(57)【要約】  本開示は、電気機械システム（ＥＭＳ）ディスプレイの構成要素間の望ましくない静電容量および静電引力を低減するためのシステム、方法および装置を提供する。装置は、ディスプレイ要素のアレイと、制御マトリクスと、電気絶縁層とを含む。ディスプレイ要素は、それぞれ、導電性ビームに結合された可動遮光構成要素を含む。制御マトリクスは、導電性ビームおよび可動遮光構成要素のうちの少なくとも１つの下を通り、導電性ビームおよび可動遮光構成要素のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む、複数の相互接続を含む。
2016504625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動遮光構成要素と、前記可動遮光構成要素に結合された導電性ビームとを含む、懸架構成要素を各々が有する、ディスプレイ要素のアレイと、
前記アレイ中の複数の前記ディスプレイ要素の部分に結合し、前記導電性ビームおよび前記可動遮光構成要素のうちの少なくとも１つの下を通り、前記可動遮光構成要素から電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む、複数の相互接続を含む制御マトリクスと、
前記少なくとも１つのスイッチ相互接続と、前記ディスプレイ要素の前記懸架構成要素との間に配設された、約１ミクロンよりも大きく、約５ミクロン未満の厚さを有する、電気絶縁層と
を含む装置。
【請求項２】
前記電気絶縁層が、前記制御マトリクスの最も上の相互接続と、前記ディスプレイ要素の前記懸架構成要素との間に配設される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ディスプレイ要素の各々の前記導電性ビームが、アンカに結合され、前記電気絶縁層が、前記ディスプレイ要素の前記導電性ビームを支持する前記アンカの下に配設される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電気絶縁層が、約１．５ミクロンよりも大きく、約４ミクロン未満の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記電気絶縁層が、約２ミクロンよりも大きく、約４ミクロン未満の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置が、前記遮光構成要素とバックライトとの間に配置された遮光層をさらに含み、前記スイッチ相互接続が、前記遮光層の上に配設される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記遮光層が、複数の開口部を含み、各ディスプレイ要素の前記遮光構成要素が、前記遮光層中の対応する開口部と位置合わせされるように、および位置合わせされないように移動するように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記電気絶縁層が、前記複数の開口部の上に延在する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記スイッチ相互接続が、データ相互接続、書込み許可相互接続、および作動電圧相互接続のうちの１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記スイッチ相互接続が、前記ディスプレイ要素のアレイの複数の行および複数の列中でディスプレイ要素に結合された相互接続を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記電気絶縁層が、光を吸収する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記電気絶縁層が、実質的に透明である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
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たプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ディスプレイが、
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たドライバ回路と、
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラと
をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ディスプレイが、
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た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、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記ディスプレイが、
入力データを受信し、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た入力デバイス
をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
各々が光変調手段を含む、ディスプレイ要素のアレイと、
前記アレイ中の複数の前記ディスプレイ要素の部分に結合し、前記光変調手段の少なくとも一部分の下を通り、前記光変調手段から電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む、複数の相互接続を含む制御マトリクスと、
前記光変調手段上で、前記スイッチ相互接続から発する電界の強度を低減するための手段と
を含むディスプレイデバイス。
【請求項１８】
前記光変調手段が、コンプライアントビームによって基板の上で懸架された遮光シャッターを含む、請求項１７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１９】
前記電界の前記強度を低減するための前記手段が、前記スイッチ相互接続と前記光変調手段との間に配設された電気絶縁層を含む、請求項１７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２０】
前記電気絶縁層が、約１ミクロンよりも大きく、約５ミクロン未満の厚さを有する、請求項１７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２１】
前記制御マトリクス中の前記相互接続の静電容量を低減するための手段を含む、請求項１７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２２】
前記相互接続の前記静電容量を低減するための前記手段が、前記電界の前記強度を低減するための前記手段を含む、請求項２１に記載のディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、２０１２年１２月１８日に出願され、本出願の譲受人に譲渡され、参照により明示的にに本明細書に組み込まれる、「ＤＩＳＰＬＡＹ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＷＩＴＨ  ＤＥＮＳＥＬＹ  ＰＡＣＫＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＥＬＥＭＥＮＴＳ」と題する特許出願第１３／７１８，８３３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、具体的には、電気機械システム（ＥＭＳ）ディスプレイ要素の懸架構成要素のすぐ下にルーティングされたスイッチ相互接続を含む、ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気機械システム（ＥＭＳ）デバイス、および、より大きいスケールのデバイスは、光を変調するために、様々なディスプレイデバイスに組み込まれている。いくつかのＥＭＳ光変調器は、その上にそれらが作製される基板の上で懸架され、基板に対して実質的に平行な平面において移動するように構成される、構成要素を含む。
【０００４】
一般に、そのようなアーキテクチャを持つディスプレイは、相互接続を通過する電流から生成された電界によって、懸架構成要素と相互接続との間に静電引力が生じることになるリスクを制限するために、これらの懸架構成要素のすぐ下に電気相互接続をルーティングすることを回避している。そのような引力は、潜在的に、構成要素を、基板または他の介在するディスプレイ構成要素と接触するように引き入れることがあり、そこで、静止摩擦または貼り付きの結果として、それらが永続的に付着することがある。懸架構成要素のすぐ下に相互接続をルーティングすることはまた、相互接続上の寄生容量のための機会を増す。この静電容量の増大は、ディスプレイを動作させるために追加の電力が必要とされることを生じ、そのアドレス指定および／または作動時間を減速させる。
【０００５】
これらの潜在的な問題を回避するために、そのようなディスプレイは、それらの相互接続をディスプレイ要素間でルーティングし、それらの相互接続がいかなる懸架ディスプレイ要素構成要素の下も通らないようにしている。そうすることで、貼り付きのリスクが緩和され、相互接続上の静電容量が低減されるが、相互接続をディスプレイ要素間に置くことで、かなりの基板面積が取られ、ディスプレイ要素のパッキング密度および／または開口比が制限される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のシステム、方法およびデバイスは、それぞれいくつかの発明的態様を有し、それらのうちの単一の態様だけが、本明細書で開示する望ましい属性に関与するとは限らない。
【０００７】
本開示で説明する主題の１つの発明的態様は、ディスプレイ要素のアレイと、制御マトリクスと、電気絶縁層とを含む、装置において実施され得る。ディスプレイ要素の各々は、可動遮光構成要素と、可動遮光構成要素に結合された導電性ビームとを含む、懸架構成要素を有する。制御マトリクスは、複数の相互接続を含む。相互接続は、アレイ中の複数のディスプレイ要素の部分に結合し、導電性ビームおよび可動遮光構成要素のうちの少なくとも１つの下を通り、可動遮光構成要素から電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む。電気絶縁層は、約１ミクロンよりも大きく、約５ミクロン未満の厚さを有し、少なくとも１つのスイッチ相互接続と、ディスプレイ要素の懸架構成要素との間に配設される。
【０００８】
いくつかの実装形態では、電気絶縁層は、制御マトリクスの最も上の相互接続と、ディスプレイ要素の懸架構成要素との間に配設され得る。いくつかの実装形態では、ディスプレイ要素の各々の導電性ビームは、アンカに結合され、電気絶縁層は、ディスプレイ要素の導電性ビームを支持するアンカの下に配設される。
【０００９】
いくつかの実装形態では、電気絶縁層は、約１．５ミクロンよりも大きく、約４ミクロン未満の厚さを有する。いくつかの他の実装形態では、電気絶縁層は、約２ミクロンよりも大きく、約４ミクロン未満の厚さを有する。いくつかの実装形態では、電気絶縁層は、光を吸収する。いくつかの他の実装形態では、電気絶縁層は、実質的に透明である。
【００１０】
いくつかの実装形態では、装置は、遮光構成要素とバックライトとの間に配置された遮光層を含む。いくつかのそのような実装形態では、スイッチ相互接続は、遮光層の上に配設され得る。いくつかの実装形態では、遮光層は、複数の開口部を含み、各ディスプレイ要素の遮光構成要素が、遮光層中の対応する開口部と位置合わせされるように、および位置合わせされないように移動するように構成される。いくつかの実装形態では、電気絶縁層は、複数の開口部の上に延在する。
【００１１】
いくつかの実装形態では、スイッチ相互接続は、データ相互接続、書込み許可相互接続、または作動電圧相互接続のいずれかである。いくつかの実装形態では、スイッチ相互接続は、ディスプレイ要素のアレイの複数の行および複数の列中でディスプレイ要素に結合された相互接続を含む。
【００１２】
いくつかの実装形態では、装置は、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、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスとを含む。いくつかの実装形態では、このディスプレイはまた、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たドライバ回路と、ドライバ回路に画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラとを含む。いくつかの他の実装形態では、このディスプレイはまた、プロセッサに画像データを送るように構成された画像ソースモジュールを含む。画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも１つを含み得る。このディスプレイはまた、入力データを受信し、入力データをプロセッサに通信するように構成された入力デバイスを含み得る。
【００１３】
本開示で説明する主題の別の発明的態様は、ディスプレイデバイスにおいて実施され得る。ディスプレイデバイスは、ディスプレイ要素のアレイと、制御マトリクスと、電界の強度を低減するための手段とを含む。ディスプレイ要素のアレイは、光変調手段を含む。制御マトリクスは、アレイ中の複数のディスプレイ要素の部分に結合し、光変調手段の少なくとも一部分の下を通り、光変調手段から電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む、複数の相互接続を含む。電界の強度を低減するための手段は、光変調手段上で、スイッチ相互接続から発する電界の強度を低減するように構成される。
【００１４】
いくつかの実装形態では、光変調手段は、コンプライアントビームによって基板の上で懸架された遮光シャッターを含む。電界の強度を低減するための手段は、スイッチ相互接続と光変調手段との間に配設された電気絶縁層を含み得る。電気絶縁層の厚さは、約１ミクロンよりも大きく、約５ミクロン未満であり得る。
【００１５】
いくつかの実装形態では、ディスプレイデバイスはまた、制御マトリクス中の相互接続の静電容量を低減するための手段を含み得る。静電容量を低減するための手段は、電界の強度を低減するための手段と同じであるか、またはそれを含み得る。
【００１６】
本明細書で説明する主題の１つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および以下の説明において示す。本概要で提供する例は、主にＭＥＭＳ方式ディスプレイに関して説明するが、本明細書で提供する概念は、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、および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することができる。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】
【００１７】
【図１Ａ】直視型マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）方式ディスプレイ装置の例示的な概略図である。
【図１Ｂ】ホストデバイスの例示的なブロック図である。
【図２Ａ】例示的なシャッター式光変調器の透視図である。
【図２Ｂ】例示的な非シャッター式ＭＥＭＳ光変調器の例示的な断面図である。
【図３Ａ】制御マトリクスの例示的な概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの制御マトリクスに接続された例示的なシャッター式光変調器アレイの透視図である。
【図４Ａ】デュアルアクチュエータシャッターアセンブリの例示的な図である。
【図４Ｂ】デュアルアクチュエータシャッターアセンブリの例示的な図である。
【図５】シャッター式光変調器を組み込んだディスプレイ装置の例示的な断面図である。
【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７】ＥＭＳディスプレイ要素の例示的なアレイの平面図である。
【図８】図７に示すディスプレイ要素のアレイ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９】図７に示すディスプレイ要素のアレイ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１０】図７に示すディスプレイ要素のアレイ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１１】図７に示すディスプレイ要素のアレイ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１２】複数のディスプレイ要素を含むディスプレイデバイスを示す例示的なシステムブロック図である。
【図１３】複数のディスプレイ要素を含むディスプレイデバイスを示す例示的なシステムブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
様々な図面における同じ参照符号および記号は、同じ要素を示している。
【００１９】
以下の説明は、本開示の発明的態様について説明する目的で、いくつかの実装形態を対象とする。ただし、本明細書の教示が多数の異なる方法で適用され得ることは、当業者には容易に認識されよう。説明する実装形態は、動いている（ビデオなど）か、動いていない（静止画像など）かにかかわらず、および、テキストであるか、グラフィックであるか、絵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施され得る。より詳細には、説明する実装形態は、限定はしないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョン受信機、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、コピー機、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（ＭＰ３プレーヤなど）、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算機、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子リーディングデバイス（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（オドメーターディスプレイ、および速度計ディスプレイなどを含む）、コックピットコントロールおよび／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両のリアビューカメラのディスプレイなど）、電子写真、電子掲示板または標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造物、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、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、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（微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用途を含む電気機械システム（ＥＭＳ）用途、ならびに、非ＭＥＭＳ用途におけるものなど）、美的構造物（１つの宝飾品または衣類上の画像のディスプレイなど）、ならびに様々なＥＭＳデバイスなど、様々な電子デバイス中に含まれるか、またはそれに関連付けられ得ることが企図される。本明細書の教示はまた、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動作感知デバイス、磁力計、家電製品のための慣性構成要素、家電製品の部品、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、および電子試験機器など、非ディスプレイ適用例においても使用され得る。したがって、本教示は、単に図に示す実装形態に限定されることを意図しておらず、代わりに、当業者に容易に明らかになるであろう広い適用性を有する。
【００２０】
電気機械システム（ＥＭＳ）ディスプレイ装置、および、そのようなディスプレイ装置を製造するためのプロセスを、本明細書で開示する。ＥＭＳディスプレイ装置には、ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、または、より大きいスケールのＥＭＳディスプレイ要素を組み込んだ、ディスプレイ装置が含まれる。より詳細には、本明細書で開示するディスプレイ装置は、光変調シャッター、および、シャッターを複数の状態間で移動させるように構成された静電アクチュエータを形成するコンプライアントビームなど、ＥＭＳディスプレイ要素のアレイの懸架構成要素のすぐ下にルーティングされる、スイッチ相互接続を組み込む。様々な実装形態では、スイッチ相互接続は、「スキャンライン相互接続」とも呼ばれる書込み許可相互接続、データ相互接続、作動電圧相互接続、または大域作動相互接続を含み得る。
【００２１】
相互接続から発する電界の影響を緩和するために、いくつかの実装形態では、誘電体など、電気絶縁材料の比較的厚い層が、ディスプレイ装置中の最も上の相互接続の上に堆積される。誘電材料の層は、約１ミクロンよりも大きいものから約５ミクロン未満までに及ぶ。これは、約０．１ミクロンから約１ミクロンまでに及ぶ、典型的な金属間誘電体層の厚さとは対照的である。
【００２２】
いくつかの他の実装形態では、ディスプレイ装置は、電気絶縁材料のより厚い層を省略する。そのような実装形態では、ディスプレイ装置は、最も上の相互接続のより離れた上方で、ディスプレイ装置の懸架構成要素を支持する、より高さのあるアンカを含む。
【００２３】
本開示で説明する主題の特定の実装形態は、以下の潜在的な利点のうちの１つまたは複数を実現するように実装され得る。いくつかの実装形態では、その中に組み込まれたＥＭＳディスプレイ要素の懸架構成要素のすぐ下にディスプレイ相互接続をルーティングすることは、ディスプレイ要素のより密なパッキングを可能にする。これは、次に、より高いディスプレイ解像度を可能にする。代替的に、そのようなルーティングは、ディスプレイ開口比を増大させることを可能にすることができる。
【００２４】
懸架構成要素を相互接続から、電気絶縁材料の比較的厚い層によって離間させることで、相互接続から発する電界の強度が低減される。これによって、懸架構成要素と他のディスプレイ構成要素との間の貼り付きのリスクを増すことになる、望ましくない静電引力が懸架構成要素をそれらの意図された進行平面の外に引くリスクが低減される。
【００２５】
また、電気絶縁材料の層の組込みによって、有利なことに、ディスプレイ装置を充填するために使用される流体の量が低減される。周囲の温度変化から生じる、流体中の気泡形成のリスクは、デバイスを充填するために使用される流体の量とともに増す。したがって、追加の流体ではなく、電気絶縁材料の層で、ディスプレイ装置中の空間を充填することで、気泡形成の可能性が低減される。
【００２６】
また、懸架構成要素を相互接続からさらに離れるように離間させることで、それらの間の静電容量が減少する。そのような静電容量は、相互接続に沿った信号の伝播速度を実質的に減速させるとともに、有効に動作するために追加の電力を必要とし得る。したがって、この静電容量を減少させることで、ディスプレイがアドレス指定および／または作動させられ得る速度が増し、また、ディスプレイによって消費される電力も低減される。
【００２７】
図１Ａは、直視型ＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００の概略図を示している。ディスプレイ装置１００は、行および列に配列された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（全体として「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の状態を選択的にセットすることによって、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で照射された場合、バックライト付きディスプレイ用の画像１０４を形成するのに利用することができる。別の実装形態では、装置１００は、装置の前面から発す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、ディスプレイの前面に配置された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を使用して、画像を形成することができる。
【００２８】
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のうちの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中のカラー画素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中のルミナンス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の構造構成要素に関して、「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のに使用される、機械構成要素と電気構成要素との組合せを指す。
【００２９】
ディスプレイ装置１００は、投影型アプリケーション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、場合によっては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強化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。
【００３０】
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。場合によっては、各画素を均一に照明できるように、ランプからの光は、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アセンブリ配列を円滑にするように、透明基板またはガラス基板の上に構築されることが多い。
【００３１】
各光変調器１０２は、シャッター１０８および開口１０９を含むことができる。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通じてパターニングされた開口部によって画定される。
【００３２】
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クスも含む。制御マトリクスは、画素の行ごとに、少なくとも１つの書込み許可相互接続１１０（「スキャンライン相互接続」とも呼ばれる）と、各画素列に対する１つのデータ相互接続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にある画素に共通電圧を与える１つの共通相互接続１１４とを含む、一連の電気相互接続（相互接続１１０、１１２および１１４など）を含む。適切な電圧（「書込み許可電圧、ＶＷＥ」）の印加に応じて、所与の画素行に対する書込み許可相互接続１１０は、行中の画素を、新規シャッター移動命令を受諾するように準備する。データ相互接続１１２は、新規移動命令を、データ電圧パルスの形で伝達する。データ相互接続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において、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、規模が高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要素を制御する。次いで、これらの作動電圧を印加した結果、シャッター１０８の静電駆動移動が生じる。
【００３３】
図１Ｂは、ホストデバイス１２０（すなわち、セルフォン、スマートフォン、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、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）のブロック図の一例を示している。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。
【００３４】
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に示す光変調器１０２などのディスプレイ要素のアレイ１５０を含む。スキャンドライバ１３０は、スキャンライン相互接続１１０に書込み許可電圧を印加する。データドライバ１３２は、データ相互接続１１２にデータ電圧を印加する。
【００３５】
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のルミナンスレベルがアナログ方式で導出されるべきである場合、ディスプレイ要素のアレイ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相互接続１１２を通して印加されると、シャッター１０８における、ある範囲の中間開状態が生じ、その結果、画像１０４におけるある範囲の中間照明状態すなわちルミナンス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縮小セットのみをデータ相互接続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、または他の不連続状態（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｓｔａｔｅ）をセットするように設計される。
【００３６】
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。コントローラはデータを、行および画像フレームでグルーピングされた所定のシーケンスに編成されて、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、一部のアプリケーション向けにはデジタルアナログ電圧コンバータとを含み得る。
【００３７】
ディスプレイ装置は、場合によっては、共通電圧源とも呼ばれる１組の共通ドライバ１３８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、一連の共通相互接続１１４に電圧を供給することによって、ディスプレイ要素のアレイ１５０内のすべてのディスプレイ要素に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、ディスプレイ要素のアレイ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ディスプレイ要素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大域作動パルスを出す。
【００３８】
異なるディスプレイ機能のためのドライバ（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など）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、ディスプレイ要素のアレイ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、ディスプレイ要素作動を可能にする電圧の出力とにより、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。
【００３９】
コントローラ１３４は、シャッター１０８の各々が、新規画像１０４に適した照明レベルにリセット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。新規画像１０４は、周期的間隔でセットされ得る。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、交替画像フレームが、赤、緑および青など、交替する一連の色で照射されるように、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替される場合、人間の脳は、交替するフレーム画像を、広い連続する範囲の色を有する画像の知覚に平均する。代替実装形態では、原色を持つ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。
【００４０】
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を使用することによって、グレースケールを提供することができる。
【００４１】
いくつかの実装形態において、画像状態１０４についてのデータは、コントローラ１３４によって、ディスプレイ要素アレイ１５０に、スキャンラインとも呼ばれる個々の行の順次アドレス指定によりロードされる。シーケンス中の行すなわち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、書込み許可相互接続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、データローディングのための選択された行のシーケンスは、線形であり、アレイ１５０中の上から下に進む。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で編成され、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ついてのデータが、たとえば、シーケンス中のアレイ１５０の５行おき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。
【００４２】
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のディスプレイ要素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、ディスプレイ要素アレイ１５０は、アレイ１５０中の各ディスプレイ要素に対するデータメモリ要素を含むことができ、制御マトリクスは、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トリガ信号を、共通ドライバ１３８から搬送するための大域作動相互接続を含み得る。
【００４３】
代替実装形態では、ディスプレイ要素のアレイ１５０と、ディスプレイ要素を制御する制御マトリクスとが、方形の行および列以外の構成で配列され得る。たとえば、ディスプレイ要素は、六角形アレイまたは曲線をなす行および列で配列され得る。概して、本明細書で使用するスキャンラインという用語は、書込み許可相互接続を共有する、任意の複数のディスプレイ要素を指すものである。
【００４４】
ホストプロセッサ１２２は全般的に、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、画像データならびにホストに関する追加データを出力する。そのような情報は、環境センサからのデータ、たとえば周辺光もしくは温度、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量を含むホストに関する情報、画像データの内容に関する情報、画像データのタイプに関する情報、および／または画像モードを選択する際に使用するディスプレイ装置に関する指示を含み得る。
【００４５】
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、ユーザが「色をより濃く」、「コントラストをより良好に」、「電力をより低く」、「輝度を増して」、「スポーツ」、「ライブアクション」、または「アニメーション」などの個人的好みをプログラムしてい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などの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対し、最適な画像化特性に対応する様々なドライバ１３０、１３２、１３８および１４８にデータを提供するように指示する。
【００４６】
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／または周辺の採光条件など、周辺環境に関するデータを受信する。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。
【００４７】
図２Ａは、例示的なシャッター式光変調器２００の透視図を示している。シャッター式光変調器２００は、図１Ａの直視型ＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置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つの別個のコンプライアント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、一方では、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に対して実質的に平行である運動面における表面２０３の上方で、シャッター２０２を横方向に移動する。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。
【００４８】
各アクチュエータ２０５は、シャッター２０２をロードアンカ２０８に接続するコンプライアントロードビーム２０６を含む。ロードアンカ２０８は、コンプライアントロードビーム２０６とともに、機械的サポートとして働き、シャッター２０２を、表面２０３に近接して懸架されたまま保つ。表面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２０８は、コンプライアントロードビーム２０６とシャッター２０２とを表面２０３に物理接続し、ロードビーム２０６を、バイアス電圧、一部の事例ではグランドに電気接続する。
【００４９】
基板がシリコンのような不透過性のものである場合、基板２０４を通して穴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２０４がガラスやプラスチックのような透明なものである場合、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は概して、円形、楕円、多角形、蛇行状、または形状が不規則でよい。
【００５０】
各アクチュエータ２０５は、各ロードビーム２０６に隣接して配置されたコンプライアント駆動ビーム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の固定端との近くのロードビーム２０６に最接近するように湾曲される。
【００５１】
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の固定端の方に引き付け、ロードビーム２０６のシャッター端を、駆動ビーム２１６の固定端の方に引き付け、そうすることによって、シャッター２０２を、駆動アンカ２１８に向かって横に駆動する。コンプライアント部材２０６は、ビーム２０６および２１６の電位にわたる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。
【００５２】
光変調器２００などの光変調器は、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、スプリングなどの受動復元力を組み込む。他のシャッターアセンブリは、「開」および「閉」アクチュエータの２種のセット、ならびにシャッターを開状態または閉状態のいずれかに移動させるための「開」および「閉」電極の別個のセットを組み込むことができる。
【００５３】
制御マトリクスによりシャッターおよび開口のアレイを制御して、画像が生じるようにし、多くの場合、適切なルミナンスレベルで画像を移動させるための様々な方法がある。一部のケースでは、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および列相互接続の受動マトリクスアレイを用いて遂行される。他のケースでは、ディスプレイの速度、ルミナンスレベルおよび／または電力消散性能を向上させるために、切替えおよび／またはデータ記憶要素を、アレイ（いわゆるアクティブマトリクス）の各画素中に含めることが適切である。
【００５４】
ディスプレイ装置１００は、代替実装形態では、上述のシャッターアセンブリ２００などの横方向シャッター式光変調器以外のディスプレイ要素を含む。
【００５５】
図２Ｂは、例示的な非シャッター式ＭＥＭＳ光変調器２５０の例示的な断面図を示している。光タップ変調器２５０は、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００の代替実装形態への組込みに適している。光タップは、減衰全内部反射（ＴＩＲ）の原理に従って作用する。すなわち、光２５２が光ガイド２５４にもたらされると、干渉がない状況において、光２５２はそのほとんどの部分について、ＴＩＲのために光ガイド２５４の前面または後面を通って光ガイド２５４を脱出することができない。光タップ２５０は、十分に高い屈折率を有するタップ要素２５６を有するので、タップ要素２５６が光ガイド２５４と接触したことに応答して、タップ要素２５６に隣接した光ガイド２５４の表面に衝突した光２５２は、光ガイド２５４を脱出してタップ要素２５６を通り、見ている人の方に向かい、それにより、画像の形成がもたらされる。
【００５６】
いくつかの実装形態では、タップ要素２５６は、柔軟な透明材料のビーム２５８の一部として形成される。電極２６０は、ビーム２５８の一方の側の部分をコーティングする。対向する電極２６２が、光ガイド２５４上に配設される。電極２６０および２６２にわたって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から光２５２を選択的に抽出するように制御され得る。
【００５７】
図３Ａは、制御マトリクス３００の例示的な概略図を示している。制御マトリクス３００は、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置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の制御マトリクス３００に接続された例示的なシャッター式光変調器アレイ３２０の透視図を示している。制御マトリクス３００は、画素アレイ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２Ａのシャッターアセンブリ２００などの弾性シャッターアセンブリ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。
【００５８】
制御マトリクス３００は、シャッターアセンブリ３０２が形成される基板３０４の表面に、拡散または薄膜堆積電気回路として組み立てられる。制御マトリクス３００は、制御マトリクス３００中の画素３０１の各行に対するスキャンライン相互接続３０６と、制御マトリクス３００中の画素３０１の各列に対するデータ相互接続３０８とを含む。各スキャンライン相互接続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に電気接続する。各データ相互接続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に電気接続する。制御マトリクス３００中で、Ｖｄソース３０９は、シャッターアセンブリ３０２の作動に使用されるエネルギーの大部分を提供する。このように、データ電圧源、Ｖｄソース３０９は、作動電圧源としても働く。
【００５９】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、画素アレイ３２０中の各画素３０１または各シャッターアセンブリ３０２に対して、制御マトリクス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が置かれているアレイ３２０中の行のスキャンライン相互接続３０６に電気接続される。各トランジスタ３１０のソースは、それに対応するデータ相互接続３０８に電気接続される。各シャッターアセンブリ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１つの電極、および対応するアクチュエータ３０３の電極のうちの１つと並列に電気接続される。シャッターアセンブリ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、共通または接地電位に接続される。代替実装形態では、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素子で置き換えることができる。
【００６０】
動作時、画像を形成するために、制御マトリクス３００は、各スキャンライン相互接続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を通してデータ相互接続３０８に電流が流れて、シャッターアセンブリ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与える実装形態では、各データ相互接続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相互接続３０６とデータ相互接続３０８との交差に置かれた画素３０１の所望の輝度との関係で変えられる。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、グランドに近い電圧）になるように、またはＶａｔ（作動閾電圧）を満たし、もしくは超えるように選択される。データ相互接続３０８へのＶａｔの印加に応答して、対応するシャッターアセンブリ内のアクチュエータ３０３が作動し、シャッターアセンブリ３０２内のシャッターを開く。データ相互接続３０８に印加された電圧は、制御マトリクス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に蓄えられたままとどまる。したがって、シャッターアセンブリ３０２が作動するのに十分な程長い時間、行において電圧Ｖｗｅを待ち、保持する必要はなく、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。
【００６１】
アレイ３２０の画素３０１ならびに制御マトリクス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１組の開口３２４を含む。開口３２４は、各画素中のシャッターアセンブリ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などの透明材料から作られる。いくつかの他の実装形態では、基板３０４は、不透過性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。
【００６２】
シャッターアセンブリ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要求されることなく、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、シャッターアセンブリ３０２は、機械的に双安定であり得る。シャッターアセンブリ３０２のシャッターが正しい位置でセットされると、その位置を維持するのに、電気エネルギーまたは保持電圧は要求されない。シャッターアセンブリ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。
【００６３】
シャッターアセンブリ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アセンブリでは、シャッターアセンブリの作動電圧を下回る電圧範囲が存在し、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）閉アクチュエータに印加されると、シャッターに対向力が加えられたとしても、アクチュエータを閉のままに、かつシャッターを所定の位置に保持する。対向力は、図２Ａに示すシャッター式光変調器２００内のスプリング２０７などのスプリングによって加えることができ、または対向力は、「開」もしくは「閉」アクチュエータなどの対向アクチュエータによって加えることができる。
【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。各画素中に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられる他の実装形態も可能であり、そうすることによって、各画素中の単なる２進「オン」または「オフ」光学状態以上のものを可能にする。画素中の複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、光変調器の各々に関連付けられた開口３２４が不等面積を持つ符号化面積分割グレースケールのいくつかの形が可能である。
【００６５】
いくつかの他の実装形態では、ローラー式光変調器２２０、光タップ２５０、またはエレクトロウェッティング式光変調アレイ２７０、ならびに他のＭＥＭＳ方式光変調器が、光変調器アレイ３２０内のシャッターアセンブリ３０２の代わりに用いられ得る。
【００６６】
図４Ａおよび図４Ｂは、デュアルアクチュエータシャッターアセンブリ４００の例示的な図を示している。図４Ａに示すデュアルアクチュエータシャッターアセンブリ４００は、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ーアセンブリ４００を示している。シャッターアセンブリ２００とは対照的に、シャッターアセンブリ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および４０４は両方とも、コンプライアント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の移動軸に沿って、シャッター４０６の両端に取り付けられたサポートを含むことにより、シャッター４０６の面外運動が低減され、運動を基板に対して実質的に平行な平面に閉じ込める。図３Ａの制御マトリクス３００との類似性によって、シャッターアセンブリ４００とともに使用するのに適した制御マトリクスは、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の各々につき、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。
【００６７】
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からなるセットを含む。図４Ａにおいて、シャッターアセンブリ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はその弛緩位置にあり、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アセンブリ４００は閉状態に移されており、したがって、シャッター開アクチュエータ４０２はその弛緩位置にあり、シャッター閉アクチュエータ４０４は作動しており、かつシャッター４０６の遮光部分は、このとき開口４０９（点線として示す）を通る光の透過を遮断するための所定の位置にある。
【００６８】
各開口は、その周囲に、少なくとも１つの辺を持つ。たとえば、方形開口４０９は、４つの辺を持つ。円形、楕円、卵型、または他の湾曲開口が開口層４０７に形成される代替実装形態では、各開口は、単一辺のみを有し得る。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され、または独立する必要はなく、連結されてよい。すなわち、開口の一部または成形断面が、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。
【００６９】
様々な出口角を持つ光を、開状態にある開口４１２および４０９に通すために、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の遮光部分が開口４０９と重なるのが好ましい。図４Ｂは、シャッター４０６内の遮光部分の辺と、開口層４０７内に形成される開口４０９の１つの辺との間の所定の重複４１６を示す。
【００７０】
静電アクチュエータ４０２および４０４は、その電圧変位挙動により、シャッターアセンブリ４００に双安定特性が与えられ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範囲が存在し、この電圧範囲は、そのアクチュエータが閉状態である（シャッターは開または閉のいずれかである）間に印加されると、対向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のままに、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電圧は、維持電圧Ｖｍと呼ばれる。
【００７１】
図５は、シャッター式光変調器（シャッターアセンブリ）５０２を組み込んだディスプレイ装置５００の例示的な断面図を示している。各シャッターアセンブリ５０２は、シャッター５０３とアンカ５０５とを組み込んでいる。アンカ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コンプライアントビームアクチュエータについては図示していない。シャッターアセンブリ５０２は、プラスチックまたはガラスで作られた基板など、透明基板５０４上に配設される。基板５０４上に配設された後ろ向き反射層、反射膜５０６が、シャッターアセンブリ５０２のシャッター５０３の閉位置の下に置かれた複数の表面開口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の後ろに向かって逆反射する。反射開口層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）を含むいくつかの気相堆積技法によって薄膜方式で形成された含有物をもた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、後ろ向き反射層５０６は、誘電鏡などの鏡から形成され得る。誘電鏡は、高および低屈折率の材料を交互に繰り返す誘電薄膜の積層として作製され得る。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を分離する垂直ギャップは、０．５〜１０ミクロンの範囲内である。垂直ギャップの規模は、図４Ｂに示す重複４１６など、閉状態における、シャッター５０３の辺と、開口５０８の辺との間の横の重複よりも小さいことが好ましい。
【００７２】
ディスプレイ装置５００は、基板５０４を平面光ガイド５１６から分離する随意のディフューザ５１２および／または随意の輝度強化膜５１４を含む。光ガイド５１６は、透明材料、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によって照射され、バックライトを形成する。光源５１８は、たとえば、限定はしないが、白熱電球、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）でよい。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、シャッターアセンブリ５０２に向かって光を反射する。シャッターアセンブリ５０２のうちの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から再度反射される。この方式において、第１のパス上に画像を形成するためにディスプレイ装置５００を離れることができない光は、リサイクルし、シャッターアセンブリ５０２のアレイ中の他の開いた開口の透過のために利用可能にすることができる。そのような光リサイクルは、ディスプレイの照明効率を上げることがわかっている。
【００７３】
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面の方に光を向け直す１組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム５１７を含む。光リダイレクタ５１７は、代替可能に断面が三角形、台形になる、または湾曲することができる形状を持つ光ガイド５１６のプラスチック本体内に成形することができる。プリズム５１７の密度は概して、ランプ５１８からの距離とともに増大する。
【００７４】
いくつかの実装形態では、開口層５０６は、光吸収材料で作ることができ、代替実装形態では、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コーティングすることができる。いくつかの他の実装形態では、開口層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、開口層５０６は、（後で説明する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５０５と同じ基板上に配設される必要はない。
【００７５】
いくつかの実装形態では、光源５１８は、異なる色、たとえば、赤色、緑色、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に平均するのに十分なレートで、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。様々な色固有画像が、シャッターアセンブリ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、赤色、緑色、青色および白色ランプ、または赤色、緑色、青色および黄色ランプを有し得る。いくつかの他の実装形態では、光源５１８は、シアン色、マゼンタ色、黄色および白色ランプ、または赤色、緑色、青色および白色ランプを含み得る。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、赤色、緑色、青色、シアン色および黄色ランプを含み得る。いくつかの他の実装形態では、光源５１８は、白色、オレンジ色、青色、紫色および緑色ランプ、または白色、青色、黄色、赤色およびシアン色ランプを含み得る。６つの色を使用する場合、光源５１８は、赤色、緑色、青色、シアン色、マゼンタ色および黄色ランプ、または白色、シアン色、マゼンタ色、黄色、オレンジ色および緑色ランプを含み得る。
【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の後ろ側は、コントラストを増すために、ブラックマトリクス５２４でカバーされ得る。代替実装形態では、カバープレートは、カラーフィルタ、たとえば、シャッターアセンブリ５０２のうちの異なるものに対応する、固有の赤色、緑色、および青色フィルタを含む。カバープレート５２２は、シャッターアセンブリ５０２から所定の距離だけ離れて支えられ、ギャップ５２６を形成する。ギャップ５２６は、機械的サポートもしくはスペーサ５２７によって、および／またはカバープレート５２２を基板５０４に付着させる粘着シール５２８によって維持される。
【００７７】
粘着シール５２８は、流体５３０を封じ込める。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を上回る絶縁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、高い表面ぬれ性を持つ疎水性液体である。代替実装形態では、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。
【００７８】
機械的光変調器を組み込んだディスプレイは、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、要素が移動するたびに、静止摩擦が要素のうちの１つまたは複数を無効にする可能性がある。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ギャップ内に（接着剤でなど）流体を密閉することによって、促進される。流体５３０は通常、摩擦係数が低く、粘度が低く、長期的に劣化の影響が最小である。ＭＥＭＳ方式ディスプレイアセンブリが流体５３０用に液体を含むとき、液体は少なくとも部分的に、ＭＥＭＳ方式光変調器の可動部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を持つ液体は、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、限定はしないが、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油を含む。有用な流体は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、たとえば、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、またはアルキルメチルシロキサン、たとえば、ヘキシルペンタメチルジシロキサンであり得る。有用な流体はアルカン、たとえば、オクタンまたはデカンであり得る。有用な流体はニトロアルカン、たとえば、ニトロメタンであり得る。有用な流体は芳香族化合物、たとえば、トルエンまたはジエチルベンゼンであり得る。有用な流体はケトン、たとえば、ブタノンまたはメチルイソブチルケトンであり得る。有用な流体はクロロカーボン、たとえば、クロロベンゼンであり得る。有用な流体はクロロフルオロカーボン、たとえば、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であり得る。これらのディスプレイアセンブリについて考えられる他の流体には、酢酸ブチルおよびジメチルホルムアミドが含まれる。これらのディスプレイについてのさらに他の有用な流体には、ハイドロフルオロエーテル、ペル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、およびブタノールが含まれる。例示的な適切なハイドロフルオロエーテルには、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が含まれる。
【００７９】
板金または成形プラスチックアセンブリブラケット５３２は、カバープレート５２２と、基板５０４と、バックライトと、他の構成要素部とを合わせて、辺の周りに保持する。アセンブリブラケット５３２は、複合ディスプレイ装置５００に剛性を加えるために、ねじまたはインデントタブで固定される。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。シャッターアセンブリ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相互接続は、図５に示していない。
【００８０】
いくつかの他の実装形態では、ローラーシェード式光変調器、図２Ｂに示す光タップ２５０、または他のＭＥＭＳ方式光変調器が、ディスプレイ装置５００内のシャッターアセンブリ５０２の代わりに用いられ得る。
【００８１】
ディスプレイ装置５００は、ＭＥＭＳアップ構成と呼ばれ、ＭＥＭＳ方式光変調器が、基板５０４の前面、すなわち見ている人の方を向く表面上に形成される。シャッターアセンブリ５０２は、反射開口層５０６のすぐ上に構築される。ＭＥＭＳダウン構成と呼ばれる代替実装形態では、シャッターアセンブリは、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方式光変調器を収容する基板は、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に背を向けて、光ガイド５１６の方を向く表面にＭＥＭＳ方式光変調器が配置されるように配向される。ＭＥＭＳ方式光変調器は、そうすることによって、反射開口層５０６からのギャップに直接対向して、かつギャップにわたって配置される。ギャップは、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、一連のスペーサポスト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ギャップまたは距離は、好ましくは１０ミクロン未満、または重複４１６など、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。
【００８２】
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。ディスプレイアセンブリ６００は、変調器基板６０２と開口プレート６０４とを含む。ディスプレイアセンブリ６００はまた、シャッターアセンブリ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との間の所定のギャップまたは分離は、スペーサ６１２および６１４の対向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。アセンブリ中に、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、整合される。
【００８３】
この例示的な例の分離または距離は、８ミクロンである。この分離を確立するために、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もよく、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分離Ｈ１２を確立する限り、スペーサ高さの任意の組合せが用いられ得る。
【００８４】
スペーサを基板６０２と６０４の両方の上に設け、次いでアセンブリ中にそれらが整合または嵌合されることは、材料およびプロセス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など、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。ディスプレイアセンブリ６００の場合のような嵌合するスペーサの使用は、基板の各々上のより薄いポリマーのコーティングの使用を可能にする。
【００８５】
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、シャッターアセンブリ６０６を形成するために使用された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、シャッターアセンブリ６０６のために用いられたアンカもまた、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。
【００８６】
図７は、ＥＭＳディスプレイ要素７０２ａ〜７０２ｄ（一般に「ディスプレイ要素７０２」）の例示的なアレイ７００の平面図を示す。各ディスプレイ要素７０２は、シャッター７０４を含む。２つのコンプライアントロードビーム７０６は、シャッター７０４をそれぞれのシャッターアンカ７０８に結合する。シャッターアンカ７０８は、ロードビーム７０６およびシャッター７０４を、遮光層７０７の上で支持する。駆動ビーム７１０は、それぞれのロードビーム７０６に隣接して配置される。駆動ビーム７１０は、対応する駆動アンカ７１２によって、遮光層７０７の上で支持される。
【００８７】
各ロードビーム７０６−駆動ビーム７１０の対は、静電アクチュエータとして働く。したがって、各ディスプレイ要素７０２は、２つのアクチュエータ、すなわち、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。アクチュエータは、光を変調するために、それらのそれぞれのシャッター７０４を、遮光層７０７を通して画定された対応する開口７１４と位置合わせされるように、および位置合わせされないように移動させるように構成される。たとえば、ディスプレイ要素７０２ａおよび７０２ｃ中のシャッター７０４は、閉位置にあり、一方、それらの対応する開口７１４を遮断する。ディスプレイ要素７０２ｂおよび７０２ｄ中のシャッター７０４は開位置にあり、光がそれらの対応する開口７１４を通過することを可能にする。
【００８８】
アクチュエータは、図３Ａに示す制御マトリクス３００と同様であり得る、制御マトリクスによって制御される。アレイ７００中に含まれる制御マトリクスは、少数の点で、制御マトリクス３００とは異なる。まず、制御マトリクス３００は、図２Ａに示すシャッターアセンブリ２００を制御するように構成された。シャッターアセンブリ２００は、単一のアクチュエータのみを含んだのに対して、図７に示すディスプレイ要素７０２は、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の両方を含む。結果として、アレイ７００中に含まれる制御マトリクスは、ただ１つではなく、ディスプレイ要素７０２につき２つのアクチュエータを制御するための回路を含む。加えて、アレイ７００中の制御マトリクスは、図３Ａに示すキャパシタ３１２と同様のキャパシタを省略する。代わりに、図７におけるディスプレイ要素７０２は、それらの対応するアクチュエータの固有の静電容量に依拠する。
【００８９】
したがって、アレイ７００中に含まれる制御マトリクスは、ディスプレイ要素７０２の各行に対する書込み許可相互接続７２０と、ディスプレイ要素７０２の各列に対する、シャッター開データ相互接続７２２およびシャッター閉データ相互接続７２４と、ディスプレイ要素７０２の複数の行および複数の列中でディスプレイ要素に共有される接地電圧を与える、共通相互接続７２６とを含む。書込み許可相互接続７２０、シャッター開相互接続７２２、およびシャッター閉相互接続７２４は、シャッター７０４から電気的に絶縁される。制御マトリクスはまた、各ディスプレイ要素７０２中に２つのトランジスタ７２６を、各アクチュエータに対して１つずつ含む。動作時、書込み許可相互接続７２０は、ほぼ接地であることと、約３Ｖから約７Ｖの書込み許可電圧との間で切り替えられ得る。シャッター開相互接続７２２およびシャッター閉相互接続７２４は、接地と、ディスプレイ要素７０２の特定の構成に応じて、約１５Ｖから約４０Ｖまでに及ぶ、作動電圧Ｖａとの間で切り替えられ得る。
【００９０】
ディスプレイ要素７０２を制御するために使用される制御マトリクスは、図３Ａに示す制御マトリクス３００と同様に動作するように実装され得る。より詳細には、シャッターアセンブリの各行は、一度に１行、アドレス指定および作動させられる。ディスプレイ要素７０２をアドレス指定および作動させるために、Ｖｗｅが、ディスプレイ要素７０２が位置するアレイ７００の行に対応する書込み許可相互接続７２０に印加される。書込み許可相互接続７２０は、その行中でディスプレイ要素７０２のトランジスタ７２６のゲートに結合する。Ｖｗｅをトランジスタ７２６のゲートに印加することで、それらのディスプレイ要素７０２中のアクチュエータが、シャッター開相互接続７２２およびシャッター閉相互接続７２４によって与えられた作動電圧に応答することが可能になる。次いで、Ｖａが、アレイ７００に通信された画像データに従って、ディスプレイ要素７０２が位置するアレイ７００中の列のシャッター開相互接続７２２またはシャッター閉相互接続７２４のいずれかに印加される。Ｖａの印加は、それぞれのディスプレイ要素７０２が、画像データによって示された状態に移動することを引き起こす。
【００９１】
図７に示すように、書込み許可相互接続７２０および共通相互接続７２５は、各ディスプレイ要素７０２のロードビーム７０６、駆動ビーム７１０、およびシャッター７０４の真下を通る。加えて、シャッター開相互接続７２２およびシャッター閉相互接続７２４は、それらが開状態と閉状態の両方で結合するディスプレイ要素の駆動ビーム７１０のすぐ下を通る。図７に示すように、ディスプレイ要素７０２が開状態にあるとき、シャッター開相互接続７２２はまた、ディスプレイ要素７０２のロードビーム７０６のうちの一方の下を通る。加えて、ディスプレイ要素７０２が閉状態にあるとき、シャッター閉相互接続７２４は、ディスプレイ要素７０２の他方のロードビーム７０６の下を通る。いくつかの他の実装形態では、シャッター閉相互接続７２２は、常に、それらの対応するロードビーム７０６の下を通り得る。さらにいくつかの他の実装形態では、シャッター閉相互接続は、開状態または閉状態のいずれかで、それらの対応するロードビーム７０６の下を通らなくてもよい。
【００９２】
いくつかの他の実装形態では、他の制御マトリクスアーキテクチャおよび設計が使用され得る。たとえば、書込み許可相互接続７２０のみ、または、シャッター開相互接続７２２もしくはシャッター閉相互接続７２４のみが、ディスプレイ要素７０２の懸架構成要素のすぐ下にルーティングされる。他の制御マトリクスは、ディスプレイ要素につきただ１つのトランジスタ、または、ディスプレイ要素につき３つ以上のトランジスタの、いずれかを含み得る。
【００９３】
いくつかの他の実装形態では、制御マトリクスは、別個のデータ相互接続および作動相互接続を含むのに対して、図７に示すシャッター開相互接続７２２およびシャッター閉相互接続７２４は、両方の役割を有効に果たす。別個のデータ相互接続および作動相互接続を組み込んだ、いくつかの実装形態では、データ相互接続と作動相互接続の両方が、ディスプレイ要素７０２の１つまたは複数の懸架構成要素のすぐ下にルーティングされる。いくつかの他の実装形態では、データ相互接続のみ、または、作動相互接続のみが、ディスプレイ要素７０２の１つまたは複数の懸架構成要素の下にルーティングされる。
【００９４】
さらに他の実装形態では、アレイ７００中の制御マトリクスは、ディスプレイ要素の複数の行および複数の列中のディスプレイ要素を結合する、大域作動相互接続など、１つまたは複数のスイッチ大域相互接続を含む。そのような実装形態では、大域相互接続のうちの１つまたは複数が、ディスプレイ要素７０２の１つまたは複数の懸架構成要素の下にルーティングされ得る。
【００９５】
この制御マトリクス構成は、より大きいディスプレイ要素パッキング密度、または、開口比の増大を可能にし、その理由は、電気相互接続のためにディスプレイ要素間に必要とされる空間がより少ないからである。しかしながら、相互接続７２０、７２２および７２４が、ディスプレイ要素７０２の機械的構成要素（すなわち、ロードビーム７０６、駆動ビーム７１０、およびシャッター７０４）のすぐ下を通るようにすることで、相互接続と機械的構成要素との間の静電引力、および、相互接続静電容量の増大のために、性能劣化またはデバイス故障のリスクが増す。このリスクを緩和しながら、ディスプレイ装置７０２のアレイ７００を含む、ディスプレイ要素の様々な構成を、図８〜図１１に関して以下で開示する。
【００９６】
図８〜図１１は、図７に示すディスプレイ要素７０２のアレイ７００を組み込んだ例示的なディスプレイ装置８００、９００、１０００および１１００の断面図を示す。図８〜図１０は、アレイ７００の制御マトリクスの最上層と、ディスプレイ要素７０２のロードビーム７０６、駆動ビーム７１０、およびシャッター７０４との間に、比較的厚い電気絶縁層を導入することによって、望ましくない静電引力および静電容量の増大によってもたらされるリスクを緩和する、ディスプレイ装置の断面を示す。図１１は、絶縁材の厚い層を含めることなしに、制御マトリクスの最上層と、ディスプレイ要素７０２のロードビーム７０６、駆動ビーム７１０、およびシャッター７０４との間の距離を増すことによって、リスクを緩和する。
【００９７】
図８は、図７に示すディスプレイ要素７０２のアレイ７００を組み込んだ例示的なディスプレイ装置８００の断面図を示す。図８に示す断面図は、図７の線Ａ−Ａ’に沿って取られる。ディスプレイ装置８００は、図５に示すディスプレイ装置５００と同様のＭＥＭＳアップ構成において構築される。すなわち、アレイ７００は、ディスプレイ装置８００の後ろに向かって配置された透明基板８０２上に作製され、ディスプレイ装置８００の前面を形成するカバーシート８０４に結合された遮光層８０３に向かって上を向く。基板８０２は、バックライト８０６の前に配置される。バックライト８０６によって放出された光は、遮光層７０７中に形成された開口７１４を通過して、シャッター７０４によって変調される。バックライト８０６を、図８では、基板８０２から離間されるように示すが、いくつかの他の実装形態では、それらの２つの構成要素は、密接に接触しているか、または極めて薄いエアギャップのみによって分離される。
【００９８】
ディスプレイ装置８００では、遮光層７０７は、２つの層、反射層８０８と光吸収層８１０とを含む。反射層は、バックライト８０６を脱出するが、開口７１４を通過することができない光を、リサイクルされるように、バックライト８０６に向けて戻るように反射する。光吸収層８１０は、シャッター７０４の後ろ向きの表面から反射する光、ならびに、ディスプレイ装置８００の前面に入っていることがある、迷い出た周辺光を吸収する。
【００９９】
ディスプレイ装置８００は、機械的構成要素と、制御マトリクス８１５とを含む。機械的構成要素は、図７に示すシャッター７０４と、ロードビーム７０６と、ロードアンカ７０８と、駆動ビーム７１０と、駆動アンカ７１２とを含む。
【０１００】
制御マトリクス８１５において、第１の誘電体層８１２は、光吸収層８１０を書込み許可相互接続７２０から分離する。第２の誘電体層８１４は、書込み許可相互接続７２０を、シャッター開相互接続７２２およびシャッター閉相互接続７２４から分離する。第１の誘電体層８１２および第２の誘電体層８１４は、ＣＶＤプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、または他の気相堆積プロセスを使用して、約０．１ミクロンと約１ミクロンとの間の厚さまで、実質的に共形である層に堆積される。それらは、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、または有機薄膜層などの薄膜作製、および、たとえば、アクリルから作られる平坦化層において一般的に使用される、任意の標準の金属間誘電体（ＩＭＤ）材料を使用して形成され得る。いくつかの実装形態では、ＩＭＤは、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、または、上記で説明したアクリル有機材料のうちの１つなど、透明になるように選択され、ディスプレイ装置８００の開口７１４を通る光路へのその干渉が最小限にされるようになる。いくつかの実装形態では、ＩＭＤは、基板８０２、および／または、ディスプレイ装置８００を充填する流体に整合する屈折率を有して、それぞれ、ＩＭＤと流体との間、または、ＩＭＤと基板８０２との間の界面において生じ得る、いかなる反射をも低減するように選択される。ＩＭＤが光を吸収し、および／または、基板もしくは流体とは実質的に異なる屈折率を有する実装形態では、ＩＭＤが開口７１４を横切る相互接続を絶縁するように働く場所を除いて、ＩＭＤは、開口７１４の上から除去される。
【０１０１】
スイッチ相互接続（すなわち、書込み許可相互接続７２０、シャッター開相互接続７２２、およびシャッター閉相互接続７２４）と、ディスプレイ要素７０２の懸架構成要素（すなわち、シャッター７０４、ロードビーム７０６、および駆動ビーム７０８）との間の電界８１６の強度を低減するために、ディスプレイ装置８００は、電気絶縁材料８１８の比較的厚い層を含む。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料８１８は、スピンオンプロセスを使用して堆積され、電気絶縁材料８１８がまた平坦化層としても働いて、ディスプレイ装置８００の構造構成要素がその上に作製される平坦な表面を提供するようにする。次いで、薄いパッシベーション層８２０が、アレイ７００のすべての露出した表面上に堆積される。
【０１０２】
いくつかの実装形態では、電気絶縁材料の層８１８は、誘電体である。ＩＭＤ材料と同様に、いくつかの実装形態では、電気絶縁材料８１８は、透明であるように、ならびに、基板８０２および／または流体の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するように選ばれる。いくつかの他の実装形態では、電気絶縁材料８１８は、光を吸収し、および／または、基板もしくは流体とは実質的に異なる屈折率を有する。そのような実装形態では、電気絶縁材料８１８が、開口７１４を横切る相互接続を絶縁するように働く場所を除いて、電気絶縁材料８１８は、エッチングステップを通して、開口７１４の上から除去される。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料８１８は、第１の誘電体層８１２および第２の誘電体層８１４を形成するために使用されたものと同じ誘電材料である。電気絶縁材料８１８の層は、その材料特性によって、および、スイッチ相互接続と懸架構成要素との間に追加の距離を与えることによって、電界８１６の強度を低下させる。電気絶縁材料８１８の誘電率、電気絶縁材料８１８とディスプレイ要素７０２の懸架構成要素との間の、任意の他の介在する媒体の誘電率、および、スイッチ相互接続と懸架構成要素との間のギャップに応じて、電気絶縁材料８１８はまた、相互接続の静電容量を低減し得る。したがって、いくつかの実装形態では、電気絶縁材料は、ディスプレイ要素７０２の周囲の流体の誘電率未満である誘電率を有するように、選択される。
【０１０３】
いくつかの実装形態では、電気絶縁材料８１８の層は、約１ミクロンより大きいものから最大約５ミクロンまでに及ぶ厚さを有する。いくつかの他の実装形態では、電気絶縁材料８１８の層は、約１．５ミクロンと約４ミクロンとの間の厚さである。いくつかの他の実装形態では、電気絶縁材料８１８の層は、約２ミクロンと約４ミクロンとの間の厚さである。いくつかの他の実装形態では、電気絶縁材料８１８の層は、約３ミクロンの厚さである。いくつかの実装形態では、ディスプレイ要素７０２の懸架構成要素は、電気絶縁材料８１８の層の上で、少なくとも２ミクロンおよび７ミクロン未満で懸架される。いくつかの他の実装形態では、懸架構成要素は、電気絶縁材料８１８の層の上で、４ミクロンと約５ミクロンとの間で懸架される。いくつかの実装形態では、最も上のスイッチ相互接続と最も近い懸架構成要素との間の、基板８０２に垂直な方向の総距離は、約３ミクロンよりも大きく、約１２ミクロン未満である。いくつかの他の実装形態では、総距離は、約５ミクロンと約９ミクロンとの間である。
【０１０４】
図９は、図７に示すディスプレイ要素７０２のアレイ７００を含む、別の例示的なディスプレイ装置９００の断面図を示す。この断面図は、図７の線Ｂ−Ｂ’に沿って取られる。ディスプレイ装置９００は、図８のディスプレイ装置８００と同様である。ただし、ディスプレイ装置８００とは対照的に、ディスプレイ装置９００は、高い位置に集積された開口層９０１を含む。高い位置に集積された開口層９０１は、シャッター７０４の下側から跳ね返る迷光が、ディスプレイ装置９００の前面に達すること、およびディスプレイ装置９００を脱出することを、防止する助けとなり、したがって、ディスプレイ装置９００のコントラスト比を向上させる。
【０１０５】
高い位置に集積された開口層９０１は、その上でアレイ７００が作製される、背面基板９０２の上で、開口層アンカ９０４の対によって支持される。いくつかの実装形態では、高い位置に集積された開口層９０１は、高い位置に集積された開口層９０１に最も近いシャッター７０４の表面の上で、約１ミクロンと約５ミクロンとの間で支持される。いくつかの他の実装形態では、高い位置に集積された開口層９０１は、シャッター７０４の表面の上で、約２ミクロンと約４ミクロンとの間で支持される。いくつかの他の実装形態では、高い位置に集積された開口層９０１は、シャッター７０４の表面の上で約３ミクロンで支持される。
【０１０６】
図８に示すディスプレイ装置８００のように、図９に示すディスプレイ装置９００は、光反射層８０８と光吸収層８１０とを含む、２層光吸収層７０７を含む。ディスプレイ装置９００はまた、制御マトリクス９１５を含む。制御マトリクス９１５は、１つまたは複数のＩＭＤ材料から形成された、第１の誘電材料の層８１２および第２の誘電材料の層８１４、ならびに、電気絶縁材料８１８の厚い層を含む。第２の誘電材料の層８１４は、図９では見えず、その理由は、作製中に、図示された断面中に存在しない書込み許可相互接続７２０を絶縁するために使用される場所を除いて、第２の誘電材料の層８１４がエッチング除去されるからである。図９で使用されるＩＭＤ、ならびに電気絶縁材料８１８は、光を吸収する。したがって、それらは、開口７２０の上でエッチング除去されている。いくつかの他の実装形態では、ＩＭＤおよび電気絶縁材料８１８は、透明である。そのような実装形態では、それらは、開口７２０の上で残されてもよい。第１の誘電体層８１２および第２の誘電体層８１４、ならびに電気絶縁材料８１８の層の厚さは、ディスプレイ装置８００に関して上記で述べたものと同じであり得る。
【０１０７】
図１０は、図７に示すディスプレイ要素７０２のアレイ７００を組み込んだ、さらに別の例示的なディスプレイ装置１０００の断面を示す。この断面図もまた、図７の線Ｂ−Ｂ’に沿って取られる。ディスプレイ装置９００とは対照的に、ディスプレイ装置１０００は、高い位置に集積された開口層を欠いている。したがって、図１０は、図９に示す高い位置に集積された開口層９０１、ならびに開口層アンカ９０４の両方を省略する。
【０１０８】
加えて、図８および図９に示すディスプレイ装置８００および９００とは異なり、図１０に示すディスプレイ装置１０００は、ＭＥＭＳダウン構成で構築される。すなわち、アレイ７００は、バックライト１００４に向かって後ろを向いて、ディスプレイ装置１０００の前面基板１００２上に作製される。結果として、遮光層７０７は、光吸収層９０８のみを含む。ディスプレイ装置１０００はまた、アレイ７００とバックライト１００４との間に配置された別個の開口プレート基板１０１０を含む。第２の遮光層１０１２は、開口プレート基板１０１０上に形成される。この第２の遮光層１０１２は、光反射層１０１４と光吸収層１０１６とを含む。
【０１０９】
ディスプレイ装置８００および９００のように、ディスプレイ装置１０００は、アレイ７００に組み込まれた制御マトリクスの上に堆積された、電気絶縁材料８１８の比較的厚い層を含む。
【０１１０】
図１１は、図７に示すディスプレイ要素７０２のアレイ７００を組み込んだ、さらに別のディスプレイ装置１１００の断面図を示す。図１１に示す断面図は、図７に示す線Ｃ−Ｃ’に沿って取られる。図８および図９に示すディスプレイ装置８００および９００のように、ディスプレイ装置１１００は、ＭＥＭＳアップ構成において作製される。したがって、アレイ７００は、バックライト１１０４に近接した、背面基板１１０２上に形成され、ディスプレイ装置１１００の前面におけるカバーシート１１０６に向かって上を向く。
【０１１１】
図８、図９および図１０にそれぞれ示す、ディスプレイ装置８００、９００および１０００とは対照的に、ディスプレイ装置１１００は、電気絶縁材料８１８のより厚い層を省略する。代わりに、ディスプレイ装置１１００は、アレイ７００に組み込まれた制御マトリクス１１０１の最も上の相互接続と、そのディスプレイ要素７０２の懸架構成要素との間の、距離の増大のみに依拠して、望ましくない電界によってもたらされるリスク、および、静電容量の増大に起因する性能劣化の結果を低減する。したがって、ディスプレイ装置１１００は、ディスプレイ装置８００、９００、および１００中に含まれたものよりも高さがあるロードアンカ７０８および駆動アンカ７１２を含む。より高さがあるアンカ７０８および７１２では、アレイ７００における制御マトリクス中の最も上の相互接続と最も近い懸架構成要素との間の、基板１１０２の平面に垂直な距離は、ディスプレイ装置８００、９００、および１０００におけるように、約３ミクロンよりも大きく、約１２ミクロン未満である。いくつかの他の実装形態では、総距離は、約５ミクロンと約９ミクロンとの間である。いくつかの他の実装形態では、総距離は、約７ミクロンである。
【０１１２】
ディスプレイ装置８００および９００に組み込まれた制御マトリクス８１５および９１５のように、制御マトリクス１１０１は、それぞれ、遮光層７０７および書込み許可相互接続７２０（図示せず）の上に堆積された、第１の誘電体層８１２および第２の誘電体層８１４を含む。制御マトリクス１１０１は、電気絶縁材料８１８のより厚い層を省略するので、制御マトリクス１１０１は、シャッター開相互接続７２２およびシャッター閉相互接続７２４の上に堆積された、約０．１ミクロンと約１ミクロンとの間など、標準のＩＭＤ層の厚さを有する、第３の誘電材料の層１１１０を含む。誘電体層８１２、８１４および１１１０は、透明なＩＭＤ材料を使用して形成される。したがって、第１の誘電体層８１２、第２の誘電体層８１４、および第３の誘電体層８１６を形成するＩＭＤ材料は、遮光層７０７において画定された開口７１４の上で維持され、余分のパターニングステップが回避され、ディスプレイ装置１１００の製造のコストが低減される。加えて、少なくとも第１の誘電体層８１２は、よりコストがかかるＣＶＤプロセスまたはＰＥＣＶＤプロセスではなく、スピンオンプロセスを使用して堆積される。いくつかの他の実装形態では、誘電材料の層は、共形堆積プロセスを使用して、および／または、光吸収ＩＭＤ材料を使用して、形成される。
【０１１３】
図１２および図１３は、複数のディスプレイ要素を含むディスプレイデバイス４０を示す例示的な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、セルラー電話または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス４０の同じ構成要素またはその若干異なる形態はまた、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など、様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。
【０１１４】
ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１、ディスプレイ３０、アンテナ４３、スピーカ４５、入力デバイス４８およびマイクロフォン４６を含む。ハウジング４１は、射出成形および真空成形など、様々な製造プロセスのうちのいずれかから形成され得る。さらに、ハウジング４１は、限定はしないが、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、様々な材料のうちのいずれかから形成され得る。ハウジング４１は、異なる色の、または異なるロゴ、ピクチャ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。
【０１１５】
ディスプレイ３０は、本明細書で説明したように、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様々なデバイスのうち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、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）ディスプレイ、ＬＣＤもしくは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ、またはブラウン管（ＣＲＴ）もしくは他のチューブデバイスなどの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、本明細書で説明するように、機械的光変調器方式ディスプレイを含み得る。
【０１１６】
ディスプレイデバイス４０の構成要素は、図１２に概略的に示されている。ディスプレイデバイス４０は、ハウジング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構成要素を含むことができる。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を含んでおり、ネットワークインターフェース２７はアンテナ４３を含んでおり、アンテナ４３はトランシーバ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に表示されることのあ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の働きをすることができる。トランシーバ４７はプロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は調整ハードウェア５２に接続される。調整ハードウェア５２は、（信号をフィルタリングするか、または別の方法で操作するなど）信号を調整するように構成され得る。調整ハードウェア５２は、スピーカ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１２に明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構成要素に電力を提供することができる。
【０１１７】
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がネットワークを介して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およびトランシーバ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規格、たとえばＩＥＥＥ  １６．１１（ａ）、（ｂ）、もしくは（ｇ）、またはＩＥＥＥ  ８０２．１１規格、たとえばＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎ、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。セルラー電話の場合、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／汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ：Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｒａｄｉｏ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）、拡張データＧＳＭ環境（ＥＤＧＥ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄａｔａ  ＧＳＭ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、地上基盤無線（ＴＥＴＲＡ：Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  Ｔｒｕｎｋｅｄ  Ｒａｄｉｏ）、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（ＥＶ−ＤＯ）、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＯ  Ｒｅｖ  Ａ、ＥＶ−ＤＯ  Ｒｅｖ  Ｂ、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）、高速アップリンクパケットアクセス（ＨＳＵＰＡ）、発展型高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ＋：Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｐａｃｋｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ）、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など、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。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信された信号を、プロセッサ２１によって受信でき、さらにプロセッサ２１によって操作できるように前処理することができる。トランシーバ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から送信できるように処理することができる。
【０１１８】
いくつかの実装形態では、トランシーバ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などのデータを、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に素早く変換でき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、画像内の各ロケーションにおける画像特性を識別する情報を指す。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。
【０１１９】
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。調整ハードウェア５２は、スピーカ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。調整ハードウェア５２は、ディスプレイデバイス４０内の個別構成要素であってよく、またはプロセッサ２１もしくは他の構成要素に組み込まれてもよい。
【０１２０】
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への高速送信に向けて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で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。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２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、独立型集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１に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、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、またはアレイドライバ２２とハードウェアで完全に統合されることがある。
【０１２１】
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、ディスプレイ要素のディスプレイのｘ−ｙマトリクスから来る数百、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１秒当たり多数回適用される波形の並列セット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、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。
【０１２２】
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、本明細書で説明するタイプのディスプレイ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（機械的光変調器ディスプレイ要素コントローラなど）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（機械的光変調器ディスプレイ要素コントローラなど）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（機械的光変調器ディスプレイ要素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、ウォッチまたは小面積ディスプレイにおいて有用であり得る。
【０１２３】
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などのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチセンシティブスクリーン、ディスプレイアレイ３０と統合されたタッチセンシティブスクリーン、または感圧性もしくは感熱性の膜を含むことができる。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を介したボイスコマンドが、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。
【０１２４】
電源５０は、様々なエネルギー蓄積デバイスを含むことができる。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、壁コンセントから電力を受け取るように構成され得る。
【０１２５】
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に制御プログラマビリティが存在する。いくつかの他の実装形態では、アレイドライバ２２に制御プログラマビリティが存在する。上述の最適化は、任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素において、および様々な構成で実施され得る。
【０１２６】
本明細書で使用するように、項目の一覧「のうちの少なくとも１つ」を指す語句は、単一の構成を含む、それらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「ａ、ｂ、またはｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｃ、およびａ−ｂ−ｃを包含するように意図される。
【０１２７】
本明細書で開示した実装形態に関連して説明し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し、上述の様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびプロセスにおいて示してきた。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、特定の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。
【０１２８】
本明細書で開示した態様に関連して説明し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、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明し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、実装または実行することができる。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。
【０１２９】
１つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示し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。本明細書で説明した対象の実装形態はまた、１つまたは複数のコンピュータプログラム、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。
【０１３０】
本開示で説明した実装形態の様々な修正形態が当業者にはすぐに理解でき、本明細書に定める一般的原理は、本開示の趣旨または範囲から離れることなく他の実装形態に適用できる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示す実装形態に限定されることを意図しておらず、本開示、この原理および本明細書で開示する新規の特徴と合致する最大の範囲を認めるものである。
【０１３１】
さらに、当業者は、「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方位に対応する相対位置を示しており、実装される任意のデバイスの適切な方位を反映していない場合があることを容易に諒解する。
【０１３２】
個別の実装形態との関連で本明細書で説明しているいくつかの特徴は、単一の実装形態において組合せで実装されてもよい。反対に、単一の実装形態との関連で説明している様々な特徴は、複数の実装形態で個別に、または任意の適切な副組合せで実装されてもよい。さらに、特徴は一定の組合せで機能するものとして上述され、当初はそういうものとして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、当該組合せにより実施可能であり、特許請求される組合せは、副組合せまたは副組合せの変形を対象にし得る。
【０１３３】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これについては、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すべきではない。さらに、図面は、１つまたは複数の例示的なプロセスをフロー図の形式で概略的に示し得る。しかしながら、図示されていない他の動作を、概略的に示す例示的なプロセスに組み込むことができる。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は有利であり得る。また、上述の実装形態における様々なシステム構成要素の分離については、すべての実装形態でかかる分離を要求するものとして理解すべきではなく、説明されるプログラム構成要素およびシステムは一般に単一のソフトウェア製品への統合、または複数のソフトウェア製品へのパッケージ化が可能であると理解されたい。さらに、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、請求項に記載のアクションは、異なる順序で実行されながらもなお、望ましい結果を達成することが可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
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  ディスプレイアレイ、ディスプレイ
４０  ディスプレイデバイス
４１  ハウジング
４３  アンテナ
４５  スピーカ
４６  マイクロフォン
４７  トランシーバ
４８  入力デバイス
５０  電源
５２  調整ハードウェア
１００  ディスプレイ装置
１０２  光変調器
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ  光変調器
１０４  画像
１０５、１４０、１４２、１４４、１４６  ランプ
１０６  画素
１０８、２０２、４０６、５０３、６１６  シャッター
１０９、３２４、６１０  開口
１１０  書込み許可相互接続
１１２  データ相互接続
１１４  共通相互接続
１２０  ホストデバイス
１２２  ホストプロセッサ
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  ディスプレイコントローラ
１３８  共通ドライバ
１４８  ランプドライバ
１５０  ディスプレイ要素アレイ
２００  光変調器
２０３  表面
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
２２０  ローラー式光変調器
２５０  非シャッター式ＭＥＭＳ光変調器
２５２  光
２５４  光ガイド
２５６  タップ要素
２５８  ビーム
２６０、２６２  電極
２７０  エレクトロウェッティング式光変調アレイ
３００  制御マトリクス
３０１  画素
３０２  シャッターアセンブリ
３０３  アクチュエータ
３０４  基板
３０６  スキャンライン相互接続
３０７  書込み許可電圧源
３０８  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  シャッター式光変調器アレイ
３２２、４０７  開口層
４００  シャッターアセンブリ
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
４０８、５０５  アンカ
４０９  開口
４１２  開口
５００  ディスプレイ装置
５０２  シャッターアセンブリ
５０４  基板
５０６  開口層
５０８  開口
５１２  ディフューザ
５１４  輝度強化膜
５１６  光ガイド
５１７  光リダイレクタ
５１８  光源
５１９、５３６  反射体
５２０  反射膜
５２１  光線、光路
５２２  カバープレート
５２４  ブラックマトリクス
５２６  ギャップ
５２７  スペーサ
５２８  エッジシール
５３０  流体
５３２  アセンブリブラケット
６００  ディスプレイアセンブリ
６０２  変調器基板
６０４  開口プレート
６０６  シャッターアセンブリ
６０８  反射開口層
６１２、６１４  スペーサ
７００  アレイ
７０２  ディスプレイ要素
７０２ａ〜７０２ｄ  ＥＭＳディスプレイ要素
７０４  シャッター
７０６  ロードビーム
７０７  遮光層
７０８  アンカ
７１０  駆動ビーム
７１２  駆動アンカ
７１４  開口
７２０  書込み許可相互接続
７２２  相互接続
７２４  相互接続
７２６  共通相互接続
８００、９００、１０００、１１００  ディスプレイ装置
８０２  透明基板
８０３  遮光層
８０４、１１０６  カバーシート
８０６、１００４、１１０４  バックライト
８０８  光反射層
８１０、９０８、１０１６  光吸収層
８１２  第１の誘電材料の層
８１４  第２の誘電材料の層
８１５、９１５、１１０１  制御マトリクス
８１６  電界
８１８  電気絶縁材料
８２０  パッシベーション層
９０１  高い位置に集積された開口層
９０２、１１０２  背面基板
９０４  開口層アンカ
１００２  前面基板
１０１０  開口プレート基板
１０１２  第２の遮光層
１０１４  光反射層
１１０２  背面基板
１１１０  第３の誘電材料の層
【図１Ａ】
2016504625.tif 000003
【図１Ｂ】
2016504625.tif 000004
【図２Ａ】
2016504625.tif 000005
【図２Ｂ】
2016504625.tif 000006
【図３Ａ】
2016504625.tif 000007
【図３Ｂ】
2016504625.tif 000008
【図４Ａ】
2016504625.tif 000009
【図４Ｂ】
2016504625.tif 000010
【図５】
2016504625.tif 000011
【図６】
2016504625.tif 000012
【図７】
2016504625.tif 000013
【図８】
2016504625.tif 000014
【図９】
2016504625.tif 000015
【図１０】
2016504625.tif 000016
【図１１】
2016504625.tif 000017
【図１２】
2016504625.tif 000018
【図１３】
2016504625.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月29日(2015.1.29)
【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】
第１の基板と第２の基板との間のディスプレイ要素のアレイであって、各ディスプレイ要素が、可動遮光構成要素と、前記可動遮光構成要素に結合された導電性ビームとを含む、懸架構成要素を有する、ディスプレイ要素のアレイと、
前記アレイ中の複数の前記ディスプレイ要素の部分に結合し、前記導電性ビームおよび前記可動遮光構成要素のうちの少なくとも１つの下を通り、前記可動遮光構成要素から電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む、複数の相互接続を含む制御マトリクスと、
前記制御マトリクスの最も上の相互接続と、前記ディスプレイ要素の前記懸架構成要素との間に配設された、約１ミクロンよりも大きく、約５ミクロン未満の厚さを有する、電気絶縁層と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間を充填する流体と
を含む装置。
【請求項２】
前記ディスプレイ要素の各々の前記導電性ビームが、アンカに結合され、前記電気絶縁層が、前記ディスプレイ要素の前記導電性ビームを支持する前記アンカの下に配設される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気絶縁層が、約１．５ミクロンよりも大きく、約４ミクロン未満の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電気絶縁層が、約２ミクロンよりも大きく、約４ミクロン未満の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記装置が、前記遮光構成要素とバックライトとの間に配置された遮光層をさらに含み、前記スイッチ相互接続が、前記遮光層の上に配設される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記遮光層が、複数の開口部を含み、各ディスプレイ要素の前記遮光構成要素が、前記遮光層中の対応する開口部と位置合わせされるように、および位置合わせされないように移動するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記電気絶縁層が、前記複数の開口部の上に延在する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記スイッチ相互接続が、データ相互接続、書込み許可相互接続、および作動電圧相互接続のうちの１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記スイッチ相互接続が、前記ディスプレイ要素のアレイの複数の行および複数の列中でディスプレイ要素に結合された相互接続を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記電気絶縁層が、光を吸収する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記電気絶縁層が、実質的に透明である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
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たプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ディスプレイが、
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たドライバ回路と、
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラと
をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ディスプレイが、
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た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、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記ディスプレイが、
入力データを受信し、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た入力デバイス
をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
第１の基板と第２の基板との間のディスプレイ要素のアレイであって、各ディスプレイ要素が光変調手段を含む、ディスプレイ要素のアレイと、
前記アレイ中の複数の前記ディスプレイ要素の部分に結合し、前記光変調手段の少なくとも一部分の下を通り、前記光変調手段から電気的に絶縁される、少なくとも１つのスイッチ相互接続を含む、複数の相互接続を含む制御マトリクスと、
前記光変調手段上で、前記スイッチ相互接続から発する電界の強度を低減するための手段と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間を充填する流体とを含み、前記電界の前記強度を低減するための前記手段が、前記制御マトリクスの最も上の相互接続と、ディスプレイデバイスの前記光変調手段との間に配設される、ディスプレイデバイス。
【請求項１７】
前記光変調手段が、コンプライアントビームによって前記第１の基板および前記第２の基板のうちの１つの上で懸架された遮光シャッターを含む、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１８】
前記電界の前記強度を低減するための前記手段が、前記スイッチ相互接続と前記光変調手段との間に配設された電気絶縁層を含む、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１９】
前記電気絶縁層が、約１ミクロンよりも大きく、約５ミクロン未満の厚さを有する、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２０】
前記制御マトリクス中の前記相互接続の静電容量を低減するための手段を含む、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２１】
前記相互接続の前記静電容量を低減するための前記手段が、前記電界の前記強度を低減するための前記手段を含む、請求項２０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２２】
前記制御マトリクスの前記最も上の相互接続が、前記ディスプレイ要素のうちの少なくとも２つに結合する、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記制御マトリクスの前記最も上の相互接続が、前記ディスプレイ要素のうちの少なくとも２つに結合する、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
【国際調査報告】
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