(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1の位置と第2の位置との間で前記シャッターを移動させるためのアクチュエータをさらに備え、前記シャッターを前記第1の位置から前記第2の位置に移動させることが、前記第1のシャッターの辺が前記第1の開口を横切ることを生じさせる、請求項1に記載のディスプレイ。
前記第1の位置が、光が前記第1の開口を通過するのを遮るように前記シャッターを前記第1の開口と揃え、前記第2の位置が、光が前記第1の開口を通過するのを可能にするように前記シャッターを前記第1の開口と揃える、請求項2に記載のディスプレイ。
前記第1の層が、それぞれのシャッターと、前記シャッターを前記第1の位置と第2の位置との間で移動させるためのそれぞれのアクチュエータとをそれぞれ有する複数の開口を含む、請求項1に記載のディスプレイ。
前記複数のシャッターのうちの少なくとも2つのシャッターが、前記第1の位置から前記第2の位置まで移行するときに、異なる運動方向に移動する、請求項7に記載のディスプレイ。
前記画像データを前記プロセッサに送信するように構成された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が、a)受信機、b)トランシーバ、およびc)送信機からなる群から選択される少なくとも1つの構成要素を備える、請求項9に記載のディスプレイ。
前記第1の位置と第2の位置との間で前記シャッターを移動させるためのアクチュエータを設けるステップをさらに含み、前記シャッターを前記第2の位置に移動させることが、前記第1のシャッターの辺が前記第1の開口を横切ることを生じさせる、請求項13に記載の方法。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下の説明は、本開示の発明的態様を説明するためのいくつかの実装形態を対象とする。しかしながら、本明細書の教示が、多数の様々な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)か静止している(静止画像など)かにかかわらず、およびテキスト、グラフィック、または描画にかかわらず、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、またはシステム内に実装され得る。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携帯電話、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、パーソナルデータアシスタント(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(電子書籍など)、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ(走行距離計および速度計のディスプレイなどを含む)、コックピット制御機器および/またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ(車両内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、建築構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、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/乾燥機、パーキングメータ、(マイクロ電気機械システム(MEMS)用途を含む電気機械システム(EMS)用途ならびに非EMS用途などにおけるような)パッケージ化、美的構造(一片の宝石または衣服の上への画像の表示など)、および多様なEMSデバイスなど、多様な電子デバイスに含まれ得るかまたは関連付けられ得ることが考えられる。本明細書の教示はまた、限定はしないが、電子スイッチデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動作検知デバイス、磁力計、家庭用電子機器のための慣性コンポーネント、家庭用電子機器製品のパーツ、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、非ディスプレイ用途において使用され得る。したがって、教示は、図に示される実装形態だけに限定されることを意図されているのではなく、当業者に容易に明らかとなる広い利用可能性を有することを意図されている。
【0027】
本明細書で説明するシステムおよび方法は、とりわけ、基板内に形成された開口の上に、および開口から離れて移動するシャッターを含むMEMS光変調器を含む。一実装形態では、シャッターは、シャッターが開口から横方向に離隔される開位置とシャッターが開口の上に整列される閉位置との間を移動する。シャッターは、開口の上におよび開口から離れて移動して、開口を通って進む光を遮るかまたは通す。シャッターは、開口に対して横行する経路に沿って進み、開位置から閉位置への第1の運動方向に移動し、反対方向に移動して閉位置から開位置に移動する。シャッターは、前縁および後縁を有する。シャッターは開位置と閉位置との間を移動するので、シャッターの前縁は開口の上を進み、シャッターの後縁は開口に向かって移動するが開口の上を進むことはない。一実装形態では、シャッターは、閉位置にあるときは開口の上に非対称的に整列され、シャッターの前縁が開口から配置される距離よりも大きい開口からの距離に、シャッターの後縁を配置する。
【0028】
いくつかの実装形態では、MEMS光変調器は、第2の開口を含むことができる。シャッターは、基板内の開口と第2の開口との間に配設され、開位置と閉位置との間を移動して、これらの2つの開口の間を通る光を変調することができる。開口は、互いに対して整列されて、光が一方の開口から他方に通ることを可能にする。一実装形態では、第2の開口は、第1の端辺と第2の端辺とを有し、シャッターが開位置にあるとき、第2の端辺がシャッターに近接する。開口の第2の端辺は、第2の開口の中心から、第1の端辺よりも遠くに延びて、第2の開口を基板内の開口と非対称的に配列することができる。
【0029】
いくつかの実装形態では、基板内の開口は、第1の端辺と第2の端辺とを有し、シャッターが開位置にあるとき、第2の端辺がシャッターに近接する。いくつかの実装形態では、シャッターが開位置にあるとき、基板内の開口の第2の端辺は、シャッターの前縁を越えて延びる。
【0030】
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。
【0031】
本明細書で説明するシステムおよび方法は、光が、閉じたシャッターの下から漏れることで生じ得る光の回折および反射の効果を含む光漏洩効果を低減する、延長されたシャッターを設けることによって改善されたコントラスト比を提供することができる。シャッターの後縁が開口から、従来のシャッターにおけるよりも遠い距離に配置されるように、シャッターが延長され得る。これにより、開口を通過する光を遮るために、シャッターの長さが延長されて、より大きいシャッターがもたらされる。加えて、シャッターを延ばして後縁を開口からより遠くに配設するが、シャッターの前縁を開口に対して従来の位置に維持させることによって、シャッターの前縁が開口にわたって移動する時間が維持される。したがって、開位置と閉位置との間でシャッターを切り替えるのに必要な時間を変えることなく、シャッターの光を遮る能力が改善される。
【0032】
本明細書で説明するシステムおよび方法はまた、いくつかの実装形態では、シャッターの上の開口の長さを延ばして開口をシャッターの後縁に向かってより遠くに延長させることによって、視野角を改善することができる。延長された開口は、光が、基板内の開口からシャッターの上の開口に通るときに進み得る角度の範囲を増加する。シャッターの上の延長された開口は、後縁に向かう開口の端辺における視野角を改善する。
【0033】
一実装形態では、開示するシステムおよび方法はまた、基板内の開口の長さをシャッターの後縁に向かって延ばすことによって、視野角を増加することができる。基板内の開口を延ばすことによって、光が基板を通過するために、より広い空間が設けられる。その上、延長された開口は、基板内の開口の延長部とシャッターの上の開口の対向する端辺との間の経路に沿って高い視野角で進んでいる光を通す開口の能力を高める。シャッターの下の延長された開口は、シャッターの前縁に向かう開口の端辺における視野角を改善した。
【0034】
図1Aは、例示的なディスプレイ装置の等角図であり、例示的な直視型MEMS方式ディスプレイ装置100の概略図を提示する。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は画像104を形成することができる。バックライト付きディスプレイに対して、光変調器102は、1つまたは複数のランプ105からの光を遮る。他の実装形態では、ディスプレイ装置100は、ディスプレイ装置100の前面から発生する周辺光の反射によって画像を形成するか、またはディスプレイ装置100は、ディスプレイ装置100の前面に配置された1つまたは複数のランプ105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。いずれの場合も、光変調器102の閉状態または開状態が、たとえば、限定はしないが、光を遮断、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折すること、または別の方法で光の特性または経路を変更することによって、光路内の光を変調する。
【0035】
図示のディスプレイ装置100において、各光変調器102は、画像104中の画素106に対応する。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102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。これらの色固有光変調器102を使用するこの実施形態では、画像104中の画素106は、カラー画素106の3つの色を作成する3つの光変調器102と関連付けられた3つの画素106を含むことになる。別の例では、ディスプレイ装置100は、画像104中のグレースケー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。
【0036】
ディスプレイ装置100は、結像光学素子を必要としないという点で直視型ディスプレイである。ユーザは、ディスプレイ装置100を直接見ることによって画像を見る。代替実装形態では、ディスプレイ装置100は、投影型ディスプレイ内に組み込まれる。そのような実装形態では、ディスプレイは、光をスクリーンまたは壁の上に投影することによって画像を形成する。
【0037】
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。ランプからの光は、場合によっては、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実装形態は、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。いくつかの透過型ディスプレイ実装形態では、色固有光変調器は、カラーフィルタ材料を各光変調器102と関連付けることによって作成される。他の透過型ディスプレイ実装形態では、色は、以下で説明するように、異なる原色を有するランプの照度を変えることによるフィールド順次式カラー方法を使用して生成され得る。
【0038】
図示の光変調器102の各々は、シャッター108および開口109を含む。各シャッター108は、前縁120および後縁122を有する。画像104中の画素106を照明するために、シャッター108は開口から離れて配置され、見ている人に向かって光が開口109を通過するように開口109から横方向に離隔される。画素106を未点灯のまま保つために、シャッター108が開口109と揃えられて光が開口109を通過するのを妨げるように、シャッター108は別の異なる位置に配置される。開口109は、透明基板上に置かれた膜であり得る反射材料または光吸収材料を通してパターニングされた開口部によって画定される。光変調器102Aおよび102Bは、光変調器102Aによって示される開位置のシャッター108と、光変調器102Bによって示される閉位置のシャッター108との対照比較を提示する。図示の対照比較は、シャッター102Bが、前縁120を開口109にわたって移動して、光が開口109を通過するのを妨げることによって閉じることを示す。
【0039】
ディスプレイ装置100は、基板と、シャッター108の移動を制御するための光変調器102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、ディスプレイ装置100中のすべての画素に、または少なくとも複数の列と複数の行の両方からの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(たとえば、相互接続110、112および114)を含む。適切な電圧(「書込み許可電圧、V
we」)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。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、通常、データ電圧よりも振幅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。次に、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、シャッター108を第1の位置から第2の位置に移動させる。いくつかの実装形態では、これは、シャッター108を開位置から閉位置に移動させる。しかし、他の実装形態では、作動電圧は、開と閉との間の中間である、第1の位置と第2の位置との間にシャッターを駆動することができる。
【0040】
図1Bは、
図1Aのディスプレイ装置100のブロック
図150である。
図1Aおよび
図1Bを参照すると、上述のディスプレイ装置100の要素に加えて、ブロック
図150に示すように、ディスプレイ装置100は、複数のスキャンドライバ152(「書込み許可電圧源」とも呼ばれる)および複数のデータドライバ154(「データ電圧源」とも呼ばれる)を含む。スキャンドライバ152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154は、データ相互接続112にデータ電圧を印加する。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154は、特に画像104のグレースケールがアナログ方式で導出されるべきである場合、光変調器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度状態すなわちグレースケールが生じるように設計される。
【0041】
他の場合には、データドライバ154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制御マトリクス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または閉状態をセットする。
【0042】
スキャンドライバ152およびデータドライバ154は、デジタルコントローラ回路156(「コントローラ156」とも呼ばれる)に接続される。コントローラ156は、入力される画像信号157を処理してディスプレイ100の空間アドレス指定およびグレースケールの機能に適したデジタル画像フォーマットにする、入力処理モジュール158を含む。各画像の画素位置およびグレースケールのデータは、データが必要に応じてデータドライバ154に取り出され得るようにフレームバッファ159内に記憶される。データは、行によっておよび画像フレームによって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154に送られる。データドライバ154は、直列並列データコンバータと、レベルシフティングと、一部の用途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。
【0043】
ディスプレイ装置100は、場合によっては、共通ドライバ153のセットを含む。いくつかの実装形態では、共通ドライバ153は、コントローラ156からのコマンドに従って、画素のアレイ103の複数の行および列中のすべての光変調器の同時作動を駆動および/または初期化することが可能である電圧パルスを出す。
【0044】
異なるディスプレイ機能のためのドライバ(たとえば、スキャンドライバ152、データドライバ154、および共通ドライバ153)は、コントローラ156内のタイミング制御モジュール160によって時間同期される。モジュール160からのタイミングコマンドが、ランプドライバ168と、画素のアレイ103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154からの電圧の出力と、光変調器作動をもたらす電圧の出力とにより、赤、緑および青ならびに白色ランプ(それぞれ162、164、166、および167)の照度を調整する。
【0045】
コントローラ156は、アレイ103内のシャッター108の各々が、新規画像104に適した照度レベルにリセットされ得るシーケンシングまたはアドレス指定方式を決定する。
【0046】
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156によって、画素のアレイ103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152は、アレイ103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154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、アレイ中の上から下に進む。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。さらなる実装形態では、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にロードされる。
【0047】
代替実装形態では、画素のアレイ103と、画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、画素は、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、任意の複数の画素を指すものである。
【0048】
ディスプレイ100は、タイミング制御モジュール160、フレームバッファ159、スキャンドライバ152、データドライバ154、ならびにドライバ153および168を含む複数の機能ブロックを含む。各ブロックは、区別できるハードウェア回路および/または実行可能コードのモジュールのいずれかを表すものと理解され得る。いくつかの実装形態では、機能ブロックは、回路基板および/またはケーブルによって互いに接続された別個のチップまたは回路として提供される。代替として、これらの回路の多くは、ガラスまたはプラスチックの同じ基板上に画素アレイ103とともに組み立てられ得る。他の実装形態では、ブロック
図150にある複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および/または制御機能は、単一のシリコンチップ内で互いと統合され得、そのシリコンチップは、次に、画素アレイ103を保持する透明基板に直接接着される。
【0049】
コントローラ156はプログラミングリンク180を含み、プログラミングリンク180によって、コントローラ156内で実装されるアドレス指定、色、および/またはグレースケールのアルゴリズムは、特定の用途の必要性に応じて変更され得る。いくつかの実装形態では、プログラミングリンク180は、コントローラ156が環境条件に対応してイメージングモードまたはバックライト電力を調整し得るように、周辺光または温度のセンサなどの環境センサから情報を伝える。コントローラ156はまた、ランプならびに光変調器の作動に必要な電力を供給する電源入力182を含む。必要に応じて、ドライバ152、153、154、および/または168は、入力電圧182を、シャッター108の作動、またはランプ162、164、166、および167などのランプの照明に十分な様々な電圧に変換するためのDC−DCコンバータを含み得るかまたはそれと関連付けられ得る。
【0050】
図2は、
図1AのMEMS方式ディスプレイ装置100内への組み込みに適している例示的なシャッター方式光変調器200の斜視図である。シャッター方式光変調器200(シャッターアセンブリ200とも呼ばれる)は、アクチュエータ204に結合されたシャッター202を含む。シャッター202は、3つのスロット209と3つの遮光部213とを含む。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、一方の側でアクチュエータ205に結合する。アクチュエータ205は、表面203に対して実質的に平行である運動面における基板201の表面203の上方で、シャッター202を横方向に移動させる。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。
【0051】
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、基板201の表面203に近接して懸架されたまま保つ。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。
【0052】
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。
【0053】
表面203は、光を通過させるための1つまたは複数の開口211を含む。シャッターアセンブリ200が、たとえばシリコンから作られる不透明基板201上に形成される場合、表面203は基板201の表面であり、開口211は、基板201を貫通する穴のアレイをエッチングすることによって形成される。シャッターアセンブリ200が、たとえばガラスまたはプラスチックから作られる透明基板201上に形成される場合、表面203は、基板201上に堆積された遮光層の表面であり、開口は、表面203をエッチングして穴211のアレイに形成される。開口211は概して、円形、楕円形、多角形、蛇行状、または形状が不規則でよい。図示のシャッター202は、基板201の開口211と揃えられ得る3つのスロット213を有する。開口211とスロット213との間の整列によって、基板201を通過し、シャッター202を通過し得る光の量が一部制御される。図示のスロット213は方形であるが、任意の適した形状またはパターンが使用されてもよい。
【0054】
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。駆動ビーム216およびコンプライアント部材206は、シャッター202を開口211の上で横に移動させる。シャッター202は、線215で示す直線経路に沿って前後に進む。
【0055】
弾性シャッターアセンブリ内のアクチュエータ205は、第1の位置と第2の位置との間で動作するようにセットされ、第1の位置および第2の位置は、この図示の例に対して、閉位置もしくは作動位置および弛緩位置である。しかしながら、設計者は、アクチュエータ205がその弛緩位置にあるとき常に、シャッターアセンブリ200が、「開」状態すなわち光を通すかまたは「閉」状態すなわち光を遮るかのいずれかであるように開口211を配置することを、選択することができる。説明の目的で、本明細書で説明する弾性シャッターアセンブリは、それらの弛緩状態において開であるように設計されることが、以下で仮定される。シャッター202は、光が開口211からスロット209を通って進むことを可能にするように開口211の上にスロット209が整列される開位置と、光がシャッター202を越えて進むのを妨げるように開口211の上に遮光部213が整列される閉位置との間を移動する。
【0056】
いくつかの実装形態では、「開」および「閉」のアクチュエータのセットは、制御電子回路が、シャッターを開状態および閉状態の各々に静電的に駆動することができるように、シャッターアセンブリの一部として設けられ得る。
【0057】
他のタイプのシャッター制御システムが、本明細書で説明するディスプレイとともに使用されてもよい。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、グレースケールおよび/または電力消費性能のいずれかを向上させるために、アレイの各画素内の素子のスイッチングおよび/またはデータ記憶要素(いわゆるアクティブマトリクス)を含むことが適切である。これらの制御システムのいずれかが、本明細書で説明するシステムおよび方法を用いて使用され得る。
【0058】
図3Aは、シャッター方式光変調器(シャッターアセンブリ)302を組み込んだディスプレイ装置300の断面図である。各シャッターアセンブリ302は、シャッター303とアンカ305とを組み込んでいる。アンカ305とシャッター303との間で接続されると、表面の少し上でシャッター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302は、プラスチックまたはガラスで作製され得る透明基板304上に配設される。基板304上に配設された後ろ向き反射層、反射膜306が、シャッターアセンブリ302のシャッター303の閉位置の下に置かれた複数の表面開口308を画定する。反射膜306は、表面開口308を通らない光を、ディスプレイ装置300の後ろに向かって逆反射する。反射開口層306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を含むいくつかの堆積技術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。別の実装形態では、後ろ向き反射層306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る。シャッターが自由に移動する反射膜306からシャッター303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、閉状態における、シャッター303の辺と、開口308の辺との間の横方向の重複よりも小さくてよい。
【0059】
ディスプレイ装置300は、基板304を平面光ガイド316から分離する随意のディフューザ312および/または随意の輝度強化膜314を含む。光ガイドは、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。図示の光ガイド316は、1つまたは複数の光源318によって照射され、バックライトを形成する。光源318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319は、ランプ318から光ガイド316に光を向けるのを助ける。前向き反射膜320が、バックライト316の後ろに配設され、シャッターアセンブリ302に向かって光を反射する。シャッターアセンブリ302のうちの1つを通らない、バックライトからの光線321などの光線は、バックライトに戻され、膜320から再度反射される。この方式において、第1の経路上に画像を形成するためにディスプレイ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302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。
【0060】
光ガイド316は、ランプ318から開口308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317を含む。光リダイレクタ317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もつ光ガイド316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317の密度は概して、ランプ318からの距離とともに増大する。
【0061】
代替実装形態では、開口層306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303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。代替実装形態では、開口層306は、光ガイド316の表面に直接堆積され得る。代替実装形態では、開口層306は、シャッター303およびアンカ305と同じ基板上に配設される必要はない。
【0062】
カバープレート322は、ディスプレイ装置300の前面を形成する。カバープレート322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324でカバーされ得る。代替実装形態では、カバープレート322は、カラーフィルタ、たとえば、シャッターアセンブリ302のうちの異なるものに対応する、別個の赤色、緑色、および青色フィルタを含む。カバープレート322は、シャッターアセンブリ302から所定の距離だけ離れて支えられ、図示のギャップ326を形成する。ギャップ326は、機械的サポートもしくはスペーサ327によって、および/またはカバープレート322を基板304に付着させる粘着シール328によって維持される。粘着シール328は、作動流体330を密閉する。作動流体330はまた、潤滑剤としても働き得る。一実装形態では、作動流体330は、高い表面濡れ性をもつ疎水性液体である。
【0063】
薄板金属または成形プラスチックのアセンブリブラケット332は、カバープレート322と、基板304と、バックライト316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332は、複合ディスプレイ装置300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318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336は、光ガイド316の辺から漏れた光を光ガイドに戻すのを助ける。シャッターアセンブリ302およびランプ318に制御信号ならびに電力を与える電気相互接続は、
図3Aに示していない。
【0064】
図3Aのディスプレイ装置300は、MEMSアップ構成と呼ばれ、MEMS方式光変調器が、基板304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302は、反射開口層306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。
図3Bは、シャッター方式ディスプレイ装置のMEMSダウン実装形態の断面図である。
図3BのMEMSダウン構成において、MEMS方式光変調器302を収容する基板304は、
図3Aのディスプレイ装置300におけるカバープレート322に取って代わり、上部基板の後面、すなわち見ている人とは反対を向き、バックライト316の方を向く表面にMEMS方式光変調器302が配置されるように配向される。MEMSダウン実装形態において、MEMS方式光変調器302は、反射開口層306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307と、MEMS変調器302が形成される基板304とを接続する一連のスペーサポスト(図示せず)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302を、それらの対応する開口308から分離するギャップまたは距離は、10ミクロン未満、またはシャッターと開口との間の重複よりも小さい距離であり得る。基板304上に形成されたシャッターアセンブリ302は、この実装形態では開口プレート307上の開口層306を形成する反射膜内に形成されるそれぞれの開口308と揃えられる。光キャビティ316からの光は、開口層306内の開口308を通過し、層324内に形成された開口350に向かって進むことができる。一実装形態では、層324は、一実装形態においてガラス、プラスチックまたはいくつかの他の好適な材料で形成された透明基板304の表面に堆積された金属材料の層である。シャッターアセンブリ302のシャッター303は、光が開口308を通って開口350に進むのを妨げるために、開口308と350との間の位置に移動することができる。代替として、シャッター303は、光が開口308から開口350を通って進むのを可能にするために、開口308および350から横方向に離れて配置され得る。
【0065】
図4は、第1の位置にあるMEMS方式シャッターおよび第2の位置にあるMEMS方式シャッターの上面図を示す。具体的には、
図4は、第1のシャッターアセンブリ402Aおよび第2のシャッターアセンブリ402Bを含むシャッターアレイ400の一部の上面図を示す。各シャッターアセンブリ402Aおよび402Bは、第1の位置と第2の位置との間を運動方向410に沿って移動し、それぞれの開口408にわたって横に移動するシャッター404を含む。シャッターアセンブリ402Aおよび402Bは、基板430上に形成される。基板430は透明であってよく、ガラス、プラスチックまたは任意の他の好適な材料であってよい。2つのシャッターアセンブリ402Aおよび402Bを、代表的なディスプレイにおいて
図4に示すが、図示のシャッターアセンブリ402Aおよび402Bと同様の数百、数千または数百万のシャッターアセンブリが基板430上に形成され得ることは、当業者には理解されよう。
【0066】
図示の開口408は基板430内に形成され、
図3Aおよび
図3Bを参照して述べたように、開口408は、光ガイド316などの光ガイドからシャッター404Aおよび404Bに向かって光が進むことを可能にする。
図4の実装形態では、開口408Aおよび408Bは、基板430の表面上に堆積された遮光膜419の層内に開口をエッチングすることによって形成される。図示の開口408は、運動方向を示す線410を横切って整列された第1の端辺432および第2の端辺434を有する方形周縁辺を有する。シャッター404Aおよび404Bもまた方形であり、第1の辺436および第2の辺438を含む周縁辺を有し、辺436と438の両方もまた、運動方向410を横切る。各シャッター404Aおよび404Bは、軸450に沿って延びる長さと軸452に沿って延びる幅とを有する。
【0067】
シャッター404Aは、開口408Aの上に整列されるように示されており、開口408Aは、点線の周縁辺で示され、シャッター404Aが開口408Aを覆うことを示すために内部をクロスハッチングされている。整列されると、シャッター404Aは、光が開口408Aを通過するのを妨げ、開口408Aを通る光を変調して、シャッターアセンブリ402Aから送られる光の輝度を減少させる。
【0068】
図4は、シャッター404Aおよび404Bが2つの位置の間を移動することを示す。アセンブリ402Aのシャッター404Aは、この実装形態では、光が開口408から伝わるのを妨げる第1の位置に示される。シャッターアセンブリ402Bのシャッター404Bは、この実装形態では、開口408Bから横方向に離隔されて光が開口408Bを通過するのを可能にする第2の位置に示される。図示の第1および第2のシャッター位置は、シャッター404の位置の単なる例であり、他の実装形態では、シャッターは、開口を横切って途中まで移動させて、開口と部分的に重複する位置に至ることができる。その上、
図2のスロット209で示すタイプのスロット付きシャッターを有する実装形態では、第1および第2の位置は、スロット209を基板230内の開口211に対して異なる配置に配列する位置に対応することがある。さらに他の実装形態は、複数のシャッターを使用して開口を覆い、光が開口を通過するのを妨げることができ、これらの実装形態では、複数のシャッターの位置もまた、
図4に示す位置と異なることがある。
【0069】
図4は、さらに、シャッター404Aおよび404Bが、それぞれ、それらのそれぞれの開口408Aおよび408Bより大きい表面積を覆うことを示す。したがって、シャッター404Aなどのシャッターの周縁辺は、開口408Aの周縁辺を越えて延び、基板430の表面に堆積された遮光膜419と重なる。図示の例では、シャッター404Aは、開口408Aの長さおよび幅よりともに大きい長さおよび幅を有する。しかしながら、他の実装形態では、シャッター404Aは、軸450に沿って測定される開口408Aの長さに等しいかまたは実質的に等しい、軸450に沿って測定される長さを有することがある。
【0070】
図4は、さらに、シャッター404Aが、開口408Aと非対称的に揃えられ、第1のシャッターの辺436Aが開口408Aの第1の端辺432Aを越える距離415Aに延び、第2のシャッターの辺438Aが開口408Aの第2の端辺434Aを越える、第2のより長い距離414Aに延びることを示す。シャッター404Aは、第1の位置に配列されるとき、開口408Aと非対称的に揃えられ、開口408Aと少なくとも同じ、またはそれ以上の広がりを持つ。シャッター404Aのより大きい表面積は、開口408Aの周縁辺を越えて延びて基板430上の遮光膜419と重なるシャッター404Aの方形周縁辺をもたらす。破線は、第2のシャッターの辺438Aが開口408Aの端辺434Aを越えて延びる距離414Aを示す。同様に、破線はまた、第1シャッターの辺436Aが開口408Aの端辺432Aを越えて延びる距離415Aを示す。図示のように、距離414Aは、距離415Aより大きい。したがって、第2のシャッターの辺438Aは、第2の開口の端辺434Aを越えてより大きい距離を延び、開口408Aから通る光を遮るための遮光膜419とのより大きい重複をもたらす。
【0071】
図4に示す例では、典型的なシャッター404Aは、約1〜50ミクロンの長さと5〜200ミクロンの幅とを有する。距離414Aおよび415Aは、典型的には1ミクロン〜20ミクロン、より一般的には2ミクロン〜10ミクロンに及ぶが、他の距離が使用されてもよく、シャッターおよび開口のサイズも、取り組まれる用途に基づいて選択されるサイズとともに変わることがある。
【0072】
図4は、開口408Bを横切るシャッター404Bの運動方向を表す線410に沿って横に移動して、開口408Bから横方向に離隔されたシャッター404Bを示す。シャッター404Aで示すシャッターの閉位置からこの第2の開位置までのシャッター404Bの移動によって、シャッター404Bの第1の辺436Bが開口408Bにわたって横に移動させられる。シャッター404Bは、開口408Bの全部または実質的に全部が露出され、覆いを取られて光が開口408Bを通過してシャッター404Bを越えてページの面の外に出る方向に進むことが可能になるまで移動する。図示のシャッター404Bは、開口408Bから横方向に離隔される位置に移動し、それによってシャッターの辺436Bが、開口408Bの第2の辺434Bから横方向に離隔される。代替実装形態では、シャッター404Bは、第2の位置に移動されると、その第1の辺436Bが開口408Bの第2の辺434Bの上に実質的に整列されるか、または代替として、第1の辺436Bを、シャッター404Bが依然として開口408Bの一部を覆ったままの位置に維持することができる。シャッターが開口の辺に対してどのように整列し得るかの一実装形態を、
図5Bを参照しながら以下でより詳細に説明する。
【0073】
図5Aおよび
図5Bは、第1の開口と第2の開口との間に非対称的に整列され、運動方向に沿って横に移動するシャッターを示す断面図を示す。
図5Aは、第1の開口と第2の開口との間に非対称的に整列されたシャッターの断面図を提示する。具体的には、
図5Aは、第1の開口508と第2の開口550との間に配列されたシャッター504を含むシャッターアセンブリ500を示す。開口508は、基板530上に堆積された遮光材料の膜519内に形成される。シャッター504は、第1の開口508を越えて延び、長さ515だけ遮光膜519と重なる第1の辺536と、開口508を越えて延び、第2のより長い長さ514だけ遮光膜519と重なる第2の辺538とを有する。シャッター504は、線510で示す運動方向に沿って開口508にわたって横に移動する。図示しないが
図3のアクチュエータ305に類似するアクチュエータが、第1の位置と第2の位置との間で運動方向に沿ってシャッター504を駆動することができる。シャッター504は、基板530内の第1の開口508と同じ広がりを持って、すなわち完全に覆って整列されたシャッター504によって閉位置に示されている。そのように配置されると、シャッター504は、光ガイド516からの光が開口508および開口550を通過するのを妨げる。
【0074】
開口550は、
図3のマスク324の材料に類似するブラックマトリクス材料などの材料の膜524内に形成され得る。膜524は、リソグラフィでパターニングされるかまたは別の方法で処理されて開口550を形成することができる。開口550は、基板530上の開口508と揃えられる。典型的には、開口550の形状は、開口508の形状と同様であるが、常にそうであるとは限らない。断面で示しているが、開口550は、膜524内の方形の開口部として形成され、第1の辺552および第2の辺554を有する方形の周縁辺を有する。第1の辺552は、閉位置にあるときにシャッター504の辺536と重なる。同様に、第2の辺554は、シャッター504の第2の辺538と重なり、辺538を越えて延びる。したがって、シャッター504の辺536と538の両方は、シャッター504が閉位置にあるときに膜524と重なる。図示の実装形態では、開口550は開口508より大きい。開口508の周縁辺532と534の両方は、シャッター504が開位置にあるときに開口508が開口550によって完全に露出されて覆いを取られるように、開口550の辺552および554から横方向に離間される。
【0075】
図5Bは、線510で示す方向に横に移動したシャッター504の断面図を示す。シャッター504は、開口508から横方向に離隔される位置に移動しており、光ガイド516からの光が開口508および開口550を通過するのを可能にする。図示の実装形態では、シャッター504は、許容ギャップを表す距離560だけ開口508から横方向に離隔される。許容ギャップは、シャッターの実際の位置がその予期する位置と一致しないことを引き起こすことがある製造中の変動に適応するための間隔を表す。図示の許容ギャップの距離560は、これらの変動を伴うとしても、開のときにシャッター508が開口508から離隔されるように、これらの変動に適応する。シャッター504の移動はアクチュエータ(図示せず)によって駆動され、シャッター504を第1の位置と第2の位置との間で移動させる。
【0076】
図5Aおよび
図5Bを比較するとわかるように、開口508にわたって進むのはシャッター504の辺536である。辺536はシャッター504の前縁であり、開口508全体にわたって進んでシャッター504を開状態または閉状態に配置するのはシャッター504の辺536である。シャッター504の第2の辺である後縁538は、開口508を横切らない。第2の辺538は、開口508に向かっておよび開口508から離れて移動するが、少なくとも開口508からの距離514より近づくことはない。したがって、
図5Bに示すように、シャッター508の総移動距離(T)は、前縁536が移動する距離であり、その距離は、一実装形態では、
【0077】
T=重複515+開口の幅508+任意の許容ギャップ560
であり得る。
【0078】
距離Tは、少なくとも部分的には、開位置と閉位置との間でシャッター504を移動させるのに必要な時間を決定する。一実装形態では、重複515は1μm〜5μmに及ぶことがあり、許容範囲Tは0μm〜3μmに及ぶことがある。しかしながら、重複の長さおよび許容範囲は、用途に応じて変化することがある。距離Tは、距離514とは無関係であり、距離514は、シャッター504が閉じているときにシャッター504の辺538が遮光膜519と重なる距離である。したがって、距離514は、距離T、または開位置と閉位置との間をシャッター504が移動するのに必要な時間を変えることなく増加され得る。しかしながら、距離514を延ばすと、閉位置にあるときに、光、とりわけシャッター504の辺538と遮光膜519との間を通る光を遮る、シャッター504の能力を改善することができる。
図6Aは、開口とシャッターとの間のギャップを通過する光源からの光の断面図である。
【0079】
具体的には、
図6Aは、光ガイド616に搭載された基板630上に形成されたそれぞれの開口608A、608Bおよび608Cに近接して配設されたシャッター604A、604Bおよび604Cを有する複数のシャッターアセンブリ602A、602Bおよび602Cを含むディスプレイ600の一部を示す。カバープレート622は、開口650A、650Bおよび650Cが形成される膜632に隣接して配置される。
図6Aは、さらに、光を光ガイド616内に送る光源618を示す。光ガイド616は、光ガイド616内の光を分散し、基板630ならびに開口608A、608Bおよび608Cの方に誘導する。
【0080】
図6Aは、シャッター604Aが、閉位置にあるときに、開口608Aと非対称的に揃えられて、光の漏洩を低減すること、とりわけギャップ626を通って漏れる光を低減することを示す。
図6Aでは、シャッター604Aは、開口608Aの上に配設され、光が開口650Aを通過するのを妨げる、すなわちシャッター604Aは閉位置にある。しかしながら、
図6Aは、シャッター604Aが、基板630および開口608Aから垂直方向に離隔されていることを示す。シャッター604Aと基板630上の遮光膜619との間の間隔は、破線で示すギャップ626を形成する。ギャップ626は、シャッター604Aの両側に示され、ギャップ626が、典型的にはシャッター604Aの全周縁の周りに延びることは、当業者には明白であろう。ギャップ626は開口部をもたらし、その開口部を通して、シャッター604Aが閉位置にあるときでも、限られた範囲の角度に沿って進む光がシャッター604Aの下を通り、カバープレート622を通過することがある。この漏洩する光、すなわち光の漏洩は、少なくとも一定の視野角において、ディスプレイに対するコントラスト比を低減することがある。
【0081】
図6Aは、閉じたシャッター604Aの右側のギャップ626から漏れる光621を示す。具体的には、
図6Aは、ギャップ626を通って隣接するシャッターアセンブリの開口の外に、直接に、または図示のように表面への反射によって進む光である、光の漏洩の1つのタイプを示す。漏れは、1つのシャッター604Aの下から漏れ、次に第2の隣接する開口650Bを通って外に進む光線621で示される。光線621の終端部は破線で示され、表面619から反射した光の低下した強度を表す。辺638を開口608Aからさらに延ばすことによって、シャッター604Aが、ギャップ626を通過した光を遮ること、または光を表面619からより多い回数反射させて漸次強度を低下させることが可能になる。
【0082】
図6Bは、シャッターの辺の周りを進む回折光のパターンの図式表現である。
図6Bは、回折光を、シャッター604Aと遮光膜619との間のギャップ626を通って伝播し得る漏洩光として示す。
図6Bは、回折光を一連の弧623として図で示す。弧625で示す回折パターンの一部は、開口650Aを通って伝播する。徐々に広がる弧線623および625の間隔は、低下していく回折光の強度を表す。シャッター604Aの辺638を開口650Aから横方向にさらに移動させることによって、開口650を通過する回折光の強度は、辺638が開口650Aにより近い場合よりも小さくなる。したがって、辺638を開口650Aから遠い位置に延ばすことによって、シャッター604Aが閉位置にあるときに開口650Aを通過する回折光の強度が低下し、シャッター604Aによって生成される画像のコントラスト比が改善する。
【0083】
したがって、両原因による光の漏洩は、開シャッターと閉シャッターとの間のコントラスト比を低下させることがある。シャッターが光の漏洩を防ぐ能力は、部分的には、シャッター604Aなどのシャッターが、開口608Aおよび650Aなどの開口を画定する遮光膜619および632にわたって延びる距離によって決定される。
【0084】
本明細書で説明するシステムおよび方法では、シャッター604Aは、
図6Aに示すように、開口608Aの右側に示す距離614が、開口608Aの左側の距離615より大きくなるように、開口608Aの上に非対称的に整列される。シャッター604Aが膜619に重なる、より大きい距離614は、開口650Aを通る回折漏洩および650Bを通る反射漏洩を低減し、それゆえコントラスト比を改善する。
【0085】
図5Bを参照して上述したように、開位置または閉位置に移動するためにシャッター504が進む距離は、距離515と開口508の幅と任意の許容範囲560との和に等しい。開口508にわたって移動するのはシャッター504の辺であるので、移動距離Tは、シャッター504の辺536が移動する距離の関数であることがわかる。したがって、移動距離は、距離514ではなく距離515の関数である。距離515ではなく、閉じたときにシャッター508が遮光膜519と重なる距離514を増加することによって、本明細書で説明するシステムおよび方法は、開位置と閉位置との間で状態を切り替えるために必要な移動距離または移動時間を増加することなく、シャッター504の辺538の下からの光の漏洩を防ぐシャッターの能力を向上する。
【0086】
さらに、
図5Aに示すように、距離514が十分に大きい場合、開口550は、開口550の、シャッター504の辺538に近接する側で拡大され得る。
図7は、MEMS方式シャッターが第1の開口の上に非対称的に整列され、第2の開口が増加された幅を有する断面図である。
図7は、光キャビティ716に面するMEMS基板709の表面上に形成されたシャッターアセンブリ702A、702Bおよび702Cを有するMEMSダウンシャッターディスプレイ700を示す。シャッターアセンブリは、それぞれの開口708A、708Bおよび708Cの上に非対称的に整列されたそれぞれのシャッター704A、704Bおよび704Cを有する。シャッターアセンブリ702A、702Bおよび702Cは同様であるため、図示と理解とを容易にするために、これらのシャッターアセンブリの構造について、シャッターアセンブリ702Bを参照しながら説明する。
【0087】
シャッターアセンブリ702Bはシャッター704Bを含み、シャッター704Bの一方の側に重複714を有し、重複714は他方の側のシャッター704Bの重複715より大きい。したがって、シャッター704Bは、
図6Aのシャッター604Aと同様にその右側で延長され、それによって、シャッター704Bの辺738は、辺736が開口708Bから離れるよりも遠くに開口708Bから離れる。シャッターアセンブリ702Bはまた、
図6Aの開口650Bと比較して、シャッター704Bの辺738に近接する開口750Bの側で距離765を延長される上部開口750Bを有する。したがって、シャッター704Bと開口750Bの両方が、さらに開口708Bの右に延長される。開口750Bは、前述の開口650Bと同様であり、遮光膜724の層によって画定され得る。典型的には、層724は、シャッターアセンブリ702A、702Bおよび702Cが形成されるMEMS基板709上に形成される金属材料の層となる。膜724内の開口750は、基板730内の開口708の上に非対称的に整列され、右側により遠く延びる。より広い開口750は、光線721のような、軸を大きく外れた角度における光を伝えるために追加の距離765をもたらす。光線721は、延長された開口空間765を通過する角度においておよび経路に沿って進んでいる。これは、アセンブリ
702の、開口750に追加された追加の距離765を有する側で、シャッターアセンブリ
702の視野角を改善する。加えて、延長された開口750は、ディスプレイの明るさを改善することができる。
【0088】
図8は、MEMS方式シャッターが第1の開口の上に非対称的に整列され、第2の開口が、基板上に形成されたシャッターアセンブリの終端辺まで延びる断面図である。
図8は、開口プレート830および光キャビティ816に面する基板809の側に形成されたシャッターアセンブリ802A、802Bおよび802Cを有するMEMSダウン構成内の、基板809上に形成された3つのシャッターアセンブリ802A、802Bおよび802Cを示す。各シャッターアセンブリ802A、802Bおよび802Cは、閉位置において、それぞれの開口808A、808Bおよび808Cと非対称的に揃えられ、シャッターアセンブリの、シャッターが開くときに移動する側の方により遠く延びるシャッター804A、804Bおよび804Cを有する。この実装形態では、シャッターアセンブリ802A、802Bおよび802Cは、
図6Aの開口650A、650Bおよび650Cと比較して、長さ867だけ延長された開口850A、850Bおよび850Cを有する。開口850Cは、シャッターアセンブリ802Cの終端辺における、またはその付近における端部854Cを有する。
図8では、開口850Cは、シャッター804Cが開くときに移動する側である右側に延長される。
【0089】
シャッター804A、804Bおよび804Cもまた、シャッターが開くときに移動する側である右側により遠く延びる。延長されたシャッター804A、804Bおよび804Cは、それぞれの開口808A、808Bおよび808Cの上に非対称的に整列される。延長されたシャッター804A、804Bおよび804Cは、高い角度で進む、光線821などの光線を遮るための表面を提供する。したがって、延長されたシャッター804A、804Bおよび804Cは、高い角度で開口808A、808Bおよび808Cの辺834に向かう方向に進む光を遮り、開口850A、850Bおよび850Cがシャッターアセンブリの右側で膜824を含む必要性を低減する。縮小または除去された膜824は、今度は、より大きい開口をもたらし、それゆえシャッターが開に移動する側の方により大きい視野角をもたらして、より高い軸外輝度をもたらす。
【0090】
追加の長さ867は、一実施では、長さ867を示す両矢印で示す位置において基板809上の膜824を除去することによって、またはそこに膜824を堆積させないことによって達成され得る。
図8は、3つのシャッターアセンブリ802A、802Bおよび802Cのすべてを、シャッターアセンブリの終端辺かまたは実質的に終端辺に向かう片側に延長された開口を有するように示すが、いくつかの実装形態では、シャッターアセンブリのうちのいくつかは、そのそれぞれのシャッターアセンブリの終端辺に向かって延長されない開口を有することがある。シャッターアセンブリ802A、802Bおよび802Cは、それぞれ、シャッターを開位置の方に右に移動させるように配向される。他の実装形態では、シャッターアセンブリの配向は変わることがあり、ディスプレイ内のいくつかのシャッターは、同じディスプレイ内で、他のシャッターと異なる方向に移動することがある。
【0091】
延長部867の長さは、シャッターアセンブリ内に構築された相互接続、コンデンサ、または他の構成要素の位置に、一部依存する。典型的には、シャッターアセンブリの辺において、相互接続、トランジスタおよび場合によっては他の機構または構成要素が存在する。
図8を参照しながら説明したデバイスおよびプロセスでは、その膜824の部分は、トランジスタ、相互接続および他の構成要素が位置する点まで除去される。開口850A、850Bおよび850Cをこれらの構成要素の位置まで延長することで、それぞれのシャッターアセンブリ内にある構成要素と干渉することなく、ディスプレイ800の開口および開口率が増加され得る。一実装形態では、膜824は、光キャビティ816からの光を遮ることができる金属膜であり、延長部867は、約5μm〜20μmの長さである。最も近い相互接続まで除去される膜824を有する開口は、
図10に示す平面図などの上面平面図によって示され得る。図示のように、開口1050は、シャッター1004が開位置にあり、それゆえ開口1008から離隔されるとき、シャッター1004が開口1050によって露出されるように延長され得る。行1038において、開口1050は、実質的に相互接続1064の位置まで、または他の実装形態ではトランジスタまたはコンデンサなどの別の構成要素もしくは機構まで延長される。
【0092】
上記のように、図示のシャッター804A、804Bおよび804Cは、それぞれ、光を遮る単一のボディを有する。しかし、他の実装形態では、シャッターは、
図2のシャッターアセンブリ200のように、複数の開口から光を通す複数のスロットを有することがある。
【0093】
図9は、第2の位置にあるシャッターの下に延びる第1の開口の上に非対称的に整列されたMEMS方式シャッターの断面図である。
図9は、開口プレート930および光キャビティ916に面する基板909の側に形成されたシャッターアセンブリ902A、902Bおよび902Cを有するMEMSダウン構成内の、基板909上に形成された3つのシャッターアセンブリ902A、902Bおよび902Cを示す。各シャッターアセンブリ902A、902Bおよび902Cは、閉位置において、それぞれの開口908A、908Bおよび908Cと非対称的に揃えられ、シャッターアセンブリの、シャッターが開くときに移動する側の方により遠く延びるシャッター904A、904Bおよび904Cを有する。この実装形態では、
図9は、開位置にあり、基板930内の開口908Bの辺932から横方向に離隔されたシャッター904Bを示す。この実装形態では、開口950Bの端辺952における視野角を改善するために、開口908Bが拡張される。一実装形態では、開口908Bは、シャッター904Bが開位置にあるとき、シャッター904Bの下に延びるように拡張される。この実装形態では、開口908Bは、シャッター904Bの破線で示す部分960が、開位置にあるときでもシャッター908Bが開口908Bの上で懸架されるように、開口908Bの上に延びるように拡張される。部分960は、部分960に衝突する光を遮って、その光が開口950Bを通過することを妨げることができる。しかしながら、延長された開口908Bは、光線921で示す高い角度の方向に沿って、その部分960から離れ、開口950Bの端部952に向かって進む光の放出を可能にする。これは、ディスプレイ900の視野角を改善し、シャッター904Bと開口908Bとの間の整合不良に対する許容範囲を改善することができる。一実装形態では、開口908Bは
図9に示すよりも小さい程度に拡張され、開口908Bは、シャッター904Bから離隔されてシャッター904Bの下にまで延びないが、開口908Bは依然として、その開位置にあるときに、開口908Bの、シャッター904Bに近接する側で拡張され、延長される。
【0094】
図10は、基板上に形成されたシャッターアセンブリの終端辺まで延びる複数の開口の上面図を示す。
図10は、ディスプレイ1000の一部を示す。ディスプレイ1000は、複数のシャッターアセンブリ1002を含む。
図10は、光が通過し、
図6に示すカバープレート622など、ディスプレイのカバープレートに向かって進む開口1050を画定する上部材料層1010を示す上面平面図によって、シャッターアセンブリ1002の配列を提示する。
図10は、シャッターアセンブリの一方の部分の上に単一の材料層を含み、シャッターアセンブリの対向する部分を、
図10の断面図で示すように露出されたままとする、開口1050の平面図を提示する。開口1050は、基板1030上に形成されたシャッターアセンブリ1002の実質的に終端辺まで延びる。
【0095】
図10は、さらに、シャッターアセンブリ1002が反対方向に配向されることがあることを示す。たとえば、
図10は、行1040内のシャッターアセンブリ1002が、行1042内のシャッター1024の進行方向と反対の方向に移動するシャッター1024を有することを示す。同様に、行1038内のシャッター1004は、行1046内のシャッター1004の進行方向と反対の方向に移動することによって開口1008にわたって移動する。シャッターアセンブリ1002の配向を交番することによって、高い視野角において改善された表示を提供するという、非対称的に整列されたシャッター1004の利点が、ディスプレイ1000にわたって分配されて、矢印1060の方向を含む複数の方向に沿って、および矢印1062の方向に沿って高角度での表示が改善されることが理解される。
【0096】
図11Aおよび
図11Bは、複数の光変調器ディスプレイ要素を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図である。ディスプレイデバイス40は、本明細書で説明するように、いくつかの実装形態では、光が開口を通過するのを遮るようにシャッターが配置されるとき、開口と非対称的に揃えられるシャッターを有する光変調器を含むことができる。ディスプレイデバイス1140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1140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。
【0097】
ディスプレイデバイス1140は、ハウジング1141、ディスプレイ1130、アンテナ1143、スピーカ1145、入力デバイス1148およびマイクロフォン1146を含む。ハウジング1141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1141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1141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。
【0098】
ディスプレイ1130は、本明細書で説明するように、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1130はまた、プラズマ、EL、OLED、STN LCDもしくはTFT LCDなどのフラットパネルディスプレイ、または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1130は、本明細書で説明するように、光変調器方式ディスプレイを含み得る。
【0099】
ディスプレイデバイス1140の構成要素は、
図11Aに概略的に示されている。ディスプレイデバイス1140は、ハウジング1141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1140はネットワークインターフェース1127を含んでおり、ネットワークインターフェース1127はアンテナ1143を含んでおり、アンテナ1143はトランシーバ1147に結合され得る。ネットワークインターフェース1127は、ディスプレイデバイス1140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1127は、画像ソースモジュールの一例であるが、プロセッサ1121および入力デバイス1148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1147はプロセッサ1121に接続され、プロセッサ1121は調整ハードウェア1152に接続される。調整ハードウェア1152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1152は、スピーカ1145およびマイクロフォン1146に接続され得る。プロセッサ1121は、入力デバイス1148およびドライバコントローラ1129にも接続され得る。ドライバコントローラ1129は、フレームバッファ1128およびアレイドライバ1122に結合されてよく、アレイドライバ1122は、次いでディスプレイアレイ1130に結合され得る。
図11Aに明示されていない要素を含む、ディスプレイデバイス1140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1121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1150は、特定のディスプレイデバイス1140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。
【0100】
ネットワークインターフェース1127は、ディスプレイデバイス1140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1143およびトランシーバ1147を含む。ネットワークインターフェース1127はまた、たとえば、プロセッサ1121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1143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1143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1143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1143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1147は、アンテナ1143から受信された信号を、プロセッサ1121によって受信でき、さらにプロセッサ1121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1147はまた、プロセッサ1121から受信された信号を、アンテナ1143を介してディスプレイデバイス1140から送信できるように処理することができる。
【0101】
いくつかの実装形態では、トランシーバ1147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1127は、プロセッサ1121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1121は、ディスプレイデバイス1140の動作全体を制御することができる。プロセッサ1121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1127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1121は、処理されたデータをドライバコントローラ1129に、または記憶のためにフレームバッファ1128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。
【0102】
プロセッサ1121は、ディスプレイデバイス1140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1152は、スピーカ1145に信号を送信するための、およびマイクロフォン1146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1152は、ディスプレイデバイス1140内の個別構成要素であってよく、またはプロセッサ1121もしくは他の構成要素に組み込まれてもよい。
【0103】
ドライバコントローラ1129は、プロセッサ1121によって生成された生画像データを、直接プロセッサ1121から、またはフレームバッファ1128から取得でき、かつ生画像データをアレイドライバ1122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1129は、生画像データを、ディスプレイ1130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1129は、フォーマットされた情報をアレイドライバ1122に送る。LCDコントローラなどのドライバコントローラ1129は、独立型集積回路(IC)としてシステムプロセッサ1121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1121中に埋め込まれること、ソフトウェアとしてプロセッサ1121中に埋め込まれること、またはアレイドライバ1122とハードウェアで完全に統合されることがある。
【0104】
アレイドライバ1122は、フォーマットされた情報をドライバコントローラ1129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。
【0105】
いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ1129、アレイドライバ1122、およびディスプレイ1130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1129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(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1122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(光変調器ディスプレイ要素ドライバなど)であり得る。その上、ディスプレイアレイ1130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(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1129は、アレイドライバ1122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。
【0106】
いくつかの実装形態では、入力デバイス1148は、たとえば、ユーザがディスプレイデバイス1140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1148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1130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1146は、ディスプレイデバイス1140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1146を介したボイスコマンドが、ディスプレイデバイス1140の動作を制御するために使用され得る。
【0107】
電源1150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1150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1150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1150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。
【0108】
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1129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1122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。
【0109】
本明細書で開示するシステム、ディスプレイのための方法および製造方法は、限定ではなく例示のために提供される、上記で説明した例を超えて展開する。本明細書で説明するシステムおよび方法は、限定はしないが、開口を有する基板上に形成された可動シャッターを有する光変調器を含む任意の適切な光変調器を用いて使用され得る。変調器と開口との間を進む軸を外れた角度の範囲を低減するために、少なくとも一か所において、光源と非対称的に揃えられ得る任意の変調器は、本明細書で開示するシステムおよび方法を含むことができる。
【0110】
したがって、本出願の原理を実質的に逸脱することなく、上記で説明した実装形態に対する変形および変更が作成可能である。そのような変形および変更もまた、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。それゆえ、上記の実装形態は、本出願を限定するものではなく、あらゆる点で例示的であるものと見なされるべきである。