JP2006099063A - 干渉変調のための方法及び支柱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉変調器の支柱構造から逆反射する光の量を減らし、バックライトニングを増加させ、よりコントラストの高い、より豊富で鮮やかな色特性を持つ干渉変調器の支柱構造を提供する。
【解決手段】干渉変調器は、光学要素を備えた支柱構造を含む。好適な実施例では、支柱構造内の光学要素は、例えばミラーのような反射要素である。別の実施例では、支柱構造内の光学要素は、例えばダークエタロンのようなエタロンである。支柱構造内の光学要素は、支柱構造から逆反射する光の量を減少させる。種々の実施例において、支柱構造内の光学要素は、光を干渉キャビティにリダイレクトすることによって干渉変調器の明るさを増大させる。例えば、ある実施例では、支柱構造内の光学要素は、干渉変調器のバックライトニングを増加させる。
【選択図】図７Ａ

Description

本発明は、一般に、光学変調装置、及び光学変調器を作る方法に関し、更に詳しくは、ディスプレイで使用される干渉変調器に関する。

種々の異なるタイプの空間光変調器を、画像用途のために使用することができる。空間光変調器の一つのタイプは、干渉変調器である。干渉変調器装置は、有利な動作及び性能特性を持つディスプレイ組立を提供するためにアレイ構造で構成される。干渉変調器機装置は、光学干渉を適用することによって動作し、低電力消費のみならず豊富な色特性を持つディスプレイを提供する。干渉変調器は、少なくとも２つの状態をもち、これら状態のうち少なくとも１つの状態において、入射光が反射し、観察者に対して、対応する異なる外見を与えるよう干渉するように構成されている。１つの状態において、比較的狭い帯域反射は、例えば赤、緑、又は青のような明確な色を観察者に示しうる。別の状態において、この干渉変調器は、反射した暗い、又は黒い外見を観察者に示すように、入射光に対して作用することができる。

様々な観察状態において、コントラストを上げるために、干渉装置のアレイは、暗い状態において、より均一に暗い、又は黒い外見を示すことが望ましい。同様に、カラーで観察される状態では、より豊富でより鮮やかな色を表示することが望ましい。
米国公開出願２００４／００５１９２９号 米国登録特許５，４７３，７１０号

ここで記載されているシステム、方法、及び装置は、それぞれ幾つかの局面を持ち、そのうちの１つが単独で、望ましい特性をもたらしているのではない。本発明の範囲を制限することなく、そのより顕著な特徴が手短に説明される。この説明を考慮した後、特に、発明を実施するための最良の形態を読んだ後に、ここに記載されたシステム、方法、及び装置の特徴が、例えば改善された装置性能を含む有利な点をどのようにして与えているのかを理解するであろう。

一つの実施例は、支柱構造を含む空間光変調器（例えば、干渉変調器）を提供する。ここで支柱構造は、光学要素を含む。好適な実施例では、支柱構造内の光学要素は、例えばミラーのような反射要素である。別の実施例では、この支柱構造内の光学要素は、例えばダークエタロンのようなエタロンである。別の実施例では、この支柱構造は、反射性要素と、ダークエタロンとを備えている。

支柱構造内の光学要素は、種々の方法で構成されうる。例えば、ある実施例では、支柱構造内の光学要素は、支柱構造から逆反射される光の量を減らす。その他の実施例では、支柱構造内の光学要素は、干渉変調器のバックライトニングを増加させる。様々な実施例において、支柱構造内の光学要素は、光を干渉キャビティにリダイレクトすることによって、干渉変更器の明るさを増大させる。

別の実施例は、干渉変調器を作る方法を提供する。この方法では、反射層が基板上に堆積され、第一のミラーを形成する。その第一のミラーの上に、犠牲層が堆積される。犠牲層の中にアパチャーが形成され、アパチャーの中に支柱材料が堆積される。光学要素が支柱材料の上に形成され、移動可能な第二のミラーが、犠牲層及び光学要素の上に形成される。犠牲層が取り除かれ、これによって、干渉キャビティが形成される。

別の実施例は、光を反射し光学干渉を生成する第一及び第二の手段を備えた干渉変調器を備えている。干渉変調器は、更に、第一及び第二の反射手段が分離できるように第二の反射手段を支える手段を備えている。この第二の反射手段は、第一の反射手段に対して移動することができる。この支える手段は、その中に、この支える手段に入る光を操作する手段を含んでいる。

別の実施例は、光を変調する方法を備えている。この方法では、第一及び第二の反射面に伝播された光が反射され、これによって光学干渉を生成する。第二の反射面は、少なくとも一つの支柱構造によって支えられる。この支柱構造に伝播された光は操作され、第二の反射面が、第一の反射面に対して移動されることによって光学干渉に影響を与える。

これらおよびその他の実施例が、以下により詳細に記載されている。

本発明のこれら局面及びその他の局面は、以下に示す記述、及び本発明を例示し、限定しないことを意図している添付図面（スケールしていない）から容易に明らかになるであろう。

以下により十分に説明するように、反射性光学要素が、干渉変調器内の支柱構造に含まれている。ある実施例では、これら反射性光学要素は、特定の色又は波長範囲を反射するエタロンを形成する。例えば、ダークエタロンを含むそのようなエタロンによって、支柱構造は、観察者によって暗く見られるように表れる。これらの光学要素は、干渉変調器が暗い状態にある場合には、より均一な暗い又は黒い外見を与える（相対的に明るいディスプレイの領域を減らす）ことによって、ディスプレイのコントラストを上げることができる。同様に、干渉変調器が明るい状態にある時には、明るい領域によって「洗い落とし」がなされないより明るくより鮮やかな色が提供される。バックライトニング又はフロントライトニングの何れかの光を、干渉変調器の光学キャビティの中に導く反射性要素も含まれる。

以下の記述から明らかになるように、本発明は、動画（例えばビデオ）あるいは固定画（例えば、静止画像）、及びテキストあるいは写真であろうとも、画像を表示するように構成された任意の装置内で実現される。更に詳しくは、本発明は、限定される訳ではないが、例えば、移動電話、無線装置、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、ハンドヘルドあるいはポータブルコンピュータ、ＧＳＰ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰＳプレーヤ、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ（例えば、走行距離ディスプレイ等）、コクピットコントロール及び／又はディスプレイ、カメラビューのディスプレイ（例えば、自動車の後方ビューカメラのディスプレイ）、電子写真、電子広告板又はサイン、プロジェクタ、建築物、パッケージ、及び芸術的構造物（例えば、宝石片の画像のディスプレイ）において、又はこれら種々の電子装置と関連して実現される。より一般的には、ここに記載された構造及び方法は、電子切換装置、それらの製造物、及び用途において実施される。

以下の詳細記載は、本発明のある具体的な実施例に向けられている。しかしながら、本発明は、複数の別の方法でも具体化することができる。この記述では、図面が参照される。ここでは、同一部位が、全体を通じて同一符号で示されている。

干渉ＭＥＭＳディスプレイ素子を備えた一つの干渉変調器ディスプレイの実施例が、図１に示されている。これら装置では、ピクセルが、明るい状態、あるいは暗い状態かの何れかにある。明るい（「オン」または「オープンな」）状態では、ディスプレイ素子が、入射可視光の大部分をユーザに反射する。暗い（「オフ」または「クローズな」）状態では、ディスプレイ素子が、入射可視光をほとんどユーザに反射しない。この実施例によれば、「オン」「オフ」からなる光反射特性状態が逆転されうる。ＭＥＭＳピクセルは、選択された色を主に反射するように構成されている。これによって、黒と白だけではなく、カラー表示が可能となる。

図１は、ビジュアルディスプレイの一連のピクセル中の隣接した２つのピクセルを示す等測図である。ここでは、各ピクセルが、ＭＥＭＳ干渉変調器を備えている。いくつかの実施例では、干渉変調器ディスプレイは、これら複数の干渉変調器の行／列アレイからなる。各干渉変調器は、互いに可変であり制御可能な距離に位置した一対の反射層を含み、少なくとも一つの可変寸法を持つ共鳴光学キャビティを形成する。一つの実施例では、反射層の一方が、２つの位置の間を移動することができる。リリース状態とここで称する第一の位置では、可動層が、固定された部分反射層から相対的に離れた距離に位置される。第二の位置では、可動層が、部分反射層により近くに隣接するように位置している。この２つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に依存して、強めあうように又は弱めあうように干渉する。これによって、各ピクセルについて、全体的に反射性となるか、あるいは非反射性となるかの何れかとなる。

図１のピクセルアレイの図示された部分は、２つの隣接する干渉変調器１２ａ，１２ｂを含む。左側の干渉変調器１２ａでは、可動の高反射性層１４ａは、固定された部分反射層１６ａから予め定めた距離であるリリース位置にあるように示されている。右側の干渉変調器１２ｂでは、可動の高反射性層１４ｂは、固定された部分反射層１６ｂに隣接したアクチュエートされた位置にあるように示されている。

固定層１６ａ，１６ｂは、電導性であり、部分的に透過性であり、部分的に反射性である。そして、例えば、各々がクロムと、インジウム−錫−酸化物とからなる一つ又は複数の層を、透明基板２０上に堆積することによって製造される。これら層は、平行なストリップにパターニングされ、以下に記述するようにディスプレイ装置内の行電極を形成する。可動層１４ａ，１４ｂは、支柱１８の頂上及び複数の支柱１８の間に介在する犠牲材料上に堆積された（行電極１６ａ，１６ｂに直交する）１層の堆積された金属層又は複数の層の一連の平行なストリップとして形成されることができる。犠牲材料がエッチングで除去されると、変形可能な金属層は、決められたエアギャップ１９によって固定金属層から分離される。アルミニウムのように非常に電導性があり反射性の材料が、変形可能な層として使用されることができ、そして、これらのストリップは、ディスプレイ装置において列電極を形成できる。

印加電圧がないと、キャビティ１９は、２つの層１４ａ，１６ａの間に維持され、変形可能な層は、図１のピクセル１２ａに図示されたように機械的に弛緩された状態にある。しかしながら、電位差が、選択された行及び列に印加されると、対応するピクセルにおける行電極及び列電極の交点に形成されたキャパシタは、充電され、静電力がこれら電極を強制的に引きつける。電圧が十分に高ければ、可動層は、変形され、図１に右のピクセル１２ｂにより図示されたように、固定層に対して押し付けられる（短絡を防止し、分離距離を制御するために、この図に図示されていない誘電材料が、固定層上に堆積されうる）。この動きは、印加された電位差の極性に拘わらず同じである。このように、反射ピクセル状態対非反射ピクセル状態を制御できる行／列アクチュエーションは、従来のＬＣＤ及びその他のディスプレイ技術において使用される多くの方法に類似している。

図２から図５は、ディスプレイ用途において干渉変調器のアレイを使用するための一つの典型的な処理及びシステムを示している。図２は、本発明の局面を組み込むことができる電子装置の１実施例を示すシステムブロック図である。典型的な実施例において、電子装置は、プロセッサ２１を含む。このプロセッサ２１は、例えば、ＡＲＭ，Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩＩ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＶ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）Ｐｒｏ、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ ＰＣ（登録商標）、ＡＬＰＨＡ（登録商標）のような任意の汎用シングルチップ又はマルチチップのマイクロプロセッサであるか、又は例えばディジタルシグナルプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルゲートアレイのような特殊用途マイクロプロセッサでありうる。当該技術分野において従来からあるように、プロセッサ２１は、一つ又は複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成されうる。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、電子メールプログラム、若しくはいずれかのその他のソフトウェアアプリケーションを含む一つ又は複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されうる。

一つの実施例では、プロセッサ２１は、アレイコントローラ２２と通信するようにも構成されている。一つの実施例では、このアレイコントローラ２２は、ピクセルアレイ３０に信号を供給する行ドライバ回路２４及び列ドライバ回路２６を含む。図１に図示されたアレイの断面は、図２内の線１−１により示される。ＭＥＭＳ干渉変調器に関して、行／列アクチュエーションプロトコルは、図３に説明されたこれらの装置のヒステリシス特性を利用することができる。例えば、リリースされた状態からアクチュエートされた状態へと可動層を変形させるために、１０ボルトの電位差を必要とするかもしれない。しかしながら、電圧がその値から減少する場合、この電圧が、１０ボルトより下にドロップバックするので、可動層はその状態を維持する。図３に示す典型的な実施例では、可動層は、電圧が２ボルトより下に降下するまで完全にはリリースされない。したがって、図３で説明された例では、約３から７Ｖの電圧の範囲に、装置がリリースされた状態又はアクチュエートされた状態のいずれかで安定である印加電圧のウィンドウが存在する。これは、「ヒステリシスウィンドウ」、または「安定性ウィンドウ」と称される。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイに関して、行／列アクチュエーションプロトコルは、行ストローブの間、アクチュエートされるべきストローブされた行におけるピクセルが、約１０ボルトの電圧差を受け、リリースされるべきピクセルは、零ボルトに近い電圧差を受けるように設計することができる。ストローブの後、ピクセルは、約５ボルトの定常状態電圧差を受け、その結果、ピクセルは、行ストローブが行ったどんな状態にでもとどまることができる。書き込まれた後、各ピクセルは、この例では電位差が３−７ボルトの「安定ウィンドウ」の範囲内であると判断する。この特徴は、事前に存在するアクチュエート状態、又はリリース状態かのいずれかに同様に印加された電圧条件の下で、図１に説明されたピクセル設計を安定にさせる。アクチュエートされた状態又はリリースされた状態であるかに拘わらず、干渉変調器の各ピクセルは、本質的には、固定反射層と移動反射層とにより形成されたキャパシタであるので、この安定状態は、ほとんど電力消費なしにヒステリシスウィンドウの範囲内の電圧に保持されることができる。印加された電位が一定であるならば、基本的に電流は、ピクセルに流れ込まない。

代表的な用途では、ディスプレイフレームは、第１行内のアクチュエートされたピクセルの所望のセットにしたがって列電極のセットを示すことによって生成される。行パルスは、その後、行１の電極に印加され、アサートされた列ラインに対応するピクセルをアクチュエートする。列電極のアサートされたセットは、その後、第２行内のアクチュエートされたピクセルの所望のセットに対応するように変更される。パルスは、その後、行２の電極に印加され、アサートされた列電極にしたがって行２内の適切なピクセルをアクチュエートする。行１ピクセルは、行２パルスに影響されず、行１パルスの間に設定された状態にとどまる。これが、連続した方式で一連の行全体に対して繰り返され、フレームが生成される。一般に、１秒当たり所望数のフレームにおいてこの処理を連続的に繰り返すことにより、フレームは、新たなディスプレイデータでリフレッシュ及び／又は更新される。ディスプレイフレームを生成するためにピクセルアレイの行電極及び列電極を駆動するための広範なプロトコルもまた周知であり、本発明とともに使用されうる。

図４、図５Ａ、及び図５Ｂは、図２の３×３アレイでディスプレイフレームを生成するための一つの可能なアクチュエーションプロトコルを示している。図４は、列電圧レベル及び行電圧レベルの可能なセットを示している。このセットは、図３のヒステリシス曲線を表すピクセルのために使用されうる。図４の実施例では、ピクセルをアクチュエートすることは、適切な列を−Ｖ_ｂｉａｓに、適切な行＋ΔＶに設定することを含む。これらはそれぞれ−５Ｖ及び＋５Ｖかもしれない。ピクセルをリリースさせることは、適切な列を＋Ｖ_ｂｉａｓに、適切な行を同じ＋ΔＶに設定することにより達成され、これによって、ピクセル間で零ボルトの電位差を生成する。行電圧が零ボルトに保持される行では、列が＋Ｖ_ｂｉａｓ又は−Ｖ_ｂｉａｓであるかに拘らず、ピクセルが元々どの状態にあろうとも、ピクセルはその状態で安定である。

図５Ｂは、図２の３×３アレイに印加される一連の行及び列信号を示すタイミング図である。図２の３×３アレイは、結果的に、アクチュエートされたピクセルが非反射性である図５Ａに示すディスプレイ配列となる。図５Ａに示すフレームを書き込む前に、ピクセルは、任意の状態であることができ、この例では、全ての行が０ボルトであり、全ての列が＋５ボルトである。これらの印加電圧で、全てのピクセルは、自身の現在のアクチュエートされた状態又はリリースされた状態で安定である。

図５Ａのフレームでは、ピクセル（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）及び（３，３）がアクチュエートされている。これを実現するために、行１に対する"ライン時間"の間に、列１及び２は、−５ボルトに設定され、列３は、＋５ボルトに設定される。全てのピクセルが３−７ボルトの安定ウィンドウの中に留まるため、これは、どのピクセルの状態も変化させない。行１は、その後、０から最大５ボルトまで上がり、零に戻るパルスでストローブされる。これは、（１，１）及び（１，２）ピクセルをアクチュエートし、（１，３）ピクセルをリリースする。アレイ中のその他のピクセルは、影響されない。望まれるように行２を設定するために、列２は、−５ボルトに設定され、そして列１及び３は、＋５ボルトに設定される。行２に印加された同じストローブは、その後、ピクセル（２，２）をアクチュエートし、ピクセル（２，１）及び（２，３）をリリースする。再び、アレイのその他のピクセルは、影響されない。行３は、列２及び列３を−５ボルトに、そして列１を＋５ボルトに設定することより同様に設定される。行３ストローブは、図５Ａに示されたように行３ピクセルを設定する。フレームを書き込んだ後、行電位は零に、そして列電位は＋５又は−５ボルトのいずれかに留まることができ、ディスプレイは、その後、図５Ａの配列で安定である。同じ手順が数十から数百の行及び列のアレイに対して採用されることができることが認識されるであろう。しかも、行及び列アクチュエーションを実行するために使用された電圧のタイミング、シーケンス、及びレベルが、上記に概要を示された一般的な原理の範囲内で広範囲に変形でき、上記の例は、具体的な例にすぎず、任意のアクチュエーション電圧方法は、本発明とともに使用されることができることが認識されるであろう。

上記に説明された原理にしたがって動作する干渉変調器の構造の詳細は、広範に変化できる。例えば、図６Ａ−図６Ｃは、移動鏡構造の３つの異なる実施例を図示する。図６Ａは、図１の実施例の断面であり、金属材料１４のストリップが、直角に延びている支柱１８上に堆積されている。図６Ｂでは、可動反射材料１４は、連結部３２上に、コーナにおいてのみ支柱に取り付けられる。図６Ｃでは、可動反射材料１４は、変形可能な層３４から吊り下げられる。反射材料１４に使用される構造的な設計及び材料が光学的特性に関して最適化されることができ、かつ、変形可能な層３４に使用される構造的な設計及び材料が所望の機械的特性に関して最適化できるため、この実施例は、利点を有する。種々のタイプの干渉装置の製造は、例えば、米国公開出願２００４／００５１９２９（特許文献１）を含む種々の公開された文書に記載されている。多種多様な周知の技術が、一連の材料堆積、パターニング、及びエッチング工程を含む上述された構造を製造するために使用されることができる。

上記で説明した一般的設計の干渉変調器は、少なくとも一つの支柱構造を備えている。（例えば、図１及び図６の支柱１８を参照）「支柱」又は「支柱構造」は、干渉キャビティのサイド又はコーナ（又は隣接する干渉キャビティ間）に配置された構造物であり、電極（及び／又はミラー）を支持し、及び／又は電極（及び／又はミラー）間の所望の距離を維持又は維持を支援する。従って、支柱構造は、隣接する開口領域であり、直角に伸びている支柱（例えば支柱１８）である。上述したように、この支柱構造によって支えられた電極又はミラーは、キャビティにおいて電場を加えることによって干渉変調器内の開口領域内で曲がる柔軟な部材からなっている。支柱構造の幅は、この範囲外であるかもしれないが、支柱構造は、一般に、約３乃至１５ミクロンの幅を持つ。この支柱構造の形状も同様に変わりうる。支柱構造は、キャビティ高さ（例えば、上部ミラーと下部ミラーとの間の間隔）にほぼ一致する高さを有する。しかしながら、支柱構造の高さは、それよりも大きいかも、又は小さいかもしれない。例えば、支柱構造は、材料層又はペデスタル上に形成され、もって、下部ミラーよりも上のレベルに上げられる。同様に、支柱構造は、上部ミラーよりも高い高さに伸びているか、又は下部ミラーよりも低い深さへと伸びている。図６Ｃを参照されたい。ここでは、支柱構造によって支えられた電極に接続された上部ミラーを示している。

支柱構造は、（例えば、金属、シリコン酸化物、金属酸化物、高分子等のように）お互いにかなり異なる光学特性を持つ種々の材料から形成されうる。支柱構造とそれが製造されている材料の構成は、干渉変調器の性能にかなりの影響を与えうることが発見された。例えば、図７Ａは、透明な支柱構造３０５と干渉キャビティ３１０とを例示的に示す干渉変調器の断面図を示す。基板３１５を通って入り、支柱構造３０５に入る光は、上部ミラー構造３２０から反射して、図７Ａの一連の矢印３２５で示すように基板３１５を通って再び出て行く。支柱３０５と、それを構成している材料との構成が、一連の矢印３２５で示すような反射光の光特性とは無関係な理由で選択されたとき、支柱の光特性は、大幅には制御できず、あまり有益にはならない。

別の例として、図７Ｂは、反射性の支柱構造３５０と干渉キャビティ３５５とを例示的に示す干渉変調器の断面図を示す。図７Ｂの一連の矢印３６５に示すように、基板３６０を通って入った光は、支柱３５０のベースから反射して、基板３６０を通って出て行く。図７Ａに示すように、一連の矢印３６５で示された反射光の光特性は、制御できず、あまり有益にはならない。

別の例として、図８Ａは、金属性の支柱を有する干渉変調器のアレイの顕微鏡写真を示す。明るい点４０５は、金属製の支柱のベースから反射した光による結果である。図８Ｂは、類似の顕微鏡写真を示す。ここでは、暗い点４１０は、透明なシリコン酸化物製の支柱を通過した光による結果である。暗い点４１０の色は、一般に、干渉変調器から出た光とは異なる。種々の望ましい光学効果を与えるために、干渉変調器の支柱構造に光学要素が組み入れられて良いことが発見された。一つの実施例では、光学要素は反射体である。反射体は、様々な構成を持ちうる。例えば、図９は、光学要素を備えている支柱構造を図式的に示す干渉変調器の断面図を示す。図９において、反射体５５０は、透明な支柱構造５５５内に製造される。この反射体５５０は、到来する入射光を反射する反射面を持っている。この反射体５５０は、例えば金属のような反射性材料からなる。反射体５５０は、例えば、シリコン酸化物を下部ポスト部５５５Ａとして堆積し、例えば金属から構成される反射体５５０を形成し、更にシリコン酸化物を上部ポスト部５５５Ｂとして堆積する半導体製造技術を用いて形成される。支柱構造内の光学要素もまた反射体となりうる。これは、例えば上部金属反射体５７０と反射体５７５とによって形成されるエタロン５６５であるエタロンの構成要素（ファブリペロ干渉計）である。エタロン５６５は、例えばシリコン酸化物のような支柱構造材料を含む光学キャビティ（ファブリペロキャビティ）を形成する。エタロン５６５を出て行く反射光５８０の色は、（反射体５７０，５７５間の材料と同様に、）支柱構造５８５内で反射体５７０の垂直位置を制御することによって制御される。反射光５８０の色は、反射体の垂直位置を調整することによって、黒い外見を作り出すように調整される。これによって、入射光の実質的に全て、又は可視入射光が吸収されるか、あるいは、観察者に向かって黒く反射されず、ダークエタロンを生成することができる。エタロン５８８（例えば、ダーク又はカラーのエタロン）はまた、図９に示すように、２つの金属反射層５９０，５９２を支柱構造に組み入れることによって、支柱構造に組み入れられる。エタロン５８８の色は、反射層間の支柱材料５９１の厚みを制御することによって調整される。

反射体５５０，５７０，５９０，５９２は、図９では、反射面を有して示されている。これらは実質的に反射体５７５に平行である。当該技術分野における熟練者であれば、例えば反射体のような光学要素が、様々な角度に向けられ、様々な形状に構成されうることを理解するであろう。図１０は、干渉変調器の支柱構造に組み入れられた光学要素の追加例を示す。図１０では、反射体６０５，６１０，６１５，６２０が、半導体製造技術を用いて、支柱構造６０６，６１１，６１６，６２１内に製造された。反射体６０５，６１０，６１５，６２０の表面は、様々な角度に傾けられている。角度を付けられた面を有する光学要素は、当該技術分野における熟練者に知られた様々な技術を用いて製造される。例えば、そのような技術は、テーパ角度エッチング（米国登録特許５，４７３，７１０号）（特許文献２）を含む。

図１０の左側では、上部ミラー６２５が、上の位置にある。バックライトソース６３０からの光は、一連の矢印６３５によって示すように、反射体６０５，６１０の傾斜面から、上部ミラー６２５へと反射される。従って、反射体６０５，６１０は、光を干渉キャビティ６２３内に導くように構成された光学要素の例である。この導かれた光もまた、矢印６２６に示すように、上部ミラー６２５から反射して、出て行く。これによって、干渉変調器の明るさを増大させる。図１０の右側では、上部ミラー６５０が、下の位置にある。バックライトソース６６０からの光は、一連の矢印６６５で示すように、（支柱構造を通る代わりに）反射体６１５，６２０の傾斜面から、一般にはソース６６０に向かって反射して戻る。図１０はまた、反射体６２０を含む支柱構造６２１に２つの金属性反射体６７１，６７２を組み入れることによって形成されたダークエタロン６７３を示している。従って、図１０は、バックライトニングと、複数の光学要素の同一の支柱構造への組み入れとを制御するための支柱構造内の光学要素の使用を示している。当該技術分野における熟練者であれば、支柱構造における光学要素の性能が、近くの干渉変調器の状態（例えば駆動状態、又は非駆動状態）に依存して変わるかもしれないことを図１０が説明していることを理解するであろう。

図１１は、干渉変調器の正面から来る光を、干渉キャビティにリダイレクトすることによって、干渉変調器の明るさを増加するための支柱構造内の光学要素の使用を示す。図１１の左側では、上部ミラー７０５が、上の位置にある。一連の矢印７１０は、フロントソース７０２から来た光を示す。この光は、支柱構造７１５に入り、傾斜した反射体７２０から上部ミラー７０５へと反射し、その後、一般にはソース７０２の方向で干渉キャビティ７２５を出て行く。これによって、明るさを増大させる。図１１の右側では、上部ミラー７５０が、下の位置にあり、ソース７０３から離れた光をリダイレクト（一連の矢印７５５によって示すように）して黒レベルを高めるために、同様の構成が使用されている。従って、フロントソース７０３からの光は、反射体７６０の傾斜面から反射し、一般にソース７０３から離れた方向で干渉キャビティ７６５の裏側を出て行く。

当該技術分野における熟練者であれば、種々の構成を持つ種々の光学要素が、支柱構造に組み入れられうることを理解するであろう。そのような光学要素の限定しない例は、反射体、エタロン、光散乱要素（例えば、微小なガラス片）、光回折要素、総合内部反射（ＴＩＲ：total internal reflection）要素、及び光屈折要素を含む。レンズ及びプリズムは可能である。例えば反射体の表面のように、光学要素の表面は、曲面（例えば球状又は放物状）又は平面、及び様々な角度に傾斜しているかもしれない。同様に、レンズが例えば凸面、凹面のような様々な方法で構成され、支柱構造内で様々な角度で傾斜されうる。対称のみならず非対称な形状及び構成も可能である。これら光学要素の表面は滑らかであるか、又は粗いかもしれない。反射は、鏡面であるか、又は拡散するかもしれない。光学要素は、支柱構造内の異なる場所に位置される。光学要素は、異なる高さに位置され、支柱内でオフセンタされうる。光学要素は、異なる方向性を持ち、傾けられうる。異なる支柱構造が、異なる特性を持つ光学要素を持ちうる。

別の実施例は、干渉変調器を作る方法を提供する。そのような方法８００（図１２）の各ステップは、当該技術分野で知られた技術を用いて実行される。この処理は、反射層を基板上に堆積して第一のミラーを形成するステップ８０５で始まる。反射層の堆積は、例えば金属（例えばインジウム錫酸化物及び／又はクロム）のような半反射性材料の化学蒸着によってなされる。ステップ８０５における第一のミラーの形成は、更に、金属層の上に誘電性の材料（例えばシリコン酸化物）を堆積することを含む。当該技術分野における熟練者であれば、この第一のミラーは光学スタックであるかもしれず、したがって、ステップ８０５における第一のミラーの形成は、例えばクロム及びインジウム錫酸化物のような複数の金属層を堆積することを含むことを理解するであろう。

処理は、ステップ８１０において、犠牲層を第一のミラーの上に堆積することによって続く。犠牲層の堆積は、例えば、後のエッチング工程において選択的に除去される材料の化学蒸着によって行われる。そのような犠牲材料の例は、モリブデン及びシリコンを含む。処理は、ステップ８１５において、当該技術分野における熟練者に知られたマスキング及びエッヂング技術を用い、犠牲層内にアパチャーを形成することによって続く。処理は、ステップ８２０において、支柱材料をアパチャーに堆積することによって続く。光学的に可視光に透過可能な支柱材料が使用されうる。適切な支柱材料の例は、例えば周知のスピンオン及び化学蒸着技術によって堆積されるフォトレジスト及び二酸化シリコンを含む。実施例では、この堆積された支柱材料は、支柱内の光学要素の望ましい垂直位置に依存して部分的にアパチャーを埋める。光学要素を形成するための材料の層は、次に続くステップ８２５において、アパチャー内の支柱材料の上に堆積される。様々な周知の堆積及び／又はパターニング方法（例えば傾斜面に対するテーハ゜エッチング）が、光学要素を形成するために使用されうる。付加的に、追加の支柱材料が、アパチャー内の光学要素の上に堆積される。

処理は、ステップ８３０において、移動可能な第二のミラーを犠牲層及び光学要素の上に形成することにより続く。移動可能な第二のミラーの形成は、上記で説明したように、所望のミラー配列に依存して様々な方法で実施される。処理は、ステップ８３５において、犠牲層を取り除き、もって干渉キャビティを形成することにより続く。例えばモリブデンやシリコンのような犠牲材料を選択的に取り除くＸｅＦ_２のようなエッチング剤に犠牲層を触れさせる等、犠牲層を除去するために様々なエッチング方法が使用される。当該技術分野における熟練者であれば、図１２に示す処理が、種々の構成を持つ干渉変調器を処理するために必要に応じて変形されることを理解するであろう。

当該技術分野における熟練者であれば、支柱構造が複数の光学要素を含むことを理解するであろう。例えば、２つ又はそれ以上の反射体が、上述した製造方法の軽微な変更によって、様々な高さにおいて支柱材料に製造されうる。当該技術分野における熟練者であれば、支柱構造内のそのような複数の光学要素の使用は、単一の光学要素の使用よりもより幅広い色の変化のような様々な光学的利点、又はそれらの組み合わせを提供するために使用されうることも理解するであろう。

図１３Ａ及び１３Ｂは、ディスプレイ装置２０４０の実施形態を説明するシステムブロック図である。ディスプレイ装置２０４０は、例えば、セルラ又は携帯電話機でありうる。しかしながら、ディスプレイ装置２０４０の同じ構成要素又はそのわずかな変形も、例えばテレビ及び携帯型メディアプレーヤのような種々のタイプのディスプレイ装置を示している。

ディスプレイ装置２０４０は、ハウジング２０４１、ディスプレイ２０３０、アンテナ２０４３、スピーカ２０４５、入力装置２０４８、及びマイクロフォン２０４６を含む。ハウジング２０４１は、一般に当業者に周知の各種の製造技術のいずれかから形成され、射出成型、及び真空形成を含む。その上、ハウジング２０４１は、限定される訳ではないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、及びセラミックス、又はこれらの組み合わせを含む種々の材料から形成されることができる。一つの実施例では、ハウジング２０４１は、取り外し可能部分（図示せず）を含む。この部分は、異なる色からなるか、又は異なるロゴ、絵柄、又はシンボルを含む別の取り外し可能部品と交換することができる。

典型的なディスプレイ装置２０４０のディスプレイ２０３０は、ここに説明されたように、双安定ディスプレイを含む種々のディスプレイのうちの何れかでありうる。その他の実施例では、当該技術分野における熟練者に対して周知であるように、ディスプレイ２０３０は、上記に説明したように、例えばプラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤ、又はＴＦＴ ＬＣＤのようなフラットパネルディスプレイ、若しくはＣＲＴ又はその他の真空管装置のような、非フラットパネルディスプレイを含む。しかしながら、本実施例を説明する目的のために、ディスプレイ２０３０は、ここに説明されたように、干渉変調器ディスプレイを含む。

典型的なディスプレイ装置２０４０の１つの実施例の構成要素が、図１３Ｂに模式的に図示される。図示された典型的なディスプレイ装置２０４０は、ハウジング２０４１を含む。ハウジング２０４１は、少なくとも部分的にその中に閉じ込められた付加的な構成要素を含むことができる。例えば、１つの実施例では、典型的なディスプレイ装置２０４０は、トランシーバ２０４７に接続されたアンテナ２０４３を含むネットワークインターフェース２０２７を含む。トランシーバ２０４７は、プロセッサ２０２１に接続され、プロセッサ２０２１は調整ハードウェア２０５２に接続される。調整ハードウェア２０５２は、信号を調整する（例えば、信号をフィルタする）ように構成されうる。調整ハードウェア２０５２は、スピーカ２０４５及びマイクロフォン２０４６に接続される。プロセッサ２０２１も、入力装置２０４８及びドライバコントローラ２０２９に接続される。ドライバコントローラ２０２９は、フレームバッファ２０２８に接続、及びアレイドライバ２０２２に接続される。また、アレイドライバ２０２２は、ディスプレイアレイ２０３０にも接続されている。電源２０５０は、特定の典型的なディスプレイ装置２０４０設計によって必要とされるように、全ての構成要素に電力を供給する。

ネットワークインターフェース２０２７は、アンテナ２０４３及びトランシーバ２０４７を含んでいる。これによって、典型的なディスプレイ装置２０４０は、ネットワークを介して１又は複数の装置と通信することができる。１つの実施例では、ネットワークインターフェース２０２７は、プロセッサ２０２１の要求を軽減させるためにある種の処理能力を持つことができる。アンテナ２０４３は、信号を送受信するために当該技術分野における熟練者に公知の何れかのアンテナである。１つの実施例では、アンテナは、ＩＥＥＥ８０２．１１（ａ），（ｂ），又は（ｇ）を含む、ＩＥＥＥ８０２．１１規格にしたがってＲＦ信号を送信し、受信する。他の１つの実施例では、アンテナは、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）規格にしたがってＲＦ信号を送信し、受信する。セルラ電話機の場合、アンテナは、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ若しくは無線セル電話ネットワーク内で通信するために使用されるその他の公知の信号を受信するように設計される。トランシーバ２０４７は、アンテナ２０４３から受信された信号を前処理する。これによって、信号が受信され、プロセッサ２０２１によってさらに操作されるようになる。トランシーバ２０４７は、また、プロセッサ２０２１から受信された信号を処理する。これによって、信号はアンテナ２０４３を経由して、典型的なディスプレイ装置２０４０から送信されるようになる。

代替実施例では、トランシーバ２０４７は、受信機によって置き換えることが可能である。更に別の代替実施例では、ネットワークインターフェース２０２７は、画像ソースによって置き換えられることができる。画像ソースは、プロセッサ２０２１に送られるべき画像データを記憶又は生成することができる。例えば、画像ソースは、画像データを含むディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）又はハードディスクドライブであるか、あるいは画像データを生成するソフトウェアモジュールでありうる。

プロセッサ２０２１は、典型的なディスプレイ装置２０４０の全体動作を制御する。プロセッサ２０２１は、ネットワークインタフェース２０２７又は画像ソースからの圧縮画像データのようなデータを受信し、このデータを、そしてデータを、生の画像データ、又は生の画像データに用意に処理できるフォーマットに処理する。プロセッサ２０２１は、その後、この処理されたデータをドライバコントローラ２０２９へ、又は記憶するためにフレームバッファ２０２８へ送る。生のデータは、一般に、画像の内の各位置における画像特性を識別する情報を称する。例えば、そのような画像特性は、色彩、彩度、及びグレースケールレベルを含むことができる。

１つの実施例では、プロセッサ２０２１は、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、若しくは論理ユニットを含み、典型的なディスプレイ装置２０４０の動作を制御する。調整ハードウェア２０５２は、スピーカ２０４５に信号を送信するために、及びマイクロフォン２０４６から信号を受信するために、増幅器及びフィルタを含む。調整ハードウェア２０５２は、典型的なディスプレイ装置２０４０内部のディスクリートな構成要素、若しくは、プロセッサ２０２１又はその他の構成要素の内部に組み込まれることができる。

ドライバコントローラ２０２９は、プロセッサ２０２１により発生された生の画像データをプロセッサ２０２１から直接又はフレームバッファ２０２８からのいずれかで取得し、アレイドライバ２０２２への高速送信に適切であるように生の画像データを再フォーマット化する。具体的には、ドライバコントローラ２０２９は、生の画像データを、ラスタ状の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。これによって、データフローは、ディスプレイアレイ２０３０全体をスキャニングするために適した時間順を有するようになる。そして、ドライバコントローラ２０２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２０２２へ送る。ＬＣＤコントローラのような、ドライバコントローラ２０２９が、スタンドアローンの集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２０２１に良く関連付けられるが、そのようなコントローラは、多くの方法で実現することができる。これらは、ハードウェアとしてプロセッサ２０２１に搭載されたり、ソフトウェアとしてプロセッサ２０２１に搭載されたり、あるいはアレイドライバ２０２２を備えたハードウェアに完全に統合されうる。

一般に、アレイドライバ２０２２は、フォーマット化された情報をドライバコントローラ２０２９から受信し、ディスプレイのピクセルのｘ−ｙ行列から到来する数百本、ときには数千本のリード線に毎秒何回も適用される波形のパラレルセットに、ビデオデータを何度も再フォーマットする。

１つの実施例では、ドライバコントローラ２０２９、アレイドライバ２０２２、及びディスプレイアレイ２０３０は、ここに説明されたいずれのタイプのディスプレイに対しても適切である。例えば、１つの実施例では、ドライバコントローラ２０２９は、従来型のディスプレイコントローラ又は双安定ディスプレイコントローラ（例えば、干渉変調器コントローラ）である。別の実施例では、アレイドライバ２０２２は、従来型のドライバ又は双安定ディスプレイドライバ（例えば、干渉変調器ディスプレイ）である。１つの実施例では、ドライバコントローラ２０２９は、アレイドライバ２０２２と統合される。そのような実施例は、例えば携帯電話、時計、及びその他の小面積ディスプレイのような高度に集積されたシステムにおいて一般的である。更に別の実施例では、ディスプレイアレイ２０３０は、典型的なディスプレイアレイ又は双安定ディスプレイアレイ（例えば、干渉変調器のアレイを含んでいるディスプレイ）である。

入力装置２０４８は、典型的なディスプレイ装置２０４０の動作をユーザが制御することを可能にする。１つの実施例では、入力装置２０４８は、クワーティ（ＱＷＥＲＴＹ）キーボード又は電話キーパッドのようなキーパッド、ボタン、スイッチ、接触感応スクリーン、感圧又は感熱膜を含む。１つの実施例では、マイクロフォン２０４６は、典型的なディスプレイ装置２０４０のための入力装置である。マイクロフォン２０４６がこの装置にデータを入力するために使用される時、典型的なディスプレイ装置２０４０の動作を制御するために、ユーザによって音声命令が与えられる場合がある。

電源２０５０は、当該技術分野において周知のような各種のエネルギー貯蔵装置を含むことができる。例えば、１つの実施例では、電源２０５０は、例えばニッケル−カドミウム電池又はリチウムイオン電池のような、充電可能な電池である。別の実施例では、電源２０５０は、キャパシタ、若しくはプラスチック太陽電池、及びソーラーセル塗料を含む太陽電池や、キャパシタ、あるいは再充電可能なエネルギー源である。別の実施例では、電源２０５０は、壁のコンセントから電力を受け取るように構成される。

いくつかの実施では、上述したように、制御プログラム能力が、電子ディスプレイシステム内の幾つかの位置に配置することができるドライバコントローラ内に常駐する。いくつかの場合では、制御プログラム能力が、アレイドライバ２０２２内に常駐する。当該技術における熟練者であれば、上述した最適化が、任意の数のハードウェア及び／又はハードウェア構成要素の中に、種々の構成で実施されうることを認識するであろう。

上述した詳細記載が、様々な実施例に適用されることによって本発明の斬新な特徴を示し、記載し、指摘した一方、説明された装置又は処理の形態及び詳細における種々の省略、代替、及び変更もまたなされうることが、本発明の精神から逸脱することなく当該技術分野における熟練者によってなされうることが理解されるであろう。認識されるであろうが、幾つかの特徴は、その他のものとは別個に使用又は実施されるので、本発明は、ここで説明した特徴及び利点の全てを与える訳ではない形態内で具体化される。

図１は、干渉変調器ディスプレイの一つの実施例の一部を示す等測図であり、第一の干渉変調器の可動反射層がリリース位置にあり、第二の干渉変調器の可動反射層がアクチュエートされた位置にある図である。 図２は、３×３の干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子装置の一つの実施例を示すシステムブロック図である。 図３は、図１に示す干渉変調器の一つの典型的な実施例における印加電圧に対する可動ミラー位置の図である。 図４は、干渉変調器ディスプレイを駆動するために使用される行電圧と列電圧のセットを示す図である。 図５Ａは、図２に示す３×３干渉変調器ディスプレイにおけるディスプレイデータの典型的なフレームを示す図である。 図５Ｂは、図５Ａのフレームに書き込むために使用される行信号及び列信号のための一つの典型的なタイミング図である。 図６Ａは、図１に示す装置の断面図である。 図６Ｂは、干渉変調器の代替実施例を示す断面図である。 図６Ｃは、干渉変調器の別の代替実施例を示す断面図である。 図７Ａは、透明な支柱構造を図式的に示す干渉変調器の断面図である。 図７Ｂは、反射性の支柱構造を図式的に示す干渉変調器の断面図である。 図８Ａは、金属支柱を持つ干渉変調器のアレイの顕微鏡写真の複製である。 図８Ｂは、シリコン酸化物支柱を持つ干渉変調器のアレイの顕微鏡写真の複製である。 図９は、そのうちのいくつかがエタロンを形成している反射性要素を備えた支柱構造を図式的に示す干渉変調器の断面図である。 図１０は、干渉変調器の光学キャビティに光を導くように構成された反射性要素を備えた支柱構造を図式的に示すバックライト干渉変調器の断面図である。 図１１は、干渉変調器の明るさを増大させるように構成された反射性要素を備えた支柱構造を図式的に示すフロントライト干渉変調器の断面図である。 図１２は、光学要素を含む支柱構造を持つ干渉変調器を作るプロセスを示すフローチャートである。 図１３Ａは、複数の干渉変調器を備えたビジュアルディスプレイ装置の実施例を示すシステムブロック図である。 図１３Ｂは、複数の干渉変調器を備えたビジュアルディスプレイ装置の実施例を示すシステムブロック図である。

Claims (29)

1. 支柱構造を備えた干渉変調器であって、前記支柱構造は光学要素を含む。
2. 請求項１に記載の干渉変調器において、前記光学要素は、エタロンからなる一つのミラーを含む。
3. 請求項２に記載の干渉変調器において、前記エタロンはダークエタロンである。
4. 請求項１に記載の干渉変調器において、前記光学要素は、光を屈折するように構成されている。
5. 請求項１に記載の干渉変調器において、前記光学要素は、光を反射するように構成されている。
6. 請求項１に記載の干渉変調器において、前記光学要素は、光を散乱するように構成されている。
7. 請求項１に記載の干渉変調器において、前記光学要素は、反射面を備えている。
8. 請求項７に記載の干渉変調器において、前記反射面は、前記干渉変調器の干渉キャビティに光を導くように構成されている。
9. 請求項８に記載の干渉変調器において、前記反射面は、前記干渉変調器のバックライトニングを増大させるように構成されている。
10. 請求項８に記載の干渉変調器において、前記支柱構造は更にダークエタロンを含む。
11. 請求項８に記載の干渉変調器において、前記反射面は、前記干渉変調器の明るさを増大させるように構成されている。
12. 請求項１に記載の干渉変調器において更に、光学キャビティを定義する第一のミラー及び移動可能な第二のミラーを備え、前記第一及び第二のミラーのうちの少なくとも一つは前記支柱構造によって支えられる。
13. 干渉変調器を作る方法であって、
    反射層を基板上に堆積して第一のミラーを形成することと、
    前記第一のミラーの上に犠牲層を堆積することと、
    前記犠牲層の中にアパチャーを形成することと、
    前記アパチャーの中に支柱材料を堆積することと、
    前記支柱材料の上に光学要素を形成することと、
    移動可能な第二のミラーを、前記犠牲層と前記光学要素との上に形成することと、
    前記犠牲層を取り除き、もって、干渉キャビティを形成することとを備える。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記光学要素を形成することは、テーパエッチングを含む。
15. 請求項１３に記載の方法において、前記光学要素を形成することは、反射体、エタロン、又はマイクロレンズを形成することを含む。
16. 請求項１３に記載の方法において更に、前記光学要素の上に追加の支柱材料を堆積することを含む。
17. 請求項１３乃至１６のうちの何れかの方法によって作られる干渉変調器。
18. 干渉変調器であって、
    光を反射し、光学干渉を生成する第一及び第二の反射手段を備え、前記第二の反射手段は、前記第一の反射手段に対して移動可能であり、
    前記第一及び第二の反射手段が分離するように前記第二の反射手段を支える手段を備え、
    前記支える手段は、その中に、前記支える手段に入る光を操作する手段を含む。
19. 請求項１８に記載の干渉変調器であって、前記第一及び第二の反射手段は、少なくとも部分的に反射する面を備える。
20. 請求項１８又は請求項１９に記載の干渉変調器であって、前記支える手段は、少なくとも一つの支柱構造を含む。
21. 請求項１８又は請求項１９又は請求項２０に記載の干渉変調器において、前記操作する手段は、光学要素を含む。
22. 請求項１乃至１２及び請求項１７乃至２１のうちの何れかの干渉変調器を備えたディスプレイ装置であって更に、
    画像データを処理するように構成され、前記干渉変調器と電気的に通信するプロセッサと、
    前記プロセッサと電気的に通信するメモリ装置とを備える。
23. 請求項２２に記載の装置において更に、
    少なくとも一つの信号を前記少なくとも一つのディスプレイに送るように構成された第一のコントローラと、
    前記画像データの少なくとも一部を前記第一のコントローラに送るように構成された第二のコントローラとを備える。
24. 請求項２３に記載の装置において更に、
    前記画像データを前記プロセッサに送るように構成された画像ソースモジュールを備える。
25. 請求項２４に記載の装置において、
    前記画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバ、及び送信機のうちの少なくとも一つを備える。
26. 請求項２２に記載の装置において更に、
    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装置を備える。
27. 光を変調する方法であって、
    第一及び第二の反射面へ伝播された光を反射して、光学的干渉を生成することであって、前記第二の反射面は、少なくとも一つの支柱構造によって支えられていることと、
    前記支柱構造に伝播された光を操作することと、
    前記第一の反射面に対して前記第二の反射面を移動させることによって、前記光学干渉に影響を与えることとを備える。
28. 請求項２７に記載の方法において、前記光を操作することは、前記第一及び第二の反射面のうちの少なくとも一つに前記光を導くことを含む。
29. 請求項２７に記載の方法において、前記光を操作することは、前記第一及び第二の反射面のうちの少なくとも一つに前記光を反射することを含む。

Images