスプレイのいずれかであり得る。ディスプレイ３０はまた、プラズマ、エレクトロルミネセント（ＥＬ）ディスプレイ、ＯＬＥＤ、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）ディスプレイ、ＬＣＤ、もしくは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＬＣＤのようなフラットパネルディスプレイ、またはブラウン管（ＣＲＴ）もしくは他の管型デバイスのような非フラットパネルディスプレイを含むように構成され得る。加えて、ディスプレイ３０は、本明細書で説明されるように、機械的光変調器方式のディスプレイを含み得る。
【０１９６】
ディスプレイデバイス４０のコンポーネントは、図１３Ａに概略的に示される。ディスプレイデバイス４０は、筐体４１を含んでおり、その中に少なくとも部分的に収容された追加のコンポーネントを含み得る。たとえば、ディスプレイデバイス４０はネットワークインターフェース２７を含み、ネットワークインターフェース２７はアンテナ４３を含み、アンテナ４３は送受信機４７に結合され得る。ネットワークインターフェース２７は、ディスプレイデバイス４０に表示され得る画像データのソースであり得る。したがって、ネットワークインターフェース２７は、画像ソースモジュールの一例であるが、プロセッサ２１および入力デバイス４８も、画像ソースモジュールとして機能し得る。送受信機４７はプロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は調整用ハードウェア５２に接続される。調整用ハードウェア５２は、信号を調整する（信号をフィルタリングする、または別様に操作するなど）ように構成され得る。調整用ハードウェア５２は、スピーカー４５およびマイクロフォン４６に接続され得る。プロセッサ２１は、入力デバイス４８およびドライバコントローラ２９にも接続され得る。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８およびアレイドライバ２２に結合されてよく、アレイドライバ２２は、次いでディスプレイアレイ３０に結合され得る。図１３Ａに特に示されていない要素を含む、ディスプレイデバイス４０における１つまたは複数の要素は、メモリデバイスとして機能するように構成され、プロセッサ２１と通信するように構成され得る。いくつかの実装形態では、電源５０は、特定のディスプレイデバイス４０の設計における実質的にすべてのコンポーネントに電力を提供することができる。
【０１９７】
ネットワークインターフェース２７は、ディスプレイデバイス４０がネットワークを通じて１つまたは複数のデバイスと通信できるように、アンテナ４３および送受信機４７を含む。ネットワークインターフェース２７はまた、たとえば、プロセッサ２１のデータ処理要件を緩和するためのいくつかの処理能力を有し得る。アンテナ４３は、信号を送信および受信することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ４３は、ＩＥＥＥ  １６．１１（ａ）、（ｂ）、もしくは（ｇ）を含むＩＥＥＥ  １６．１１規格、または、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎを含むＩＥＥＥ  ８０２．１１規格、およびそのさらなる実装形態に従って、ＲＦ信号を送信および受信する。いくつかの他の実装形態では、アンテナ４３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に従ってＲＦ信号を送信および受信する。携帯電話の場合、アンテナ４３は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ）、ＧＳＭ／Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｒａｄｉｏ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  （ＧＰＲＳ）、Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄａｔａ  ＧＳＭ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  （ＥＤＧＥ）、Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  Ｔｒｕｎｋｅｄ  Ｒａｄｉｏ（ＴＥＴＲＡ）、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（ＥＶ−ＤＯ）、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＯ  Ｒｅｖ  Ａ、ＥＶ−ＤＯ  Ｒｅｖ  Ｂ、Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ  （ＨＳＰＡ）、Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ  （ＨＳＤＰＡ）、Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｕｐｌｉｎｋ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ  （ＨＳＵＰＡ）、Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ  （ＨＳＰＡ＋）、Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  （ＬＴＥ）、ＡＭＰＳ、または３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇ技術を利用するシステムのような、ワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される他の既知の信号を受信するように設計され得る。送受信機４７は、アンテナ４３から受信された信号を、プロセッサ２１によって受信されさらに操作され得るように前処理することができる。送受信機４７はまた、プロセッサ２１から受信された信号を、アンテナ４３を介してディスプレイデバイス４０から送信され得るように処理することができる。
【０１９８】
いくつかの実装形態では、送受信機４７は、受信機によって置き換えられ得る。さらに、いくつかの実装形態では、ネットワークインターフェース２７は、プロセッサ２１に送られることになる画像データを記憶または生成することができる画像ソースによって置き換えられ得る。プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の動作全体を制御することができる。プロセッサ２１は、圧縮された画像データのようなデータを、ネットワークインターフェース２７または画像ソースから受信し、そのデータを生の画像データへ、または生の画像データへと容易に処理され得るフォーマットへと処理する。プロセッサ２１は、処理されたデータをドライバコントローラ２９に、または記憶のためにフレームバッファ２８に送ることができる。生データは通常、画像内の各位置における画像特性を特定する情報を指す。たとえば、そのような画像特性は、色、彩度およびグレースケールレベルを含み得る。
【０１９９】
プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵまたは論理ユニットを含み得る。調整用ハードウェア５２は、スピーカー４５に信号を送信するための、およびマイクロフォン４６から信号を受信するための増幅器およびフィルタを含み得る。調整用ハードウェア５２は、ディスプレイ４０内の個別コンポーネントであってよく、またはプロセッサ２１もしくは他のコンポーネントに組み込まれてよい。
【０２００】
ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１によって生成された生画像データを、直接プロセッサ２１から、またはフレームバッファ２８から取得でき、かつ生画像データをアレイドライバ２２への高速送信のために適切に再フォーマットすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ２９は、生画像データを、ディスプレイアレイ３０にわたってスキャンするのに適した時間的順序を有するように、ラスタ様フォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができる。ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２に送る。ＬＣＤコントローラなどのドライバコントローラ２９は、スタンドアロン集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１と関連付けられることが多いが、そのようなコントローラは、多くの方法で実装され得る。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ２１中に埋め込まれることがあり、ソフトウェアとしてプロセッサ２１中に埋め込まれることがあり、またはアレイドライバ２２とハードウェアにおいて完全に統合されることがある。
【０２０１】
アレイドライバ２２は、フォーマットされた情報をドライバコントローラ２９から受信することができ、ビデオデータを、ディスプレイのディスプレイ要素のｘ−ｙマトリックスから来る数百、場合によっては数千（またはそれよりも多く）のリード線に、毎秒多数の回数印加される波形の並列セットへと、再フォーマットすることができる。いくつかの実装形態では、アレイドライバ２２、およびディスプレイアレイ３０は、ディスプレイモジュールの一部である。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイアレイ３０は、ディスプレイモジュールの一部である。
【０２０２】
いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイアレイ３０は、本明細書で説明されるタイプのデバイスのいずれにも適している。たとえば、ドライバコントローラ２９は、従来型のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ（機械的な光変調器表示素子コントローラなど）であり得る。さらに、アレイドライバ２２は、従来型のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ（機械的な光変調器表示素子コントローラなど）であり得る。その上、ディスプレイアレイ３０は、従来型のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイ（機械的な光変調器表示素子のアレイを含むディスプレイなど）であり得る。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２と統合され得る。そのような実装形態は、高集積システム、たとえば、携帯電話、ポータブル電子デバイス、腕時計または小面積ディスプレイにおいて有用であり得る。
【０２０３】
いくつかの実装形態では、入力デバイス４８は、たとえば、ユーザがディスプレイデバイス４０の動作を制御することを可能にするように構成され得る。入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーパッドもしくは電話キーパッドのようなキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチ感知スクリーン、ディスプレイアレイ３０と統合されたタッチ感知スクリーン、または感圧性もしくは感熱性の膜を含み得る。マイクロフォン４６は、ディスプレイデバイス４０の入力デバイスとして構成され得る。いくつかの実装形態では、マイクロフォン４６を介した音声コマンドが、ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために使用され得る。
【０２０４】
電源５０は、種々のエネルギー蓄積デバイスを含み得る。たとえば、電源５０は、ニッケルカドミウムバッテリーまたはリチウムイオンバッテリーなどの充電式バッテリーであり得る。充電式バッテリーを使用した実装形態では、充電式バッテリーは、たとえば、壁のコンセントまたは光起電デバイスもしくはアレイから来る電力を使用して充電可能であり得る。代替的に、充電式バッテリーはワイヤレス充電可能であり得る。電源５０は、再生可能エネルギー源、キャパシタ、またはプラスチック太陽電池もしくは太陽電池塗料を含む太陽電池であってもよい。電源５０はまた、壁のコンセントから電力を受け取るように構成され得る。
【０２０５】
いくつかの実装形態では、電子ディスプレイシステム内のいくつかの場所に位置し得るドライバコントローラ２９に、制御プログラム可能性が存在する。いくつかの他の実装形態では、アレイドライバ２２に制御プログラム可能性が存在する。上で説明された最適化は、任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントにおいて、および様々な構成で実施され得る。
【０２０６】
本明細書で使用される場合、項目のリスト「の少なくとも１つ」に言及する句は、単一のメンバーを含むそれらの項目の任意の組合せを指す。例として、「ａ、ｂ、またはｃの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｃ、およびａ−ｂ−ｃを包含することが意図される。
【０２０７】
本明細書で開示された実装形態に関連して説明された様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路およびアルゴリズムのプロセスは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性は、全体的にそれらの機能に関して説明され、上で説明された様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびプロセスにおいて示されてきた。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。
【０２０８】
本明細書で開示された態様に関連して説明された様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュールおよび回路を実装するために使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチッププロセッサもしくは汎用マルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェアコンポーネント、または、本明細書で説明された機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、または任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、もしくは状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。いくつかの実装形態では、特定のプロセスおよび方法は、所与の機能に固有の回路によって実行され得る。
【０２０９】
１つまたは複数の態様では、説明された機能は、本明細書で開示された構造およびそれらの構造の同等物を含む、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、ファームウェアにおいて、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。本明細書で説明された主題の実装形態はまた、１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置による実行のために、またはデータ処理装置の動作を制御するために、コンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールとして実装され得る。
【０２１０】
ソフトウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の命令またはコードとして記憶されてよく、またはそれを通じて送信されてよい。本明細書で開示された方法またはアルゴリズムのプロセスは、コンピュータ可読媒体上に存在し得るプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールで実施され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送が可能にされ得る任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であってよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または、命令もしくはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを記憶するために使用されコンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体を含み得る。また、あらゆる接続がコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれ得る。本明細書で使用されるディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザーディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多目的ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）はレーザーで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る、機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上に１つまたは任意の組合せまたはセットのコードおよび命令として存在し得る。
【０２１１】
本開示で説明された実装形態に対する様々な修正が当業者には容易に明らかであり得るので、本明細書に定められる一般的な原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示される実装形態に限定されることを意図されず、本開示、この原理および本明細書で開示される新規の特徴と合致する最大の範囲が認められるべきである。
【０２１２】
さらに、「上側」および「下側」という用語が、図の説明を簡単にするために使用されることがあり、適切に配向されたページ上の図の向きに対応する相対的な位置を示しており、実装される任意のデバイスの適切な向きを反映していないことがあることを、当業者は容易に理解するであろう。
【０２１３】
別個の実装形態の文脈において本明細書で説明されるいくつかの特徴はまた、単一の実装形態において組合せで実装され得る。反対に、単一の実装形態の文脈において説明される様々な特徴はまた、複数の実装形態で別々に、または任意の適切な副次的な組合せで実装され得る。その上、特徴はある組合せで機能するものとして上で説明され、当初はそのように特許請求されることもあるが、特許請求される組合せによる１つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから削除されてよく、特許請求される組合せは、副次的な組合せまたは副次的な組合せの変形を対象にし得る。
【０２１４】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、所望の結果を達成するために、そのような動作を示された特定の順序でもしくは順次に実行すること、またはすべての示された動作を実行することを要求するものとして理解されるべきではない。さらに、図面は、１つまたは複数の例示的なプロセスを流れ図の形式で概略的に示すことがある。しかしながら、示されていない他の動作は、概略的に示される例示的なプロセスに組み込まれ得る。たとえば、１つまたは複数の追加の動作は、示された動作のいずれかの前、示された動作のいずれかの後、示された動作のいずれかと同時に、または示された動作のいずれかの間に実行され得る。いくつかの状況において、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。また、上で説明された実装形態における様々なシステムコンポーネントの分離は、すべての実装形態においてそのような分離が必要であるものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、一般に単一のソフトウェア製品へ統合されてよく、または複数のソフトウェア製品へパッケージ化されてよいことを理解されたい。加えて、他の実装形態も、以下の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、請求項に記載される動作は、異なる順序で実行されることがあり、それでも望ましい結果を達成することができる。
【符号の説明】
【０２１５】
２１  プロセッサ
２２  アレイドライバ
２７  ネットワークインターフェース
２８  フレームバッファ
２９  ドライバコントローラ
３０  ディスプレイ
４０  ディスプレイデバイス
４１  筐体
４３  アンテナ
４５  スピーカー
４６  マイクロフォン
４７  送受信機
４８  入力デバイス
５０  電源
５２  調整用ハードウェア
１００  直視型ＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置
１０２ａ  光変調器
１０２ｂ  光変調器
１０２ｃ  光変調器
１０２ｄ  光変調器
１０４  画像
１０５  ランプ
１０６  画素
１０８  シャッター
１０９  開口
１１０  書込み許可配線
１１２  データ配線
１１４  共通配線
１２０  ホストデバイス
１２２  ポストプロセッサ
１２４  環境センサ
１２６  ユーザ入力モジュール
１２８  ディスプレイ装置
１３０  スキャンドライバ
１３２  データドライバ
１３４  コントローラ
１３８  共通ドライバ
１４０  赤色ランプ
１４２  緑色ランプ
１４４  青色ランプ
１４６  白色ランプ
１４８  ランプドライバ
１５０  表示素子のアレイ
２００  光変調器
２０２  シャッター
２０３  基板
２０４  アクチュエータ
２０５  アクチュエータ
２０６  ロードビーム
２０７  スプリング
２０８  ロードアンカ
２１１  開口穴
２１６  駆動ビーム
２１８  駆動ビームアンカ
３００  制御マトリックス
３０１  画素
３０２  シャッター組立体
３０３  アクチュエータ
３０４  基板
３０６  スキャンライン配線
３０７  書込み許可電圧源
３０８  データ配線
３０９  Ｖｄソース
３１０  トランジスタ
３１２  キャパシタ
３２０  画素のアレイ
３２２  開口層
３２４  開口
４００  二重アクチュエータシャッター組立体
４０２  シャッター開アクチュエータ
４０４  シャッター閉アクチュエータ
４０６  シャッター
４０７  開口層
４０８  アンカー
４０９  開口
４１２  シャッター開口
４１６  重複
５００  ディスプレイ装置
５０２  シャッター組立体
５０３  シャッター
５０４  基板
５０５  アンカー
５０６  反射膜
５０８  表面開口
５１２  ディフューザー
５１４  輝度増強膜
５１６  光ガイド
５１７  光リダイレクタ
５１８  ランプ
５１９  反射体
５２０  シャッター組立体
５２１  光線
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  粘着シール
５３０  流体
５３２  組立体ブラケット
５３６  反射体
６００  ディスプレイ組立体
６０２  変調器基板
６０４  開口プレート
６０６  シャッター組立体
６０８  反射開口層
６１０  開口
６１２  スペーサ
６１４  スペーサ
７００  多状態シャッター組立体
７０６  開口
７１０  シャッター
７１２  一端
７１４  他端
７２０  シャッター開アクチュエータ
７２２  ロード電極
７２４ａ  第１の領域
７２４ｂ  第２の領域
７２４ｃ  第３の領域
７３２  第１の駆動電極セット
７３６ａ  第１の駆動電極
７３６ｂ  第２の駆動電極
７３６ｃ  第３の駆動電極
７５０  シャッター閉アクチュエータ
７５２  第２のロード電極
７５４ａ  第１の領域
７５４ｂ  第２の領域
７５４ｃ  第３の領域
７６２  第２の駆動電極セット
７６６ａ  第１の駆動電極
７６６ｂ  第２の駆動電極
７６６ｃ  第３の駆動電極
８００  多状態シャッター組立体
８０６  開口
８１０  シャッター
８１２  第１の半分
８１４  第２の半分
８２０  シャッター開アクチュエータ
８２２  ロード電極
８２４ａ  第１の領域
８２４ｂ  第２の領域
８２４ｃ  第３の領域
８３２  第１の駆動電極セット
８３６ａ  第１のセグメント
８３６ｂ  第２のセグメント
８３６ｃ  第３のセグメント
８３８ａ  終端点
８３８ｂ  終端点
８３８ｃ  終端点
８５０  シャッター閉アクチュエータ
８５２  ロード電極
８５４ａ  第１の領域
８５４ｂ  第２の領域
８５４ｃ  第３の領域
８６２  第２の駆動電極セット
８６６ａ  第１のセグメント
８６６ｂ  第２のセグメント
８６６ｃ  第３のセグメント
９００  多状態シャッター組立体
９０６  開口
９１０  シャッター
９１４  基板
９２０  シャッター開アクチュエータ
９２３  第１の作動表面
９２４  ロード電極
９２５  第２の作動表面
９２８  セグメント
９３２  シャッター開駆動電極
９５０  シャッター閉アクチュエータ
９６２  駆動電極セット
９６６ａ  主要駆動電極
９６６ｂ  二次的駆動電極
１０００  多状態シャッター組立体
１００６  開口
１０１０  シャッター
１０２０  シャッター開アクチュエータ
１０２２  ロード電極
１０２４ａ  第１の領域
１０２４ｂ  第２の領域
１０２４ｃ  中間領域
１０３２  第１の駆動電極セット
１０３６ａ  第１の駆動電極
１０３６ｂ  第２の駆動電極
１０３６ｃ  第３の駆動電極
１０５０  シャッター閉アクチュエータ
１０５２  ロード電極
１０５４ａ  第１の領域
１０５４ｂ  第２の領域
１０５４ｃ  中間領域
１０６２  第２の駆動電極セット
１０６６ａ  第１の駆動電極
１０６６ｂ  第２の駆動電極
１１００  多状態シャッター組立体
１１０６  開口
１１１０  シャッター
１１２０  シャッター開アクチュエータ
１１２２  ロード電極セット
１１２３  第１の作動表面
１１２４  ロード電極
１１２５  第２の作動表面
１１３２  シャッター開駆動電極セット
１１３６ａ  主要駆動電極
１１３６ｂ  二次的駆動電極
１１５０  シャッター閉アクチュエータ
１１６２  シャッター閉駆動電極セット
１１６６ａ  主要駆動電極
１１６６ｂ  二次的駆動電極
１２００  方法
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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