JP2004334201A - 表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイス100において、第1のリフレクタ102及び第2のリフレクタ104であって、これらのリフレクタ102,104の間に光共振器106を規定し、かつ、光干渉によるある強度のある可視波長の選択性を有する、第1のリフレクタ及び第2のリフレクタ102,104と、可視波長及び強度の少なくとも一方が、表示可能な画像のピクセルに対応して可変に選択可能であるように、第1のリフレクタ102及び第2のリフレクタ104に蓄積される所定の電荷量を制御することによって、光共振器106の光学的性質を変化させることを可能にする電荷制御メカニズム112とを備える。
【選択図】 図1A
Description
図1Aは、本発明の一実施形態による、表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイス100を示している。このデバイス100は、上部リフレクタ102及び底部リフレクタ104に加えて、撓み部110及びバネ(スプリング)メカニズム112を備える。リフレクタ102,104によって、光空洞共振器106が規定される。この光空洞共振器106は、可変の厚さ若しくは幅108を有する。上部リフレクタ102は、一実施形態では、例えば全反射のような高い反射性を有する。底部リフレクタ104は、一実施形態では、半透明である。すなわち、底部リフレクタ104は、一実施形態では、半反射性を有する。バネメカニズム112は、本発明の一実施形態では、線形又は非線形のバネ機能を有するポリマのような柔軟性のある材料とすることができる。
電子デバイス100の光共振器106は、光干渉を利用して、ある強度のある波長の透過又は反射を選択する。一実施形態の光共振器106は、厚さ108に等しい光路長を有する薄膜である。光は、共振器106の何れかの側のリフレクタ102,104の境界から反射されて、光自身と干渉する。反射ビームは、共振器106内の距離2dを進むので、入射ビームとその反射像との位相差は、k(2d)となる。ここで、dは厚さ108である。k=2π/λであるので(λは波長)、d=λ/2とすると、入射波と反射波との位相差は、k2d=2πとなり、干渉による強め合いが生じる。π/2の全ての倍数は、光共振器106のモードとなり、透過される。この場合、光干渉の結果、光共振器106は、λ/2の整数倍で最も強い光を伝達し、λ/4の奇数倍で最少の光量を伝達する。上記計算により、干渉に基づく光変調の基礎的なメカニズムが得られるが、実際のデバイスの性能をより正確に表すには、より厳密な電磁気シミュレーションが望ましい場合がある。
上述したように、所望の強度の所望の波長が選択されるように、適切な電圧をリフレクタ102,104の両端に印加すると、撓み部110及びバネメカニズム112により、光共振器106の厚さ108を変化させることが可能になる。この電圧は、下記の式(1)によって求められる。この式(1)は、平行平板コンデンサの平板として機能するリフレクタ102と104との間の引力であり、電極の縁の電界の乱れは考慮していない。
図1B、図1C、及び図1Dは、電子デバイス100のリフレクタ102とリフレクタ104との間の電圧を具体的に制御するのではなく、リフレクタ102,104の電荷量を制御する、本発明の様々な実施形態による異なる手法を示している。詳細な説明の前節で説明したように、リフレクタ102とリフレクタ104との間の厚さ108は、リフレクタ102,104に蓄積される電荷を制御することにより調整することができる。このように、リフレクタ102,104は、平行平板コンデンサの平板として機能する。
所望の強度の波長を透過型又は反射型に選択する、詳細な説明の前節で説明したような光干渉は、本発明の一実施形態の1次ギャップに依拠する。すなわち、光共振器106の厚さ108である光共振器106のギャップは、光の干渉1次波長を制御するように調整される。しかしながら、光共振器106の厚さ108が増加するにつれて、反射率のピークは長い波長にシフトし、付加的な高次のピークは、そのスペクトル領域に入ってくる。
図3Aは、本発明の一実施形態による受動ピクセルメカニズム200の配列を示している。この受動ピクセルメカニズム200は、列202及び行204に編成されたメカニズム200A,200B,…,200Nを含んでいる。ピクセルメカニズム200のそれぞれは、表示可能な画像に対応して、ある強度のある可視波長を光干渉及び吸収により可変に選択することができる。ピクセルメカニズム200は、本発明の一実施形態では、この機能を実行する装置とみなすことができる。メカニズム200は、それ自体で光を発生せず、周囲の光及び/又は補給された光を反射又は透過する点で受動的である。
図5は、本発明の一実施形態による、表示可能な画像のピクセルの対応する対を少なくとも部分的に表示する電子デバイス500A,500Bの対を示している。これらの電子デバイス500A,500Bのそれぞれは、図1Aの電子デバイス100の具体的な実施形態であり、従って、図1Aの説明は、図5にも同様に適用することができる。さらに、本発明の一実施形態では、電子デバイス500A,500Bは、それぞれ、図3Aの受動ピクセルメカニズム200のそれぞれを実現するために使用することができる。図5の以下の説明は、電子デバイス500Aを特に参照して行うが、この説明は、電子デバイス500Bにもまったく同様に適用することができる。さらに、図5は、図を分かりやすくするために、同一縮尺では描かれていない。
図7A及び図7Bは、本発明の具体的な実施形態による、図1Aの電子デバイス100を示している。従って、図1Aの説明は、図7A及び図7Bにも適用することができる。図7A及び図7Bの実施形態の電子デバイス100は、より一般的には、ファブリ−ペロに基づくデバイスである。例えばマイクロミラー,ファブリ−ペロデバイス,及び回折に基づくデバイスといった光学的なマイクロ電気機械システム(MEMS(micro-electrical mechanical system))デバイスの切断及びパッケージングは、MEMSコンポーネントが壊れ易いこと、及び、透明なパッケージが必要となることから、難しくなる可能性がある。MEMSは、一般に、例えばミラー,流体センサなどの機械デバイスを最上層に有する半導体チップである。ウェハの切断は、リリース時に、デリケートなデバイスを損傷し、かつ/又は、汚染する可能性のある湿式プロセスである。切断後の犠牲層からのデバイスのリリースは、ダイごとに行うと、困難になり、高コストである。このようなデバイスのパッケージングは、通常、セラミック又は他の基板の上のパッケージにガラス窓をボンディングすることを含む。これは、高コストで、実行することが難しくなる可能性があり、デバイスを可成りの大きさにすることがある。図7A及び図7Bの実施形態の電子デバイス100は、これらの問題を克服する。
2つの表面が接触すると、それらの表面は、例えばファンデルワールス引力,化学結合力,毛管力,及びカシミール力(カシミール効果)といったさまざまな異なる力によって互いに引き付け合うことが多い。2つの表面は、一度接触すると、これらの力によって分離できなくなることが多い。従って、電子デバイス100のリフレクタ102,104が互いに接触することを防止するために、本発明の一実施形態では、上部リフレクタ102の製造前に、吸着防止突起が、底部リフレクタ104に配置される。
102 上部リフレクタ(第1のリフレクタ)
104 底部リフレクタ(第2のリフレクタ)
106 光共振器
110 撓み部
112 バネメカニズム
120 電流積算メカニズム
130 電圧源
500A,500B 電子デバイス
720 層(第3のリフレクタ)
Claims (10)
- 表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイスにおいて、
(a) 第1のリフレクタ及び第2のリフレクタであって、これらのリフレクタの間に光共振器を規定し、かつ、光干渉によるある強度のある可視波長の選択性を有する、第1のリフレクタ及び第2のリフレクタと、
(b) 前記可視波長及び前記強度の少なくとも一方が、前記表示可能な画像の前記ピクセルに対応して可変に選択可能であるように、前記第1のリフレクタ及び前記第2のリフレクタに蓄積される所定の電荷量を制御することによって、前記光共振器の光学的性質を変化させることを可能にする電荷制御メカニズムと、
を備えることを特徴とする電子デバイス。 - 前記電荷制御メカニズムは、電荷分配コンデンサを備えることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記電荷制御メカニズムは、制御される電流源と、該電流源が前記第1のリフレクタ及び前記第2のリフレクタに適用される時間間隔を制御する回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記電荷制御メカニズムは、前記光共振器の厚さを変化させて、前記可視波長及び前記強度の少なくとも一方を可変に選択することを可能にすることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記電荷制御メカニズムは、前記第1のリフレクタ及び前記第2のリフレクタの一方に動作可能に接続された撓み部を備えることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記第1のリフレクタと前記第2のリフレクタとの間の前記光共振器の厚さが、色を選択するように前記電荷制御メカニズムによって制御可能となるように、前記光共振器は、前記第1のリフレクタ及び前記第2のリフレクタが互いに接触する接触モードと、前記第1のリフレクタ及び前記第2のリフレクタが互いから分離される非接触モードとに従って動作することを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記光共振器は、前記可視波長に対応する色のスペクトル応答の次数であって、1よりも大きな次数を生成するために十分に大きな厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記第1のリフレクタに対して前記第2のリフレクタとは反対側の位置に設けられた第3のリフレクタをさらに備え、前記光共振器が、前記第1のリフレクタと前記第2のリフレクタとの間の第1のギャップと、前記第1のリフレクタと前記第3のリフレクタとの間の第2のギャップとを取り囲むようになっていることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記光共振器は、デジタル方式のものであり、複数のレベルに従って動作し、それぞれのレベルは、異なる色と該異なる色の異なる強度との少なくとも一方に対応することを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記光共振器は、デジタル方式のものであり、前記光共振器が選択する前記可視波長が、ある色成分の波長として固定され、かつ、前記色成分の波長の強度が、前記表示可能な画像の前記ピクセルの対応する色成分と対応して可変に選択可能となっていることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
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