(57)【要約】  本開示は、高さ延長アクチュエータを組み込むMEMSディスプレイのためのシステム、方法および装置を提供する。基板と、基板に結合される反対面との間に光変調構成要素を位置決めすることができる。吊り下げ電極を、光変調構成要素に結合し、基板と反対面との間に吊り下げることができる。高さ延長電極を、吊り下げ電極に直に隣接して位置決めすることができ、高さ延長電極は、基板から、吊り下げ電極の高さを越える高さまで上方に延在することができる。吊り下げ電極および高さ延長電極は、光変調構成要素を基板に対して横方向に移動させるように構成することができる。
2016535306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
基板と、
前記基板と前記基板に結合される反対面との間に位置する電気機械システム(EMS)光変調構成要素と、
前記EMS光変調構成要素に結合され、前記基板と前記反対面との間に吊り下げられる吊り下げ電極と、
前記吊り下げ電極に直に隣接して位置し、前記基板から前記吊り下げ電極の高さを越える高さまで延在する、高さ延長電極とを備え、
前記吊り下げ電極および前記高さ延長電極は、前記EMS光変調構成要素を前記基板に対して横方向に移動させるように構成される、装置。
【請求項２】
前記EMS光変調構成要素は、マイクロ電気機械システム(MEMS)シャッターである、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記高さ延長電極は、前記基板から前記反対面の前記高さまで延在する、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記基板上に配置され、第1の開口を画定する遮光層を備え、前記反対面は前記第1の開口に実質的に位置合わせされるように位置する第2の開口を画定し、前記吊り下げ電極および前記高さ延長電極は、前記EMS光変調構成要素を前記第1の開口および前記第2の開口を通る光路中および光路外に移動させるように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記反対面はアンカーを介して前記基板に結合する、請求項5に記載の装置。
【請求項６】
前記反対面を前記基板に結合する前記アンカーは、前記基板と前記反対面との間に前記吊り下げ電極を支持する、請求項6に記載の装置。
【請求項７】
前記高さ延長電極は前記反対面から電気的に絶縁される、請求項7に記載の装置。
【請求項８】
前記高さ延長電極は、前記反対面の一部と同一平面をなす上側平面部分を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記反対面に向かい合って位置し、前記EMS光変調構成要素に対して前記反対面から離間して配置される第2の基板を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記高さ延長電極は、前記吊り下げ電極の少なくとも大部分の長さに直に隣接する、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
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るプロセッサであって、前記プロセッサは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とをさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
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るコントローラとをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
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備え、前記画像ソースモジュールは、受信機、送受信機、および送信機のうちの少なくとも1つを備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１４】
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る入力デバイスをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１５】
ディスプレイ装置を形成する方法であって、
基板上に形成された第1のモールド上に複数のディスプレイ要素を製作するステップと、
前記製作されたディスプレイ要素の上にわたって第1の犠牲材料層を堆積するステップと、
複数の吊り下げ電極および複数の高さ延長電極の一部のための第2のモールドを作製するように前記第1の犠牲材料層をパターニングするステップと、
堆積された第1の構造材料層が前記第2のモールドの前記表面を覆うように、前記第1の犠牲材料層の上にわたって第1の構造材料層を堆積するステップと、
高い開口層を形成するためのそれぞれのディスプレイ要素に対応する前記第1の構造材料層内の複数の開口と、
前記複数の吊り下げ電極と、
前記基板から前記吊り下げ電極の高さを越える高さまで延在する前記複数の高さ延長電極と
を画定するように前記第1の構造材料層をパターニングするステップと、
前記第1のモールドと、前記第1の犠牲材料層とを除去するステップとを含む、ディスプレイ装置を形成する方法。
【請求項１６】
前記第1の犠牲材料層をパターニングするステップは、前記複数の高さ延長電極をその上に形成することができる前記基板上に堆積される遮光層の一部を露出させるように前記第1の犠牲材料層をパターニングするステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1の犠牲材料層の上にわたって前記構造材料層を堆積するステップは、堆積された構造材料が前記遮光層の前記露出した部分に部分的に堆積されるように、前記構造材料を堆積するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の高さ延長電極が前記高い開口層から分離されるように、前記構造材料層をパターニングするステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記高さ延長電極の一部が、前記高い開口層と同一平面をなす平面内に延在し、前記高い開口層から、約3ミクロン〜約5ミクロンの範囲内の距離だけ分離される、請求項15に記載の方法。
【請求項２０】
前記第1の構造材料層を堆積するステップの前に、前記複数の高さ延長電極の底部分を形成するように前記第1のモールドの上にわたって第2の構造材料層を堆積するステップをさらに含み、前記第1の構造材料層を堆積するステップは、前記第2の構造材料層の上にわたって前記第1の構造材料層を堆積するステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項２１】
装置であって、
設定された並進運動面に対応する高さにおいて第1の基板と第2の基板との間に吊り下げられる光変調手段と、
前記設定された並進運動面の前記高さ付近において、前記光変調手段に静電引力を加えるための第1の作動手段と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間の実質的に全距離にわたって前記光変調手段に静電引力を加えるための第2の作動手段とを備える、装置。
【請求項２２】
前記第2の作動手段は前記設定された並進運動面に対して垂直に向けられる光を遮光するための遮光手段を含む、請求項21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、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に明確に組み込まれる、2013年8月22日に出願された「MEMS DISPLAY INCORPORATING EXTENDED HEIGHT ACTUATORS」と題する米国特許出願第13/973,852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、詳細には、電気機械システム(EMS)ディスプレイ要素に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気機械システム(EMS)デバイスは、アクチュエータ、光学構成要素(ミラー、シャッターおよび/または光学膜層など)および電子回路のような電気的要素および機械的要素を有するデバイスを含む。EMSデバイスは、限定はしないが、マイクロスケールおよびナノスケールを含む種々のスケールにおいて製造することができる。たとえば、マイクロ電気機械システム(MEMS)デバイスは、約1ミクロンから数百ミクロン以上に及ぶサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム(NEMS)デバイスは、1ミクロンより小さいサイズ、たとえば、数百ナノメートルより小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気機械要素は、堆積、エッチング、リソグラフィ、および/または堆積された材料層の一部をエッチングにより除去するか、または層を追加して電気デバイスおよび電気機械デバイスを形成する他のマイクロマシニングプロセスを用いて作製することができる。
【０００４】
遮光層を貫通して画定される開口を通る光路中および光路外に遮光構成要素を選択的に移動させることによって光を変調するディスプレイ要素を含む、EMSに基づくディスプレイ装置が提案されている。そうすることにより、選択的に、バックライトからの光を通過させるか、または周囲光もしくは前方光からの光を反射して、画像を形成する。
【発明の概要】
【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、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。
【０００６】
本開示において説明される主題の1つの革新的な態様は、装置において実現することができる。その装置は、基板と、基板に結合される反対面との間に配置される電気機械システム(EMS)光変調構成要素とを含むことができる。また、その装置は、EMS光変調構成要素に結合され、基板と、反対面との間に吊り下げられる吊り下げ電極も含むことができる。静電アクチュエータは、吊り下げ電極に直に隣接して配置され、基板から、吊り下げ電極の高さを越える高さまで延在する高さ延長電極を含むことができる。吊り下げ電極および高さ延長電極は、EMS光変調構成要素を基板に対して横方向に移動させるように構成することができる。
【０００７】
いくつかの実施態様では、EMS光変調構成要素は、吊り下げ電極を含む。EMS光変調構成要素は、マイクロ電気機械システム(MEMS)シャッターとすることができる。高さ延長電極は、基板から、反対面の高さまで延在することができる。
【０００８】
いくつかの実施態様では、その装置は、基板上に配置され、第1の開口を画定する遮光層を含むことができる。反対面は、第1の開口に実質的に位置合わせされるように位置する第2の開口を画定することができる。吊り下げ電極および高さ延長電極は、EMS光変調構成要素を、第1の開口および第2の開口を通る光路中および光路外に移動させるように構成することができる。
【０００９】
いくつかの実施態様では、反対面はアンカーを介して基板に結合する。反対面を基板に結合するアンカーは、基板と反対面との間に吊り下げ電極を支持することができる。いくつかの実施態様では、高さ延長電極は反対面から電気的に絶縁される。高さ延長電極は、反対面の一部と同一平面をなす上側平面部分を含むこともできる。
【００１０】
いくつかの実施態様では、その装置は、反対面に向かい合って位置し、かつEMS光変調構成要素に対して反対面から離間して配置される第2の基板を含む。高さ延長電極は、第1の電極の少なくとも大部分の長さに直に隣接することができる。
【００１１】
いくつかの実施態様では、その装置は、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することができる。その装置はまた、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ことができる。いくつかの実施態様では、その装置はまた、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るドライバ回路と、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るコントローラとを含むことができる。いくつかの実施態様では、その装置はまた、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を含むことができる。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つを含むことができる。いくつかの実施態様では、その装置はまた、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る入力デバイスを含む。
【００１２】
本開示において説明される主題の別の革新的な態様は、ディスプレイ装置を形成する方法において実現することができる。その方法は、基板上に形成された第1のモールド上に複数のディスプレイ要素を製作することを含む。その方法は、製作されたディスプレイ要素の上に第1の犠牲材料層を堆積することを含む。その方法は、複数の吊り下げ電極および複数の高さ延長電極の一部のための第2のモールドを作製するように第1の犠牲材料層をパターニングすることを含む。その方法は、堆積された第1の構造材料層が第2のモールドの表面を覆うように、第1の犠牲材料層の上にわたって第1の構造材料層を堆積することを含む。その方法は、高い開口層を形成するためのそれぞれのディスプレイ要素に対応する第1の構造材料層を貫通する複数の開口を画定し、複数の吊り下げ電極と、基板から吊り下げ電極の高さを越える高さまで延在する複数の高さ延長電極とを画定するように第1の構造材料層をパターニングすることを含む。その方法は、第1のモールドおよび第1の犠牲材料層を除去することを含む。
【００１３】
いくつかの実施態様では、第1の犠牲材料層をパターニングすることは、複数の高さ延長電極をその上に形成することができる、基板上に堆積された遮光層の一部を露出させるように第1の犠牲材料層をパターニングすることを含む。いくつかの実施態様では、第1の犠牲材料層の上にわたって構造材料層を堆積することは、堆積された構造材料が遮光層の露出した部分の上に部分的に堆積されるように、構造材料を堆積することを含む。いくつかの実施態様では、その方法は、複数の高さ延長電極が高い開口層から分離されるように構造材料層をパターニングすることを含む。
【００１４】
いくつかの実施態様では、高さ延長電極の一部が、高い開口層と同一平面をなす平面内に延在し、高い開口層から、約3ミクロン〜約5ミクロンの範囲内の距離だけ分離される。いくつかの実施態様では、その方法は、第1の構造材料層を堆積することの前に、複数の高さ延長電極の底部を形成するように第1のモールドの上にわたって第2の犠牲材料層を堆積することを含む。第1の構造材料層を堆積することは、第2の構造材料層の上にわたって第1の構造材料層を堆積することを含むことができる。
【００１５】
本開示において説明される主題の別の革新的な態様は、装置において実施することができる。その装置は、設定された並進運動面に対応する高さにおいて、第1の基板と第2の基板との間に吊り下げられる光変調手段を含むことができる。その装置は、設定された並進運動面の高さ付近において光変調手段に静電引力を加えるための第1の作動手段を含むことができる。その装置は、第1の基板と第2の基板との間の実質的に全距離にわたって光変調手段に静電引力を加えるための第2の作動手段を含むことができる。いくつかの実施態様では、第2の作動手段は、設定された並進運動面に対して垂直に向けられる光を遮光するための遮光手段を含むことができる。
【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】例示的な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２Ａ】例示的なシャッター式光変調器の平面図である。
【図２Ｂ】高い開口層が除去された、図2Aに示される例示的なシャッター式光変調器の平面図である。
【図２Ｃ】図2Aに示される例示的なシャッター式光変調器の断面図である。
【図２Ｄ】図2Aに示される例示的なシャッター式光変調器の第2の断面図である。
【図３Ａ】別の例示的なシャッター式光変調器の平面図である。
【図３Ｂ】図3Aに示される例示的なシャッター式光変調器の断面図である。
【図３Ｃ】図3Aに示される例示的なシャッター式光変調器の第2の断面図である。
【図４】シャッター式光変調器を製造するための例示的なプロセスの流れ図である。
【図５Ａ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｂ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｃ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｄ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｅ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｆ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｇ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｈ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図５Ｉ】図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図６】図4に示される製造プロセスによる、別の例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図である。
【図７】シャッター式光変調器を製造するための別の例示的なプロセスを示す図である。
【図８】複数のディスプレイ要素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９】複数のディスプレイ要素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】
【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(電子リーダーなど)、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(車両中のリアビューカメラのディスプレイなど)、電子写真、電子ビルボードまたは標示、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(マイクロ電気機械システム(MEMS)適用例を含む電気機械システム(EMS)適用例、ならびに、非MEMS適用例におけるものなど)、審美構造物(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、動き感知デバイス、磁力計、コンシューマーエレクトロニクスのための慣性構成要素、コンシューマーエレクトロニクス製品の部品、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、および電子テスト機器など、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、当業者に直ちに明らかになるであろう広い適用性を有する。
【００２０】
MEMSディスプレイ要素では、ディスプレイ要素は、基板と、高い開口層(EAL)との間に配置することができる。たとえば、駆動電極およびシャッターを用いて、EAL内の開口の光の通過を制御することができる。シャッターを開閉するために必要な電圧は、基板から、EALと実質的に同一平面をなす高さまで延在するアクチュエータ電極を組み込むことによって、EALの遮光能力を実質的に低減することなく低減することができる。代替的には、所与の電圧レベルにおいて、作動速度を高めることができる。アクチュエータ電極の上側表面はEALの一部に取って代わることができ、それにより、遮光表面の大部分を保持することができる。
【００２１】
本開示において説明される主題の特定の実施態様は、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ために実施することができる。1つまたは複数の片持ち梁によって支持されるシャッターを含むディスプレイ要素のようないくつかのタイプのディスプレイ要素では、シャッターは、駆動電極の主面に対して垂直な平面内を実質的に移動するように構成することができる。駆動電極の高さを延長することによって、ディスプレイ要素が組み込まれるディスプレイの電力消費量を、高さ延長電極を利用しないディスプレイの電力消費量と比べて、低減できるようになる。駆動電極の高さが延長される結果として、駆動電極表面積が大きくなる。駆動電極とシャッターとの間に結果として生じるフリンジング効果の結果として、所与の電圧が印加された場合の駆動電極とシャッターとの間の力が大きくなり、低い電圧で作動できるようになる。代替的には、同じ電圧を印加し、結果として、より速く作動させることができる。
【００２２】
シャッターは駆動電極に対して垂直な平面内を実質的に移動するように構成することができるが、面外への移動の影響を受けやすい可能性がある。面外への移動が生じるとき、駆動電極とシャッターとの間の電界によって引き起こされるシャッターにかかる力が、シャッターと駆動電極との間の位置合わせ不良に起因して著しく減少する可能性がある。面外に延在するように駆動電極を設計することによって、この問題を軽減することができる。たとえば、駆動電極は、底面からシャッターを越えて上方に延在するように構成することができる。いくつかの実施態様では、駆動電極は、EALまで延在することができる。底面とEALとの間に位置するシャッターが面外に移動するとき、駆動電極の延長された高さに起因して、シャッターは依然として駆動電極の一部と位置合わせされることになる。それゆえ、面外に移動しても、その結果として力が著しく減少することはない。
【００２３】
いくつかの実施態様では、先に示唆されたように、高さ延長電極は、EALの高さまで延在することができる。高さ延長電極のための空間を与えるために、EALの一部を除去することができる。高さ延長電極の上側部分は、EALと同一平面をなす方向に延在するように設計することができる。これらの実施態様では、高さ延長電極の上側部分は、その部分がなければEALの除去された部分を通って漏れることになっていた光を遮光する役割を果たすことができる。それゆえ、EALの一部が除去されるが、ディスプレイ要素の遮光能力は保持することができる。
【００２４】
図1Aは、例示的な直視型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。
【００２５】
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つの色固有の光変調器102を含み得る。特定の画素106に対応する色固有の光変調器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。
【００２６】
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増強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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、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などの、スイッチを制御する。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。
【００３０】
図1Bは、例示的なホストデバイス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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、あらかじめ決定されたシーケンスとして編成され、行ごとに、および画像フレームごとにグループ化されたデータを、概ねシリアルにデータドライバ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。
【００３４】
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グローバル作動パルスを出す。
【００３５】
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。
【００３６】
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、約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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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グローバル作動相互接続を含み得る。
【００４０】
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。
【００４１】
いくつかの実施態様では、コントローラ134の機能は、マイクロプロセッサと、ディスプレイコントローラ集積回路との間で分割される。いくつかの実施態様では、ディスプレイコントローラ集積回路は、特定用途向け集積回路(ASIC)のような集積回路論理デバイスにおいて実現される。いくつかの実施態様では、マイクロプロセッサは、コントローラ134の画像処理機能のすべてまたは実質的にすべてを実行し、受信された画像を生成するためにディスプレイ装置128が使用するのに適した出力シーケンスを決定するように構成される。たとえば、マイクロプロセッサは、受信された画像データに含まれる画像フレームを1組の画像サブフレームに変換するように構成することができる。各画像サブフレームは色および重みに関連付けられ、ディスプレイ要素のアレイ150内のディスプレイ要素の各々の所望の状態を含む。また、マイクロプロセッサは、所与の画像フレームを表示または生成するための画像サブフレームの数と、画像サブフレームが表示されることになる順序と、画像サブフレームの各々に適した重みを実現することに関連付けられるパラメータとを決定するように構成することができる。これらのパラメータは、種々の実施態様において、画像サブフレームの各々が照明されることになる持続時間と、そのような照明の強度とを含むことができる。これらのパラメータ(たとえば、サブフレームの数、その出力の順序およびタイミング、ならびにサブフレームごとの重み実現パラメータ)は、まとめて、「出力シーケンス」と呼ぶことができる。
【００４２】
対照的に、ディスプレイコントローラ集積回路は、ディスプレイ装置128の、より定例の動作を主に実行するように構成することができる。それらの動作は、フレームバッファから画像サブフレームを検索することと、検索された画像サブフレーム、およびマイクロプロセッサによって決定された出力シーケンスに応答して、スキャンドライバ130、データドライバ132、共通ドライバ138およびランプドライバ148に制御信号を出力することとを含むことができる。フレームバッファは、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、高速キャッシュメモリ、またはフラッシュメモリのような、任意の揮発性または不揮発性集積回路メモリとすることができる。いくつかの他の実施態様では、ディスプレイコントローラ集積回路は、フレームバッファに、種々のドライバ130、132、138および148に対して直接データ信号を出力させる。
【００４３】
いくつかの他の実施態様では、上記のマイクロプロセッサおよびディスプレイコントローラ集積回路の機能を組み合わせて、マイクロプロセッサ、ASIC、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイスの形をとることができるコントローラ134のような単一の論理デバイスにする。いくつかの他の実施態様では、マイクロプロセッサおよびディスプレイコントローラ集積回路の機能は、1つまたは複数のマイクロプロセッサ、ASIC、FPGA、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)または他の論理デバイスを含む、複数の論理デバイス間で、他の方法において分割することができる。
【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】
後にさらに説明されるように、ホストプロセッサ122は、マイクロプロセッサの出力シーケンスを調整するために、マイクロプロセッサに命令を転送することができる。たとえば、そのような命令に基づいて、マイクロプロセッサは、色あたりより少ない数、もしくはより多い数のサブフレームを有するか、またはより高い、もしくはより低いフレーム速度を有する出力シーケンスを用いて画像を出力することができる。さらに、ホストプロセッサ122からの命令に基づいて、マイクロプロセッサは、各原色を生成する際に、各光源(赤色ランプ140、緑色ランプ142、青色ランプ144および白色ランプ146)の相対強度を調整することができる。そうすることにより、ディスプレイ装置128が種々の色域または種々の色域の一部を再現できるようにするために、各原色の飽和を調整する。
【００４６】
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。
【００４７】
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/または周辺照明状態など、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。
【００４８】
図2Aは、例示的なシャッター式光変調器200の平面図を示す。光変調器200は、下側基板206上に構築されたシャッターアセンブリ202を含む。EAL204がシャッターアセンブリ202の上方に位置する。また、光変調器200は、シャッター208と、左側静電アクチュエータ213および右側静電アクチュエータ214とを含む。EAL204によって遮断されるシャッター208の部分が、図2Aに破線で示される。
【００４９】
EAL204は、シャッターアセンブリ202と、シャッター式光変調器200が組み込まれるディスプレイの反対側基板との間に遮光層を形成する。EAL204は、下側基板206に平行に配置され、アンカー227によって下側基板206の上方に支持される。EAL204は第1の開口220を含み、第1の開口は、下側基板206上に配置される遮光層内の第2の開口222と位置合わせされる。第2の開口222は、斜めのクロスハッチによって識別される。図2Aに示される図では、第2の開口222はシャッター208によって部分的に遮断される。
【００５０】
動作時に、シャッター式光変調器200は電子ディスプレイ内の単一のピクセルを表すことができる。光変調器200によって表されるピクセルの明るさは、第1の開口220および第2の開口222に対するシャッター208の位置を変更することによって制御することができる。たとえば、下側基板206の下に位置するバックライトが第2の開口222を通して光を放射することができる。シャッター208の位置に応じて、シャッターは、第2の開口222を通り抜ける光を遮光することができるか、または光がEAL204を通り抜けることができるようにする。EAL204は、高い角度で第2の開口222を通り抜ける光、またはシャッター208もしくはシャッター式光変調器200の他の表面から反射されるか、もしくは屈折する光のような、シャッター208を迂回する光を遮光する。いくつかの実施態様では、EAL204は、EALに突き当たる周囲光を吸収するのを助けるために光吸収性とすることができる。シャッター208によって、第2の開口222を通り抜けることを許される光は、画像の形成に寄与することができる。それゆえ、シャッター208が完全に遮光する位置にあるとき、光変調器200によって表されるピクセルは暗く見える可能性があり、シャッター208が完全に透光する位置にあるとき、光変調器200によって表されるピクセルは明るく見える可能性がある。中間の明るさレベルも可能である。たとえば、図2Aに示されるように、シャッター208は、部分的に透光する位置に置くことができる。
【００５１】
シャッター208は、光を遮断するように構成される台形構成要素である。シャッター208の細い端部は、一対の片持ち梁210の第1の端部に結合される。片持ち梁210の第2の端部は、下側基板206の上面の上にわたって形成されるアンカー212に結合される。また、シャッター208は、両側に、片持ち梁210を画定する同じモールドから形成される側壁バンパー225も含む。側壁バンパー225は、基板と、シャッターの残りの部分とに対して垂直な主面を有する。側壁バンパー225は、シャッターアセンブリ202に含まれる一対の高さ延長駆動電極216(後にさらに説明される)に対向する、シャッター208の表面積を増加させる。表面積が増加する結果として、シャッター208に作動電圧が印加されるときに、作動力が大きくなる。いくつかの他の実施態様では、シャッター208は、他の形状を有することができる。たとえば、シャッター208は円形、正方形、長方形、楕円形または任意の他の形状とすることができる。いくつかの実施態様では、アンカー212は、下側基板206の表面に対して平行な位置に片持ち梁210およびシャッター208を支持するように構成される。
【００５２】
片持ち梁210は、シャッター208を下側基板206に対して平行な平面において実質的に移動させるように、片持ち梁がアンカー212に結合された点の付近から曲がるように構成することができる。たとえば、静電アクチュエータ213および214によって、シャッター208は、シャッター208および片持ち梁210に力を加えることにより移動することができる。シャッター208および片持ち梁210は、2つの対向する静電アクチュエータ213および214の各々において電極としての役割を果たす。さらに、静電アクチュエータ213および214はそれぞれ、吊り下げ駆動電極215および高さ延長駆動電極216を含む。
【００５３】
吊り下げ駆動電極215は、片持ち梁210に並置される。アンカー218は、吊り下げ駆動電極215を支持し、下側基板206の上方に吊り下げ駆動電極215を保持する。いくつかの実施態様では、吊り下げ駆動電極215は、吊り下げ駆動電極215の遊端が基端より片持ち梁210に近いように、片持ち梁210に対して角度をなして配置される。この構成によれば、低い電圧でアクチュエータ213および214の作動を開始できるようになる。いくつかの実施態様では、静電アクチュエータ213および214が完全に作動するとき、片持ち梁210は、吊り下げ駆動電極215の実質的に全長に沿って吊り下げ駆動電極215と接触する。いくつかの実施態様では、吊り下げ駆動電極215は、片持ち梁210と実質的に同じ高さを有し、片持ち梁210と実質的に同じ距離において下側基板206の上方に吊り下げられる。図2Dにより明確に示されるそのような構成は、吊り下げ駆動電極215および片持ち梁210に印加される電圧から生じる静電力を増加させる。
【００５４】
先に言及されたように、静電アクチュエータ213および214はそれぞれ高さ延長駆動電極216も含む。図2Cに示されるように、高さ延長駆動電極216は、下側基板206および水平部分219に対して垂直な実質的に垂直な部分280を含む。垂直部分280は、下側基板206の表面からEAL204の高さまで上方に延在する。いくつかの実施態様では、垂直部分280は、下側基板206の上方に、約7ミクロン〜約20ミクロン延在する。各高さ延長駆動電極216の水平部分219は、EAL204と同一平面をなす平面において垂直部分280から外側に延在する。各高さ延長駆動電極216の水平部分219は、狭い間隙221だけEAL204から分離される。いくつかの実施態様では、間隙221は、約2ミクロン〜約4ミクロンの範囲内にある。いくつかの実施態様では、高さ延長駆動電極216の水平部分219は、約2ミクロン〜約5ミクロンの範囲内の幅を有することができる。
【００５５】
図2Bは、EAL204およびその支持用アンカー227が除去されている、図2Aに示される例示的なシャッター式光変調器200の平面図を示す。下側基板206の上方にあるシャッターアセンブリ202全体を見ることができる。第2の開口222の覆われた部分の輪郭を描く破線によって示されるように、第2の開口222はシャッター208によって部分的に覆われる。いくつかの実施態様では、第2の開口222は、シャッター208と実質的に同じ形状である。
【００５６】
シャッター208は、図2Bにおいて弛緩位置において示される。静電アクチュエータ213および214はいずれも作動しない。シャッター208は、第2の開口222の一部を覆い、その一方で、第2の開口222の一部を遮断されないままにする。アクチュエータ213およびシャッター208に電圧を印加することによって、左側静電アクチュエータ213が作動するとき、シャッター208は、アクチュエータ213に向かって引っ張られ、完全な透光位置になる。それゆえ、第2の開口222を通り抜ける光は、シャッター208によって遮断されることなくディスプレイを出て、画像の形成に寄与することができる。右側静電アクチュエータ214が作動し、左側アクチュエータ213が作動しないとき、シャッターは右側に引っ張られ、第2の開口222の上にわたってシャッターが実質的に位置合わせされる完全な光遮断位置になる。この位置では、第2の開口222を通り抜ける光の実質的にすべてがシャッター208によって遮光される。
【００５７】
図2Cは、図2Aに示される例示的なシャッター式光変調器200の断面図を示す。図2Cの断面図は、図2Aに示される線A-A'に沿って見ている。遮光層224が、下側基板206の上面上に堆積される。いくつかの実施態様では、下側基板206は、透過性材料から形成することができる。第2の開口222は、遮光層224内の間隙によって画定される。第1の開口220は第2の開口222の上方に位置合わせされる。上側基板250がEAL204の上方に位置する。いくつかの実施態様では、上側基板250はディスプレイのためのカバーシートを形成する。上側基板250は、下側基板206と同様に、透過性とすることができる。上側基板250および下側基板206は、エポキシシールによって、それぞれの外周部にわたって互いに結合される。
【００５８】
シャッター208は、中立位置において示される(すなわち、アクチュエータ213および214はいずれも作動しない)。高さ延長駆動電極216は、下側基板206からEAL204の高さまで延在する。側壁バンパー225が、シャッター208の本体から狭い間隙223だけ分離される。側壁バンパーは、シャッター208に、高さ延長駆動電極216の垂直部分280に対向する追加の表面積を与える。高さ延長駆動電極216およびシャッター208のいずれかに印加される電圧によって、上記のように、シャッター208はアクチュエータに向かって左右に移動する。EAL204の方向にシャッター208が移動するのは望ましくないので、シャッター208およびEAL204は同じ電圧に保持することができる。たとえば、シャッター208およびEAL204を電気的に結合して、同じ電圧に保たれるのを確実にすることができる。したがって、シャッター208に印加される電圧(たとえば、作動電圧)をEAL204に同時に印加することもできる。
【００５９】
図2Cは、第2の開口222を通り抜ける2つの光線230aおよび230bも示す。シャッター208は第2の開口222を部分的に覆う。それゆえ、光線230aは光変調器200から脱出することができない。光線230bは、シャッター208の経路内になく、上側基板250を通って光変調器200から出る。たとえば、光線230aおよび230bは、光変調器200の下方に配置されるバックライトから放射することができる。光線230bのような光線は、上側基板250を通り抜けることを許され、画像の形成に寄与することができる。上側基板250は、透光を容易にするために、透過性材料から形成することができる。
【００６０】
いくつかの実施態様では、シャッター208は、下側基板206とEAL204の両方に対して平行な平面内を移動するように構成される。しかしながら、シャッター208は、場合によっては、この平面外に移動する可能性がある。そのような状況では、吊り下げ駆動電極215のような、シャッター208と位置合わせされる吊り下げ駆動電極のみを用いる結果として、作動力が著しく減少する可能性があり、それにより、シャッター208の緩慢な、または不完全な作動を引き起こすおそれがある。高さ延長駆動電極216は、この問題を克服するのを助けることができる。高さ延長駆動電極216が下側基板206からEAL204まで延在するなら、シャッター208が平面外に移動する場合であっても、シャッターの側壁バンパー225が依然として、高さ延長駆動電極216の一部の真向いにある。結果として、シャッター208は依然として、かなりの作動力を受けることになる。
【００６１】
図2Dは、図2Aに示される例示的なシャッター式光変調器200の第2の断面図を示す。図2Dに示される図は、図2Aに示されるような線B-B'に沿って見ている。この断面図では、下側基板206は遮光層224によって完全に覆われる。したがって、光が通り抜けることができる間隙は存在しない。片持ち梁210およびアンカー227の断面も見ることができる。アンカー227は、下側基板206からEAL204の高さまで延在し、それにより、EAL204が下側基板206の上方に吊り下げられる。いくつかの実施態様では、アンカー227およびEAL204は、同じ材料から作られ、光変調器の製作と同じステージにおいて形成される。
【００６２】
図3Aは、別の例示的なシャッター式光変調器300の平面図を示す。光変調器300は、2つの電極梁304に結合されるシャッター302を含む。また、シャッター302は側壁バンパー325も含み、側壁バンパーは、シャッター302の左側エッジおよび右側エッジから外側に延在する。狭い間隙323が、シャッター302のそれぞれのエッジから各側壁バンパー325を分離する。シャッター302は、シャッターアセンブリ305の一部であり、シャッターアセンブリは一対の静電アクチュエータ306および308も含む。各静電アクチュエータ306および308は、シャッター302および高さ延長駆動電極310を支持する電極梁304のうちの1つから形成される。電極梁304は、アンカー314によって、基板311の上方に支持される。実際には、シャッターアセンブリ305の上方にEALが位置する。例示のために、図3AにはEALは図示されない。しかしながら、それは、シャッター式光変調器300の断面図を示す図3Bおよび図3Cに図示される。
【００６３】
光変調器300の動作は、図2A〜図2Dに示される光変調器200の動作に実質的に類似である。たとえば、基板311の遮光層は開口322を含む。シャッター302は、アクチュエータ306および308がいずれも作動していない中立位置において示される。この状態において、シャッター302は、開口322を通り抜ける光を部分的に遮断するように位置する。アクチュエータ306または308の一方に作動電圧が印加されるとき、対応する電極梁304が高さ延長駆動電極310に向かって引き寄せられる。それゆえ、シャッター302は移動して、完全な光遮断状態(たとえば、アクチュエータ306に電圧を印加することによる)、または実質的な透光状態(たとえば、アクチュエータ308に電圧を印加することによる)になることができる。
【００６４】
図3Bは、図3Aに示される例示的なシャッター式光変調器300の断面図を示す。その断面図は、図3Aに示される線C-C'から見ている。遮光層324が基板311上に堆積される。遮光層324は第1の開口322を画定する。第2の開口320がEAL312によって画定される。シャッター302は、第1の開口322と第2の開口320との間に位置する。図3Bに示される作動しない位置では、シャッター302は第1の開口322を通り抜ける光を部分的に遮断する。側壁バンパー325は、高さ延長駆動電極310の高さに対して実質的に平行な高さを有する。
【００６５】
シャッター302の位置を変更するために、高さ延長駆動電極310および電極梁304に電圧を印加することができる。高さ延長駆動電極310の延長された高さは、シャッターが平面外に移動する場合でも、一貫した作動力を加えるのを助ける。開口322を通り抜ける光は、上側基板350を通り抜けた後に、画像の形成に寄与することができる。いくつかの実施態様では、上側基板350は、透過性材料から形成され、そのエッジにおいて、エポキシのような接着剤を介して基板311に固定される。
【００６６】
図3Cは、図3Aに示される例示的なシャッター式光変調器300の第2の断面図を示す。その断面図は、図3Aの線D-D'に沿って見ている。第1の開口322を画定する遮光層324は、基板311の上に示される。EAL312は第2の開口320を画定し、第2の開口は第1の開口322の上方に位置合わせされる。基板311の上面上に位置するアンカー314がEAL312を支持する。アンカー314は、電極梁304(図3Cには示されない)に結合し、電極梁はシャッター302に結合する。この実施態様では、アンカー314は、EAL312およびシャッター302を実質的に同じ電圧に保持するために、電極梁304を通して、EAL312をシャッター302に電気的に結合する。
【００６７】
図4は、ディスプレイ装置を製造するための例示的なプロセス400の流れ図を示す。たとえば、プロセス400を用いて、図2Aに示されるシャッター式光変調器200を製造することができる。概要では、プロセス400は、基板上に第1のモールド部分を形成することを含む(ステージ401)。第1のモールド部分の上にわたって第2のモールド部分が形成される(ステージ402)。その後、モールドを用いてシャッターアセンブリが形成される(ステージ404)。その後、シャッターアセンブリと、第1のモールド部分および第2のモールド部分との上にわたって、第3のモールド部分が形成される(ステージ406)。次に、EALおよび複数の作動電極が形成され、パターニングされる(ステージ408)。その後、シャッターアセンブリおよびEALは離型される(ステージ410)。製造プロセス400のこれらのプロセスステージの各々ならびにさらなる態様が図5A〜図5Iおよび図6に関連して以下に説明される。
【００６８】
図5A〜図5Iは、図4に示される製造プロセス400による、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの断面図を示す。このプロセスは、基板上に形成され、基板の表面からEALの表面まで延在する高さ延長電極を含むディスプレイ装置をもたらす。図5A〜図5Iに示されるプロセスにおいて、ディスプレイ装置は、犠牲材料から形成されるモールド上に形成される。図5A〜図5Iに示されるディスプレイ装置は、図2Aに示されるシャッター式光変調器200である。詳細には、図5A〜図5Iの断面図は、図2Aの線A-A'に沿った図である。
【００６９】
図4および図5A〜図5Iを参照すると、シャッター式光変調器200を形成するためのプロセス400は、図5Aに示されるように、基板の上に第1のモールド部分を形成することから開始する(ステージ401)。下層となる基板206上にあらかじめ形成された遮光層224の上に第1の犠牲材料504を堆積し、パターニングすることによって、第1のモールド部分が形成される。第1の犠牲材料層504は、ポリイミド、ポリアミド、フルオロポリマー、ベンゾシクロブテン、ポリフェニルキノキシレン、パリレン、ポリノルボルネン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルエチレン、およびフェノール樹脂もしくはノボラック樹脂、または犠牲材料として使用するのに適していると本明細書において確認された他の材料のいずれかとすることができるか、または含むことができる。第1の犠牲材料層504として使用するために選択された材料に応じて、第1の犠牲材料層504は、直接フォトパターニング(感光性犠牲材料の場合)、またはフォトリソグラフィによってパターニングされたレジストから形成されたマスクを通しての化学もしくはプラズマエッチングのような、種々のフォトリソグラフィ技法およびプロセスを用いて、パターニングすることができる。第1の犠牲材料504内に画定されるパターンは、最終的にその中に高さ延長電極が形成されることになる凹部506を作り出す。遮光層224の下に、および/または遮光層224と第1の犠牲材料504との間に、ディスプレイ制御マトリクスを形成する材料層を含む、さらなる層が堆積される場合もある。遮光層224は複数の後方開口222を画定する。いくつかの実施態様では、開口222は、犠牲材料504の堆積前に行われるパターニングまたはエッチングプロセスによって形成される。
【００７０】
ディスプレイ装置を形成するプロセスは、第2のモールド部分を形成することで継続する(ステージ402)。第2のモールド部分は、第1の犠牲材料504から形成された第1のモールド部分の上に第2の犠牲材料508を堆積し、パターニングすることから形成される。第2の犠牲材料は、第1の犠牲材料504と同じタイプの材料とすることができる。
【００７１】
図5Bは、第2の犠牲材料508をパターニングした後の、第1のモールド部分および第2のモールド部分を含む、モールド599の形状を示す。第2の犠牲材料508は、第1の犠牲材料504内に形成された凹部506を露出させる凹部510を形成するようにパターニングされている。モールド599内に階段状の構造が形成されるように、凹部510は凹部分506より広い。また、モールド599は、凹部511を形成するようにパターニングされる。凹部511は側壁を設けるために形成され、その側壁上に、後にさらに説明されるように、側壁バンパー225のようなシャッター208の垂直な構造的機構を形成することができる。
【００７２】
ディスプレイ装置を形成するプロセス400は、図5Cおよび図5Dに示されるように、モールド599を用いてシャッターアセンブリを形成することで継続する(ステージ404)。シャッターアセンブリは、図5Cに示されるように、モールド599の露出した表面上に構造材料516を堆積し、その後、構造材料516をパターニングすることによって形成され、結果として、図5Dに示される構造を生成される。いくつかの実施態様では、構造材料516は、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)プロセスまたはプラズマCVD(PECVD:plasma-enhanced CVD)プロセスにおいて堆積される。構造材料516は、導電層に加えて、機構層を含む1つまたは複数の層を含むことができる。適切な構造材料516は、金属、たとえばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオビウム(Nb)、ネオジム(Nd)、もしくはそれらの合金、誘電体材料、たとえば酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、五酸化タンタル(Ta2O5)、もしくは窒化ケイ素(Si3N4)、または半導体材料、たとえばダイヤモンドライクカーボン、Si、Ge、GaAs、CdTeもしくはそれらの合金を含む。いくつかの実施態様では、構造材料516は、材料のスタックを含む。たとえば、2つの非導電層間に導電性構造材料層を堆積することができる。いくつかの実施態様では、2つの導電層間に非導電層が堆積される。いくつかの実施態様では、そのようなサンドイッチ構造は、堆積後に残っている応力、および/または温度変動によって課せられる応力が構造材料516の曲げ、反りまたは他の変形を引き起こさないのを確実にするのを助ける。構造材料516は、約0.5ミクロン〜約2ミクロンの厚さに堆積される。いくつかの実施態様では、構造材料516は、約1.5ミクロン未満の厚さを有するように堆積される。
【００７３】
堆積後、構造材料516(上記のように、いくつかの材料からなる複合材料とすることができる)は、図5Dに示されるようにパターニングされる。最初に、構造材料516上にフォトレジストマスクが堆積される。その後、フォトレジストはパターニングされる。フォトレジスト内に現像されたパターンは、後続のエッチングステージ後に、残っている構造材料516が、側壁バンパー225を備えるシャッター208と、高さ延長電極216の底部分280とを形成するように設計される。側壁バンパー225を作製するために、フォトレジストは、凹部511のエッジを形成する側壁の両側にある領域内のフォトレジストを除去するようにパターニングすることができる。そうすることは、凹部511の底部分に関係のないシャッター材料が残らないのを確実にするのを助ける。パターニングプロセスの分解能を考えると、凹部511の底部を覆うフォトレジストのみを除去することによってこの目標を達成することは、多くの場合に、不完全な結果をもたらす。図5Dに示される断面図では、側壁バンパー225は、狭い間隙だけシャッター208から分離される。構造材料516のエッチングは等方性エッチング、異方性エッチングとすることができ、基板に、または基板に近接する電極にバイアス電圧をかけてプラズマ雰囲気内で実行することができるか、または等方性エッチングおよび異方性エッチングの組合せとすることができる。
【００７４】
ディスプレイ装置のシャッターアセンブリが形成されると(ステージ404)、製造プロセス400は、ディスプレイのEALを形成し、パターニングすることで継続する。EALを形成するプロセスは、シャッターアセンブリの上に第3のモールド部分を形成することから開始する(ステージ406)。第3のモールド部分は、第3の犠牲材料層530から形成される。第3の犠牲材料層530は、本明細書で開示される犠牲材料のいずれかとすることができるか、または含むことができる。図5Eは、第3の犠牲材料層530を堆積した後に作製されたモールド599(第1のモールド部分、第2のモールド部分および第3のモールド部分を含む)の形状を示す。図5Fは、第3の犠牲材料層530のパターニング後に作製されたモールド599の形状を示す。詳細には、図5Fに示されるモールド599は凹部532を含み、その凹部内に、高さ延長電極216の上側部分が形成されることになる。
【００７５】
その後、図5Gおよび図5Hに示されるように、EAL204および複数の作動電極が形成される(ステージ408)。最初に、開口層材料540の1つまたは複数の層がモールド599上に堆積される。いくつかの実施態様では、開口層材料は、金属、または導電性酸化物、または半導体のような、1つまたは複数の導電性材料層とすることができるか、または含むことができる。いくつかの実施態様では、開口層は、非導電性であるポリマーから形成することができるか、または含むことができる。適切な材料のいくつかの例は、図5Cに関して先に与えられている。いくつかの実施態様では、開口層材料540は、約2ミクロン未満の厚さを有する。
【００７６】
ステージ408は、堆積された開口層材料540(図5Gに示される)をエッチングすることで継続し、結果として、図5Hに示されるように、EAL204が生成される。開口層材料540のエッチングは、異方性エッチング、等方性エッチング、または異方性エッチングおよび等方性エッチングの組合せとすることができる。いくつかの実施態様では、異方性エッチングの適用は、図5Dに関して説明された異方性エッチングと同様にして実行される。いくつかの他の実施態様では、開口層を形成するために使用される材料のタイプに応じて、開口層は、他の技法を用いてパターニングし、エッチングすることができる。エッチングを適用すると、遮光層224を貫通して形成された開口222と位置合わせされるEAL204の部分に、開口層開口220が形成される。また、エッチングの結果として、電極216およびEAL204が電気的に絶縁されるように、EAL204から高さ延長電極216が分離される。たとえば、高さ延長電極216は、約2ミクロン〜約5ミクロンの範囲内の距離だけ、EAL204から分離することができる。高さ延長電極216は、開口層材料540、ならびにステージ404において堆積された構造材料516から形成される。
【００７７】
その後、モールド599は除去される(ステージ410)。図5Iに示される結果は、基板206とEAL204との間の距離に及ぶ高さ延長電極216を含む。シャッター208は、基板206とEAL204との間に位置する。いくつかの実施態様では、モールドは、たとえば、モールドを酸素プラズマ、湿式化学エッチング、または気相エッチングに暴露することを含む、標準的なMEMS離型方法を用いて除去される。
【００７８】
図6は、図4に示される製造プロセスによる、例示的なディスプレイ装置の構成ステージの別の断面図を示す。詳細には、図6に示される図は、図2Aに示される断面線B-B'に沿った図に対応する。図6において、ディスプレイ装置は、その上にディスプレイ装置が形成されるモールドを除去する直前のディスプレイ装置の状態において示される。たとえば、図6に示される製作状態は、図5Hに示される状態と同じである。基板206および遮光層224が示される。遮光層224内の開口は、図6の断面図では見ることができない。第1の犠牲材料層604および第2の犠牲材料層608が、アンカー227の下側部分がその中に形成された凹部を残したのと同様に堆積され、パターニングされた。第2の犠牲材料層608も、2つの片持ち梁210のためのモールドとしての役割を果たした凹部を形成するようにパターニングされた。その後、構造材料616が堆積され、モールド内の凹部を満たすことができるようにした。片持ち梁210および2つのアンカー227は、第2の犠牲材料層608の上に堆積された構造材料層616(図5Cに示される)をパターニングすることによって形成された。EALは、第3の犠牲材料層の上に堆積された別の構造材料層から形成された。EAL204はアンカー227とつながっており、それにより、アンカー227が、最終的な構成において、ディスプレイ装置の他の構成要素の上方にEAL204を支持する。
【００７９】
図7は、シャッター式光変調器を製造するための別の例示的なプロセス700を示す。プロセス700は、図4に示される製造プロセス400の別の表現と見なすことができる。プロセス700は、基板上に形成された第1のモールド上に複数のディスプレイ要素を製作すること(ステージ701)を含む。プロセス700は、製作されたディスプレイ要素の上にわたって第1の犠牲材料層を堆積すること(ステージ702)と、複数の作動電極の一部のための第2のモールドを作製するように第1の犠牲材料層をパターニングすること(ステージ704)とを含む。プロセス700は、堆積された第1の構造材料層が第2のモールドの表面を覆うように、第1の犠牲材料層の上にわたって第1の構造材料層を堆積すること(ステージ706)を含む。プロセス700は、高い開口層を形成するためのそれぞれのディスプレイ要素に対応する第1の構造材料層を貫通する複数の開口を画定し、基板から高い開口層の高さまで延在する複数の作動電極を画定するように第1の構造材料層をパターニングすることであって、作動電極は高い開口層から電気的に絶縁される、パターニングすること(ステージ708)を含む。また、プロセス700は、第1のモールドと、第1の犠牲材料層とを除去すること(ステージ710)も含む。プロセス700のステージ710は、プロセス400のステージ410に対応する。
【００８０】
プロセス700のステージは、図4に示されるプロセス400のステージに類似である。たとえば、プロセス700のステージ701は、プロセス400のステージ401、402および404に対応する。プロセス700のステージ702および704は、プロセス400のステージ406に対応する。プロセス700のステージ706および708は、プロセス400のステージ408に対応する。プロセス700のステージ710は、プロセス400のステージ410に対応する。
【００８１】
図8および図9は、複数のディスプレイ要素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。
【００８２】
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。
【００８３】
ディスプレイ30は、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み得る。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。
【００８４】
ディスプレイデバイス40の構成要素は、図8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包囲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)信号を調整することが可能であり得る。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8および図9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し、プロセッサ21と通信することが可能であり得る。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。
【００８５】
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(登録商標))、GSM(登録商標)/汎用パケット無線サービス(GPRS:General Packet Radio Service)、拡張データGSM(登録商標)環境(EDGE:Enhanced Data GSM(登録商標) Environment)、地上基盤無線(TETRA:Terrestrial Trunked Radio)、広帯域CDMA(W-CDMA(登録商標))、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。
【００８６】
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、飽和度およびグレースケールレベルを含み得る。
【００８７】
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。
【００８８】
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。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。
【００８９】
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(lead)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。
【００９０】
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、ウォッチまたは小型ディスプレイ(small-area display)において有用であり得る。
【００９１】
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ことが可能であり得る。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働くことが可能であり得る。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。
【００９２】
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ことが可能であり得る。
【００９３】
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。
【００９４】
本明細書で使用する、アイテムのリスト「のうちの少なくとも1つ」を指すフレーズは、単一メンバーを含む、それらのアイテム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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、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など、コンピューティングデバイスの組合せ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。
【００９７】
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。
【００９８】
ソフトウェアで実装される場合、機能を1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体に記憶すること、またはコンピュータ可読媒体を介して送信することができる。本明細書で開示し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、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含み、これらは、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を可能にし得る任意の媒体を含む。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、また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でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を含むことができる。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。本明細書で使用するディスク(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(登録商標)(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(登録商標)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。さらに、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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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  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  直視型MEMS方式ディスプレイ装置
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  シャッター
109  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  センサモジュール
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
148  ランプドライバ
150  ディスプレイ要素アレイ
200  シャッター式光変調器
202  シャッターアセンブリ
204  EAL
206  下側基板
208  シャッター
210  片持ち梁
212  アンカー
213  静電アクチュエータ
214  静電アクチュエータ
215  吊り下げ駆動電極
216  高さ延長駆動電極
219  水平部分
220  第1の開口
221  狭い間隙
222  第2の開口
223  狭い間隙
224  遮光層
225  側壁バンパー
227  アンカー
230a  光線
230b  光線
250  上側基板
280  垂直部分
300  シャッター式光変調器
302  シャッター
304  電極梁
305  シャッターアセンブリ
306  静電アクチュエータ
308  静電アクチュエータ
310  高さ延長駆動電極
311  基板
312  EAL
320  第2の開口
322  第1の開口
323  狭い間隙
324  遮光層
325  側壁バンパー
350  上側基板
400  プロセス
504  第1の犠牲材料層
506  凹部
508  第2の犠牲材料層
510  凹部
511  凹部
516  構造材料
530  第3の犠牲材料層
532  凹部
540  開口層材料
599  モールド
604  第1の犠牲材料層
608  第2の犠牲材料層
616  構造材料
700  プロセス
【図１Ａ】
2016535306.tif 000003
【図１Ｂ】
2016535306.tif 000004
【図２Ａ】
2016535306.tif 000005
【図２Ｂ】
2016535306.tif 000006
【図２Ｃ】
2016535306.tif 000007
【図２Ｄ】
2016535306.tif 000008
【図３Ａ】
2016535306.tif 000009
【図３Ｂ】
2016535306.tif 000010
【図３Ｃ】
2016535306.tif 000011
【図４】
2016535306.tif 000012
【図５Ａ】
2016535306.tif 000013
【図５Ｂ】
2016535306.tif 000014
【図５Ｃ】
2016535306.tif 000015
【図５Ｄ】
2016535306.tif 000016
【図５Ｅ】
2016535306.tif 000017
【図５Ｆ】
2016535306.tif 000018
【図５Ｇ】
2016535306.tif 000019
【図５Ｈ】
2016535306.tif 000020
【図５Ｉ】
2016535306.tif 000021
【図６】
2016535306.tif 000022
【図７】
2016535306.tif 000023
【図８】
2016535306.tif 000024
【図９】
2016535306.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月21日(2015.9.21)
【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】
装置であって、
基板と、
前記基板上に配置され、第1の開口を画定する遮光層と、
前記基板と前記基板に結合される反対面との間に位置するシャッター式電気機械システム(EMS)光変調構成要素であって、前記反対面は前記第1の開口と実質的に位置合わせされるように位置する第2の開口を画定する、シャッター式電気機械システム(EMS)光変調構成要素と、
前記EMS光変調構成要素に結合され、前記基板と前記反対面との間に吊り下げられる吊り下げ電極と、
前記吊り下げ電極に隣接して位置し、それにより、前記吊り下げ電極とともに静電アクチュエータを形成し、前記基板から前記吊り下げ電極の高さを越える高さまで延在する、高さ延長電極とを備え、
前記吊り下げ電極および前記高さ延長電極は、前記EMS光変調構成要素を前記基板に対して横方向に、前記第1の開口および前記第2の開口を通る光路中および光路外に移動させるように構成され、
前記高さ延長電極は、前記基板から前記反対面の高さまで延在する、装置。
【請求項２】
前記EMS光変調構成要素は、マイクロ電気機械システム(MEMS)シャッターである、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記反対面はアンカーを介して前記基板に結合する、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記反対面を前記基板に結合する前記アンカーは、前記基板と前記反対面との間に前記吊り下げ電極を支持する、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記高さ延長電極は前記反対面から電気的に絶縁される、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記高さ延長電極は、前記反対面の一部と同一平面をなす上側平面部分を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記反対面に向かい合って位置し、前記EMS光変調構成要素に対して前記反対面から離間して配置される第2の基板を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記高さ延長電極は、前記吊り下げ電極の少なくとも大部分の長さに隣接する、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
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るプロセッサであって、前記プロセッサは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とをさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
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るコントローラとをさらに備える、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
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備え、前記画像ソースモジュールは、受信機、送受信機、および送信機のうちの少なくとも1つを備える、請求項9に記載の装置。
【請求項１２】
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る入力デバイスをさらに備える、請求項9に記載の装置。
【請求項１３】
ディスプレイ装置を形成する方法であって、
基板上に形成された第1のモールド上に複数のディスプレイ要素を製作するステップと、
前記製作されたディスプレイ要素の上にわたって第1の犠牲材料層を堆積するステップと、
複数の吊り下げ電極および複数の高さ延長電極の一部のための第2のモールドを作製するように前記第1の犠牲材料層をパターニングするステップと、
堆積された第1の構造材料層が前記第2のモールドの表面を覆うように、前記第1の犠牲材料層の上にわたって第1の構造材料層を堆積するステップと、
高い開口層を形成するためのそれぞれのディスプレイ要素に対応する前記第1の構造材料層内の複数の開口と、
前記複数の吊り下げ電極と、
前記基板から前記吊り下げ電極の高さを越える高さまで延在する前記複数の高さ延長電極と
を画定するように前記第1の構造材料層をパターニングするステップと、
前記第1のモールドと、前記第1の犠牲材料層とを除去するステップとを含む、ディスプレイ装置を形成する方法。
【請求項１４】
前記第1の犠牲材料層をパターニングするステップは、前記複数の高さ延長電極をその上に形成することができる前記基板上に堆積される遮光層の一部を露出させるように前記第1の犠牲材料層をパターニングするステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記第1の犠牲材料層の上にわたって前記構造材料層を堆積するステップは、堆積された構造材料が前記遮光層の前記露出した部分に部分的に堆積されるように、前記構造材料を堆積するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の高さ延長電極が前記高い開口層から分離されるように、前記構造材料層をパターニングするステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記高さ延長電極の一部が、前記高い開口層と同一平面をなす平面内に延在し、前記高い開口層から、約3ミクロン〜約5ミクロンの範囲内の距離だけ分離される、請求項13に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1の構造材料層を堆積するステップの前に、前記複数の高さ延長電極の底部分を形成するように前記第1のモールドの上にわたって第2の構造材料層を堆積するステップをさらに含み、前記第1の構造材料層を堆積するステップは、前記第2の構造材料層の上にわたって前記第1の構造材料層を堆積するステップを含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１９】
装置であって、
設定された並進運動面に対応する高さにおいて第1の基板と第2の基板との間に吊り下げられる光変調手段と、
前記第1の基板上に配置され、第1の開口を画定する遮光層と、
前記第1の基板に結合され、前記第1の開口と実質的に位置合わせされるように位置する第2の開口を画定する反対面と、
前記光変調手段に結合され、前記設定された並進運動面の前記高さ付近において、前記光変調手段に静電引力を加えるための第1の作動手段と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間の実質的に全距離にわたって前記光変調手段に静電引力を加えるための第2の作動手段であって、前記第2の作動手段は前記第1の基板から前記反対面の高さまで延在し、前記第1の作動手段および前記第2の作動手段は前記光変調手段を前記第1の開口および前記第2の開口を通る光路中および光路外に移動させるように構成される、第2の作動手段とを備える、装置。
【請求項２０】
前記第2の作動手段は前記設定された並進運動面に対して垂直に向けられる光を遮光するための遮光手段を含む、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記反対面および前記高さ延長電極は同じ材料から形成される、請求項1に記載の装置。
【国際調査報告】
2016535306.tif 000026
2016535306.tif 000027
2016535306.tif 000028
2016535306.tif 000029
2016535306.tif 000030