JP2013061658A - Mems display apparatus - Google Patents

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Nesbitt W Hagood
ハーグッド,ネスビット,ダブリュー.
John J Fijol
フィジョル,ジョン,ジェイ.
Jasper Lodewyk Steyn
ステイン,ジャスパー,ロドワイク
Richard S Payne
ペイン,リチャード,エス.
Jignesh Gandhi
ガンディー,ジグネッシュ
W Berton Roger
バートン,ロジャー,ダブリュー.
E Fike Eugene
ファイク,ユージン,イー.
D Shaft Mark
シャフト,マーク,ディー.
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide methods for reducing the effects of stiction and improving the optical and electromechanical performance of the display apparatus.SOLUTION: This invention relates to MEMS display apparatus and methods for assembly thereof that include a plurality of light modulators having components substantially surrounded in a liquid 530 that reduces the effects of stiction and improves the optical and electromechanical performance of the display apparatus. The invention also relates to methods for aligning components of a MEMS display to establish a correspondence between a plurality of light modulators 503 and a plurality of apertures to regulate the transmission of light through the apparatus.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2007年5月18日出願の米国仮特許出願第60/930,872号明細書、表題「MEMS Displays and Assembly Methods」の優先権と特典を主張するものであり、以下の各出願、2007年1月19日出願の米国特許出願第11/656,307号明細書、表題「Methods and Apparatus for Actuating Displays」、2007年3月30日出願の米国特許出願第11/731,628号明細書、表題「Methods and Apparatus for Actuating Displays」、2007年10月19日出願の米国特許出願第11/975,398号明細書、表題「MEMS Display Apparatus」、2007年10月19日出願の米国特許出願第11/975,397号明細書、表題「Alignment Methods in Fluid−Filled MEMS Displays」、2007年10月19日出願の米国特許出願第11/975,411号明細書、表題「Methods for Manufacturing Fluid−Filled MEMS Displays」、そして2007年10月19日出願の米国特許出願第11/975,622号明細書、表題「Spacers for Maintaining Display Apparatus Alignment」の一部継続出願である。これらの仮出願と非仮出願のそれぞれの全体を参照により本明細書に援用する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the priority and benefits of US Provisional Patent Application No. 60 / 930,872, filed May 18, 2007, entitled "MEMS Displays and Assembled Methods". The following applications, U.S. Patent Application No. 11 / 656,307 filed January 19, 2007, entitled "Methods and Apparatus for Actuating Displays", U.S. Patent Application No. 11 filed March 30, 2007 No./731,628, title “Methods and Apparatus for Actuating Displays”, US Patent Application No. 11 / 975,398, filed Oct. 19, 2007, title “MEMS Display Apparatus” No. 11 / 975,397 filed Oct. 19, 2007, entitled “Alignment Methods in Fluid-Filled MEMS Displays”, U.S. Patent Application No. 11 / 975,411 filed Oct. 19, 2007 No., title “Methods for Manufacturing Fluid-Filled MEMS Displays”, and US patent application Ser. No. 11 / 975,622, filed Oct. 19, 2007, titled “Spaces for Maintaining Display Apart”. It is a continuation application. The entirety of each of these provisional applications and non-provisional applications is incorporated herein by reference.

本発明は一般的には撮像ディスプレイの組立分野に関し、特に機械的に作動するディスプレイ装置の組立に関する。   The present invention relates generally to the field of imaging display assembly, and more particularly to the assembly of mechanically operated display devices.

機械的光変調器で構築されるディスプレイは、液晶技術に基づくディスプレイの魅力的な代案である。機械的光変調器は、映像コンテンツを良好な視角と広範囲のカラーおよびグレイスケールで表示するためには十分に速い。機械的光変調器は投写型ディスプレイアプリケーションでは成功してきた。機械的光変調器を利用するバックライトディスプレイは、まだ、魅力的な輝度と低電力との組み合わせを十分に実証していない。当該技術領域では、高速で明るく低電力な機械作動型ディスプレイに対する要求がある。   Displays constructed with mechanical light modulators are an attractive alternative to displays based on liquid crystal technology. Mechanical light modulators are fast enough to display video content with good viewing angles and a wide range of colors and gray scales. Mechanical light modulators have been successful in projection display applications. Backlit displays that utilize mechanical light modulators have not yet fully demonstrated an attractive combination of brightness and low power. There is a need in the art for mechanically actuated displays that are fast, bright and low power.

液晶ディスプレイとは異なり、MEMSベースのディスプレイは何百、何千あるいは場合によっては何百万もの可動要素を含む。いくつかの装置では、一要素のいかなる動きも、一つまたは複数の要素を不能にする静止摩擦(stiction)の機会を生じる。さらに、MEMSベースのディスプレイの効果的な動作は、光学的、電気的、および/または機械的構成部品の結合に依存する。このような構成部品のミスアラインメントは、画質劣化と、可能性としてディスプレイ全体としての動作不能にもつながる。   Unlike liquid crystal displays, MEMS-based displays include hundreds, thousands or even millions of moving elements. In some devices, any movement of one element creates a stiction opportunity that disables one or more elements. Furthermore, the effective operation of MEMS-based displays depends on the coupling of optical, electrical, and / or mechanical components. Such misalignment of components also leads to image quality degradation and possibly inoperability of the entire display.

一態様では、本発明はディスプレイアセンブリの製造方法に関する。本方法は、複数のMEMS光変調器が作製された第1の基板を設ける工程を含む。第1の基板は不透明であってもよくあるいは透明であってもよい。各光変調器は明状態と暗状態とを有する。本方法はまた、複数のアパーチャが形成された層を含む第2の基板(好ましくは透明な基板)を設ける工程を含む。一実施態様では層は反射性である。他の実施態様では層は光吸収性である。第1と第2の基板は次にそれぞれの光変調器とアパーチャとの対応関係を設定するためにアライメントされる。   In one aspect, the invention relates to a method for manufacturing a display assembly. The method includes providing a first substrate on which a plurality of MEMS light modulators are fabricated. The first substrate may be opaque or transparent. Each light modulator has a bright state and a dark state. The method also includes providing a second substrate (preferably a transparent substrate) that includes a layer having a plurality of apertures formed therein. In one embodiment, the layer is reflective. In other embodiments, the layer is light absorbing. The first and second substrates are then aligned to set the correspondence between the respective light modulators and apertures.

MEMS光変調器は、変調素子、例えばシャッタ、光タップ、オイル、または少なくとも一つのエッジを有する干渉変調器を含む。各アパーチャもまたエッジを有する。一実施態様では、第1と第2の基板は、光変調器が暗状態の場合にそれぞれの光変調素子のエッジがその対応するアパーチャのエッジと、0ミクロンを越えかつ約20ミクロン未満だけ重なるようにアライメントされる。別の実施態様では、光変調器のエッジは、暗状態において、0ミクロンを越えかつ約5ミクロン未満だけアパーチャのエッジと重なる。   The MEMS light modulator includes a modulation element such as a shutter, an optical tap, oil, or an interferometric modulator having at least one edge. Each aperture also has an edge. In one embodiment, the first and second substrates are such that when the light modulator is in the dark state, the edge of each light modulating element overlaps the edge of its corresponding aperture by more than 0 and less than about 20 microns. Are aligned as follows. In another embodiment, the edge of the light modulator overlaps the edge of the aperture in the dark state by more than 0 microns and less than about 5 microns.

アラインメントは多くのやり方で維持することができる。アラインメントは、接着剤または熱リフロー可能な材料により第1の基板を第2の基板にボンディングすることにより、あるいは第1と第2の基板上または基板内に形成されたインターロック形状部(interlocking features)同士を連結することにより維持することができる。   The alignment can be maintained in many ways. The alignment can be achieved by bonding the first substrate to the second substrate with an adhesive or a heat reflowable material, or interlocking features formed on or in the first and second substrates. ) Can be maintained by connecting each other.

組立工程は、個々のディスプレイアセンブリの製造または複数のディスプレイアセンブリの同時製造に対処することができる。後者の場合、第1の基板上の複数のMEMS変調器としては、パネル上に配置された複数のMEMS変調器アレイが挙げられる。同様に、第2の基板上の複数のアパーチャとしては、その対応する複数のアパーチャアレイが挙げられる。単一パネルから複数のディスプレイアセンブリを製造する場合、組立工程はディスプレイパネルを単一化(singulate)することを含む。基板の単一化(singulation)は、基板がアライメントおよび/または密封される前または後に行なうことができる。   The assembly process can address the manufacture of individual display assemblies or the simultaneous manufacture of multiple display assemblies. In the latter case, the plurality of MEMS modulators on the first substrate include a plurality of MEMS modulator arrays disposed on the panel. Similarly, the plurality of apertures on the second substrate may include corresponding aperture arrays. When manufacturing multiple display assemblies from a single panel, the assembly process includes singulating the display panel. Substrate singulation can occur before or after the substrate is aligned and / or sealed.

基板同士をアライメントするために、アライメントマークを第1と第2の基板のそれぞれの上に形成することができる。基板は、アライメントマーク間のミスアラインメントを監視する視覚システムを含むアライメント装置に装填することができる。アライメント装置はまた、2つの基板の相対位置を調整するためのモーターまたは駆動装置を含む。アライメント装置はまた、接着材を硬化するためのUVランプを含むことができる。   In order to align the substrates, alignment marks can be formed on each of the first and second substrates. The substrate can be loaded into an alignment apparatus that includes a vision system that monitors misalignment between alignment marks. The alignment device also includes a motor or drive for adjusting the relative position of the two substrates. The alignment apparatus can also include a UV lamp for curing the adhesive.

一実施態様では、アライメント方法は、基板間に一定の距離間隔を設定するために2つの基板の一方にスペーサを貼り付ける工程を含む。スペーサは2つの基板間のギャップを埋める導電性材料で形成することができる。   In one embodiment, the alignment method includes attaching a spacer to one of the two substrates to set a constant distance between the substrates. The spacer can be formed of a conductive material that fills the gap between the two substrates.

さらに、潤滑剤などの流体によりディスプレイ構成部品の表面(可動要素の前面と裏面を含む)を濡らすことにより静止摩擦を低減することができる。様々な流体と気体は、MEMS光変調器の可動構成部品を取り囲むと、静止摩擦を低減するだけでなくディスプレイの光学的および電気機械的性能も改善することができる。   Furthermore, static friction can be reduced by wetting the surface of the display component (including the front and back surfaces of the movable element) with a fluid such as a lubricant. Various fluids and gases can not only reduce static friction but also improve the optical and electromechanical performance of the display when surrounding the movable components of the MEMS light modulator.

したがって別の態様によると、本発明は、潤滑剤などの液体により実質的に取り囲まれる(そして好適にはその中を移動する)素子を有する光変調器アレイを含むディスプレイアセンブリに関する。光変調器アレイは第1の基板上に形成される。MEMS光変調器を取り囲む液体を収容するために第1の基板と第2の透明基板は接着剤で密封される。密封はまた、2つの基板間の相対運動を制限するように作用する。一実施態様ではシール材は高分子材料で形成される。   Thus, according to another aspect, the present invention relates to a display assembly that includes a light modulator array having elements substantially surrounded (and preferably moved therein) by a liquid, such as a lubricant. The light modulator array is formed on the first substrate. The first substrate and the second transparent substrate are sealed with an adhesive to contain the liquid surrounding the MEMS light modulator. The seal also acts to limit the relative motion between the two substrates. In one embodiment, the sealing material is formed of a polymer material.

ディスプレイアセンブリ内に密封された液体は第1の屈折率を有し、アパーチャ層が配置される基板は第2の屈折率を有する。一実施態様では、第1の屈折率は第2の屈折率より大きいかあるいは実質的に等しい。液体はまた、非導電性であることが好ましく、2.0を越える誘電率を有する。   The liquid sealed in the display assembly has a first refractive index, and the substrate on which the aperture layer is disposed has a second refractive index. In one embodiment, the first refractive index is greater than or substantially equal to the second refractive index. The liquid is also preferably non-conductive and has a dielectric constant greater than 2.0.

別の態様では、本発明はMEMSベースのディスプレイの製造方法に関する。本方法は、流体がディスプレイ構成部品の表面(可動要素の前面と裏面を含む)を濡らし、静止摩擦を低減するとともにディスプレイの光学的および電気機械的性能を改良するように作用する、流体充填工程を含む。本方法は第1と第2の透明基板を設ける工程を含む。第1の基板はその上に形成された複数のMEMS光変調器を有する。第2の基板は透明である。一実施態様では、反射性アパーチャ層が第2の基板上に形成される。別の実施態様では、ブラックマトリクスが第2の基板上に形成される。第2の透明基板は、第1の基板が第2の基板から一定のギャップだけ離されるように第1の基板に隣接して配置される。ディスプレイアセンブリは潤滑剤などの液体により充填される。本方法は、液体がMEMS光変調器の可動部を実質的に取り囲むように液体をディスプレイアセンブリ内に収容するディスプレイアセンブリ密封工程も含む。   In another aspect, the invention relates to a method for manufacturing a MEMS-based display. The method includes a fluid filling step where the fluid wets the surface of the display component (including the front and back surfaces of the movable element) and acts to reduce static friction and improve the optical and electromechanical performance of the display. including. The method includes providing first and second transparent substrates. The first substrate has a plurality of MEMS light modulators formed thereon. The second substrate is transparent. In one embodiment, a reflective aperture layer is formed on the second substrate. In another embodiment, a black matrix is formed on the second substrate. The second transparent substrate is disposed adjacent to the first substrate such that the first substrate is separated from the second substrate by a certain gap. The display assembly is filled with a liquid such as a lubricant. The method also includes a display assembly sealing step in which the liquid is contained within the display assembly such that the liquid substantially surrounds the movable portion of the MEMS light modulator.

ディスプレイ密封工程は、ディスプレイアセンブリの周縁の少なくとも一部分に沿ってシール材を貼り付ける工程を含む。一実施態様では、シール材を貼り付ける工程はディスプレイを充填する工程に先立つ。一実施態様では、アセンブリを充填する前にシール材は硬化される。別の実施態様では、ディスプレイアセンブリが充填された後にシール材は硬化される。基板はシール材が硬化される前にアライメントされてよい。一実施態様では、アセンブリ上にシール材を貼り付ける工程は少なくとも一つの充填用穴を未密封のままにしておくことを含む。充填用穴は、ディスプレイアセンブリ内に流体を収容するためにアセンブリを流体で充填する工程の後で密封される。   The display sealing step includes a step of applying a sealing material along at least a part of the periphery of the display assembly. In one embodiment, the step of applying the sealing material precedes the step of filling the display. In one embodiment, the seal is cured prior to filling the assembly. In another embodiment, the sealant is cured after the display assembly is filled. The substrate may be aligned before the sealant is cured. In one embodiment, applying the sealant on the assembly includes leaving at least one filling hole unsealed. The fill hole is sealed after the step of filling the assembly with fluid to contain the fluid within the display assembly.

一実施態様では、単一のディスプレイアセンブリがパネルごとに作製される。他の実施態様では、各パネルから複数のディスプレイアセンブリが作製される。このような実施態様では、本方法は、パネル上に複数のMEMS光変調器アレイを作製した後それらを分離する工程を含む。アレイはシール材を貼り付ける前または後で分離することができる。   In one embodiment, a single display assembly is made for each panel. In other embodiments, multiple display assemblies are made from each panel. In such an embodiment, the method includes creating a plurality of MEMS light modulator arrays on the panel and then separating them. The array can be separated before or after applying the sealant.

一実施態様では、ディスプレイを充填するために、基板は減圧チャンバ内に置かれる。別の実施態様では、充填工程は、第1と第2の基板とをアライメントして接着することに先立って両基板の一方に液体を塗布することを含む。   In one embodiment, the substrate is placed in a vacuum chamber to fill the display. In another embodiment, the filling step includes applying a liquid to one of the substrates prior to aligning and bonding the first and second substrates.

別の実施態様では、本方法は、基板間のギャップを維持するために基板の一方または両方にスペーサを作製する工程を含む。基板間のギャップを埋めるために導電性材料を塗布することができる。   In another embodiment, the method includes creating a spacer on one or both of the substrates to maintain a gap between the substrates. A conductive material can be applied to fill the gap between the substrates.

本発明は、ピクセルアレイ、基板、そして基板上に形成された制御マトリクスを有するディスプレイ装置に関連してよい。アレイは、それぞれがアレイ内のピクセルに対応する光変調器を含むことができる。基板は透明であってよい。制御マトリクスはアレイ内の各ピクセルに対応する少なくとも一つのスイッチまたはカスコードスイッチを有してよい。   The present invention may relate to a display device having a pixel array, a substrate, and a control matrix formed on the substrate. The array can include light modulators, each corresponding to a pixel in the array. The substrate may be transparent. The control matrix may have at least one switch or cascode switch corresponding to each pixel in the array.

本発明の一側面によると、ディスプレイ装置は、アパーチャ層が形成された第1の基板と、アパーチャ層に向けて光を誘導する光導波路と、光導波路からアパーチャ層を通過する光を変調するための複数のMEMS光変調器と、光導波路の周縁を実質的に取り囲むスペーサであって、光導波路と第1の基板を所定距離だけ互いに離しておくことにより第1の基板と光導波路間にギャップを形成するためのスペーサとを含む。アパーチャ層は反射性アパーチャ層を含んでよい。   According to one aspect of the present invention, a display device modulates light passing through an aperture layer from the optical waveguide, an optical waveguide that guides light toward the aperture layer, and a first substrate on which the aperture layer is formed. A plurality of MEMS optical modulators and a spacer that substantially surrounds the periphery of the optical waveguide, wherein the optical waveguide and the first substrate are separated from each other by a predetermined distance so that a gap is formed between the first substrate and the optical waveguide. For forming the spacer. The aperture layer may include a reflective aperture layer.

一実施態様では、スペーサは、ディスプレイ装置の異なる構成部品間(第一の基板、光導波路に光を供給するためのランプ、複数のMEMS光変調器の一つを制御するための電気的接続、光導波路に向けて光を反射させるための反射層の少なくとも一つと、光導波路との間など)のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部(structural feature)を含む。別の実施態様では、スペーサは、光導波路と第1の基板のうちの少なくとも一つの並進移動を制限するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む。構造的特徴部は、光導波路と第1の基板のうちの一つが載る棚を含む。接着剤は、光導波路と第1の基板のうちの少なくとも一つに接着する構造的特徴部上に配置することができる。   In one embodiment, the spacer is between different components of the display device (first substrate, lamp for supplying light to the light guide, electrical connection for controlling one of the plurality of MEMS light modulators, A structural feature having a geometry selected to maintain alignment of at least one of the reflective layers for reflecting light toward the optical waveguide and the optical waveguide. In another embodiment, the spacer includes a structural feature having a geometry selected to limit translational movement of at least one of the optical waveguide and the first substrate. The structural feature includes a shelf on which one of the optical waveguide and the first substrate is placed. The adhesive can be disposed on a structural feature that adheres to at least one of the optical waveguide and the first substrate.

スペーサは光を光導波路内へ反射させるための反射面を含んでよい。スペーサは、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリレート、金属、または金属とプラスチックの複合材などの剛性材を含んでよい。複数のMEMS光変調器は、シャッタベースの光変調器またはエレクトロウェッティング光変調器を含んでもよく、また第1の基板または第2の基板上に形成することができる。   The spacer may include a reflective surface for reflecting light into the optical waveguide. The spacer may comprise a rigid material such as polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyacrylate, metal, or a composite of metal and plastic. The plurality of MEMS light modulators may include a shutter-based light modulator or an electrowetting light modulator, and may be formed on the first substrate or the second substrate.

本発明の別の態様によると、ディスプレイ装置は、制御マトリクスが形成された第1の基板と、制御マトリクスに向けて光を誘導する光導波路と、光導波路からの光を変調するための複数のMEMS光変調器と、光導波路の周縁を実質的に取り囲むスペーサであって、光導波路と第1の基板を所定距離だけ互いに離しておくことにより第1の基板と光導波路間にギャップを形成するためのスペーサとを含む。   According to another aspect of the present invention, a display device includes a first substrate on which a control matrix is formed, an optical waveguide that guides light toward the control matrix, and a plurality of light sources for modulating light from the optical waveguide. A spacer that substantially surrounds the periphery of the MEMS optical modulator and the optical waveguide, and forms a gap between the first substrate and the optical waveguide by separating the optical waveguide and the first substrate from each other by a predetermined distance. And a spacer.

本発明の一側面によると、ディスプレイ装置は、第1の基板、反射性アパーチャ層、そして複数のMEMS光変調器を含む。第1の基板は前面向きの面と裏面向きの面を有する。反射性アパーチャ層は、第1の基板の前面向きの面上に配置された複数のアパーチャを含む。複数のMEMS光変調器は、画像を形成するために、複数のアパーチャに向けられた光を変調する。   According to one aspect of the present invention, a display device includes a first substrate, a reflective aperture layer, and a plurality of MEMS light modulators. The first substrate has a front surface and a back surface. The reflective aperture layer includes a plurality of apertures disposed on the front-facing surface of the first substrate. The plurality of MEMS light modulators modulate light directed to the plurality of apertures to form an image.

第1の基板は光導波路を含むことができる。あるいは、光導波路は第1の基板の後方に配置されてもよく、ここでは反射性アパーチャ層は、複数のアパーチャを通過しない光を反射して光導波路の方へ戻すことができる。この場合光導波路は第1の基板と密着してもよい。   The first substrate can include an optical waveguide. Alternatively, the optical waveguide may be disposed behind the first substrate, where the reflective aperture layer can reflect light that does not pass through the plurality of apertures back to the optical waveguide. In this case, the optical waveguide may be in close contact with the first substrate.

複数のMEMS光変調器はシャッタベースの光変調器および/またはエレクトロウェッティング光変調器を含むことができる。アクティブマトリクス制御マトリクスは複数のMEMS光変調器を制御することができ、アクティブマトリクスはそれぞれのMEMS光変調器に対応する少なくとも一つのスイッチを含むことができる。第1の基板は透明であってよい。反射性アパーチャ層は、ミラー、誘電体ミラー、そして金属膜のうちの一つで形成することができる。   The plurality of MEMS light modulators can include shutter-based light modulators and / or electrowetting light modulators. The active matrix control matrix can control a plurality of MEMS light modulators, and the active matrix can include at least one switch corresponding to each MEMS light modulator. The first substrate may be transparent. The reflective aperture layer can be formed of one of a mirror, a dielectric mirror, and a metal film.

MEMS光変調器は、第1の基板上に配置することができる。第1の基板は、反射性アパーチャ層が複数の光変調器に近接するように配置されてよい。複数のアパーチャは複数の光変調器のそれぞれの光変調器に対応することができる。   The MEMS light modulator can be disposed on the first substrate. The first substrate may be disposed such that the reflective aperture layer is proximate to the plurality of light modulators. The plurality of apertures can correspond to respective light modulators of the plurality of light modulators.

一実施態様では、第1の基板は、第1の基板と光導波路間にギャップを形成するように光導波路に対して位置決めされる。流体(空気でもよい)がギャップを充填することができる。流体は第1の屈折率を有し光導波路は第2の屈折率を有してよい。第1の屈折率は第2の屈折率未満である。   In one embodiment, the first substrate is positioned relative to the optical waveguide so as to form a gap between the first substrate and the optical waveguide. A fluid (which may be air) can fill the gap. The fluid may have a first refractive index and the optical waveguide may have a second refractive index. The first refractive index is less than the second refractive index.

別の実施態様では、第2の基板は第1の基板の前面向きの面の前に配置される。複数のMEMS光変調器は、第2の基板上または第2の基板の裏面向きの面上に形成することができる。制御マトリクスは、複数のMEMS光変調器を制御するために第2の基板上に形成されてよい。第2の基板は透明であってよい。機械的インターロック形状部(mechanically interlocking features)および/または接着剤は第1と第2の基板間の横方向のアラインメントを維持することができ、第1と第2の基板の相対的側方移動をどの方向へも5ミクロン未満に制限することができる。第1の基板は第2の基板と光導波路間に配置することができる。   In another embodiment, the second substrate is placed in front of the front-facing surface of the first substrate. The plurality of MEMS light modulators can be formed on the second substrate or on the surface facing the back surface of the second substrate. A control matrix may be formed on the second substrate to control the plurality of MEMS light modulators. The second substrate may be transparent. Mechanically interlocking features and / or adhesives can maintain lateral alignment between the first and second substrates, and the relative lateral movement of the first and second substrates Can be limited to less than 5 microns in any direction. The first substrate can be disposed between the second substrate and the optical waveguide.

第1の基板は、第1の基板と第2の基板間のギャップを形成するように第2の基板に対し位置決めすることができる。ギャップはスペーサにより維持されてもよい、および/または潤滑剤などの液体または流体で充填されてもよい。流体は第1の屈折率を有し基板は第2の屈折率を有することができる。第1の屈折率は第2の屈折率より大きいかあるいは実質的に等しい。   The first substrate can be positioned relative to the second substrate so as to form a gap between the first substrate and the second substrate. The gap may be maintained by a spacer and / or filled with a liquid or fluid such as a lubricant. The fluid can have a first refractive index and the substrate can have a second refractive index. The first refractive index is greater than or substantially equal to the second refractive index.

本発明の別の態様によると、ディスプレイ装置は第1の基板、第2の基板、MEMS光変調器アレイ、そしてスペーサを含む。MEMS光変調器アレイは第1と第2の基板の一方の上に形成される。スペーサはアレイ内に設置され、第1の端部において第一の基板と一体的に形成されるかまたは接続され、かつ第2の端部において第2の基板と一体的に形成されるかまたは接続される。スペーサの第1と第2の基板の一方への接続は、基板上に蒸着された少なくとも一つの薄膜の積層へ接続することを含んでよい。薄膜は、反射性アパーチャ層、光吸収層、そしてカラーフィルタのうちの一つを含んでよい。   According to another aspect of the invention, the display device includes a first substrate, a second substrate, a MEMS light modulator array, and a spacer. The MEMS light modulator array is formed on one of the first and second substrates. A spacer is disposed in the array and is integrally formed or connected to the first substrate at the first end and integrally formed with the second substrate at the second end. Connected. Connecting the spacer to one of the first and second substrates may include connecting to a stack of at least one thin film deposited on the substrate. The thin film may include one of a reflective aperture layer, a light absorbing layer, and a color filter.

スペーサは、第1の基板からエッチングされてよく、および/または第1の基板上に蒸着された膜からエッチングされてよい。スペーサは、第1の基板上の電気部品と第2の基板上の電気部品間の電気的接続を形成することができる。スペーサは重合体、金属、および/または絶縁材料で形成することができる。スペーサは、第2の基板上に形成されたアライメント用素子と嵌合することができる。スペーサは約1ミクロンから約10ミクロンの間の高さであってよい。   The spacer may be etched from the first substrate and / or may be etched from a film deposited on the first substrate. The spacer can form an electrical connection between the electrical component on the first substrate and the electrical component on the second substrate. The spacer can be formed of a polymer, a metal, and / or an insulating material. The spacer can be fitted with an alignment element formed on the second substrate. The spacer may be between about 1 micron and about 10 microns high.

第1の基板と第2の基板は両方とも実質的に剛性であってよい。あるいは、第1と第2の基板は両方とも実質的に可撓性であってよい。または、第1の基板と第2の基板の一方は実質的に剛性であり、第1の基板と第2の基板の他方は実質的に可撓性である。第1の基板と第2の基板の少なくとも一つは実質的に透明である。   Both the first substrate and the second substrate may be substantially rigid. Alternatively, both the first and second substrates can be substantially flexible. Alternatively, one of the first substrate and the second substrate is substantially rigid, and the other of the first substrate and the second substrate is substantially flexible. At least one of the first substrate and the second substrate is substantially transparent.

第1の基板または第2の基板はディスプレイ装置の前面を含むことができる。光導波路は第1と第2の基板とは別個のものであってよい。スペーサと複数の追加のスペーサは、「4つの光変調器当たり一つのスペーサ」以下のスペーサ密度でアレイ内に配置されてよい。MEMS光変調器はそれぞれの表示ピクセルに対応することができ、それぞれの表示ピクセルは少なくとも一つのスペーサを含んでよい。第1と第2の基板間の空間はギャップを形成することができる。このギャップは潤滑剤などの流体で充填されてよい。   The first substrate or the second substrate can include a front surface of the display device. The optical waveguide may be separate from the first and second substrates. The spacer and the plurality of additional spacers may be arranged in the array with a spacer density of “one spacer per four light modulators” or less. The MEMS light modulator may correspond to each display pixel, and each display pixel may include at least one spacer. The space between the first and second substrates can form a gap. This gap may be filled with a fluid such as a lubricant.

MEMS光変調器は、光の通過を選択的に妨害するように構成することができ、シャッタベースの光変調器および/またはエレクトロウェッティングベースの光変調器を含むことができる。MEMS光変調器は光導波路から光を選択的に抽出することができる。スペーサはMEMS光変調器の一つにおける構成部品の移動範囲を制限することができる。   The MEMS light modulator can be configured to selectively block the passage of light and can include a shutter-based light modulator and / or an electrowetting-based light modulator. The MEMS light modulator can selectively extract light from the optical waveguide. The spacer can limit the moving range of the component in one of the MEMS light modulators.

別の態様によると、本発明は、ガラス、プラスチック、または金属材料などの熱リフロー可能な材料で形成されるスペース要素によりある程度アライメントされた2つの透明基板を含むディスプレイ装置に関する。スペース要素は、2つの透明基板を接合する接着剤としても機能することが好ましい。   According to another aspect, the present invention relates to a display device comprising two transparent substrates that are aligned to some extent by space elements formed of a thermally reflowable material such as glass, plastic or metallic material. The space element preferably also functions as an adhesive for joining two transparent substrates.

熱リフロー可能な材料は、摂氏約150度から約400度の温度範囲で実質的に液体状態を得ることが好ましい。熱リフロー可能な材料は、少なくとも摂氏約400度までの温度では液体状態のままであることが好ましい。さらに、液体状態では、熱リフロー可能な材料は、両方の基板のまたはそれら基板上の形状部(features)を濡らす。   The heat reflowable material preferably obtains a substantially liquid state at a temperature range of about 150 degrees Celsius to about 400 degrees Celsius. The heat reflowable material preferably remains in a liquid state at a temperature of at least about 400 degrees Celsius. Further, in the liquid state, the heat reflowable material wets features on or on both substrates.

一実施態様では、2つの透明基板の一方は、その上に複数の光変調器好ましくはMEMS光変調器が形成される。一実施態様のスペース要素は光変調器アレイ内に形成される。別の実施態様では、スペース要素はアレイの周縁に形成される。反射性アパーチャ層は、同じ基板上または2つの透明基板の他方の上に形成される。   In one embodiment, one of the two transparent substrates has a plurality of light modulators, preferably MEMS light modulators formed thereon. The space elements of one embodiment are formed in the light modulator array. In another embodiment, the space elements are formed at the periphery of the array. The reflective aperture layer is formed on the same substrate or on the other of the two transparent substrates.

一態様では、本発明は、材料層内に形成された複数のアパーチャと、材料層とディスプレイ装置の所望のビューアとの間に配置されたシャッタベースのMEMS光変調器アレイであって、材料層から一定のギャップだけ離されたアレイとを含むディスプレイ装置に関する。各アパーチャは少なくとも一つのエッジを有し、各光変調器は、対応する一つまたは複数のアパーチャを通る光の通過を選択的に妨害するための光遮断部分を有するシャッタを含む。シャッタは、閉位置ではシャッタの光遮断部分がその対応する一つまたは複数のアパーチャの少なくとも一つのエッジと重なるように、形作られる。この重なりはギャップの寸法に比例し、かつギャップの寸法以上である。   In one aspect, the invention provides a plurality of apertures formed in a material layer and a shutter-based MEMS light modulator array disposed between the material layer and a desired viewer of the display device, the material layer comprising: And an array separated by a certain gap from the display device. Each aperture has at least one edge, and each light modulator includes a shutter having a light blocking portion for selectively blocking the passage of light through the corresponding one or more apertures. The shutter is shaped such that in the closed position, the light blocking portion of the shutter overlaps at least one edge of its corresponding aperture or apertures. This overlap is proportional to the gap size and is greater than or equal to the gap size.

重なりは約1ミクロン以上、約1ミクロンから約10ミクロンの間、および/または約10ミクロンより大きくてもよい。シャッタは光の通過を許容する一つまたは複数のシャッタアパーチャを含んでよく、各シャッタアパーチャは、シャッタに対応する一つまたは複数のアパーチャの一つに対応する。ディスプレイは、光変調器内のシャッタを約所定距離だけ材料層から離しておくために、材料層とアレイ間に配置されたスペーサを含むことができる。シャッタの材料層に面する側は反射材料および/または光吸収材料で覆われてもよい。シャッタの材料層から見て外方に向く側は光吸収材料で覆われてもよい。   The overlap may be greater than about 1 micron, between about 1 micron and about 10 microns, and / or greater than about 10 microns. The shutter may include one or more shutter apertures that allow light to pass, each shutter aperture corresponding to one of the one or more apertures corresponding to the shutter. The display can include a spacer disposed between the material layer and the array to keep the shutter in the light modulator separated from the material layer by about a predetermined distance. The side of the shutter facing the material layer may be covered with a reflective material and / or a light absorbing material. The side facing away from the material layer of the shutter may be covered with a light absorbing material.

一実施態様では、材料層は実質的に反射性であり、金属および/または誘電体ミラーを含むことができる。ディスプレイは光導波路を有するバックライトを含むことができ、材料層はバックライトを脱出する光を反射して光導波路に向けて戻す。光吸収材料は、材料層のアレイに面する側に蒸着することができる。第2の反射層はバックライトの裏側に配置されてよい。アレイは材料層上に形成されてよく、材料層は光導波路上に蒸着されてよい。   In one embodiment, the material layer is substantially reflective and can include metal and / or dielectric mirrors. The display can include a backlight having an optical waveguide, and the material layer reflects light exiting the backlight back toward the optical waveguide. The light absorbing material can be deposited on the side facing the array of material layers. The second reflective layer may be disposed on the back side of the backlight. The array may be formed on the material layer, and the material layer may be deposited on the optical waveguide.

別の実施態様では、ディスプレイ装置は、潤滑剤であってよく光変調器と材料層間に少なくとも配置される液体を含む。液体は、光導波路の屈折率および/または材料層が形成された基板の屈折率より大きな屈折率を有してもよい。   In another embodiment, the display device can be a lubricant and includes a liquid disposed at least between the light modulator and the material layer. The liquid may have a refractive index greater than the refractive index of the optical waveguide and / or the refractive index of the substrate on which the material layer is formed.

別の実施態様では、アレイは第1の基板上に形成され、材料層は第1の基板以外に第2の基板上に蒸着される。第2の基板は第1の基板と光導波路間に配置されてよい。特に、アレイは、第1の基板のビューアから離れて面する側に形成することができる。ディスプレイ装置は、第2の基板の屈折率より大きな屈折率を有する液体であって第2の基板と光変調器間に少なくとも配置された液体を含むことができる。   In another embodiment, the array is formed on a first substrate and the material layer is deposited on a second substrate in addition to the first substrate. The second substrate may be disposed between the first substrate and the optical waveguide. In particular, the array can be formed on the side of the first substrate facing away from the viewer. The display device may include a liquid having a refractive index greater than that of the second substrate and disposed at least between the second substrate and the light modulator.

別の態様では、ディスプレイ装置は、透過的に画像を表示するエレクトロウェッティングベースの光変調器アレイと、アレイに隣接して配置された反射性アパーチャ層であって、反射性アパーチャ層内のアパーチャを通過しない光を反射してアレイから離れさせるための反射性アパーチャ層とを含む。画像は、反射性アパーチャ層内のアパーチャを通過しアレイにより変調された光により形成される。反射性アパーチャ層は金属および/または誘電体ミラーを含むことができる。   In another aspect, a display device includes an electrowetting-based light modulator array that transparently displays an image, and a reflective aperture layer disposed adjacent to the array, the aperture in the reflective aperture layer. A reflective aperture layer for reflecting light that does not pass through and away from the array. The image is formed by light that passes through apertures in the reflective aperture layer and is modulated by the array. The reflective aperture layer can include metal and / or dielectric mirrors.

バックライトは、反射性アパーチャ層のアレイとは反対側に配置することができる。第2の反射層は、反射性アパーチャ層に向けて光を反射するために、反射性アパーチャ層のアレイとは反対側に配置することができる。低屈折率材料の層が、バックライトと反射性アパーチャ層間の光導波路に連結されてもよい。   The backlight can be located on the opposite side of the array of reflective aperture layers. The second reflective layer can be disposed on the opposite side of the reflective aperture layer array to reflect light toward the reflective aperture layer. A layer of low refractive index material may be coupled to the optical waveguide between the backlight and the reflective aperture layer.

一実施態様では、エレクトロウェッティングベースの光変調器アレイは第1のエレクトロウェッティング制御カラー変調層とエレクトロウェッティング制御ブラック層とを含む。第1のエレクトロウェッティング制御カラー変調層は、それぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のエレクトロウェッティング制御カラー変調セルを含むことができる。エレクトロウェッティング制御ブラック層は、カラー変調セルの一つまたは複数に対応するそれぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のエレクトロウェッティング制御光吸収セルを含むことができる。各光吸収セルの少なくとも一つのエッジは、対応する一つまたは複数のカラー変調セルの少なくとも一つのエッジと重なってよい。第1のエレクトロウェッティング制御カラー変調層は、エレクトロウェッティング制御カラー変調セル群を含むことができ、所与の群における各セルは異なる色の光を変調する。ディスプレイ装置はまた、第2と第3のエレクトロウェッティング制御カラー変調層を含むことができ、第1、第2、第3のエレクトロウェッティング制御カラー変調層のそれぞれは異なる色の光を変調する。   In one embodiment, the electrowetting-based light modulator array includes a first electrowetting control color modulation layer and an electrowetting control black layer. The first electrowetting control color modulation layer can include a plurality of electrowetting control color modulation cells each having at least one edge. The electrowetting control black layer can include a plurality of electrowetting control light absorption cells each having at least one edge corresponding to one or more of the color modulation cells. At least one edge of each light absorbing cell may overlap with at least one edge of the corresponding one or more color modulation cells. The first electrowetting control color modulation layer can include a group of electrowetting control color modulation cells, each cell in a given group modulating a different color of light. The display device can also include second and third electrowetting control color modulation layers, each of the first, second, and third electrowetting control color modulation layers modulating light of a different color. .

別の実施態様では、ディスプレイ装置は光を光導波路内に放射するための光源を含む。光源は、白色光、および/または順次放射されてよい少なくとも3つの異なる色の光を放射することができる。光源は、それぞれが3つの異なる色の一つに対応する少なくとも3つの光源を含むことができる。   In another embodiment, the display device includes a light source for emitting light into the light guide. The light source may emit white light and / or at least three different colors of light that may be emitted sequentially. The light sources can include at least three light sources, each corresponding to one of three different colors.

別の実施態様では、エレクトロウェッティングベースの光変調器アレイは複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セルを含む。各セルは反射性アパーチャ層内のアパーチャに対応する。アパーチャのそれぞれは少なくとも一つのエッジを有し、各セルは光変調用流体の層を含み、非作動状態のとき、セルの光変調用流体はその対応するアパーチャの少なくとも一つのエッジと重なる。   In another embodiment, the electrowetting-based light modulator array includes a plurality of electrowetting-based light modulation cells. Each cell corresponds to an aperture in the reflective aperture layer. Each of the apertures has at least one edge, and each cell includes a layer of light modulating fluid, and when inactive, the light modulating fluid of the cell overlaps at least one edge of its corresponding aperture.

別の実施態様では、エレクトロウェッティングベースの光変調器は電極層を含む。電極層は反射性アパーチャ層と光変調用流体間に配置することができる。反射性アパーチャ層は第1の基板上に配置され、電極層は第1の基板とは別の第2の基板上に配置される。光変調用流体は反射性アパーチャ層と電極層間に配置することができる。   In another embodiment, the electrowetting-based light modulator includes an electrode layer. The electrode layer can be disposed between the reflective aperture layer and the light modulating fluid. The reflective aperture layer is disposed on the first substrate, and the electrode layer is disposed on a second substrate different from the first substrate. The light modulating fluid can be disposed between the reflective aperture layer and the electrode layer.

上記考察は、以下の図面を参照した本発明の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。   The above discussion will be more readily understood from the following detailed description of the invention with reference to the following drawings, in which:

本発明の例示的実施形態によるディスプレイ装置の等角投影図である。FIG. 3 is an isometric view of a display device according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による図1Aのディスプレイ装置のブロック線図である。1B is a block diagram of the display device of FIG. 1A according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイへの組み込みに好適な例示的なシャッタベースの光変調器の透視図である。1B is a perspective view of an exemplary shutter-based light modulator suitable for incorporation into the MEMS-based display of FIG. 1A, according to an exemplary embodiment of the invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイへの組み込みに好適なローラシェードベースの光変調器の断面図である。1B is a cross-sectional view of a roller shade based light modulator suitable for incorporation into the MEMS based display of FIG. 1A according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイの別の実施形態への組み込みに好適な光タップベースの光変調器の断面図である。1B is a cross-sectional view of an optical tap-based light modulator suitable for incorporation into another embodiment of the MEMS-based display of FIG. 1A, according to an exemplary embodiment of the invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイに組込まれた光変調器を制御するのに好適な制御マトリクスの概略図である。1B is a schematic diagram of a control matrix suitable for controlling a light modulator incorporated in the MEMS-based display of FIG. 1A, according to an illustrative embodiment of the invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による、図3の制御マトリックスに接続されたシャッタベースの光変調器アレイの透視図である。FIG. 4 is a perspective view of a shutter-based light modulator array connected to the control matrix of FIG. 3 according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイ装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a display device according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおける図8のシャッタアセンブリの平面図である。FIG. 9 is a plan view of the shutter assembly of FIG. 8 in an open state and a closed state, respectively, according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおける図8のシャッタアセンブリの平面図である。FIG. 9 is a plan view of the shutter assembly of FIG. 8 in an open state and a closed state, respectively, according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a shutter assembly having an aperture formed in an adjacent reflective surface and a shutter that overlaps in the closed position, according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a shutter assembly having an aperture formed in an adjacent reflective surface and a shutter that overlaps in the closed position, according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a shutter assembly having an aperture formed in an adjacent reflective surface and a shutter that overlaps in the closed position, according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、隣接する反射面に形成されたアパーチャと閉位置のときに重なるシャッタを有するシャッタアセンブリの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a shutter assembly having an aperture formed in an adjacent reflective surface and a shutter that overlaps in the closed position, according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による第1のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a first electrowetting-based light modulation array according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による第2のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイの断面図である。2 is a cross-sectional view of a second electrowetting-based light modulation array according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による第3のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a third electrowetting-based light modulation array according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるアパーチャ板の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an aperture plate according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるアパーチャ板の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an aperture plate according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a display assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a display assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a display assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおけるシャッタアセンブリの透視図である。2 is a perspective view of a shutter assembly in an open state and a closed state, respectively, according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明の例示的実施形態による、開状態と閉状態それぞれにおけるシャッタアセンブリの透視図である。2 is a perspective view of a shutter assembly in an open state and a closed state, respectively, according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a display assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a display assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による高精度基板アライメント装置の概念図である。1 is a conceptual diagram of a high precision substrate alignment apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による、複数の変調器およびアパーチャアレイをそれぞれ含む変調器基板とアパーチャ板の平面図である。2 is a plan view of a modulator substrate and aperture plate each including a plurality of modulators and an aperture array, according to an exemplary embodiment of the invention. FIG. 本発明の例示的実施形態によるアラインメント後のパネルアセンブリの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a panel assembly after alignment according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるセル組立方法のフローチャートである。3 is a flowchart of a cell assembly method according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による流体充填装置の概念図である。1 is a conceptual diagram of a fluid filling device according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるセル組立方法のフローチャートである。3 is a flowchart of a cell assembly method according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態による液晶ディスプレイ装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a display module according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの等角分解図である。2 is an isometric exploded view of a display module according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a display module according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的実施形態によるディスプレイモジュールの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a display module according to an exemplary embodiment of the present invention.

本発明の総合的な理解を助けるために、画像を表示するための装置および方法を含む特定の例示的実施形態について以下に説明する。しかしながら本明細書に記載のシステムと方法は、取り組むアプリケーションに適切となるように適応化され修正され得ること、本明細書に記載のシステムと方法は他の好適なアプリケーションにおいて利用され得ること、そして、このような他の追加と修正は本明細書の範囲から逸脱しないことは当業者により理解されるであろう。   To assist in a comprehensive understanding of the present invention, certain exemplary embodiments are described below, including devices and methods for displaying images. However, the systems and methods described herein can be adapted and modified to be appropriate for the application being addressed, the systems and methods described herein can be utilized in other suitable applications, and It will be appreciated by those skilled in the art that such other additions and modifications do not depart from the scope of this specification.

図1Aは本発明の例示的実施形態による直視型MEMSベースのディスプレイ装置100の概略図である。ディスプレイ装置100は行と列に配列された複数の光変調器102a〜102d(概して「光変調器102」と呼ぶ)を含む。ディスプレイ装置100において、光変調器102aと102dは光の通過を許容する開状態にある。光変調器102bと102cは光の通過を妨害する閉状態にある。光変調器102a〜102dの状態を選択的に設定することにより、ディスプレイ装置100は、一つまたは複数のランプ105により照明された場合にバックライトディスプレイの画像104を形成するために利用することができる。別の実施形態では、装置100は、装置の前から来る周辺光の反射により画像を形成されてもよい。別の実施形態では、装置100は、ディスプレイの前に配置した一つまたは複数のランプからの光の反射により(すなわち、前面光を利用することにより)画像を形成することができる。閉状態または開状態においては、光変調器102は、例えばそして限定するものではないが光の遮断、反射、吸収、フィルタリング、分極、回折により、あるいは光の特性または経路を変更することにより光路内の光と干渉する。   FIG. 1A is a schematic diagram of a direct-view MEMS-based display device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. Display device 100 includes a plurality of light modulators 102a-102d (generally referred to as "light modulators 102") arranged in rows and columns. In the display device 100, the light modulators 102a and 102d are in an open state that allows light to pass therethrough. The light modulators 102b and 102c are in a closed state that prevents the passage of light. By selectively setting the states of the light modulators 102a-102d, the display device 100 can be used to form a backlight display image 104 when illuminated by one or more lamps 105. it can. In another embodiment, the device 100 may be imaged by reflection of ambient light coming from the front of the device. In another embodiment, the device 100 can form an image by reflection of light from one or more lamps placed in front of the display (ie, by utilizing front light). In the closed or open state, the light modulator 102 is in the optical path, for example and without limitation, by blocking, reflecting, absorbing, filtering, polarizing, diffracting light, or by changing the characteristics or path of light. Interferes with the light.

ディスプレイ装置100において、各光変調器102は画像104内のピクセル106に対応する。他の実施形態では、ディスプレイ装置100は、画像104内のピクセル106を形成するために複数の光変調器を利用することができる。例えばディスプレイ装置100は3つの特定色光変調器102を含むことができる。特定のピクセル106に対応する一つまたは複数の特定色光変調器102を選択的に開くことにより、ディスプレイ装置100は画像104内の色ピクセル106を生成することができる。別の実施例では、ディスプレイ装置100は、画像104内にグレイスケールを設けるためにピクセル106ごとに2つ以上の光変調器102を含む。画像に関し、用語「ピクセル」は画像分解能により定義される最小のピクチャエレメントに対応する。ディスプレイ装置100の構造部品に関し、用語「ピクセル」は画像の単一ピクセルを形成する光を変調するために利用される機械的および電気的部品の組み合わせを指す。   In the display device 100, each light modulator 102 corresponds to a pixel 106 in the image 104. In other embodiments, the display device 100 can utilize multiple light modulators to form the pixels 106 in the image 104. For example, the display device 100 may include three specific color light modulators 102. By selectively opening one or more specific color light modulators 102 corresponding to specific pixels 106, display device 100 can generate color pixels 106 in image 104. In another embodiment, display device 100 includes two or more light modulators 102 for each pixel 106 to provide a gray scale in image 104. With respect to images, the term “pixel” corresponds to the smallest picture element defined by the image resolution. With respect to the structural components of display device 100, the term “pixel” refers to a combination of mechanical and electrical components that are utilized to modulate the light that forms a single pixel of an image.

ディスプレイ装置100は、結像光学系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り画像を見る。別の実施形態では、ディスプレイ装置100は投写型ディスプレイに組込まれる。このような実施形態では、ディスプレイはスクリーンまたは壁に光を投写することにより画像を形成する。投写型アプリケーションでは、ディスプレイ装置100は投写される画像104より実質的に小さい。   The display device 100 is a direct view type display in that an imaging optical system is not required. The user views the image by directly viewing the display device 100. In another embodiment, the display device 100 is incorporated into a projection display. In such embodiments, the display forms an image by projecting light onto a screen or wall. In a projection application, the display device 100 is substantially smaller than the projected image 104.

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することができる。透過型ディスプレイでは、光変調器は、ディスプレイの後方に位置する一つまたは複数のランプから来る光をフィルタリングまたは選択的に遮断する。ランプからの光は、随意に光導波路内に注入される、すなわち「バックライト」される。透過直視型ディスプレイ実施形態は、光変調器を含む一つの基板がバックライト上に直接配置されるサンドイッチ組立構造配置を容易にするために、しばしば透明基板またはガラス基板上に構築される。いくつかの透過型ディスプレイ実施形態では、特定色光変調器はカラーフィルタ材料と各変調器102とを対応付けることにより作製される。他の透過型ディスプレイ実施形態では、色は、以下に説明するように、異なる原色を有するランプを交互に照明することによるフィールド順次カラー方式(field sequential color method)を利用することにより生成することができる。   Direct view displays can operate in either transmissive or reflective modes. In a transmissive display, the light modulator filters or selectively blocks light coming from one or more lamps located behind the display. The light from the lamp is optionally injected into the optical waveguide, or “backlit”. Transparent direct view display embodiments are often built on transparent or glass substrates to facilitate sandwich assembly arrangements in which a single substrate containing a light modulator is placed directly on the backlight. In some transmissive display embodiments, a specific color light modulator is made by associating a color filter material with each modulator 102. In other transmissive display embodiments, colors may be generated by utilizing a field sequential color method by alternately illuminating lamps having different primary colors, as described below. it can.

各光変調器102はシャッタ108とアパーチャ109を含む。画像104内のピクセル106を照明するために、シャッタ108は、光がアパーチャ109を通過してビューアに向かうことを許容するように配置される。ピクセル106を非点灯にしておくために、シャッタ108はアパーチャ109を通る光の通過を妨害するように配置される。アパーチャ109は反射材料または光吸収材料でパターン化された開口により画定される。   Each light modulator 102 includes a shutter 108 and an aperture 109. In order to illuminate the pixels 106 in the image 104, the shutter 108 is arranged to allow light to pass through the aperture 109 towards the viewer. In order to keep the pixel 106 unlit, the shutter 108 is positioned to block the passage of light through the aperture 109. Aperture 109 is defined by an aperture patterned with a reflective or light absorbing material.

ディスプレイ装置はまた、基板と光変調器とに接続されたシャッタの運動を制御するための制御マトリックスを含む。制御マトリックスは、一行のピクセルごとに少なくとも一つの書込み許可配線110(「走査ライン配線」とも称する)を含む一連の電気配線(例えば配線110、112、114)と、一列のピクセル毎に一つのデータ配線112と、すべてのピクセルに対しあるいは少なくともディスプレイ装置100内の複数列と複数行の両方からのピクセルに共通電圧を供給する共通の一つの配線114とを含む。適切な電圧(「書込み許可電圧、Vwe」)の印加に応答して、所与の行のピクセルの書込み許可配線110は、新しいシャッタ移動命令を受けるために当該行にピクセルを用意する。データ配線112は新しい移動命令をデータ電圧パルスの形式で伝える。データ配線112に印加されたデータ電圧パルスは、いくつかの実施形態では、シャッタの静電運動に直接貢献する。他の実施形態では、データ電圧パルスは、光変調器102への別の作動電圧(通常はデータ電圧より大きい)の印加を制御するスイッチ例えばトランジスタまたは他の非線形回路素子を制御する。これらの作動電圧の印加は次にシャッタ108の静電駆動運動をもたらす。 The display device also includes a control matrix for controlling the movement of the shutter connected to the substrate and the light modulator. The control matrix includes a series of electrical wires (eg, wires 110, 112, 114) that include at least one write enable wire 110 (also referred to as a “scan line wire”) for each row of pixels, and one data for each column of pixels. The wiring 112 includes a common wiring 114 that supplies a common voltage to all pixels or at least to pixels from both the plurality of columns and the plurality of rows in the display device 100. In response to application of an appropriate voltage ("write enable voltage, Vwe "), the write enable wiring 110 of a given row of pixels prepares the pixel in that row for receiving a new shutter movement command. The data line 112 transmits a new movement command in the form of data voltage pulses. The data voltage pulse applied to the data line 112 directly contributes to the electrostatic movement of the shutter in some embodiments. In other embodiments, the data voltage pulse controls a switch, such as a transistor or other non-linear circuit element, that controls the application of another operating voltage (usually greater than the data voltage) to the light modulator 102. Application of these actuation voltages then results in electrostatic drive movement of the shutter 108.

図1Bはディスプレイ装置100のブロック線図150である。図1A、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、ブロック線図150に示されるように、ディスプレイ装置100は複数のスキャンドライバ152(「書込み許可電源」とも称する)と複数のデータドライバ154(「データ電源」とも称する)を含む。スキャンドライバ152は走査ライン配線110に書込み許可電圧を印加する。データドライバ154はデータ配線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施形態では、データドライバ154は、特に画像104のグレイスケールがアナログなやり方で発生される場合、光変調器にアナログデータ電圧を供給するように構成される。アナログ動作では、ある範囲の中間電圧がデータ配線112を介して印加されるとシャッタ108においてある範囲の中間的開状態したがって画像104内にある範囲の中間的照明状態(すなわちグレイスケール)が生じるように、光変調器102は設計される。   FIG. 1B is a block diagram 150 of the display device 100. Referring to FIGS. 1A and 1B, in addition to the elements of display device 100 described above, as shown in block diagram 150, display device 100 includes a plurality of scan drivers 152 (also referred to as “write permission power supplies”) and a plurality of data. A driver 154 (also referred to as “data power supply”) is included. The scan driver 152 applies a write permission voltage to the scan line wiring 110. The data driver 154 applies a data voltage to the data line 112. In some embodiments of the display device, the data driver 154 is configured to provide an analog data voltage to the light modulator, particularly when the gray scale of the image 104 is generated in an analog manner. In analog operation, when a range of intermediate voltages is applied via the data line 112, a range of intermediate open states at the shutter 108, and thus a range of intermediate illumination states (ie, gray scale) within the image 104. In addition, the optical modulator 102 is designed.

他の場合では、データドライバ154は、制御マトリックスに2つ、3つまたは4つのディジタル電圧レベルの縮小セットのみを印加するように構成される。これらの電圧レベルは、ディジタル的なやり方で開状態または閉状態のいずれかの状態を各シャッタ108に設定するように設計される。   In other cases, the data driver 154 is configured to apply only a reduced set of two, three, or four digital voltage levels to the control matrix. These voltage levels are designed to set each shutter 108 in either an open state or a closed state in a digital manner.

スキャンドライバ152とデータドライバ154はディジタル制御回路156(「コントローラ156」とも称する)に接続される。コントローラ156は入力処理モジュール158を含む。入力処理モジュール158は、入力画像信号157を処理して、ディスプレイ装置100の空間アドレス指定とグレイスケール機能とに適切なディジタル画像フォーマットへ変換する。各画像のピクセル位置およびグレイスケールデータは、データが必要に応じてデータドライバ154に供給されるようにフレームバッファ159に格納される。データは、行と画像フレームとによりグループ化された所定のシーケンスで編成された主にシリアルなやり方でデータドライバ154に送られる。データドライバ154は、直並列データ変換器と、レベルシフタと、そしていくつかのアプリケーションに対してはディジタルアナログ電圧変換器を含む。   The scan driver 152 and the data driver 154 are connected to a digital control circuit 156 (also referred to as “controller 156”). The controller 156 includes an input processing module 158. The input processing module 158 processes the input image signal 157 and converts it to a digital image format suitable for the spatial addressing and gray scale function of the display device 100. The pixel location and grayscale data of each image is stored in the frame buffer 159 so that the data is supplied to the data driver 154 as needed. Data is sent to the data driver 154 in a primarily serial manner organized in a predetermined sequence grouped by rows and image frames. Data driver 154 includes a serial to parallel data converter, a level shifter, and for some applications a digital analog voltage converter.

ディスプレイ100は一組の共通ドライバ153(共通電源とも称する)を随意に含む。いくつかの実施形態では、共通ドライバ153は、例えば一連の共通配線114に電圧を供給することにより光変調器アレイ103内のすべての光変調器に直流共通電位を供給する。他の実施形態では、共通ドライバ153は、コントローラ156からの命令に従って、電圧パルスまたは信号(例えばアレイ103の複数の行と列内のすべての光変調器の同時作動を駆動および/または始動することができるグローバル作動パルス)を光変調器アレイ103に発する。   Display 100 optionally includes a set of common drivers 153 (also referred to as a common power source). In some embodiments, the common driver 153 supplies a DC common potential to all the light modulators in the light modulator array 103, for example, by supplying a voltage to a series of common wires 114. In other embodiments, the common driver 153 drives and / or initiates the simultaneous activation of all light modulators in multiple rows and columns of the array 103 in accordance with instructions from the controller 156. A global actuation pulse) that can be transmitted to the light modulator array 103.

異なる表示機能用のドライバ(例えばスキャンドライバ152、データドライバ154、共通ドライバ153)はすべてコントローラ156内のタイミング制御モジュール160により時間同期される。モジュール160からのタイミング命令は、ランプドライバ168を介した赤、緑、青、白ランプ(それぞれ162、164、166、167)の照明と、ピクセルアレイ103内の特定の行の書込み許可と順番と、データドライバ154からの電圧の出力と、光変調器の作動をもたらす電圧の出力とを調整する。   Drivers for different display functions (for example, the scan driver 152, the data driver 154, and the common driver 153) are all time synchronized by the timing control module 160 in the controller 156. Timing instructions from module 160 include illumination of red, green, blue, and white lamps (162, 164, 166, and 167, respectively) via lamp driver 168, and write permission and order for specific rows in pixel array 103. And adjusting the voltage output from the data driver 154 and the voltage output resulting in the operation of the light modulator.

コントローラ156は、アレイ103内の各シャッタ108が新しい画像104に適切な照明レベルに再設定され得るシーケンシングまたはアドレス方式を確定する。好適なアドレス指定、画像形成、グレイスケール技術の詳細は、米国特許出願第11/326,696号明細書と米国特許出願第11/643,042号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に援用する。周期的な間隔で新しい画像104を設定することができる。例えば、ビデオディスプレイでは、ビデオのカラー画像104またはフレームは10ヘルツから300ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実施形態では、アレイ103への画像フレームの設定は、交番する画像フレームが赤、緑、青色などの交番する一連の色で照明されるように、ランプ162、164、166の照明と同期される。それぞれの色の画像フレームはカラーサブフレームと称する。この方法(フィールド順次カラー方式と呼ぶ)では、カラーサブフレームが20Hzを超える周波数で交番されると、人間の脳は、交番するフレーム像を平均化して広い連続的な範囲の色を有する画像として認識する。別の実施形態では、赤、緑、青色以外の原色を利用することにより、赤、緑、青の三原色を含む4つ以上のランプをディスプレイ装置100で利用することができる。   The controller 156 establishes a sequencing or addressing scheme in which each shutter 108 in the array 103 can be reset to an appropriate illumination level for the new image 104. Details of suitable addressing, imaging, and gray scale techniques can be found in US patent application Ser. No. 11 / 326,696 and US patent application Ser. No. 11 / 643,404, which are incorporated herein by reference. This is incorporated herein. New images 104 can be set at periodic intervals. For example, in a video display, the video color image 104 or frame is refreshed at a frequency in the range of 10 to 300 hertz. In some embodiments, setting the image frame to the array 103 includes lighting the lamps 162, 164, 166 such that the alternating image frame is illuminated with an alternating series of colors such as red, green, blue, etc. Be synchronized. Each color image frame is referred to as a color sub-frame. In this method (called a field sequential color method), when the color sub-frames are alternated at a frequency exceeding 20 Hz, the human brain averages the alternating frame images as an image having a wide continuous range of colors. recognize. In another embodiment, four or more lamps including three primary colors of red, green, and blue can be used in the display device 100 by using primary colors other than red, green, and blue.

ディスプレイ装置100がシャッタ108の開状態と閉状態との間でディジタル的に切り替えられるように設計されるいくつかの実施形態では、コントローラ156は、適切なグレイスケールを有する画像104を形成するためにアドレス指定シーケンスおよび/または画像フレーム間の時間間隔を確定する。シャッタ108が特定のフレームにおいて開放される時間量を制御することによりグレイスケールの様々なレベルを生成する処理は、時分割グレイスケールと呼ばれる。時分割グレイスケールの一実施形態では、コントローラ156は、当該ピクセルの所望の照明レベルまたはグレイスケールに従って、シャッタ108が開状態のままでいられる各フレーム内の時間間隔またはその時間の一部を確定する。他の実施形態では、画像フレームごとに、コントローラ156はアレイ103の複数の行と列において複数のサブフレーム画像を設定し、そしてコントローラは、各サブフレーム画像がグレイスケールに対して符号化ワード内で利用されるグレイスケール値または重み値に比例して照明される継続期間を変更する。例えば、一連のサブフレーム画像の照明時間は、2進符号化系列1、2、4、8、...に比例して変化させることができる。アレイ103内の各ピクセルのシャッタ108は、グレイスケールレベルに対するピクセルの2進符号化ワード内の対応する位置の値に従って、サブフレーム画像内で開状態または閉状態のいずれかに設定される。   In some embodiments where the display device 100 is designed to be digitally switched between the open and closed states of the shutter 108, the controller 156 may generate the image 104 with the appropriate gray scale. Determine the addressing sequence and / or the time interval between image frames. The process of generating various levels of gray scale by controlling the amount of time that the shutter 108 is opened in a particular frame is called time division gray scale. In one embodiment of time division grayscale, the controller 156 determines a time interval or a portion of that time within each frame that the shutter 108 can remain open according to the desired illumination level or grayscale of the pixel. To do. In other embodiments, for each image frame, controller 156 sets a plurality of subframe images in a plurality of rows and columns of array 103, and the controller includes each subframe image within a coded word with respect to grayscale. The duration of illumination is changed in proportion to the gray scale value or weight value used in the. For example, the illumination time of a series of sub-frame images is represented by binary coded sequences 1, 2, 4, 8,. . . Can be changed in proportion to The shutter 108 for each pixel in the array 103 is set to either the open state or the closed state in the sub-frame image according to the value of the corresponding position in the pixel's binary encoded word relative to the gray scale level.

他の実施形態では、コントローラは、特定のサブフレーム画像に望まれるグレイスケール値に比例してランプ162、164、166からの光の強度を変える。多くの複合化技術もまた、シャッタアレイ108からカラーとグレイスケールを形成するために利用可能である。例えば上述の時分割技術は、ピクセルごとに複数のシャッタ108を使用することと組み合わせることができ、あるいは特定のサブフレーム画像に対するグレイスケール値は、サブフレームタイミングとランプ強度の両方を組み合わせることにより設定することができる。これらおよび他の実施形態の詳細は、上に参照された米国特許出願第11/643,042号明細書に見出すことができる。   In other embodiments, the controller changes the intensity of light from lamps 162, 164, 166 in proportion to the gray scale value desired for a particular subframe image. Many composite techniques are also available for forming color and gray scale from the shutter array 108. For example, the time division technique described above can be combined with using multiple shutters 108 per pixel, or the grayscale value for a particular subframe image can be set by combining both subframe timing and lamp intensity. can do. Details of these and other embodiments can be found in the above referenced US patent application Ser. No. 11 / 643,404.

いくつかの実施形態では、画像状態104のデータは、個々の行(走査ラインとも称する)を順次アドレス指定することによりコントローラ156により変調器アレイ103にロードされる。アドレス指定シーケンスの行または走査ラインごとに、スキャンドライバ152は書込み許可電圧をアレイ103の当該行の書込み許可配線110に印加し、その後データドライバ154は、選択された行内の列ごとに、所望のシャッタ状態に対応するデータ電圧を供給する。この処理は、データがアレイ内のすべての行にロードされるまで繰り返される。いくつかの実施形態では、データロードのために選択される行のシーケンスは線形であり、アレイ内の上から下へ進む。他の実施形態では、選択行のシーケンスは目に見える人為産物(artifacts)を最小限にするために疑似的にランダム化される。そして他の実施形態では、シーケンスはブロックで編成される。ここでは一ブロックに対し、画像状態104の特定な一部分のみのデータが、例えばアレイの5行目ごとのみを順にアドレス指定することによりアレイにロードされる。   In some embodiments, image state 104 data is loaded into the modulator array 103 by the controller 156 by sequentially addressing individual rows (also referred to as scan lines). For each row or scan line in the addressing sequence, the scan driver 152 applies a write enable voltage to the write enable wiring 110 of that row of the array 103, after which the data driver 154 performs a desired operation for each column in the selected row. A data voltage corresponding to the shutter state is supplied. This process is repeated until the data has been loaded into every row in the array. In some embodiments, the sequence of rows selected for data loading is linear and proceeds from top to bottom in the array. In other embodiments, the sequence of selected rows is pseudo-randomized to minimize visible artifacts. And in other embodiments, the sequence is organized in blocks. Here, for a block, only a specific part of the image state 104 is loaded into the array, for example by addressing only every fifth row of the array in sequence.

いくつかの実施形態では、アレイ103へ画像データをロードする処理は、シャッタ108を作動させる処理から時間的に分離される。これらの実施形態では、変調器アレイ103はアレイ103内のピクセルごとにデータ記憶素子を含むことができ、制御マトリックスは、記憶素子に格納されたデータに従ってシャッタ108の同時作動を開始する共通ドライバ153からのトリガー信号を搬送するためのグローバル作動配線を含むことができる。様々なアドレス指定シーケンス(それらの多くは米国特許出願第11/643,042号明細書に記載される)はタイミング制御モジュール160により調整することができる。   In some embodiments, the process of loading image data into the array 103 is separated in time from the process of operating the shutter 108. In these embodiments, the modulator array 103 may include a data storage element for each pixel in the array 103, and the control matrix may initiate a common driver 153 that initiates simultaneous operation of the shutter 108 according to the data stored in the storage element. Global actuation wiring can be included to carry trigger signals from Various addressing sequences, many of which are described in US patent application Ser. No. 11 / 643,042, can be coordinated by the timing control module 160.

別の実施形態では、ピクセルアレイ103とピクセルを制御する制御マトリックスは、矩形状の行と列以外の構成で配置することができる。例えば、ピクセルは六角形状アレイまたは曲線状の行と列で配置することができる。一般的には、本明細書で使用されるように、用語「走査ライン」は書込み許可配線を共有する任意の複数のピクセルを指すものとする。   In another embodiment, the pixel array 103 and the control matrix that controls the pixels can be arranged in configurations other than rectangular rows and columns. For example, the pixels can be arranged in a hexagonal array or curvilinear rows and columns. In general, as used herein, the term “scan line” is intended to refer to any plurality of pixels that share a write enable line.

ディスプレイ装置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、そしてドライバ153、168を含む複数の機能ブロックで構成される。各ブロックは、識別可能なハードウェア回路および/または実行可能なコードモジュールのいずれかを表すものと理解してよい。いくつかの実施形態では、機能ブロックは、個別チップとして、あるいは回路基板および/またはケーブルにより一緒に接続された回路として設けられる。あるいは、これらの回路の多くは、ガラスまたはプラスチックの同一基板上にピクセルアレイ103と共に作製することができる。他の実施形態では、複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および/またはブロック線図150の制御機能は、単一のシリコンチップ内に一緒に集積化することができる。シリコンチップはピクセルアレイ103を保持する透明基板に直接ボンディングされる。   The display apparatus 100 includes a plurality of functional blocks including a timing control module 160, a frame buffer 159, a scan driver 152, a data driver 154, and drivers 153 and 168. Each block may be understood to represent either an identifiable hardware circuit and / or an executable code module. In some embodiments, the functional blocks are provided as individual chips or as circuits connected together by circuit boards and / or cables. Alternatively, many of these circuits can be fabricated with the pixel array 103 on the same glass or plastic substrate. In other embodiments, multiple circuits, drivers, processors, and / or control functions of block diagram 150 can be integrated together in a single silicon chip. The silicon chip is directly bonded to the transparent substrate holding the pixel array 103.

コントローラ156はプログラムリンク180含み、このプログラムリンクにより、コントローラ156内で実施されるアドレス指定、カラー、および/またはグレイスケールアルゴリズムを特定のアプリケーションの必要性にしたがって変更することができる。いくつかの実施形態では、プログラムリンク180は、コントローラ156が環境条件に対応して撮像モードまたはバックライト電力を調整することができるように、周辺光センサーまたは温度センサーなどの環境センサーからの情報を伝達する。コントローラ156はまた、光変調器の作動だけでなくランプに必要な電力を供給する電源入力182を含む。必要ならば、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108の作動またはランプ162、164、166、167などのランプの照明に十分な様々な電圧に変換するDC−DCコンバータを含んでもよいし、あるいはDC−DCコンバータが付随されてもよい。   The controller 156 includes a program link 180 that allows the addressing, color, and / or grayscale algorithms implemented within the controller 156 to be modified according to the needs of a particular application. In some embodiments, program link 180 obtains information from environmental sensors, such as ambient light sensors or temperature sensors, so that controller 156 can adjust the imaging mode or backlight power in response to environmental conditions. introduce. The controller 156 also includes a power input 182 that supplies the necessary power to the lamp as well as the operation of the light modulator. If necessary, the drivers 152, 153, 154, and / or 168 may convert the input voltage 182 into various voltages sufficient to operate the shutter 108 or to illuminate a lamp such as the lamps 162, 164, 166, 167. A DC converter may be included, or a DC-DC converter may be attached.

図2Aは、本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイ装置100への組み込みに好適な例示的なシャッタベースの光変調器200透視図である。シャッタベースの光変調器200(シャッタアセンブリ200とも称する)は、アクチュエータ204に連結されたシャッタ202を含む。2005年10月14日出願の米国特許出願第11/251,035号明細書に記載されるように、アクチュエータ204は、2つの別個の弾性電極ビームアクチュエータ205(以下「アクチュエータ205」と称する)で形成される。シャッタ202は片側でアクチュエータ205に連結する。アクチュエータ205は、表面203と実質的に平行な運動面において、シャッタ202を表面203の上方で横に移動させる。シャッタ202の反対側は、アクチュエータ204により加えられる力に対抗する復原力を与えるばね207に連結する。   2A is a perspective view of an exemplary shutter-based light modulator 200 suitable for incorporation into the MEMS-based display device 100 of FIG. 1A, according to an exemplary embodiment of the invention. Shutter-based light modulator 200 (also referred to as shutter assembly 200) includes a shutter 202 coupled to an actuator 204. As described in US patent application Ser. No. 11 / 251,035 filed Oct. 14, 2005, the actuator 204 is comprised of two separate elastic electrode beam actuators 205 (hereinafter “actuators 205”). It is formed. The shutter 202 is connected to the actuator 205 on one side. Actuator 205 moves shutter 202 laterally above surface 203 in a plane of motion substantially parallel to surface 203. The opposite side of the shutter 202 is connected to a spring 207 that provides a restoring force against the force applied by the actuator 204.

各アクチュエータ205は、シャッタ202をロードアンカー208に接続する弾性ロードビーム206を含む。弾性ロードビーム206と共にロードアンカー208は機械的支持体として機能し、表面203近傍にシャッタ202を吊るした状態に保つ。ロードアンカー208は、弾性ロードビーム206とシャッタ202とを表面203に物理的に接続し、ロードビーム206をバイアス電圧に(時にはグラウンドに)電気的に接続する。   Each actuator 205 includes an elastic load beam 206 that connects the shutter 202 to a load anchor 208. A load anchor 208 along with the elastic load beam 206 functions as a mechanical support and keeps the shutter 202 suspended in the vicinity of the surface 203. The load anchor 208 physically connects the elastic load beam 206 and the shutter 202 to the surface 203 and electrically connects the load beam 206 to a bias voltage (sometimes to ground).

各アクチュエータ205はまた、各ロードビーム206に隣接して配置された弾性駆動ビーム216を含む。駆動ビーム216は、駆動ビーム216間で共有される駆動ビームアンカー218と一端で連結する。各駆動ビーム216の他端は自由に動くことができる。各駆動ビーム216は、駆動ビーム216の自由端近くのロードビーム206とロードビーム206のアンカー端とに最接近するように湾曲する。   Each actuator 205 also includes a resilient drive beam 216 disposed adjacent to each load beam 206. The drive beam 216 is connected at one end to a drive beam anchor 218 shared between the drive beams 216. The other end of each drive beam 216 can move freely. Each drive beam 216 is curved to be closest to the load beam 206 near the free end of the drive beam 216 and the anchor end of the load beam 206.

表面203は光の通過を許容する一つまたは複数のアパーチャ211を含む。シャッタアセンブリ200が例えばシリコンから成る不透明な基板上に形成される場合、表面203は基板の表面であり、アパーチャ211は、穴アレイを、基板を貫通してエッチングすることにより形成される。シャッタアセンブリ200が、例えばガラスまたはプラスチックから成る透明基板上に形成される場合、表面203は基板上に蒸着された光遮断層の表面であり、アパーチャ211は、表面203を穴アレイにエッチングすることにより形成される。アパーチャ211の形状は、概して、円形、楕円、多角形、蛇行形状、または不規則形状であってよい。   Surface 203 includes one or more apertures 211 that allow light to pass therethrough. When the shutter assembly 200 is formed on an opaque substrate made of, for example, silicon, the surface 203 is the surface of the substrate, and the aperture 211 is formed by etching a hole array through the substrate. When the shutter assembly 200 is formed on a transparent substrate made of glass or plastic, for example, the surface 203 is the surface of a light blocking layer deposited on the substrate, and the aperture 211 etches the surface 203 into the hole array. It is formed by. The shape of the aperture 211 may generally be circular, elliptical, polygonal, serpentine, or irregular.

動作中、光変調器200を内蔵するディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー218を介して駆動ビーム216に電位を印加する。ロードビーム206に第2の電位を印加することができる。駆動ビーム216とロードビーム206間に生じる電位差は、駆動ビーム216の自由端をロードビーム206のアンカー端の方に引っ張り、そしてロードビーム206のシャッタ端を駆動ビーム216のアンカー端の方に引っ張ることによりシャッタ202を駆動アンカー218の方に横に駆動する。弾性部材206はばねとして働き、ビーム206と216間の電圧が取り除かれるとロードビーム206はロードビーム206に蓄えられたストレスを解放することによりシャッタ202をその初期位置に押し戻す。   During operation, the display device incorporating the light modulator 200 applies a potential to the drive beam 216 via the drive beam anchor 218. A second potential can be applied to the load beam 206. The potential difference created between drive beam 216 and load beam 206 pulls the free end of drive beam 216 toward the anchor end of load beam 206 and pulls the shutter end of load beam 206 toward the anchor end of drive beam 216. Thus, the shutter 202 is driven laterally toward the drive anchor 218. The elastic member 206 acts as a spring, and when the voltage between the beams 206 and 216 is removed, the load beam 206 pushes the shutter 202 back to its initial position by releasing the stress stored in the load beam 206.

シャッタアセンブリ200(弾性シャッタアセンブリとも称する)は、電圧が取り除かれた後シャッタをその静止位置または弛緩位置に戻すためのばねなどの受動的復元力を組み込む。多くの弾性復元機構と様々な静電結合器は、静電アクチュエータ(シャッタアセンブリ200内に例示される弾性ビームは単に一例である)となるように、あるいは静電アクチュエータと組み合わせて設計することができる。他の例は米国特許出願第11/251,035号明細書と米国特許出願第11/326,696号明細書に記載され、これらを参照により本明細書に援用する。例えば、動作の「開」状態と「閉」状態間の突然の遷移を支援し、そして多くの場合シャッタアセンブリに双安定またはヒステリシス動作特性を与える高度に非線形の電圧変位応答を設けることができる。アナロググレイスケール動作に好ましいであろう、より多くの増分電圧変位応答(incremental voltage−displacement response)と著しく低減されたヒステリシスとを有する他の静電アクチュエータを設計することができる。   Shutter assembly 200 (also referred to as an elastic shutter assembly) incorporates a passive restoring force such as a spring to return the shutter to its resting or relaxed position after the voltage is removed. Many elastic restoring mechanisms and various electrostatic couplers can be designed to be electrostatic actuators (the elastic beam illustrated in shutter assembly 200 is just one example) or in combination with electrostatic actuators. it can. Other examples are described in US patent application Ser. No. 11 / 251,035 and US patent application Ser. No. 11 / 326,696, which are hereby incorporated by reference. For example, a highly non-linear voltage displacement response can be provided that supports abrupt transitions between the “open” and “closed” states of operation and often provides the shutter assembly with bistable or hysteresis operating characteristics. Other electrostatic actuators with more incremental voltage-displacement response and significantly reduced hysteresis can be designed that would be preferable for analog grayscale operation.

弾性シャッタアセンブリ内のアクチュエータ205は閉すなわち作動位置と弛緩位置との間で動作すると考えられる。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はいつでもシャッタアセンブリ200が「開」状態(すなわち光を通す)または「閉」状態(すなわち光を遮断する)のいずれかであるようにアパーチャ211の設置を選択できる。例示目的のために、以下では、本明細書に記載の弾性シャッタアセンブリは、その弛緩状態において開放となるように設計されると仮定する。   The actuator 205 in the elastic shutter assembly is considered to operate in the closed or actuated position and the relaxed position. However, the designer ensures that whenever the actuator 205 is in its relaxed position, the shutter assembly 200 is either in the “open” state (ie, allows light to pass) or “closed” (ie, blocks light). Installation of the aperture 211 can be selected. For illustrative purposes, the following assumes that the elastic shutter assembly described herein is designed to be open in its relaxed state.

多くの場合、制御電子回路がシャッタを開状態と閉状態のそれぞれに静電駆動することができるように、「開」アクチュエータと「閉」アクチュエータの2重化セットをシャッタアセンブリの一部として設けることが好ましい。   In many cases, a duplex set of “open” actuators and “closed” actuators are provided as part of the shutter assembly so that the control electronics can electrostatically drive the shutters in the open and closed states, respectively. It is preferable.

別の実施形態では、ディスプレイ装置100は、上述のシャッタアセンブリ200などのトランスバースシャッタベースの光変調器以外の光変調器を含む。例えば、図2Bは、本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイ装置100の別の実施形態への組み込みに好適なローリングアクチュエータシャッタベースの光変調器220の断面図である。その全体を参照により本明細書に援用する米国特許第5,233,459号明細書、表題「Electric Display Device」と米国特許第5,784,189号明細書、表題「Spatial Light Modulator」においてさらに説明されるように、ローリングアクチュエータシャッタベースの光変調器は、固定電極の反対側に配置された可動電極であって電界が印加されると好ましい方向に移動しシャッタを生成するようにバイアスがかけられる可動電極を含む。一実施形態では、光変調器220は、基板228と絶縁層224間に配置された平面電極226と、絶縁層224に固定端230が取り付けられた可動電極222とを含む。いかなる印加電圧もない場合、可動電極222の可動端232は、巻かれた状態を形成するために固定端230の方に自由に回転することができる。電極222と226間に電圧を印加すると、可動電極222が展開され絶縁層224に対し平坦に置かれ、これにより可動電極222は基板228を貫通して伝播する光を遮断するシャッタとして働く。電圧が取り除かれた後、可動電極222は弾性復元力により巻かれた状態に戻る。巻かれた状態への付勢は、異方性応力状態を含むように可動電極222を作製することにより実現することができる。   In another embodiment, display device 100 includes a light modulator other than a transverse shutter-based light modulator, such as shutter assembly 200 described above. For example, FIG. 2B is a cross-sectional view of a rolling actuator shutter-based light modulator 220 suitable for incorporation into another embodiment of the MEMS-based display device 100 of FIG. 1A, according to an illustrative embodiment of the invention. Further in US Pat. No. 5,233,459, entitled “Electric Display Device” and US Pat. No. 5,784,189, entitled “Spatial Light Modulator”, which is incorporated herein by reference in its entirety. As described, a rolling actuator shutter-based light modulator is a movable electrode located on the opposite side of a fixed electrode that is biased to move in a preferred direction when an electric field is applied to produce a shutter. Movable electrode. In one embodiment, the light modulator 220 includes a planar electrode 226 disposed between the substrate 228 and the insulating layer 224 and a movable electrode 222 having a fixed end 230 attached to the insulating layer 224. In the absence of any applied voltage, the movable end 232 of the movable electrode 222 is free to rotate toward the fixed end 230 to form a rolled state. When a voltage is applied between the electrodes 222 and 226, the movable electrode 222 is unfolded and placed flat against the insulating layer 224, whereby the movable electrode 222 acts as a shutter that blocks light propagating through the substrate 228. After the voltage is removed, the movable electrode 222 returns to the state wound by the elastic restoring force. The urging to the rolled state can be realized by manufacturing the movable electrode 222 so as to include an anisotropic stress state.

図2Cは、例示的な非シャッタベースのMEMS光変調器250の断面図である。光タップ変調器250は、本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイ装置100の別の実施形態への組み込みに好適である。その全体を参照により本明細書に援用する米国特許第5,771,321号明細書、表題「Micromechanical Optical Switch and Flat Panel Display」にさらに説明されるように、光タップは漏れ全内部反射(frustrated total internal reflection)の原理に従って機能する。すなわち光252は光導波路254内に導かれる。光導波路254内では干渉することなく、光252の大部分は全内部反射のためにその前面または裏面を通って光導波路254を脱出することができない。光タップ250は、タップ素子256が光導波路254に接触するのに応じてタップ素子256に隣接する光導波路254の表面に当たる光252が光導波路254からタップ素子256を通ってビューアの方に逃れることにより画像形成に寄与するのに十分な高い屈折率を有するタップ素子256を含む。   FIG. 2C is a cross-sectional view of an exemplary non-shutter-based MEMS light modulator 250. The optical tap modulator 250 is suitable for incorporation into another embodiment of the MEMS-based display device 100 of FIG. 1A, according to an illustrative embodiment of the invention. As further described in US Pat. No. 5,771,321, entitled “Micromechanical Optical Switch and Flat Panel Display”, which is incorporated herein by reference in its entirety, optical taps are leaked total internal reflection. It works according to the principle of total internal reflection. That is, the light 252 is guided into the optical waveguide 254. Without interfering within the optical waveguide 254, most of the light 252 cannot escape the optical waveguide 254 through its front or back because of total internal reflection. In the optical tap 250, the light 252 that hits the surface of the optical waveguide 254 adjacent to the tap element 256 escapes from the optical waveguide 254 through the tap element 256 toward the viewer in response to the tap element 256 contacting the optical waveguide 254. Includes a tap element 256 having a sufficiently high refractive index to contribute to image formation.

一実施形態では、タップ素子256は可撓性透明材料のビーム258の一部として形成される。電極260はビーム258の片側の一部分を覆う。対向電極260は光導波路254の上に配置される。電極260の両端に電圧を印加することにより、タップ素子256の光導波路254に対する位置は、光導波路254から光252を選択的に抽出するように制御することができる。   In one embodiment, tap element 256 is formed as part of beam 258 of flexible transparent material. Electrode 260 covers a portion of one side of beam 258. The counter electrode 260 is disposed on the optical waveguide 254. By applying a voltage to both ends of the electrode 260, the position of the tap element 256 relative to the optical waveguide 254 can be controlled so as to selectively extract the light 252 from the optical waveguide 254.

ローラーベースの光変調器220と光タップ変調器250は、本発明の様々な実施形態に含むのに好適なMEMS光変調器の唯一の例ではない。他のMEMS光変調器が存在しそれらを本発明に組み込むことができることは理解されるであろう。   Roller-based light modulator 220 and light tap modulator 250 are not the only examples of MEMS light modulators suitable for inclusion in various embodiments of the present invention. It will be understood that other MEMS light modulators exist and can be incorporated into the present invention.

米国特許出願第11/251,035号明細書と米国特許出願第11/326,696号明細書は、適切なグレイスケールを有する画像(多くの場合は動画)を生成するために制御マトリックスを介しシャッタアレイを制御することができる様々な方法を説明している。ある場合には、制御は、ディスプレイの周縁の駆動回路に接続された行と列の配線の受動マトリクスアレイにより実現される。他の場合では、ディスプレイの速度、グレイスケール、および/または消費電力性能のいずれかを改良するために、アレイ(いわゆるアクティブマトリクス)の各ピクセル内にスイッチング素子および/またはデータ保存素子を含むことは適切である。   US patent application Ser. No. 11 / 251,035 and US patent application Ser. No. 11 / 326,696 are subject to a control matrix to generate an image (often a video) with the appropriate gray scale. Various ways in which the shutter array can be controlled are described. In some cases, control is achieved by a passive matrix array of row and column wiring connected to the drive circuitry at the periphery of the display. In other cases, including switching elements and / or data storage elements within each pixel of the array (so-called active matrix) to improve either display speed, grayscale, and / or power consumption performance Is appropriate.

図3は、本発明の例示的実施形態による、図1AのMEMSベースのディスプレイ装置100に組込まれた光変調器を制御するのに好適な制御マトリクス300の概略図である。図4は、本発明の例示的実施形態による、図3の制御マトリックス300に接続されるシャッタベースの光変調器アレイ320の透視図である。制御マトリックス300はピクセルアレイ320(以下単に「アレイ320」と呼ぶ)をアドレス指定することができる。各ピクセル301は、アクチュエータ303により制御される図2Aのシャッタアセンブリ200などの弾性シャッタアセンブリ302含む。各ピクセルはまた、アパーチャ324を含むアパーチャ層322含む。シャッタアセンブリ302などのシャッタアセンブリのさらなる電気的および機械的な説明とその変形については、米国特許出願第11/251,035号明細書と米国特許出願第11/326,696号明細書に見出すことができる。別の制御マトリックスの記載も米国特許出願第11/607,715号明細書に見出すことができる。   FIG. 3 is a schematic diagram of a control matrix 300 suitable for controlling a light modulator incorporated in the MEMS-based display device 100 of FIG. 1A, according to an illustrative embodiment of the invention. FIG. 4 is a perspective view of a shutter-based light modulator array 320 connected to the control matrix 300 of FIG. 3, according to an illustrative embodiment of the invention. The control matrix 300 can address a pixel array 320 (hereinafter simply referred to as “array 320”). Each pixel 301 includes a resilient shutter assembly 302 such as the shutter assembly 200 of FIG. Each pixel also includes an aperture layer 322 that includes an aperture 324. Additional electrical and mechanical descriptions of shutter assemblies such as shutter assembly 302 and variations thereof can be found in US patent application Ser. No. 11 / 251,035 and US patent application Ser. No. 11 / 326,696. Can do. A description of another control matrix can also be found in US patent application Ser. No. 11 / 607,715.

制御マトリックス300は、シャッタアセンブリ302が形成される基板304の表面上に拡散または薄膜蒸着された電気回路として作製される。制御マトリックス300は、制御マトリックス300内のピクセル301の行ごとに走査ライン配線306を、そして制御マトリックス300内のピクセル301の列ごとにデータ配線308を含む。各走査ライン配線306は、書込み許可電源307をピクセル301の対応する行内のピクセル301に電気的に接続する。各データ配線308はデータ電源(「V電源」)309を、ピクセル301の対応する列内のピクセル301に電気的に接続する。制御マトリックス300では、データ電圧Vはシャッタアセンブリ302の作動に必要なエネルギーの大部分を供給する。したがって、データ電圧309はまた作動電源として機能する。 The control matrix 300 is fabricated as an electrical circuit that is diffused or thin film deposited on the surface of the substrate 304 on which the shutter assembly 302 is formed. The control matrix 300 includes a scan line wiring 306 for each row of pixels 301 in the control matrix 300 and a data wiring 308 for each column of pixels 301 in the control matrix 300. Each scan line wiring 306 electrically connects the write enable power supply 307 to the pixels 301 in the corresponding row of pixels 301. Each data line 308 electrically connects a data power supply (“ Vd power supply”) 309 to the pixels 301 in the corresponding column of pixels 301. In the control matrix 300, the data voltage V d provides most of the energy required to operate the shutter assembly 302. Therefore, the data voltage 309 also functions as an operating power source.

図3と図4を参照すると、ピクセルアレイ320内のピクセル301またはシャッタアセンブリ302毎に、制御マトリックス300はトランジスタ310とキャパシタ312を含む。各トランジスタ310のゲートは、ピクセル301が配置されるアレイ320内の行の走査ライン配線306に電気的に接続される。各トランジスタ310のソースはその対応するデータ配線308に電気的に接続される。各シャッタアセンブリ302のアクチュエータ303は2つの電極を含む。各トランジスタ310のドレインは、対応するキャパシタ312の一つの電極と、対応するアクチュエータ303の電極の一つとに並列に電気的に接続される。シャッタアセンブリ302内のキャパシタ312の他の電極とアクチュエータ303の他の電極は共通電位またはグランド電位に接続される。別の実施形態では、トランジスタ310は半導体ダイオードおよび/または金属−絶縁体−金属サンドイッチ型スイッチング素子で置換されてよい。   With reference to FIGS. 3 and 4, for each pixel 301 or shutter assembly 302 in the pixel array 320, the control matrix 300 includes a transistor 310 and a capacitor 312. The gate of each transistor 310 is electrically connected to the scan line wiring 306 of the row in the array 320 in which the pixel 301 is disposed. The source of each transistor 310 is electrically connected to its corresponding data line 308. The actuator 303 of each shutter assembly 302 includes two electrodes. The drain of each transistor 310 is electrically connected in parallel to one electrode of the corresponding capacitor 312 and one of the electrodes of the corresponding actuator 303. The other electrode of the capacitor 312 in the shutter assembly 302 and the other electrode of the actuator 303 are connected to a common potential or a ground potential. In another embodiment, transistor 310 may be replaced with a semiconductor diode and / or a metal-insulator-metal sandwich switching element.

動作中、画像を形成するために、制御マトリックス300は、各走査ライン配線306に順番にVweを印加することによりアレイ320内の各行を順番に書込み可能にする。書込み可能にされた行では、行内のピクセル301のトランジスタ310のゲートへVweを印加すると、データ配線308を通りそしてトランジスタ310を通る電流の流れがシャッタアセンブリ302のアクチュエータ303へ電位を印加できるようになる。行が書込み可能にされている間、データ電圧Vはデータ配線308に選択的に印加される。アナロググレイスケールを設ける実施形態では、各データ配線308に印加されるデータ電圧は、書込み可能にされた走査ライン配線306とデータ配線308との交点に位置するピクセル301の所望の輝度に関係して変えられる。ディジタル制御方式を実現する実施形態では、データ電圧は、比較的小さい電圧(すなわちグラウンド電位近くの電圧)となるように、あるいはVat(作動閾値電圧)以上となるように選択される。データ配線308へのVatの印加に応答して、その対応するシャッタアセンブリ302内のアクチュエータ303が作動しシャッタアセンブリ302内のシャッタを開く。データ配線308に印加される電圧は、制御マトリックス300がVweを行に印加するのを停止した後でもピクセル301のキャパシタ312に蓄えられたままである。したがって、シャッタアセンブリ302が作動するのに十分に長い時間待って行上に電圧Vweを維持する必要はない。すなわち、書込み許可電圧が行から取り除かれた後もこのような作動を続けることができる。キャパシタ312はまたアレイ320内の記憶素子として機能し、画像フレームの照明が必要な期間の間、作動命令を保存する。 In operation, in order to form an image, the control matrix 300 allows each row in the array 320 to be written sequentially by applying V we to each scan line wire 306 in turn. In a writable row, applying V we to the gate of transistor 310 of pixel 301 in the row allows a current flow through data wire 308 and through transistor 310 to apply a potential to actuator 303 of shutter assembly 302. become. While the row is being writable, data voltages V d are selectively applied to the data line 308. In embodiments providing an analog gray scale, the data voltage applied to each data line 308 is related to the desired brightness of the pixel 301 located at the intersection of the scan line line 306 and the data line 308 enabled for writing. be changed. In embodiments that implement a digital control scheme, the data voltage is selected to be a relatively small voltage (ie, a voltage near ground potential) or greater than V at (actuation threshold voltage). In response to the application of V at to a data interconnect 308, the corresponding actuator 303 in shutter assembly 302 to open the shutter in the shutter assembly 302 to operate them. The voltage applied to the data line 308 remains stored in the capacitor 312 of the pixel 301 even after the control matrix 300 stops applying Vwe to the row. Thus, it is not necessary to wait long enough for the shutter assembly 302 to operate and maintain the voltage Vwe on the row. That is, such an operation can be continued even after the write enable voltage is removed from the row. Capacitor 312 also functions as a storage element in array 320 and stores the operating instructions for a period of time that requires illumination of the image frame.

アレイ320の制御マトリックス300だけでなくピクセル301も基板304上に形成される。アレイは基板304上に配置されたアパーチャ層322を含む。アパーチャ層322はアレイ320内のそれぞれのピクセル301用の一組のアパーチャ324含む。アパーチャ324は各ピクセル内のシャッタアセンブリ302にアライメントされる。一実施形態では、基板304はガラスまたはプラスチックなどの透明材料で作られる。別の実施形態では、基板304は不透明な材料で作られ、基板304内にはアパーチャ324を形成するための穴がエッチングされる。   Pixels 301 as well as control matrix 300 of array 320 are formed on substrate 304. The array includes an aperture layer 322 disposed on the substrate 304. Aperture layer 322 includes a set of apertures 324 for each pixel 301 in array 320. The aperture 324 is aligned with the shutter assembly 302 within each pixel. In one embodiment, the substrate 304 is made of a transparent material such as glass or plastic. In another embodiment, the substrate 304 is made of an opaque material and holes are formed in the substrate 304 to form apertures 324.

シャッタアセンブリ302の部品は制御マトリックス300と同時に処理されるかあるいは同じ基板上において後続の処理工程で処理される。制御マトリックス300内の電気部品は、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタアレーの製造と共通な多くの薄膜技術を使用することにより作製される。利用可能な技術は、Den Boer,Active Matrix Liquid Crystal Displays(Elsevier,Amsterdam,2005)に記載されており参照により本明細書に援用する。シャッタアセンブリは、マイクロマシニングの技術と同様な技術あるいはマイクロメカニカル(すなわちMEMS)装置の製造技術を使用することにより作製される。多くの適用可能な薄膜MEMS技術は、Rai−Choudhury,ed.,Handbook of Microlithography,Micromachining & Microfabrication(SPIE Optical Engineering Press,Bellingham,Wash.1997)に記載され、これを参照により本明細書に援用する。ガラス基板上に形成されるMEMS光変調器に固有の製造技術は米国特許出願第11/361,785号明細書と米国特許出願第11/731,628号明細書に見出すことができ、参照により本明細書に援用する。例えば、これらの出願に記載されるように、シャッタアセンブリ302は、化学蒸着処理により蒸着されるアモルファスシリコンの薄膜で形成することができる。   The components of the shutter assembly 302 are processed simultaneously with the control matrix 300 or in subsequent processing steps on the same substrate. The electrical components in the control matrix 300 are made by using many thin film technologies that are common with the manufacture of thin film transistor arrays for liquid crystal displays. Available techniques are described in Den Boer, Active Matrix Liquid Crystal Displays (Elsevier, Amsterdam, 2005) and are incorporated herein by reference. The shutter assembly is fabricated by using techniques similar to micromachining techniques or micromechanical (ie MEMS) device manufacturing techniques. Many applicable thin film MEMS technologies are described in Rai-Chudhury, ed. , Handbook of Microlithography, Micromachining & Microfabrication (SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash. 1997), which is incorporated herein by reference. Manufacturing techniques specific to MEMS light modulators formed on glass substrates can be found in US patent application Ser. Nos. 11 / 361,785 and 11 / 731,628, which are incorporated by reference. This is incorporated herein. For example, as described in these applications, the shutter assembly 302 can be formed of a thin film of amorphous silicon deposited by a chemical vapor deposition process.

アクチュエータ303と共にシャッタアセンブリ302は双安定とすることができる。すなわち、シャッタは、シャッタをいずれかの位置に保持するのに電力はほとんど必要ないか全くない少なくとも2つの平衡位置(例えば開か閉の位置)に存在することができる。具体的には、シャッタアセンブリ302は機械的に双安定であってよい。一旦シャッタアセンブリ302のシャッタが適切な位置に設定されると、その位置を維持するのに電気エネルギーまたは保持電圧は必要ない。シャッタアセンブリ302の物理的要素上の機械的応力により、シャッタを所定位置に保持することができる。   The shutter assembly 302 along with the actuator 303 can be bistable. That is, the shutter can be in at least two equilibrium positions (eg, open and closed positions) that require little or no power to hold the shutter in either position. Specifically, the shutter assembly 302 may be mechanically bistable. Once the shutter of shutter assembly 302 is set to the proper position, no electrical energy or holding voltage is required to maintain that position. Mechanical stress on the physical elements of the shutter assembly 302 can hold the shutter in place.

アクチュエータ303と共にシャッタアセンブリ302もまた電気的に双安定にすることができる。電気的に双安定なシャッタアセンブリにおいては、シャッタアセンブリの作動電圧より低い電圧の範囲が存在する。この電圧が閉じたアクチュエータ(シャッタは開いているかまたは閉じている)に印加されると、シャッタアセンブリは、反力がシャッタに加わってもアクチュエータを閉じた状態にし、シャッタを適切な位置に保持する。反力はシャッタベースの光変調器200内のばね207などのばねにより加えられてもよいし、あるいは「開いた」または「閉じた」アクチュエータなどの対向するアクチュエータにより加えられてもよい。   The shutter assembly 302 along with the actuator 303 can also be electrically bistable. In an electrically bistable shutter assembly, there is a voltage range that is lower than the operating voltage of the shutter assembly. When this voltage is applied to a closed actuator (shutter is open or closed), the shutter assembly closes the actuator and holds the shutter in place even if a reaction force is applied to the shutter. . The reaction force may be applied by a spring, such as the spring 207 in the shutter-based light modulator 200, or by an opposing actuator, such as an “open” or “closed” actuator.

光変調器アレイ320はピクセルごとに単一のMEMS光変調器を有するものとして描写される。複数のMEMS光変調器を各ピクセル内に設けることにより各ピクセルの単なる2進の「オン」または「オフ」光学状態より多い状態の実現性を与える他の実施形態も可能である。ピクセル内の複数のMEMS光変調器が設けられ、これら光変調器のそれぞれに対応付けられたアパーチャ324が非均等なエリアを有する、特定の形式の符号化エリア分割グレイスケール(coded area division gray scale)が可能である。   The light modulator array 320 is depicted as having a single MEMS light modulator per pixel. Other embodiments are possible that provide more than a simple binary “on” or “off” optical state of each pixel by providing multiple MEMS light modulators within each pixel. A particular type of coded area division gray scale, in which a plurality of MEMS light modulators within a pixel are provided, and the apertures 324 associated with each of the light modulators have non-uniform areas. Is possible.

他の実施形態では、他のMEMSベースの光変調器だけでなくローラーベースの光変調器220または光タップ250もまた、光変調器アレイ320内のシャッタアセンブリ302と置換可能である。   In other embodiments, roller-based light modulators 220 or light taps 250 as well as other MEMS-based light modulators can be substituted for the shutter assemblies 302 in the light modulator array 320.

図5は、本発明の例示的実施形態による、シャッタベースの光変調器(シャッタアセンブリ)502を内蔵するディスプレイ装置500の断面図である。各シャッタアセンブリはシャッタ503とアンカー505を組み込む。アンカー505とシャッタ503間に接続されるとシャッタを基板表面の上方の短い距離の場所に吊るのを支援する弾性ビームアクチュエータは図示されない。シャッタアセンブリ502は、好ましくはプラスチックまたはガラスで作られる透明基板504上に配置される。基板504上に配置された裏面向きの反射層(反射膜506)は、シャッタアセンブリ502のシャッタ503の閉位置の下方に位置する複数の表面アパーチャ508を画定する。反射膜506は、表面アパーチャ508を通過しない光を反射してディスプレイ装置500の裏面に向けて戻す。反射性アパーチャ層506は、スパッタリング、蒸発、イオンメッキ、レーザー切断、または化学気相蒸着を含む多くの蒸着技術により薄膜状に形成された、介在物を含まない微粒子金属膜であってよい。別の実施形態では、裏面向きの反射層506は誘電体ミラーなどのミラーで形成することができる。誘電体ミラーは、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料を繰り返す誘電体薄膜の積層として作製される。シャッタ503を反射膜506から分離する垂直のギャップ(この中をシャッタは自由に移動できる)は0.5〜10ミクロンの範囲である。垂直のギャップの大きさは、閉状態におけるシャッタ503のエッジとアパーチャ508のエッジ間の横方向重なりより小さいことが好ましい。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a display device 500 incorporating a shutter-based light modulator (shutter assembly) 502, according to an illustrative embodiment of the invention. Each shutter assembly incorporates a shutter 503 and an anchor 505. The elastic beam actuator that assists in suspending the shutter at a short distance above the substrate surface when connected between the anchor 505 and the shutter 503 is not shown. The shutter assembly 502 is disposed on a transparent substrate 504, preferably made of plastic or glass. The back-facing reflective layer (reflective film 506) disposed on the substrate 504 defines a plurality of surface apertures 508 positioned below the closed position of the shutter 503 of the shutter assembly 502. The reflective film 506 reflects light that does not pass through the front surface aperture 508 and returns it to the back surface of the display device 500. The reflective aperture layer 506 may be a particulate metal film free of inclusions formed into a thin film by a number of deposition techniques including sputtering, evaporation, ion plating, laser cutting, or chemical vapor deposition. In another embodiment, the back-facing reflective layer 506 can be formed of a mirror such as a dielectric mirror. The dielectric mirror is manufactured as a stack of dielectric thin films in which a material having a high refractive index and a material having a low refractive index are repeated. The vertical gap separating the shutter 503 from the reflective film 506 (in which the shutter can move freely) is in the range of 0.5 to 10 microns. The size of the vertical gap is preferably smaller than the lateral overlap between the edge of the shutter 503 and the edge of the aperture 508 in the closed state.

ディスプレイ装置500は、随意のディフューザ512、および/または基板504を平面状の光導波路516から分離する随意の輝度増強膜514を含む。光導波路は透明材料すなわちガラスまたはプラスチック材料で構成される。光導波路516はバックライトを形成する一つまたは複数の光源518により照明される。光源518は、例えばそして限定するものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザー、または発光ダイオード(LED)であってよい。反射器519は、ランプ518からの光を光導波路516に向けて導くのを助ける。前面向き反射膜520はバックライト516の背面に配置されて、光をシャッタアセンブリ502に向けて反射する。シャッタアセンブリ502の一つを通過しないバックライトからの光線521などの光線は、バックライトに戻され、膜520で再び反射される。このようにして、最初に、画像を形成するためにディスプレイから離れることに失敗した光は再利用することができ、シャッタアセンブリ502のアレイ内の他の開いたアパーチャを透過するのに利用可能となる。このような光の再利用はディスプレイの照明効率を上げるということが示された。   The display device 500 includes an optional diffuser 512 and / or an optional brightness enhancement film 514 that separates the substrate 504 from the planar light guide 516. The optical waveguide is made of a transparent material, ie glass or plastic material. The light guide 516 is illuminated by one or more light sources 518 forming a backlight. The light source 518 may be, for example and without limitation, an incandescent lamp, a fluorescent lamp, a laser, or a light emitting diode (LED). Reflector 519 helps direct light from lamp 518 toward light guide 516. The front-facing reflective film 520 is disposed on the back surface of the backlight 516 and reflects light toward the shutter assembly 502. Rays such as ray 521 from the backlight that do not pass through one of the shutter assemblies 502 are returned to the backlight and reflected again by the film 520. In this way, initially the light that failed to leave the display to form an image can be reused and made available to transmit through other open apertures in the array of shutter assemblies 502. Become. It has been shown that such light recycling increases the illumination efficiency of the display.

光導波路516は、ランプ518からの光をアパーチャ508の方に、したがってディスプレイの前面の方に再度導く一組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム517を含む。光リダイレクタは、その断面が三角形、台形、または曲線状であってよい、光導波路516のプラスチック本体内に成型されてよい。プリズム517の密度は一般的にはランプ518からの距離とともに増加する。   The light guide 516 includes a set of geometric light redirectors or prisms 517 that redirect the light from the lamp 518 towards the aperture 508 and thus towards the front of the display. The optical redirector may be molded into the plastic body of the optical waveguide 516, whose cross section may be triangular, trapezoidal, or curved. The density of prism 517 generally increases with distance from lamp 518.

別の実施形態ではアパーチャ層506は光吸収物質で作ることができ、別の実施形態ではシャッタ503の表面は光吸収または光反射材料で覆うことができる。別の実施形態では、アパーチャ層506は、光導波路516の表面に直接蒸着することができる。別の実施形態では、アパーチャ層506はシャッタ503およびアンカー505と同じ基板上に配置される必要はない(後述のMEMSダウン構成を参照)。ディスプレイ照明システムのためのこれらおよび他の実施形態については、米国特許出願第11/218,690号明細書と米国特許出願第11/528,191号明細書に詳細に記載され、これらを参照により本明細書に援用する。   In another embodiment, the aperture layer 506 can be made of a light absorbing material, and in another embodiment, the surface of the shutter 503 can be covered with a light absorbing or light reflecting material. In another embodiment, the aperture layer 506 can be deposited directly on the surface of the optical waveguide 516. In another embodiment, the aperture layer 506 need not be located on the same substrate as the shutter 503 and anchor 505 (see MEMS down configuration below). These and other embodiments for display lighting systems are described in detail in US patent application Ser. No. 11 / 218,690 and US patent application Ser. No. 11 / 528,191, which are incorporated herein by reference. This is incorporated herein.

一実施形態では、光源518は、異なる色例えば赤、緑、青色のランプを含むことができる。カラー画像は、人間の脳が異なるカラー画像を単一のマルチカラー画像に平均化するのに十分な速度で、異なる色のランプにより画像を順次照明することにより形成することができる。様々な色特有画像(color−specific images)はシャッタアセンブリアレイ502を使用することにより形成される。別の実施形態では、光源518は4つ以上の異なる色を有するランプを含む。例えば、光源518は赤、緑、青、白色ランプ、または赤、緑、青、黄色ランプを有してよい。   In one embodiment, the light source 518 can include lamps of different colors, such as red, green, and blue. Color images can be formed by sequentially illuminating the images with different colored lamps at a rate sufficient to allow the human brain to average different color images into a single multicolor image. Various color-specific images are formed by using the shutter assembly array 502. In another embodiment, light source 518 includes a lamp having four or more different colors. For example, the light source 518 may include a red, green, blue, white lamp, or a red, green, blue, yellow lamp.

カバープレート522はディスプレイ装置500の前面を形成する。カバープレート522の裏側は、コントラストを強化するためにブラックマトリクス524で覆うことができる。別の実施形態では、カバープレートはカラーフィルタ(例えば、シャッタアセンブリ502の異なる色に対応する個別の赤、緑、青色フィルタ)を含む。カバープレート522は、ギャップ526を形成するシャッタアセンブリ502から所定の距離だけ離れて支持される。ギャップ526は、機械的な支持体またはスペーサ527により、および/またはカバープレート522を基板504に貼り付ける接着シール528により維持される。   The cover plate 522 forms the front surface of the display device 500. The back side of the cover plate 522 can be covered with a black matrix 524 to enhance contrast. In another embodiment, the cover plate includes color filters (eg, individual red, green and blue filters corresponding to different colors of the shutter assembly 502). The cover plate 522 is supported a predetermined distance away from the shutter assembly 502 that forms the gap 526. The gap 526 is maintained by a mechanical support or spacer 527 and / or by an adhesive seal 528 that attaches the cover plate 522 to the substrate 504.

シーリング材528は、エポキシ、アクリル酸塩、またはシリコン材料などの重合体接着剤で形成することができる。接着シール528は、好適には200°Cより低い硬化温度を有すべきであり、好適には約50ppm/℃未満の熱膨張率を有すべきであり、かつ耐湿性を有さなければならない。例示的なシーリング材528はEpoxy Technology,Inc.より販売されるEPO−TEK B9021−1である。別の実施形態では、接着剤は、半田金属またはガラスフリット化合物などの熱リフロー可能な材料で形成される。   Sealant 528 can be formed of a polymer adhesive such as epoxy, acrylate, or silicon material. Adhesive seal 528 should preferably have a cure temperature lower than 200 ° C., preferably should have a coefficient of thermal expansion of less than about 50 ppm / ° C., and must be moisture resistant. . An exemplary sealant 528 is available from Epoxy Technology, Inc. It is EPO-TEK B9021-1 sold more. In another embodiment, the adhesive is formed of a heat reflowable material such as a solder metal or glass frit compound.

接着シール528は作動流体530を密封する。作動流体530は、好ましくは約10センチポイズ未満の粘度、好ましくは約2.0を超える比誘電率、そして約10V/cmを超える絶縁破壊強度で設計される。作動流体530はまた潤滑剤として機能することができる。別の実施形態では、作動流体530は基板504の屈折率より大きいかあるいは小さい屈折率を有する。一実施形態では、作動流体は2.0を超える屈折率を有する。好適な作動流体530としては、限定するものではないが、イオン除去水、メタノール、エタノール、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイル、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、そしてジエチルベンゼンが挙げられる。 Adhesive seal 528 seals working fluid 530. The working fluid 530 is preferably designed with a viscosity of less than about 10 centipoise, a dielectric constant preferably greater than about 2.0, and a breakdown strength greater than about 10 4 V / cm. The working fluid 530 can also function as a lubricant. In another embodiment, the working fluid 530 has a refractive index that is greater than or less than the refractive index of the substrate 504. In one embodiment, the working fluid has a refractive index greater than 2.0. Suitable working fluids 530 include, but are not limited to, ion-removed water, methanol, ethanol, silicone oil, silicone oil fluoride, dimethylsiloxane, polydimethylsiloxane, hexamethyldisiloxane, and diethylbenzene.

別の実施形態では、作動流体530は高い表面濡れ性能を有する疎水性液である。この濡れ性能はシャッタアセンブリ502の裏面だけでなく前面も濡らすのに十分であることが好ましい。疎水性液はシャッタアセンブリ502の表面から水を排除することができる。別の実施形態では、作動流体530は、0.5〜20ミクロンの範囲の直径を有する粒子の懸濁液を含む。このような粒子は光を散乱してディスプレイの視角を広げる。別の実施形態では、作動流体530は、ディスプレイのコントラストを増すために、可視光の周波数の一部またはすべてを吸収する色素分子を溶液中に含む。   In another embodiment, the working fluid 530 is a hydrophobic liquid with high surface wetting performance. This wetting performance is preferably sufficient to wet not only the back surface but also the front surface of the shutter assembly 502. The hydrophobic liquid can remove water from the surface of the shutter assembly 502. In another embodiment, the working fluid 530 comprises a suspension of particles having a diameter in the range of 0.5-20 microns. Such particles scatter light and widen the viewing angle of the display. In another embodiment, the working fluid 530 includes dye molecules in the solution that absorb some or all of the visible light frequency to increase the contrast of the display.

板金または成型プラスチックアセンブリブラケット532は、エッジのまわりにカバープレート522、基板504、バックライト516、そして他の構成部品を一緒に保持する。アセンブリブラケット532は、合体されたディスプレイ装置500の剛性を増すためにねじまたはインデントタブで固定される。いくつかの実施形態では、光源518はエポキシ埋込用樹脂により所定位置に成型される。反射器536は、光導波路516のエッジから漏れる光を光導波路内に戻すのを助ける。シャッタアセンブリ502とランプ518へ電力だけでなく制御信号も供給する電気配線は図5では図示されない。   A sheet metal or molded plastic assembly bracket 532 holds the cover plate 522, substrate 504, backlight 516, and other components together around the edges. The assembly bracket 532 is fixed with screws or indent tabs to increase the rigidity of the combined display device 500. In some embodiments, the light source 518 is molded in place with an epoxy embedding resin. The reflector 536 helps light that leaks from the edge of the light guide 516 back into the light guide. Electrical wiring that supplies not only power but also control signals to the shutter assembly 502 and lamp 518 is not shown in FIG.

ディスプレイ装置500のさらなる詳細と別の構成(したがって製造方法を含む)については米国特許出願第11/361,785号明細書と米国特許出願第11/731,628号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に援用する。   Further details and alternative configurations of display device 500 (and thus including manufacturing methods) can be found in US patent application Ser. Nos. 11 / 361,785 and 11 / 731,628, These are incorporated herein by reference.

ディスプレイ装置500はMEMSアップ構成と呼ばれる。この構成では、MEMSベースの光変調器は基板504の前面(すなわちビューアの方に向いた面)上に形成される。シャッタアセンブリ502は、反射性アパーチャ層506の上に直接構築される。MEMSダウン構成と呼ばれる本発明の別の実施形態では、シャッタアセンブリは、反射性アパーチャ層が形成される基板とは別の基板上に配置される。反射性アパーチャ層が形成されるとともに複数のアパーチャを画定する基板は、本明細書ではアパーチャ板と呼ぶ。MEMSダウン構成では、MEMSベースの光変調器を載せる基板はディスプレイ装置500のカバープレート522の代わりをする。この基板は、MEMSベースの光変調器が上部基板の裏面(すなわちビューアから離れる方向でバックライト516に面した面)に配置されるように、配向される。これによりMEMSベースの光変調器は、反射性アパーチャ層の正反対側に、そして反射性アパーチャ層から一定のギャップを隔てて配置される。ギャップは、アパーチャ板と、MEMS変調器が形成される基板とを接続する一連のスペーサポストにより維持することができる。いくつかの実施形態では、スペーサはアレイ内の各ピクセル内あるいはピクセル間に配置される。MEMS光変調器をその対応するアパーチャから離すギャップすなわち距離は、10ミクロン未満あるいはシャッタとアパーチャ間の重なりより小さい距離であることが好ましい。   Display device 500 is referred to as a MEMS up configuration. In this configuration, the MEMS-based light modulator is formed on the front surface of the substrate 504 (ie, the surface facing the viewer). The shutter assembly 502 is built directly on the reflective aperture layer 506. In another embodiment of the invention, referred to as a MEMS down configuration, the shutter assembly is disposed on a substrate separate from the substrate on which the reflective aperture layer is formed. A substrate on which a reflective aperture layer is formed and that defines a plurality of apertures is referred to herein as an aperture plate. In the MEMS down configuration, the substrate on which the MEMS-based light modulator is mounted replaces the cover plate 522 of the display device 500. This substrate is oriented so that the MEMS-based light modulator is placed on the back surface of the upper substrate (ie, the surface facing the backlight 516 away from the viewer). This places the MEMS-based light modulator on the opposite side of the reflective aperture layer and with a certain gap from the reflective aperture layer. The gap can be maintained by a series of spacer posts that connect the aperture plate and the substrate on which the MEMS modulator is formed. In some embodiments, the spacer is located within or between each pixel in the array. The gap or distance separating the MEMS light modulator from its corresponding aperture is preferably less than 10 microns or less than the overlap between the shutter and aperture.

MEMSダウンディスプレイ構成のさらなる詳細と別の実施形態については、上に参照された米国特許出願第11/361,785号明細書と米国特許出願第11/528,191号明細書に見出すことができる。   Further details and alternative embodiments of the MEMS down display configuration can be found in the above referenced US patent application Ser. Nos. 11 / 361,785 and 11 / 528,191. .

他の実施形態では、他のMEMSベースの光変調器だけでなくローラーベースの光変調器220または光タップ250もまた、ディスプレイアセンブリ500内のシャッタアセンブリ502と置換可能である。   In other embodiments, roller-based light modulators 220 or light taps 250 as well as other MEMS-based light modulators can be substituted for the shutter assembly 502 in the display assembly 500.

図6Aと6Bには、本発明の様々な実施形態に含むのに好適な別のシャッタベースの光変調器(シャッタアセンブリ)2200を例示する。光変調器2200は2重化アクチュエータシャッタアセンブリの例であり、図6Aでは開状態で示される。図6Bは、閉状態における2重化アクチュエータシャッタアセンブリ2200の図である。シャッタアセンブリ2200については、上に参照された米国特許出願第11/251,035号明細書においてさらに詳細に説明される。シャッタアセンブリ200とは対照的に、シャッタアセンブリ2200は、シャッタ2202の片側にアクチュエータ2208と2210を含む。各アクチュエータ2210と2208は独立して制御される。第1のアクチュエータ(シャッタ開放アクチュエータ2210)はシャッタ2202を開くように機能する。第2の対向するアクチュエータ(シャッタ閉鎖アクチュエータ2208)はシャッタ2202を閉じるように機能する。アクチュエータ2210と2208の両方は弾性ビーム電極アクチュエータである。アクチュエータ2210と2208は、その上にシャッタが吊るされるアパーチャ層2204と実質的に平行な平面においてシャッタ2202を駆動することによりシャッタ2202を開閉する。シャッタ2202は、アクチュエータ2210と2208に取り付けられたアンカー2206によりアパーチャ層2204の上から少し距離をおいて吊るされる。シャッタ2202の運動軸に沿ったシャッタの両端に取り付けられた支持体を含むことにより、シャッタ2202の面外方向の運動を減少させるとともにその運動を基板と平行な平面に実質的に制限する。図3の制御マトリックス300からの類推により、シャッタアセンブリ2200と共に使用するのに好適な制御マトリックスは、相対向するシャッタ開放およびシャッタ閉鎖アクチュエータ2210と2208のそれぞれに対し一つのトランジスタと一つのキャパシタを含んでよいであろう。   FIGS. 6A and 6B illustrate another shutter-based light modulator (shutter assembly) 2200 suitable for inclusion in various embodiments of the present invention. The light modulator 2200 is an example of a dual actuator shutter assembly and is shown in the open state in FIG. 6A. FIG. 6B is a diagram of the dual actuator shutter assembly 2200 in the closed state. The shutter assembly 2200 is described in further detail in US patent application Ser. No. 11 / 251,035, referenced above. In contrast to shutter assembly 200, shutter assembly 2200 includes actuators 2208 and 2210 on one side of shutter 2202. Each actuator 2210 and 2208 is controlled independently. The first actuator (shutter opening actuator 2210) functions to open the shutter 2202. A second opposing actuator (shutter closing actuator 2208) functions to close the shutter 2202. Both actuators 2210 and 2208 are elastic beam electrode actuators. Actuators 2210 and 2208 open and close shutter 2202 by driving shutter 2202 in a plane substantially parallel to aperture layer 2204 on which the shutter is suspended. The shutter 2202 is suspended at a distance from the top of the aperture layer 2204 by an anchor 2206 attached to the actuators 2210 and 2208. Inclusion of supports attached to the ends of the shutter along the axis of motion of the shutter 2202 reduces the out-of-plane motion of the shutter 2202 and substantially restricts its motion to a plane parallel to the substrate. By analogy with the control matrix 300 of FIG. 3, a suitable control matrix for use with the shutter assembly 2200 includes one transistor and one capacitor for each of the opposing shutter open and shutter close actuators 2210 and 2208. It would be fine.

シャッタ2202は光が通過することができる3つのシャッタアパーチャ2212を含む。シャッタ2202の残り部分は光の通過を妨害する。様々な実施形態では、シャッタ2202の反射性アパーチャ層2204に面する側は、通過を妨げられた光をそれぞれ吸収または反射するために光吸収物質または反射材料で覆われる。   The shutter 2202 includes three shutter apertures 2212 through which light can pass. The remaining part of the shutter 2202 obstructs the passage of light. In various embodiments, the side of the shutter 2202 facing the reflective aperture layer 2204 is covered with a light absorbing material or reflective material to absorb or reflect light that has been blocked from passing, respectively.

反射性アパーチャ層2204は、好ましくはプラスチックまたはガラスで形成される透明基板上に蒸着される。反射性アパーチャ層2204は、基板上に蒸着された金属の膜、誘電体ミラー、または他の高反射性材料または材料の組み合わせで形成することができる。反射性アパーチャ層2204には、透明基板からシャッタ2202に向かって光がアパーチャを通過すことを許容するための一組のアパーチャ2214が形成される。反射性アパーチャ層2204は各シャッタアパーチャ2212に対応する一つのアパーチャを有する。例えば、シャッタアセンブリ2200を含む光変調器アレイでは、反射性アパーチャ層はシャッタアセンブリ2200毎に3つのアパーチャ2214を含む。各アパーチャはその周縁に少なくとも一つのエッジを有する。例えば、矩形のアパーチャ2214は4つのエッジを有する。別の実施形態では、円形、楕円、卵形、または他の曲線状のアパーチャが反射性アパーチャ層2204内に形成される。各アパーチャは単一のエッジのみを有してもよい。他の実施形態では、アパーチャは分離されている、すなわち数学的な意味で非同一である必要はないが、アパーチャは互いに接続することができる。すなわち、アパーチャの一部分または成形部分は各シャッタとの対応関係を有することができ、これら部分のいくつかは、アパーチャの単一の連続的な周縁が複数のシャッタにより共有されるように接続されてよい。   The reflective aperture layer 2204 is deposited on a transparent substrate, preferably formed of plastic or glass. The reflective aperture layer 2204 can be formed of a metal film deposited on the substrate, a dielectric mirror, or other highly reflective material or combination of materials. The reflective aperture layer 2204 is formed with a set of apertures 2214 that allow light to pass through the apertures from the transparent substrate toward the shutter 2202. The reflective aperture layer 2204 has one aperture corresponding to each shutter aperture 2212. For example, in a light modulator array that includes a shutter assembly 2200, the reflective aperture layer includes three apertures 2214 for each shutter assembly 2200. Each aperture has at least one edge at its periphery. For example, the rectangular aperture 2214 has four edges. In another embodiment, a circular, oval, oval, or other curved aperture is formed in the reflective aperture layer 2204. Each aperture may have only a single edge. In other embodiments, the apertures are separated, i.e. need not be non-identical in a mathematical sense, but the apertures can be connected to each other. That is, a portion or shaped portion of the aperture can have a corresponding relationship with each shutter, some of which are connected such that a single continuous periphery of the aperture is shared by multiple shutters. Good.

図6Aでは、シャッタアセンブリ2200は開状態にある。アクチュエータ2208は開放位置にあり、アクチュエータ2210は折畳み位置にある。シャッタアパーチャ2212を通してアパーチャ2214を見ることができる。見て明らかなように、シャッタアパーチャ2212は、反射性アパーチャ層2204内に形成されたアパーチャ2214より面積が大きい。この寸法差異により、光がシャッタアパーチャ2212を通過して所望のビューアに向かうことができる角度の範囲が増加する。   In FIG. 6A, the shutter assembly 2200 is in an open state. Actuator 2208 is in the open position and actuator 2210 is in the folded position. The aperture 2214 can be viewed through the shutter aperture 2212. As can be seen, the shutter aperture 2212 has a larger area than the aperture 2214 formed in the reflective aperture layer 2204. This dimensional difference increases the range of angles over which light can pass through the shutter aperture 2212 toward the desired viewer.

様々な実施形態では、シャッタアセンブリに使用されるシャッタは、シャッタが閉位置にあるときに、対応するアパーチャと重なると有利である。   In various embodiments, it is advantageous that the shutter used in the shutter assembly overlaps the corresponding aperture when the shutter is in the closed position.

図6Bでは、シャッタアセンブリは閉状態である。アクチュエータ2208は折畳み位置にあり、アクチュエータ2210は開放位置にある。シャッタ2202の光遮断部は反射性アパーチャ層2204のアパーチャ2214を覆う。シャッタ2202の光遮断部は反射性アパーチャ層2204のアパーチャ2214のエッジと所定の重なり2216だけ重なる。いくつかの実施形態では、シャッタが閉状態にあるときでも、一部の光はシャッタ2202に垂直な軸から離れた角度でアパーチャ2214を通って漏れることがある。シャッタアセンブリ2200に含まれる重なりは、この光の漏れを減少させるかあるいはなくす。シャッタ2202の光遮断部は図6Bに示されるようにアパーチャの4つのエッジすべてと重なるが、シャッタ2202の光遮断部をエッジの一つとでも重ならせることにより光漏れを低減する。   In FIG. 6B, the shutter assembly is in the closed state. Actuator 2208 is in the folded position and actuator 2210 is in the open position. The light blocking portion of the shutter 2202 covers the aperture 2214 of the reflective aperture layer 2204. The light blocking portion of the shutter 2202 overlaps the edge of the aperture 2214 of the reflective aperture layer 2204 by a predetermined overlap 2216. In some embodiments, some light may leak through the aperture 2214 at an angle away from the axis normal to the shutter 2202 even when the shutter is in the closed state. The overlap included in the shutter assembly 2200 reduces or eliminates this light leakage. The light blocking portion of the shutter 2202 overlaps with all four edges of the aperture as shown in FIG. 6B, but light leakage is reduced by overlapping the light blocking portion of the shutter 2202 with one of the edges.

図7A〜7Cは、反射性アパーチャ層2204が形成される透明基板に関した、シャッタアセンブリ2200の様々な構成の断面図である。断面図は、図6Aと6BのB−B’線に対応する。説明のため、図7A〜7Cではシャッタ2202は単一のシャッタアパーチャ2323と2つの光遮断部2324のみを有するものとして例示される。   7A-7C are cross-sectional views of various configurations of the shutter assembly 2200 with respect to the transparent substrate on which the reflective aperture layer 2204 is formed. The cross-sectional view corresponds to the B-B 'line of FIGS. 6A and 6B. For illustration, the shutter 2202 is illustrated in FIGS. 7A-7C as having only a single shutter aperture 2323 and two light blockers 2324.

図7Aは、本発明の例示的実施形態による、B−B線に沿って取られた、閉状態における図6に示したものと同様なシャッタアセンブリ2301を含むディスプレイ装置2300の第1の構成の断面である。第1の構成では、シャッタアセンブリ2301は反射性アパーチャ層2302上に形成される。反射性アパーチャ層2302は透明基板2304上に蒸着される薄い金属膜で形成される。あるいは、反射性アパーチャ層2302は、誘電体ミラー、または他の高反射性材料または材料の組み合わせで形成することができる。反射性アパーチャ層2302はアパーチャ2306を形成するためにパターン化される。透明基板2304は光導波路2308に近接して配置される。透明基板2304と光導波路2308は空気などの流体で充填されたギャップ2309により分離される。流体の屈折率は光導波路2308より小さいことが好ましい。ディスプレイ装置2300に好適な光導波路2308は米国特許出願第11/528,191号明細書においてさらに説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。ディスプレイ装置2300はまた光導波路2308の裏側に隣接して配置された前面向きの裏側反射層2310を含む。   FIG. 7A is a first configuration of a display device 2300 including a shutter assembly 2301 similar to that shown in FIG. It is a cross section. In the first configuration, the shutter assembly 2301 is formed on the reflective aperture layer 2302. The reflective aperture layer 2302 is formed of a thin metal film deposited on the transparent substrate 2304. Alternatively, the reflective aperture layer 2302 can be formed of a dielectric mirror, or other highly reflective material or combination of materials. The reflective aperture layer 2302 is patterned to form the aperture 2306. The transparent substrate 2304 is disposed in the vicinity of the optical waveguide 2308. The transparent substrate 2304 and the optical waveguide 2308 are separated by a gap 2309 filled with a fluid such as air. The refractive index of the fluid is preferably smaller than the optical waveguide 2308. A suitable light guide 2308 for display device 2300 is further described in US patent application Ser. No. 11 / 528,191, which is incorporated herein by reference in its entirety. Display device 2300 also includes a front-facing back reflective layer 2310 disposed adjacent to the back side of light guide 2308.

シャッタアセンブリ2301は、相対向するアクチュエータ2318と2320の一部分を介してアンカー2316により反射性アパーチャ層2302に近接して支持されたシャッタ2314を含む。アンカー2316とアクチュエータ2318と2320は、反射性アパーチャ層2302上から約一定距離H1(シャッタ2314の底部から測定される)をおいてシャッタ2314を吊す。さらに、ディスプレイ装置2300は、スペーサポスト2312により透明基板2304上に支持されたカバープレート2311を含む。スペーサポスト2312は、シャッタ2314の上部から約第2の距離H2だけ離れてカバープレートを保持する。基板2304と2311はガラスなどの実質的に剛性の材料で作ることができる。この場合、所望の間隔H2を維持するために比較的低密度のスペーサ2312を使用することができる。例えば、剛性基板により、ディスプレイ装置2300は一実施形態では4つのピクセルごとに一つのスペーサ2312を含む。但し、他のより高いまたはより低い密度もまた利用できる。別の実施形態では、基板2304または2311のいずれかは、プラスチックなどの可撓性材料で作ることができる。この場合、より高密度のスペーサ2312(例えばアレイ内の各ピクセル内またはピクセル間に一つのスペーサ2312)を有することが好ましい。   Shutter assembly 2301 includes a shutter 2314 supported in close proximity to reflective aperture layer 2302 by anchors 2316 via portions of opposing actuators 2318 and 2320. Anchor 2316 and actuators 2318 and 2320 suspend shutter 2314 at approximately a fixed distance H1 (measured from the bottom of shutter 2314) from above reflective aperture layer 2302. Further, the display device 2300 includes a cover plate 2311 supported on the transparent substrate 2304 by spacer posts 2312. The spacer post 2312 holds the cover plate away from the top of the shutter 2314 by about a second distance H2. Substrates 2304 and 2311 can be made of a substantially rigid material such as glass. In this case, a relatively low density spacer 2312 can be used to maintain the desired spacing H2. For example, with a rigid substrate, display device 2300 includes one spacer 2312 for every four pixels in one embodiment. However, other higher or lower densities can also be utilized. In another embodiment, either substrate 2304 or 2311 can be made of a flexible material such as plastic. In this case, it is preferred to have a denser spacer 2312 (eg, one spacer 2312 within or between each pixel in the array).

カバープレート2311と透明基板2304間のギャップは上述の作動流体530などの作動流体2322で充填される。作動流体2322は透明基板2304より大きな屈折率を有することが好ましい。別の実施形態では、作動流体は2.0を超える屈折率を有する。別の実施形態では、作動流体2322は透明基板2304の屈折率より小さい屈折率を有する。   The gap between the cover plate 2311 and the transparent substrate 2304 is filled with a working fluid 2322 such as the working fluid 530 described above. The working fluid 2322 preferably has a higher refractive index than the transparent substrate 2304. In another embodiment, the working fluid has a refractive index greater than 2.0. In another embodiment, the working fluid 2322 has a refractive index that is less than the refractive index of the transparent substrate 2304.

上に示したように、シャッタアセンブリ2301は閉状態にある。シャッタ2314の光遮断部2324は、反射性アパーチャ層2302内に形成されたアパーチャ2306のエッジと重なる。シャッタとアパーチャ間のギャップ(すなわち距離H1)をできるだけ小さくすると、シャッタ2314の光遮断特性が改善される。一実施形態では、H1は約100μm未満である。別の実施形態では、H1は約10μm未満である。さらに別の実施形態では、H1は約1μmである。別の実施形態では、距離H1は0.5mmを超えるがディスプレイピッチより依然として小さい。ディスプレイピッチは、ピクセル間の距離(中心間で測定される)として定義され、多くの場合、裏面向きの反射層2302のアパーチャ2306などのアパーチャ間の距離(中心間で測定される)として設定される。   As indicated above, the shutter assembly 2301 is in a closed state. The light blocking portion 2324 of the shutter 2314 overlaps the edge of the aperture 2306 formed in the reflective aperture layer 2302. When the gap between the shutter and the aperture (that is, the distance H1) is made as small as possible, the light blocking characteristics of the shutter 2314 are improved. In one embodiment, H1 is less than about 100 μm. In another embodiment, H1 is less than about 10 μm. In yet another embodiment, H1 is about 1 μm. In another embodiment, the distance H1 exceeds 0.5 mm but is still smaller than the display pitch. The display pitch is defined as the distance between pixels (measured between centers) and is often set as the distance between apertures (measured between centers), such as the aperture 2306 of the reflective layer 2302 facing the back. The

重なりW1の寸法は距離H1に比例することが好ましい。重なりW1はさらに小さくてもよいが距離H1以上であることが好ましい。一実施形態では、重なりW1は1ミクロン以上である。別の実施形態では、重なりW1が約1ミクロンから10ミクロンの間にある。別の実施形態では、重なりW1は10ミクロンを超える。特定の一実施形態では、シャッタ2314は約4μm厚である。H1は約2μmであり、H2は約2μmであり、W1>=2μmである。重なりW1をH1以上にすることにより、シャッタアセンブリ2301が図7Aに示されるような閉状態にある場合、アパーチャ2306を通って光導波路2308を脱出するのに十分な角度を有するほとんどの光はシャッタ2314の光遮断部2324にぶつかるので、ディスプレイ装置2300のコントラスト比が改善される。   The size of the overlap W1 is preferably proportional to the distance H1. The overlap W1 may be smaller, but is preferably equal to or longer than the distance H1. In one embodiment, the overlap W1 is 1 micron or greater. In another embodiment, the overlap W1 is between about 1 micron and 10 microns. In another embodiment, the overlap W1 is greater than 10 microns. In one particular embodiment, the shutter 2314 is about 4 μm thick. H1 is about 2 μm, H2 is about 2 μm, and W1> = 2 μm. By making the overlap W1 greater than or equal to H1, most light having an angle sufficient to escape the light guide 2308 through the aperture 2306 when the shutter assembly 2301 is in the closed state as shown in FIG. Since it hits the light blocking unit 2324 of 2314, the contrast ratio of the display device 2300 is improved.

H2はH1とほぼ同じ距離であることが好ましい。スペーサポスト2312は、リソグラフィでパターン化され、現像され、および/または筒状にエッチングされる高分子材料で形成されることが好ましい。スペーサの高さは硬化された高分子材料の厚さにより確定される。スペーサ2312の形成のための方法と材料は、2006年2月23日出願の共有の米国特許出願第11/361,785号明細書に開示され、これを参照により本明細書に援用する。別の実施形態では、スペーサ2312は、犠牲材料から成る鋳型内に電気化学的に蒸着される金属で形成することができる。   H2 is preferably approximately the same distance as H1. The spacer posts 2312 are preferably formed of a polymeric material that is lithographically patterned, developed, and / or etched into a cylinder. The height of the spacer is determined by the thickness of the cured polymer material. Methods and materials for the formation of spacers 2312 are disclosed in co-owned US patent application Ser. No. 11 / 361,785 filed on Feb. 23, 2006, which is incorporated herein by reference. In another embodiment, the spacers 2312 can be formed of a metal that is electrochemically deposited in a mold of sacrificial material.

図7Bは、本発明の例示的実施形態による、閉状態における図6に示されたものと同様なシャッタアセンブリ2341を含むディスプレイ装置2340の第2の構成の断面である。この第2の構成はMEMSダウン構成と称する。ここでは反射性アパーチャ層2344はアパーチャ板2346と称する透明基板(シャッタアセンブリ2341が係止される光変調器基板2342とは別個のものである)上に形成される。シャッタアセンブリは、その中に光遮断部2362とシャッタアパーチャ2363を形成したシャッタ2354を含む。アパーチャ板2346と同様に、光変調器基板2342もまた透明である。2つの基板2342と2346はギャップにより分離される。2つの基板2342と2346は、図6に示したようにシャッタが閉位置にあるときはアパーチャ2347のそれぞれとシャッタ2354の光遮断部2362のそれぞれとの間に、および/またはシャッタが開放位置にあるときはアパーチャ2347とシャッタアパーチャ2363間に1対1の対応が存在するように、組立中にアライメントされる。別の実施形態では、アパーチャと、光遮断部2362またはシャッタ2354のシャッタアパーチャ2363のいずれかとの間の対応は1対多または多対1である。   7B is a cross-section of a second configuration of display device 2340 that includes a shutter assembly 2341 similar to that shown in FIG. 6 in the closed state, according to an illustrative embodiment of the invention. This second configuration is referred to as a MEMS down configuration. Here, the reflective aperture layer 2344 is formed on a transparent substrate called an aperture plate 2346 (separate from the light modulator substrate 2342 to which the shutter assembly 2341 is locked). The shutter assembly includes a shutter 2354 having a light blocking portion 2362 and a shutter aperture 2363 formed therein. Similar to the aperture plate 2346, the light modulator substrate 2342 is also transparent. The two substrates 2342 and 2346 are separated by a gap. As shown in FIG. 6, when the shutter is in the closed position, the two substrates 2342 and 2346 are arranged between each of the apertures 2347 and each of the light blocking portions 2362 of the shutter 2354 and / or the shutter is in the open position. In some cases, alignment is done during assembly such that there is a one-to-one correspondence between aperture 2347 and shutter aperture 2363. In another embodiment, the correspondence between the aperture and either the light blocker 2362 or the shutter aperture 2363 of the shutter 2354 is one-to-many or many-to-one.

MEMSダウンディスプレイ装置2340では、シャッタアセンブリ2341は光変調器基板2342の裏面向きの面上すなわち光導波路2348に面する側に形成される。ディスプレイ装置2340では、アパーチャ板2346は光変調器基板2342と光導波路2348間に配置される。反射性アパーチャ層2344は、透明なアパーチャ板2346の前面向きの面上に蒸着される薄い金属膜で形成される。反射性アパーチャ層2344はアパーチャ2347を形成するためにパターン化される。別の実施形態では、反射層2344は誘電体ミラーなどのミラーで形成することができる。誘電体ミラーは、異なる屈折率を有する誘電体薄膜の積層、あるいは金属層と誘電体層の組み合わせで作製される。   In the MEMS down display device 2340, the shutter assembly 2341 is formed on the surface facing the back surface of the optical modulator substrate 2342, that is, on the side facing the optical waveguide 2348. In the display device 2340, the aperture plate 2346 is disposed between the light modulator substrate 2342 and the optical waveguide 2348. The reflective aperture layer 2344 is formed of a thin metal film deposited on the front facing surface of the transparent aperture plate 2346. The reflective aperture layer 2344 is patterned to form the aperture 2347. In another embodiment, the reflective layer 2344 can be formed of a mirror, such as a dielectric mirror. The dielectric mirror is manufactured by stacking dielectric thin films having different refractive indexes or a combination of a metal layer and a dielectric layer.

アパーチャ板2346はバックライトまたは光導波路の2348に近接して配置される。アパーチャ板2346は、空気などの流体で充填されたギャップ2349により光導波路2348から分離される。流体の屈折率は光導波路2348より小さいことが好ましい。ディスプレイ装置2340に好適なバックライト2348については米国特許出願第11/528,191号明細書においてさらに説明され、その全体を参照により本明細書に援用する。ディスプレイ装置2340はまた、バックライト2348の裏側に隣接して配置された前面向きの裏側反射層2350を含む。裏面向きの反射層2344と組み合わせた前面向きの反射層2350は、アパーチャ2347を最初に通過しない光線の再利用を促進する光共振器を形成する。シャッタアセンブリ2341は、相対向するアクチュエータ2358と2360の一部分を介してアンカー2356により透明基板2342に近接して支持されたシャッタ2354を含む。アンカー2356とアクチュエータ2358と2360は、光変調器基板2342の下方、約一定距離H4(シャッタ2354の上部から測定される)のところにシャッタ2354を吊す。さらに、ディスプレイ装置は、アパーチャ板2346上に光変調器基板2342を支持するスペーサポスト2357を含む。スペーサポスト2357はアパーチャ板2346から約第2の一定距離H5離れたところに光変調器基板2342を保持し、これによりシャッタ2354の底面を反射性アパーチャ層2344の上方、約第3の一定距離H6のところに保持する。スペーサポスト2357はスペーサ2312と同様の方法で形成される。   The aperture plate 2346 is disposed in proximity to the backlight or optical waveguide 2348. The aperture plate 2346 is separated from the optical waveguide 2348 by a gap 2349 filled with a fluid such as air. The refractive index of the fluid is preferably smaller than the optical waveguide 2348. A suitable backlight 2348 for display device 2340 is further described in US patent application Ser. No. 11 / 528,191, which is incorporated herein by reference in its entirety. Display device 2340 also includes a front-facing back side reflective layer 2350 disposed adjacent to the back side of backlight 2348. The front-facing reflective layer 2350 in combination with the back-facing reflective layer 2344 forms an optical resonator that facilitates the reuse of light rays that do not initially pass through the aperture 2347. The shutter assembly 2341 includes a shutter 2354 supported in close proximity to the transparent substrate 2342 by anchors 2356 via portions of opposing actuators 2358 and 2360. Anchor 2356 and actuators 2358 and 2360 suspend shutter 2354 below light modulator substrate 2342 at an approximately constant distance H4 (measured from the top of shutter 2354). Further, the display device includes a spacer post 2357 that supports the light modulator substrate 2342 on the aperture plate 2346. The spacer post 2357 holds the light modulator substrate 2342 at a distance of about a second constant distance H5 from the aperture plate 2346, so that the bottom surface of the shutter 2354 is positioned above the reflective aperture layer 2344 and about a third constant distance H6. Hold in place. The spacer post 2357 is formed in the same manner as the spacer 2312.

光変調器基板2342とアパーチャ板2346間のギャップは上述の作動流体530などの作動流体2352で充填される。作動流体2352は透明なアパーチャ板2346より大きな屈折率を有することが好ましい。別の実施形態では、作動流体は2.0を超える屈折率を有する。別の実施形態では、作動流体2352はアパーチャ板2346の屈折率以下の屈折率を有することが好ましい。   The gap between the light modulator substrate 2342 and the aperture plate 2346 is filled with a working fluid 2352 such as the working fluid 530 described above. The working fluid 2352 preferably has a higher refractive index than the transparent aperture plate 2346. In another embodiment, the working fluid has a refractive index greater than 2.0. In another embodiment, the working fluid 2352 preferably has a refractive index that is less than or equal to the refractive index of the aperture plate 2346.

上に示したように、シャッタアセンブリ2341は閉状態にある。シャッタ2354の光遮断部2362は、反射性アパーチャ層2344内に形成されるアパーチャ2347のエッジと重なる。重なりW2の寸法は距離H6に比例することが好ましい。重なりW2はさらに小さくてもよいが距離H6以上であることが好ましい。一実施形態では、H6は約100μm未満である。別の実施形態では、H6は約10μm未満である。さらに別の実施形態では、H6は約1μmである。別の実施形態では、距離H6は0.5mmを超えるが、ディスプレイピッチよりは依然として小さい。ディスプレイピッチはピクセル間の距離(中心間で測定される)として定義され、多くの場合、アパーチャ2347などの裏面向きの反射層のアパーチャのセンター間の距離として設定される。H4はH6とほぼ同じ距離であることが好ましい。特定の一実施形態では、シャッタ2354は約4μm厚であり、H6は約2μmであり、H4は約2μmであり、H5は約8μmであり、そしてW2>=2μmである。重なりW2をH6以上にすることにより、シャッタアセンブリ2341が図7Bに示されるような閉状態にある場合、アパーチャ2347を通ってバックライト2348を脱出するのに十分な角度を有するほとんどの光はシャッタ2354の光遮断部2362にぶつかるので、ディスプレイ装置2340のコントラスト比が改善される。   As indicated above, the shutter assembly 2341 is in a closed state. The light blocking portion 2362 of the shutter 2354 overlaps the edge of the aperture 2347 formed in the reflective aperture layer 2344. The size of the overlap W2 is preferably proportional to the distance H6. The overlap W2 may be even smaller, but is preferably a distance H6 or more. In one embodiment, H6 is less than about 100 μm. In another embodiment, H6 is less than about 10 μm. In yet another embodiment, H6 is about 1 μm. In another embodiment, the distance H6 exceeds 0.5 mm but is still smaller than the display pitch. The display pitch is defined as the distance between pixels (measured between the centers) and is often set as the distance between the centers of the apertures of the reflective layer facing the back, such as the aperture 2347. H4 is preferably approximately the same distance as H6. In one particular embodiment, shutter 2354 is about 4 μm thick, H6 is about 2 μm, H4 is about 2 μm, H5 is about 8 μm, and W2> = 2 μm. By making the overlap W2 greater than or equal to H6, when the shutter assembly 2341 is in the closed state as shown in FIG. Since it hits the light blocking part 2362 of 2354, the contrast ratio of the display device 2340 is improved.

図7Cは、本発明の例示的実施形態による、閉状態の図6に示されたものと同様なシャッタアセンブリ2371を含むディスプレイ装置2370の第3の構成の断面である。上述のディスプレイ装置2340の第2の構成との比較では、ディスプレイ装置2370は、シャッタアセンブリ2371が形成される光変調器基板2372(光変調器基板2342と同様な)と反射性アパーチャ層2376が蒸着されるアパーチャ板2374(アパーチャ板2346と同様な)とのアライメントとボンディングを行う間に発生し得る軽微なミスアラインメントを考慮して設計される。この潜在的な問題に対処するために、ディスプレイ装置2370は、光変調器基板2372上に蒸着される光吸収物質の追加層2377を含む。光吸収物質2377はブラックマスクの一部であってよいが、少なくとも光吸収物質2377の一部は、シャッタアセンブリ2371が対応するピクセルの内部に配置されることが好ましい。光吸収物質2377は、シャッタ2382が閉状態にある間は、そうでなければ光変調器基板2372を通過する光2378を吸収する。光(例えばシャッタ2382から偏向した光2380)を吸収するために、反射性アパーチャ層2376の前面側に追加の光吸収物質2377を蒸着することができる。   FIG. 7C is a cross section of a third configuration of display device 2370 including a shutter assembly 2371 similar to that shown in FIG. 6 in a closed state, according to an illustrative embodiment of the invention. In comparison with the second configuration of the display device 2340 described above, the display device 2370 has a light modulator substrate 2372 (similar to the light modulator substrate 2342) on which the shutter assembly 2371 is formed and a reflective aperture layer 2376 deposited. Is designed in consideration of minor misalignment that may occur during alignment and bonding with the aperture plate 2374 (similar to the aperture plate 2346). To address this potential problem, display device 2370 includes an additional layer 2377 of light absorbing material deposited on light modulator substrate 2372. The light absorbing material 2377 may be a part of the black mask, but at least a part of the light absorbing material 2377 is preferably disposed inside the pixel to which the shutter assembly 2371 corresponds. The light absorbing material 2377 absorbs light 2378 that otherwise passes through the light modulator substrate 2372 while the shutter 2382 is in the closed state. Additional light absorbing material 2377 can be deposited on the front side of the reflective aperture layer 2376 to absorb light (eg, light 2380 deflected from the shutter 2382).

図7Dは、本発明の例示的実施形態による、閉状態の図6に示されたものと同様なシャッタアセンブリ2385を含むディスプレイ装置2390の第4の構成の断面である。上述のシャッタアセンブリ2354の第2の構成との比較では、シャッタアセンブリ2385は異なる工程にしたがって作製され、その結果その部材の一部は異なる断面厚になる。生成されたシャッタ2393は本明細書では波形シャッタと呼ぶ。但し、ギャップ距離(例えばH8、H10)と重なりパラメーターW4の設計ガイドラインは、上述の対応するギャップ距離と重なりパラメーターから変えないことが好ましい。ディスプレイ装置2390はシャッタアセンブリ2385が取り付けられる透明な光変調器基板2386(MEMSダウン構成に基づく)を含む。ディスプレイ装置2390はまた、裏面向き反射性アパーチャ層2388が蒸着される透明なアパーチャ板2387を含む。ディスプレイ装置2390は基板2386と2387間のギャップを充填する流体2389を含む。流体2389は好適にはアパーチャ板2387より高い屈折率を有する。ディスプレイ装置はまた、前面向き反射層2350と共にバックライト2348を含む。   7D is a cross-section of a fourth configuration of display device 2390 that includes a shutter assembly 2385 similar to that shown in FIG. 6 in a closed state, according to an illustrative embodiment of the invention. In comparison with the second configuration of shutter assembly 2354 described above, the shutter assembly 2385 is made according to a different process, so that some of its members have different cross-sectional thicknesses. The generated shutter 2393 is referred to herein as a waveform shutter. However, it is preferable that the design guidelines for the gap distance (for example, H8, H10) and the overlap parameter W4 are not changed from the corresponding gap distance and the overlap parameter. Display device 2390 includes a transparent light modulator substrate 2386 (based on a MEMS down configuration) to which a shutter assembly 2385 is attached. Display device 2390 also includes a transparent aperture plate 2387 on which a back-facing reflective aperture layer 2388 is deposited. Display device 2390 includes fluid 2389 that fills the gap between substrates 2386 and 2387. The fluid 2389 preferably has a higher refractive index than the aperture plate 2387. The display device also includes a backlight 2348 along with a front facing reflective layer 2350.

シャッタアセンブリ2385は閉状態にある。波形シャッタ2393の光遮断部2391は反射性アパーチャ層2388に形成されたアパーチャ2394のエッジと重なる。波形シャッタ2393は接続された2つの平板部(すなわち水平に配向された部分2391と垂直に配向された部分2392)で構成される。各平板部2391と2392は0.2〜2.0μmの範囲の厚さを有する薄膜材料で構成される。特定の実施形態では、水平部分2391の厚さは0.5μmである。縦断面2392は、約2μmより厚いバルク材の蒸着を必要とすることなく、剛性と、アクチュエータ2358と整合する高さとを波形シャッタ2393に与える。波形および/または3次元構造を有するシャッタの形成のための方法と材料については、2006年2月23日出願の共有米国特許出願第11/361,785号明細書に開示され、これを参照により本明細書に援用する。   Shutter assembly 2385 is in a closed state. The light blocking portion 2391 of the waveform shutter 2393 overlaps the edge of the aperture 2394 formed in the reflective aperture layer 2388. The corrugated shutter 2393 is composed of two connected flat plate portions (that is, a horizontally oriented portion 2391 and a vertically oriented portion 2392). Each flat plate portion 2391 and 2392 is made of a thin film material having a thickness in the range of 0.2 to 2.0 μm. In a particular embodiment, the horizontal portion 2391 has a thickness of 0.5 μm. Longitudinal section 2392 provides corrugated shutter 2393 with rigidity and height to match actuator 2358 without requiring deposition of bulk material thicker than about 2 μm. Methods and materials for the formation of shutters having corrugated and / or three-dimensional structures are disclosed in commonly-owned US patent application Ser. No. 11 / 361,785 filed on Feb. 23, 2006, by reference. This is incorporated herein.

ディスプレイ装置2340について説明された寸法と同様に、特定の実施例では、ディスプレイ装置2390のH8、H9、H10の寸法はそれぞれ2μm、8μm、2μmであってよい。重なりW4は距離H10以上であることが好ましい。別の実施例では、距離H10と重なりW4は1μm以上であってよい。しかしながら、波形シャッタ2393のための本材料と方法を使用することにより、部分2391の厚さは0.5μm程度に薄くすることができる。重なりW4をH10以上にすることにより、シャッタアセンブリ2385が図7Aに示されるような閉状態にある場合、アパーチャ2394を通ってバックライト2348を脱出するのに十分な角度を有するほとんどの光はシャッタ2393の光遮断部2391にぶつかるので、ディスプレイ装置2390のコントラスト比が改善される。   Similar to the dimensions described for display device 2340, in certain embodiments, the dimensions of H8, H9, and H10 of display device 2390 may be 2 μm, 8 μm, and 2 μm, respectively. The overlap W4 is preferably not less than the distance H10. In another embodiment, the distance H10 and the overlap W4 may be 1 μm or more. However, by using the present material and method for the corrugated shutter 2393, the thickness of the portion 2391 can be reduced to about 0.5 μm. By making the overlap W4 greater than or equal to H10, most of the light having an angle sufficient to exit the backlight 2348 through the aperture 2394 when the shutter assembly 2385 is in the closed state as shown in FIG. Since it hits the light blocking portion 2391 of 2393, the contrast ratio of the display device 2390 is improved.

図8は、本発明の例示的実施形態による、第1のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ2400の断面図である。光変調アレイ2400は、光共振器2404上に形成された複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セル2402a〜2402d(概して「セル2402」と呼ぶ)を含む。光変調アレイ2400はまたセル2402に対応する一組のカラーフィルタ2406を含む。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a first electrowetting-based light modulation array 2400, according to an illustrative embodiment of the invention. The light modulation array 2400 includes a plurality of electrowetting based light modulation cells 2402a-2402d (generally referred to as "cells 2402") formed on an optical resonator 2404. The light modulation array 2400 also includes a set of color filters 2406 corresponding to the cells 2402.

各セル2402は、水(または他の透明な導電性または極性流体)の層2408と、光吸収オイルの層2410と、透明電極2412(例えばインジウムスズ酸化物から成る)と、光吸収オイルの層2410と透明電極2412間に配置した絶縁層2414とを含む。このようなセルの例示的な実施形態については、2005年5月19日公開の米国特許第出願公開2005/0104804号明細書、表題「Display Device」においてさらに説明され、これを参照により本明細書に援用する。本明細書に記載の実施形態では、透明電極2412はセル2402の裏面の一部のみを占める。   Each cell 2402 includes a layer 2408 of water (or other transparent conductive or polar fluid), a layer 2410 of light absorbing oil, a transparent electrode 2412 (eg, made of indium tin oxide), and a layer of light absorbing oil. 2410 and an insulating layer 2414 disposed between the transparent electrodes 2412. An exemplary embodiment of such a cell is further described in US Patent Application Publication No. 2005/0104804, published May 19, 2005, entitled “Display Device”, which is incorporated herein by reference. Incorporated into. In the embodiment described herein, the transparent electrode 2412 occupies only a portion of the back surface of the cell 2402.

セル2402の裏面の残り部分は、光共振器2404の前面を形成する反射性アパーチャ層2416で形成される。裏面向き反射層2416はアパーチャを形成するためにパターン化される。アパーチャはセル2402の実施形態では透明電極2412と一致する。好適には、閉位置にあるとき、光吸収オイルの層2410は反射性アパーチャ層2416内のその対応するアパーチャの一つまたは複数のエッジの一部と重なる。反射性アパーチャ層2416は、反射金属または誘電体ミラーを形成する薄膜の積層などの反射材料で形成される。各セル2402では、アパーチャは、光が通過できるように反射性アパーチャ層2416内に形成される。別の実施形態では、セル用の電極2412はアパーチャ内にそして反射性アパーチャ層2416を形成する材料上に蒸着され、別の誘電体層により分離される。   The remaining portion of the back surface of the cell 2402 is formed by a reflective aperture layer 2416 that forms the front surface of the optical resonator 2404. The back-facing reflective layer 2416 is patterned to form an aperture. The aperture coincides with the transparent electrode 2412 in the cell 2402 embodiment. Preferably, when in the closed position, the layer of light absorbing oil 2410 overlaps a portion of one or more edges of its corresponding aperture in the reflective aperture layer 2416. The reflective aperture layer 2416 is formed of a reflective material such as a reflective metal or a stack of thin films that form a dielectric mirror. In each cell 2402, an aperture is formed in the reflective aperture layer 2416 so that light can pass through. In another embodiment, the cell electrode 2412 is deposited in the aperture and on the material forming the reflective aperture layer 2416 and separated by another dielectric layer.

光共振器2404の残り部分は、反射性アパーチャ層2416に近接して配置された光導波路2418と、光導波路2418の反射性アパーチャ層2416とは反対側の第2の反射層2420とを含む。一連の光リダイレクタ2421は第2の反射層に近接した光導波路の裏面上に形成される。光リダイレクタ2421は拡散性または鏡面反射性の鏡であってよい。一つまたは複数の光源2422は光導波路2418内に光2424を注入する。   The remaining portion of the optical resonator 2404 includes an optical waveguide 2418 disposed proximate to the reflective aperture layer 2416 and a second reflective layer 2420 opposite to the reflective aperture layer 2416 of the optical waveguide 2418. A series of optical redirectors 2421 are formed on the back surface of the optical waveguide adjacent to the second reflective layer. The light redirector 2421 may be a diffusive or specular mirror. One or more light sources 2422 inject light 2424 into the optical waveguide 2418.

別の実施形態では、光源2422は異なる色(例えば赤、緑、青色)のランプを含むことができる。カラー画像は、人間の脳が異なるカラー画像を単一のマルチカラー画像に平均化するのに十分な速度で、異なる色のランプで画像を順次照明することにより形成することができる。様々な色特有画像はエレクトロウェッティング変調セルアレイ2402を使用することにより形成される。別の実施形態では、光源2422は4つ以上の異なる色を有するランプを含む。例えば、光源2422は赤、緑、青、白色ランプ、または赤、緑、青色、黄色ランプを有してよい。   In another embodiment, the light source 2422 can include lamps of different colors (eg, red, green, blue). Color images can be formed by sequentially illuminating images with different colored lamps at a rate sufficient to allow the human brain to average different color images into a single multicolor image. Various color specific images are formed by using the electrowetting modulation cell array 2402. In another embodiment, light source 2422 includes a lamp having four or more different colors. For example, the light source 2422 may include a red, green, blue, white lamp, or a red, green, blue, yellow lamp.

別の実施形態では、セル2402と反射性アパーチャ層2416は光導波路2418とは別個のものであり、かつギャップにより分離された追加の光変調器基板上に形成される(例えば図9の光変調器基板2513を参照)。さらに別の実施形態では、光導波路2418より小さい屈折率を有する材料層が反射性アパーチャ層2416と光導波路2418間に挿入される。小さい屈折率を有する材料層は、光導波路2418から放射された光の均一性を改善するのに役立つ。   In another embodiment, cell 2402 and reflective aperture layer 2416 are separate from optical waveguide 2418 and are formed on an additional light modulator substrate separated by a gap (eg, the light modulation of FIG. 9). (See instrument board 2513). In yet another embodiment, a material layer having a lower refractive index than the optical waveguide 2418 is inserted between the reflective aperture layer 2416 and the optical waveguide 2418. A material layer having a small refractive index helps to improve the uniformity of the light emitted from the optical waveguide 2418.

動作中、セル(例えばセル2402bまたは2402c)の電極2412に電圧を印加することにより、セル内の光吸収オイル2410がセル2402の一部分に溜まる。その結果、光吸収オイル2410は、反射性アパーチャ層2416内に形成されたアパーチャを通る光の通過をもはや妨害しない(例えば、セル2402bと2402cを参照)。アパーチャにおいてバックライトを脱出した光は、次に、セルを通りそして一組のカラーフィルタ2406内の対応するカラー(例えば赤、緑、または青色)フィルタを通って脱出し画像内の色ピクセルを形成することができる。電極2412がアースされると、光吸収オイル2410は反射性アパーチャ層2416のアパーチャを覆い、それを通過しようとするいかなる光2424も吸収する(例えばセル2402aを参照)。   During operation, a voltage is applied to electrode 2412 of a cell (eg, cell 2402b or 2402c), causing light absorbing oil 2410 in the cell to accumulate in a portion of cell 2402. As a result, the light absorbing oil 2410 no longer interferes with the passage of light through the aperture formed in the reflective aperture layer 2416 (see, for example, cells 2402b and 2402c). The light that escapes the backlight at the aperture then passes through the cell and through a corresponding color (eg, red, green, or blue) filter in a set of color filters 2406 to form a color pixel in the image. can do. When electrode 2412 is grounded, light absorbing oil 2410 covers the aperture of reflective aperture layer 2416 and absorbs any light 2424 that attempts to pass through it (see, for example, cell 2402a).

電圧がセル2402に印加されるとオイル2410がその下に溜まる領域は、画像の形成に関して無駄なスペースを構成する。この領域は電圧が印加されようがされまいが光を通過させることができない。したがってこの領域は、反射性アパーチャ層2416の反射部を包含しなければ、そうでなければ画像の形成に寄与するために利用できたであろう光を吸収するであろう。しかしながら、反射性アパーチャ層2416を包含すると、そうでなければ吸収されていたであろうこの光は、異なるアパーチャを通る将来の脱出のために、反射されて光ガイド2420内に戻される。   The area where oil 2410 accumulates when voltage is applied to cell 2402 constitutes a useless space for image formation. Regardless of whether a voltage is applied to this region, light cannot pass therethrough. Thus, this region will absorb light that would otherwise have been available to contribute to the formation of the image if it did not include the reflective portion of the reflective aperture layer 2416. However, if the reflective aperture layer 2416 is included, this light that would otherwise have been absorbed is reflected back into the light guide 2420 for future escape through the different apertures.

図9は、本発明の例示的実施形態による、第2のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ2500の断面図である。第2のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ2500は、互いに上下に配置されたカラーエレクトロウェッティングベースの光変調セル2502(概して「セル2502」と呼ぶ)の3つのサブアレイ2501a、2501b、2501cを含む。各セル2502は、透明電極2504と、絶縁体2508により分離されたカラーオイル2506とを含む。一実施形態では、サブアレイ2501aのセル2502内のオイル2506はシアン色が付けられ、サブアレイ2501bのセル2502内のオイル2506は黄色が付けられ、サブアレイ2501cのセル2502内のオイル2506はマゼンタ色が付けられる。サブアレイ2501a内のセル2502とサブアレイ2501bのセル2502は共通の水の層2520を共有する。サブアレイ2501cのセル2502は自身の水の層2520を含む。   FIG. 9 is a cross-sectional view of a second electrowetting-based light modulation array 2500, according to an illustrative embodiment of the invention. The second electrowetting-based light modulation array 2500 includes three subarrays 2501a, 2501b, 2501c of color electrowetting-based light modulation cells 2502 (generally referred to as “cells 2502”) disposed one above the other. . Each cell 2502 includes a transparent electrode 2504 and a color oil 2506 separated by an insulator 2508. In one embodiment, oil 2506 in cell 2502 of subarray 2501a is cyan, oil 2506 in cell 2502 of subarray 2501b is yellow, and oil 2506 in cell 2502 of subarray 2501c is magenta. It is done. Cells 2502 in subarray 2501a and cells 2502 in subarray 2501b share a common water layer 2520. The cell 2502 of the subarray 2501c includes its own water layer 2520.

エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ2500は、3つのサブアレイ2501a〜2501cに連結された光再利用型光共振器2510を含む。光共振器2510は、光導波路2512と、ギャップ2515により光導波路2512から分離された光変調器基板2513とを含む。光変調器基板2513の前面は裏面向き反射性アパーチャ層2514を含む。反射性アパーチャ層2514は金属の層または誘電体ミラーを形成する薄膜の積層で形成される。アパーチャ2516は、サブアレイ2501a〜2501cのセル2502の下方の反射性アパーチャ層にパターン化され、光が光導波路を脱出してサブアレイ2501a〜2501cを通過し画像を形成することを許容する。セル2502の透明電極2504は反射性アパーチャ層2514の上方に形成される。   The electrowetting-based light modulation array 2500 includes an optical reusable optical resonator 2510 coupled to three subarrays 2501a to 2501c. The optical resonator 2510 includes an optical waveguide 2512 and an optical modulator substrate 2513 separated from the optical waveguide 2512 by a gap 2515. The front surface of the light modulator substrate 2513 includes a back facing reflective aperture layer 2514. The reflective aperture layer 2514 is formed of a metal layer or a stack of thin films that form a dielectric mirror. Aperture 2516 is patterned into a reflective aperture layer below cells 2502 of subarrays 2501a-2501c, allowing light to escape the optical waveguide and pass through subarrays 2501a-2501c to form an image. The transparent electrode 2504 of the cell 2502 is formed above the reflective aperture layer 2514.

基板同士(すなわち光導波路2512と変調器基板2513)は空気などの流体で充填されたギャップ2515により分離される。流体の屈折率は光導波路2512より小さい。前面向きの反射層2518は光導波路2512の反対側に、あるいはそれに近接して形成される。光変調アレイ2500は光を光導波路2512内に注入するための少なくとも一つの光源2522を含む。ディスプレイ装置2600に好適な光導波路2618は米国特許出願第11/528,191号明細書においてさらに説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。   The substrates (ie, optical waveguide 2512 and modulator substrate 2513) are separated by a gap 2515 filled with a fluid such as air. The refractive index of the fluid is smaller than the optical waveguide 2512. The front-facing reflective layer 2518 is formed on the opposite side of the optical waveguide 2512 or in the vicinity thereof. The light modulation array 2500 includes at least one light source 2522 for injecting light into the light guide 2512. A suitable light guide 2618 for display device 2600 is further described in US patent application Ser. No. 11 / 528,191, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

図10は、本発明の例示的実施形態による、第3のエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ2600の断面図である。光変調アレイ2600は、光共振器2604上に形成された複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セル2602a〜2602c(概して「セル2602」と呼ぶ)を含む。光変調アレイ2600はまた、セル2602に対応する一組のカラーフィルタ2606を含む。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a third electrowetting-based light modulation array 2600, according to an illustrative embodiment of the invention. The light modulation array 2600 includes a plurality of electrowetting-based light modulation cells 2602 a-2602 c (generally referred to as “cells 2602”) formed on an optical resonator 2604. The light modulation array 2600 also includes a set of color filters 2606 corresponding to the cells 2602.

アレイ2400はMEMSアップ構成のアレイの例と考えられ、一方アレイ2600は、MEMSダウン構成で組み立てられたエレクトロウェッティングベースのアレイの一例である。各セル2602は、水の層(または他の透明な導電性または極性流体)2608と、光吸収オイルの層2610と、透明電極2612(例えばインジウムスズ酸化物から成る)と、光吸収オイルの層2610と透明電極2612間に配置された絶縁層2614とを含む。但し、光変調器アレイ2600のMEMSダウン構成では、絶縁層2614と透明電極2612の両方は、アパーチャ板2632とは別個の光変調器基板2630上に配置される。光変調器基板2630と同様に、アパーチャ板2632もまた透明基板である。光変調器基板2630は一番上の基板であり、透明電極2612などの制御電極が基板2630の裏面(すなわちビューアから離れる方向で光導波路に面した面)上に配置されるように配向される。透明電極2612に加えて、光変調器基板2630の裏面は、変調器アレイ用の切換えマトリックスまたは制御マトリックスの他の共通部品(限定するものではないが行電極、列電極、ピクセルごとのトランジスタ、ピクセルごととキャパシタを含む)を搭載することができる。アレイ内の光変調器の作動を管理する光変調器基板2630上に形成された電極と切換え部品は、アパーチャ板2632の前面向きの面上に配置された反射性アパーチャ層2616の反対側に、あるいはそれからギャップ2636を隔てて配置される。ギャップ2636は、エレクトロウェッティング流体成分である水2608とオイル2610で充填される。   Array 2400 is considered an example of an array in a MEMS up configuration, while array 2600 is an example of an electrowetting-based array assembled in a MEMS down configuration. Each cell 2602 includes a layer of water (or other transparent conductive or polar fluid) 2608, a layer of light absorbing oil 2610, a transparent electrode 2612 (eg, made of indium tin oxide), and a layer of light absorbing oil. 2610 and an insulating layer 2614 disposed between the transparent electrodes 2612. However, in the MEMS down configuration of the light modulator array 2600, both the insulating layer 2614 and the transparent electrode 2612 are disposed on a light modulator substrate 2630 separate from the aperture plate 2632. Similar to the light modulator substrate 2630, the aperture plate 2632 is also a transparent substrate. Light modulator substrate 2630 is the top substrate and is oriented so that control electrodes such as transparent electrode 2612 are disposed on the back surface of substrate 2630 (ie, the surface facing the optical waveguide away from the viewer). . In addition to the transparent electrode 2612, the back side of the light modulator substrate 2630 provides other common components of the switching matrix or control matrix for the modulator array (including but not limited to row electrodes, column electrodes, transistors per pixel, pixels And a capacitor). The electrodes and switching components formed on the light modulator substrate 2630 that manages the operation of the light modulators in the array are on the opposite side of the reflective aperture layer 2616 disposed on the front facing surface of the aperture plate 2632. Alternatively, it is disposed with a gap 2636 therebetween. The gap 2636 is filled with water 2608 and oil 2610 which are electrowetting fluid components.

反射性アパーチャ層2616は、好ましくはプラスチックまたはガラスで形成される透明基板2632上に蒸着される。反射性アパーチャ層2616は、基板上に蒸着された金属の膜、誘電体ミラー、または他の高反射性材料または材料の組み合わせで形成することができる。反射性アパーチャ層2616は裏面向きの反射層であり、光共振器2604の前面を形成する。反射性アパーチャ層2616には、光がアパーチャを通ってエレクトロウェッティング流体成分2608と2610に向かうことを許容する一組のアパーチャ2617が形成される。随意に、アパーチャ板2632は、反射アパーチャ2616の上面に蒸着され、アパーチャ2617を充填する一組のカラーフィルタ2606を含む。   A reflective aperture layer 2616 is deposited on a transparent substrate 2632 which is preferably formed of plastic or glass. The reflective aperture layer 2616 can be formed of a metal film deposited on the substrate, a dielectric mirror, or other highly reflective material or combination of materials. The reflective aperture layer 2616 is a reflective layer facing the back surface, and forms the front surface of the optical resonator 2604. The reflective aperture layer 2616 is formed with a set of apertures 2617 that allow light to travel through the apertures toward the electrowetting fluid components 2608 and 2610. Optionally, the aperture plate 2632 includes a set of color filters 2606 deposited on the top surface of the reflective aperture 2616 and filling the aperture 2617.

アパーチャ板2632は光変調器基板2630と光導波路2618間に配置される。基板2632と2618は空気などの流体で充填されたギャップ2634により互いに分離される。流体の屈折率は光導波路2618より小さい。ディスプレイ装置2600に好適な光導波路2618は米国特許出願第11/528,191号明細書においてさらに説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。光共振器2604はまた、基板2632、2618と、光導波路2618の裏側に隣接して配置された前面向きの裏側反射層2620とを含む。一つまたは複数の光源2622は光導波路2618内に光を注入する。   The aperture plate 2632 is disposed between the optical modulator substrate 2630 and the optical waveguide 2618. Substrates 2632 and 2618 are separated from each other by a gap 2634 filled with a fluid such as air. The refractive index of the fluid is smaller than the optical waveguide 2618. A suitable light guide 2618 for display device 2600 is further described in US patent application Ser. No. 11 / 528,191, which is hereby incorporated by reference in its entirety. The optical resonator 2604 also includes substrates 2632 and 2618 and a front-facing back side reflective layer 2620 disposed adjacent to the back side of the optical waveguide 2618. One or more light sources 2622 inject light into the light guide 2618.

反射性アパーチャ層2616はアレイ2600内の各光変調器セル2602に対応する一つのアパーチャ2617を有する。同様に、光変調器基板2630は、光変調器セル2602ごとに一つの透明電極2612または一組のピクセルトランジスタとキャパシタを有する。基板2630と2632は、セルが作動されたときあるいは開状態(例えばセル2602b)に保持されたとき、光がオイル2610により妨害されない場所にその対応するアパーチャ2617が確実に配置されるように、組立中にアライメントされる。   The reflective aperture layer 2616 has one aperture 2617 corresponding to each light modulator cell 2602 in the array 2600. Similarly, the light modulator substrate 2630 has one transparent electrode 2612 or a set of pixel transistors and capacitors for each light modulator cell 2602. Substrates 2630 and 2632 are assembled to ensure that their corresponding apertures 2617 are positioned where light is not obstructed by oil 2610 when the cell is activated or held open (eg, cell 2602b). Aligned inside.

アパーチャ板の製作
図11のアパーチャ板2700は、本発明の例示的実施形態による、アパーチャ板2346、2374、2387、または2632などのアパーチャ板の一実施形態の詳細な構造を例示する。アパーチャ板2700は、基板2702、誘電体強化金属ミラー(dielectrically enhanced metal mirror)2704、光吸収層2706、そしてスペーサポスト2708を含む。誘電体強化金属ミラーと光吸収層はアパーチャ2709にパターン化されている。
Aperture Plate Fabrication The aperture plate 2700 of FIG. 11 illustrates the detailed structure of one embodiment of an aperture plate, such as an aperture plate 2346, 2374, 2387, or 2632, according to an exemplary embodiment of the present invention. The aperture plate 2700 includes a substrate 2702, a dielectric enhanced metal mirror 2704, a light absorption layer 2706, and a spacer post 2708. The dielectric reinforced metal mirror and the light absorbing layer are patterned into an aperture 2709.

基板2702は透明材料(例えばガラスまたはプラスチック)であることが好ましい。誘電体強化金属ミラー2704は、基板から上へ順番にSiの薄膜2710と、SiOの薄膜2712と、別のSiの薄膜2710と、別のSiOの薄膜2712と、アルミニウムの薄膜2714とを含む材料の5層の積層で構成される。これらの層の相対的な厚さと好ましい屈折率を表1に示す。 The substrate 2702 is preferably a transparent material (eg, glass or plastic). Dielectric reinforced metal mirror 2704 includes Si 3 N 4 thin film 2710, SiO 2 thin film 2712, another Si 3 N 4 thin film 2710, another SiO 2 thin film 2712 in order from the substrate to the top, It is composed of five layers of materials including an aluminum thin film 2714. The relative thicknesses and preferred refractive indices of these layers are shown in Table 1.

Figure 2013061658
Figure 2013061658

光吸収層2706は、酸化膜、または窒化物マトリクス中に懸濁された金属クロム粒子の合成物である黒色クロムの薄膜で形成することができる。その例として、Crマトリクス中のCr粒子状物質またはSiOマトリクス中のCr粒子状物質が挙げられる。他の実施形態では、黒色クロムは、その上にCrOx(亜酸化クロム)の薄膜が成長または蒸着されたクロムの薄い金属膜で形成することができる。黒色クロムの好ましい厚さは150nmである。 The light absorption layer 2706 can be formed of an oxide film or a thin film of black chrome which is a composite of metal chromium particles suspended in a nitride matrix. Examples thereof include Cr particulate matter in a Cr 2 O 3 matrix or Cr particulate matter in a SiO 2 matrix. In other embodiments, the black chromium can be formed of a thin metal film of chromium on which a thin film of CrOx (chromium oxide) has been grown or deposited. The preferred thickness of black chrome is 150 nm.

アパーチャ窓2709は、フォトリソグラフィとエッチングなどの当該技術領域で公知の処理により、あるいはフォトリソグラフィとリフトオフにより、材料2704と2706の薄膜積層からパターン化することができる。エッチング工程では、フォトレジスト層が薄膜積層の上部に加えられ、次にマスクを介してUV光に晒される。露光されたフォトレジスト層内にアパーチャパターンを現像した後、積層全体はアパーチャ領域2709において基板2702までエッチングされる。このようなエッチングは、湿式薬物中の浸漬、ドライプラズマまたはイオンビームエッチング、あるいは上記の任意の組み合わせにより行うことができる。リフトオフ処理では、エッチングマスクパターンの反転パターンに現像されるフォトレジスト層が薄膜積層の蒸着前のガラスに加えられる。次に、薄膜積層は、薄膜積層がアパーチャ領域2709以外のすべての場所でガラスに接触するようにフォトレジスト上に蒸着される。薄膜積層の蒸着が完了した後、基板はフォトレジストの上に蒸着されたすべての薄膜材料だけでなくフォトレジストも溶解またはリフトオフする化学薬品の浴槽内に浸漬される。   Aperture window 2709 can be patterned from a thin film stack of materials 2704 and 2706 by processes known in the art such as photolithography and etching, or by photolithography and lift-off. In the etching process, a photoresist layer is added on top of the thin film stack and then exposed to UV light through a mask. After developing the aperture pattern in the exposed photoresist layer, the entire stack is etched down to the substrate 2702 in the aperture region 2709. Such etching can be performed by immersion in a wet drug, dry plasma or ion beam etching, or any combination of the above. In the lift-off process, a photoresist layer developed into an inverted pattern of the etching mask pattern is added to the glass before deposition of the thin film stack. The thin film stack is then deposited on the photoresist so that the thin film stack contacts the glass everywhere except the aperture region 2709. After the deposition of the thin film stack is complete, the substrate is immersed in a chemical bath that dissolves or lifts off the photoresist as well as any thin film material deposited on the photoresist.

スペーサポスト2708は、感光性エポキシ(特にはノボラックエポキシ)または感光性ポリイミド材料などの感光性重合体で形成される。感光性の形で用意することができかつ本アプリケーションに有用な他の重合体族としては、ポリアリーレン、パリレン、ベンゾシクロブタン、過フルオロシクロブタン、シルセスキオキサン、シリコン重合体が挙げられる。スペーサアプリケーションに有用な特定の感光性レジストは、Newton,Massachusettsに本部を置くMicrochem Corporationから入手可能なNano SU−8材料である。   The spacer posts 2708 are formed of a photosensitive polymer such as a photosensitive epoxy (particularly novolak epoxy) or a photosensitive polyimide material. Other polymer families that can be prepared in photosensitive form and useful for the present application include polyarylene, parylene, benzocyclobutane, perfluorocyclobutane, silsesquioxane, silicon polymers. A specific photosensitive resist useful for spacer applications is Nano SU-8 material available from Microchem Corporation, headquartered in Newton, Massachusetts.

重合体スペーサ材料は、アパーチャ2709がパターン化された後、最初は薄膜積層2704と2706の上に厚膜として蒸着される。次に、感光性重合体はマスクを介してUV光に晒される。アライメントマークは、生成されるスペーサ2708がアパーチャ2709に対し正しく配置されるのを保証するのに役立つ。例えば、アラインメント基準は、アパーチャ2709をエッチングする処理中にディスプレイの周縁に形成することができる。これらの基準は、スペーサ2708の正しい配置を保証するために露光マスク上の対応する一組の基準にアライメントされる。その結果、現像処理は、UV光に晒された場所以外の重合体をすべて取り除く際に効果的に行われる。代替方法では、露光マスク上の形状部は、アパーチャ2709などの基板2702上のディスプレイ形状部に直接アライメントすることができる。   The polymer spacer material is first deposited as a thick film on the thin film stack 2704 and 2706 after the aperture 2709 is patterned. Next, the photosensitive polymer is exposed to UV light through a mask. The alignment mark helps to ensure that the generated spacer 2708 is correctly positioned with respect to the aperture 2709. For example, alignment criteria can be formed at the periphery of the display during the process of etching the aperture 2709. These references are aligned with a corresponding set of references on the exposure mask to ensure correct placement of the spacers 2708. As a result, the development process is effectively performed when removing all the polymer other than the place exposed to UV light. In an alternative method, the features on the exposure mask can be directly aligned with the display features on the substrate 2702, such as the aperture 2709.

ディスプレイ装置2340に関して説明された特定の実施形態では、スペーサポストは高さ8ミクロンであってよい。他の実施形態では、スペーサ高さは約2ミクロン〜約50ミクロンの範囲であってよい。基板2702の平面において切断したとき、スペーサは2〜50ミクロンの範囲の幅を有する円柱または矩形などの一般的な形状をとってよい。あるいは、スペーサは、アパーチャ2709などの基板上の他の構造物間にぴったりはまり、かつスペーサの接触面積を最大にするように設計された複雑な不規則形状断面を有してよい。好ましい実施形態では、スペーサの寸法、形状、そして配置は、スペーサがシャッタ2354などのシャッタの運動あるいはディスプレイ装置2340のアクチュエータ2358などの他のMEMS部品の運動と干渉しないように決定される。   In the particular embodiment described with respect to display device 2340, the spacer posts may be 8 microns high. In other embodiments, the spacer height may range from about 2 microns to about 50 microns. When cut in the plane of the substrate 2702, the spacer may take a general shape such as a cylinder or rectangle having a width in the range of 2 to 50 microns. Alternatively, the spacer may have a complex irregular cross section designed to fit between other structures on the substrate, such as aperture 2709, and to maximize the contact area of the spacer. In a preferred embodiment, the size, shape, and placement of the spacer are determined such that the spacer does not interfere with the movement of a shutter, such as shutter 2354, or the movement of other MEMS components, such as actuator 2358 of display device 2340.

別の実施形態では、スペーサポスト2708は高分子材料としては設けられなく、そのかわり半田合金などの熱リフロー可能な接着剤から成る。例示的な熱リフロー可能な材料については図13Bに関して後述される。半田合金は、半田合金が対向基板上の合わせ面を濡らすかあるいはそれに接合できるようにする溶融工程またはリフロー工程を通る。したがって、半田合金は、アパーチャ板2346などのアパーチャ板と基板2342などの変調器基板間の接着剤としての付加的な機能を行なう。リフロー工程のため、半田合金は通常は弛緩して偏球形状(半田バンプと称する)になる。基板間の所定の間隔は、半田バンプの材料の平均体積を制御することにより維持することができる。半田バンプは、薄膜蒸着、ステンシルマスクを介した厚膜蒸着、あるいは電気めっきによりアパーチャ板2700に塗布することができる。   In another embodiment, the spacer post 2708 is not provided as a polymeric material, but instead comprises a thermally reflowable adhesive such as a solder alloy. Exemplary heat reflowable materials are described below with respect to FIG. 13B. The solder alloy goes through a melting or reflow process that allows the solder alloy to wet or bond to the mating surface on the counter substrate. Thus, the solder alloy performs an additional function as an adhesive between an aperture plate such as aperture plate 2346 and a modulator substrate such as substrate 2342. Due to the reflow process, the solder alloy is usually relaxed into an eccentric shape (referred to as solder bump). The predetermined spacing between the substrates can be maintained by controlling the average volume of the solder bump material. The solder bumps can be applied to the aperture plate 2700 by thin film deposition, thick film deposition through a stencil mask, or electroplating.

別の実施形態では、アパーチャ板2700は、光学層2704と2708を形成する工程後サンドブラスト処理することができる。サンドブラストはアパーチャ領域2709の基板表面を選択的に粗くする効果がある。アパーチャ2709における粗面は、ディスプレイに広い視角という利点を与えることができる光学ディフューザとして働く。別の実施形態では、アパーチャ2709における拡散面は、フォトマスクのフォトレジストの露光後にエッチングがアパーチャ領域2709内に選択的に施されるエッチング処理により設けられる。エッチピットまたはエッチトレンチはフォトマスクの適切な設計により形成することができ、ピットまたはトレンチの側壁角度または深さは湿式または乾式エッチング工程により制御することができる。このようにして、拡散広がりの程度を制御した光学的構造を形成することができる。このようにして、光を好ましい光学軸に沿って偏向し楕円および/または多方向円錐状の放射光を形成する異方性ディフューザを基板表面に形成することができる。   In another embodiment, the aperture plate 2700 can be sandblasted after the process of forming the optical layers 2704 and 2708. Sandblasting has an effect of selectively roughening the substrate surface of the aperture region 2709. The rough surface at aperture 2709 acts as an optical diffuser that can give the display the advantage of a wide viewing angle. In another embodiment, the diffusing surface in aperture 2709 is provided by an etching process in which etching is selectively performed in aperture region 2709 after exposure of the photomask photoresist. The etch pit or etch trench can be formed by a suitable design of the photomask, and the sidewall angle or depth of the pit or trench can be controlled by a wet or dry etching process. In this way, an optical structure in which the degree of diffusion spread is controlled can be formed. In this way, an anisotropic diffuser can be formed on the substrate surface that deflects light along the preferred optical axis to form elliptical and / or multi-directional cone-shaped radiation.

別の実施形態では、エッチトレンチは、アパーチャアレイ2709の周縁(すなわちアクティブディスプレイ領域の周縁部)に沿ってディスプレイを実質的に取り囲む基板2702内に設けることができる。エッチトレンチは、アパーチャ板2700を対向基板に密封するために使用される接着剤528などの接着剤の移動または流れを制限するための機械的な位置決め構造体として動作する。   In another embodiment, etch trenches may be provided in the substrate 2702 that substantially surrounds the display along the periphery of the aperture array 2709 (ie, the periphery of the active display area). The etch trench operates as a mechanical positioning structure to limit the movement or flow of adhesive, such as adhesive 528, used to seal aperture plate 2700 to the opposing substrate.

上述の材料と処理に関するさらなる詳細については2006年2月23日出願の米国特許出願第11/361,785号明細書内に見出すことができ、これを参照により本明細書に援用する。例えば、この出願は、アパーチャを有する誘電体強化金属ミラー、光吸収層、そしてスペーサポストの形成に関する追加の材料と処理方法論を含む。誘電体ミラーとスペーサはこの出願では集積化された(例えばMEMSアップ構成の)ディスプレイ設計との関連で説明されているが、同様の処理は、アパーチャ板2700などのアパーチャ板の作製に適応させることができることが理解されるであろう。   Further details regarding the materials and processes described above can be found in US patent application Ser. No. 11 / 361,785 filed Feb. 23, 2006, which is incorporated herein by reference. For example, the application includes additional materials and processing methodologies for forming dielectric reinforced metal mirrors with apertures, light absorbing layers, and spacer posts. Although dielectric mirrors and spacers are described in this application in the context of an integrated (eg, MEMS up configuration) display design, similar processing should be adapted to make aperture plates such as aperture plate 2700. It will be understood that

アパーチャ板2700のいくつかの実施形態では、基板2702には透明プラスチック材料を利用することが望ましい。適用可能なプラスチックとしては限定するものではないが、ポリメチルメタクリレート(PMMA)とポリカーボネートが挙げられる。プラスチック材料が使用されると、スペーサポスト2708の形成には射出成形またはスタンピング処理を利用することも可能になる。このような処理では、スペーサポストは、誘電体強化金属ミラー2704の塗布の前に最初に鋳型またはスタンパーで形成される。このとき、誘電体強化金属ミラー2704のすべての層は、スペーサポスト2708を予め含む基板の上に順に蒸着される。光吸収層2706は誘電体ミラー2704上に蒸着される。アパーチャ窓2709をパターニングするために、スペーサポスト2708の存在により妨害されることなく薄膜の表面を一様に覆う特別のフォトレジストが塗布される。好適なフォトレジストとしては、スプレーオンフォトレジストと電気めっきフォトレジストが挙げられる。あるいは、スピンオンレジストが塗布され、その後アパーチャ領域2709内の薄膜表面全体に均一なレジスト膜厚を設けるリフロー工程が続く。次に、レジストの露光、現像、薄膜層のエッチングが上述のように進められる。フォトレジストの除去後、処理は完了する。リフトオフ処理もまた、上述のように誘電体強化ミラーをパターニングするために利用することができる。アパーチャ板2700の作製に必要とされる材料コストを低減するためには、スペーサポスト2708の形成にモールド成形またはスタンピング処理を使用することが役立つ。   In some embodiments of the aperture plate 2700, it is desirable to utilize a transparent plastic material for the substrate 2702. Applicable plastics include, but are not limited to, polymethyl methacrylate (PMMA) and polycarbonate. If a plastic material is used, it may be possible to use an injection molding or stamping process to form the spacer posts 2708. In such a process, the spacer posts are first formed with a mold or stamper prior to application of the dielectric reinforced metal mirror 2704. At this time, all layers of the dielectric reinforced metal mirror 2704 are sequentially deposited on the substrate including the spacer posts 2708 in advance. A light absorbing layer 2706 is deposited on the dielectric mirror 2704. To pattern the aperture window 2709, a special photoresist is applied that uniformly covers the surface of the thin film without being disturbed by the presence of the spacer posts 2708. Suitable photoresists include spray-on photoresist and electroplated photoresist. Alternatively, a spin-on resist is applied, followed by a reflow process in which a uniform resist film thickness is provided over the entire surface of the thin film in the aperture region 2709. Next, resist exposure, development, and thin film layer etching proceed as described above. After removal of the photoresist, the process is complete. A lift-off process can also be utilized to pattern the dielectric reinforced mirror as described above. To reduce the material cost required to make the aperture plate 2700, it is helpful to use a molding or stamping process to form the spacer posts 2708.

いくつかのディスプレイ実施形態では、アパーチャ板2346は光導波路2348と合体されて一つの固形体(本明細書では単一バックライトまたは複合バックライトと呼ぶ)となるが、この詳細については米国特許出願第11/218,690号明細書と米国特許出願第11/528,191号明細書にそれぞれ説明されている。両出願を参照により本明細書に援用する。誘電体強化金属ミラー2704、光吸収層2706、および/またはスペーサポスト2708の形成についての上述のすべての処理は、接合する対象の基板に、あるいは光導波路と区別できない基板に同様に適用することができる。薄膜が付着される単一のバックライトの表面はガラスであってよく、あるいはプラスチック(スペーサポスト2357などのスペーサポストを形成するように成型されたプラスチックを含む)であってもよいであろう。   In some display embodiments, the aperture plate 2346 is combined with the light guide 2348 into a single solid body (referred to herein as a single backlight or a composite backlight), the details of which are described in US patent application. No. 11 / 218,690 and US patent application Ser. No. 11 / 528,191, respectively. Both applications are incorporated herein by reference. All of the processes described above for the formation of the dielectric reinforced metal mirror 2704, the light absorbing layer 2706, and / or the spacer post 2708 can be similarly applied to the substrates to be joined or to the substrates that are indistinguishable from the optical waveguide. it can. The surface of a single backlight to which the thin film is deposited may be glass or plastic (including plastics molded to form spacer posts such as spacer posts 2357).

一実施形態では、スペーサポスト2708は、アパーチャ板が変調器基板2342などの変調器基板にアライメントされる前にアパーチャ板2700に形成または取り付けられる。ディスプレイ装置2340の別の実施形態では、スペーサポスト2357は、変調器基板がアパーチャ板2346にアライメントされる前に変調器基板2342の一部の上にそしてその一部として作製される。このような実施形態は、前述の米国特許出願第11/361,785号明細書の図20に関して説明された。   In one embodiment, spacer posts 2708 are formed or attached to aperture plate 2700 before the aperture plate is aligned to a modulator substrate, such as modulator substrate 2342. In another embodiment of display device 2340, spacer posts 2357 are made on and as part of the modulator substrate 2342 before the modulator substrate is aligned to the aperture plate 2346. Such an embodiment has been described with respect to FIG. 20 of the aforementioned US patent application Ser. No. 11 / 361,785.

図12は、本発明の例示的実施形態によるディスプレイの断面図である。ディスプレイアセンブリ2800は変調器基板2802とアパーチャ板2804を含む。ディスプレイアセンブリ2800はまた、一組のシャッタアセンブリ2806と反射性アパーチャ層2808を含む。反射性アパーチャ層2805はアパーチャ2810を含む。基板2802と2804間の所定のギャップまたはセパレーションH12は、相対向する一組のスペーサ2812と2814により維持される。スペーサ2812は変調器基板2802上にまたはその一部として形成される。スペーサ2814はアパーチャ板2804上にまたはその一部として形成される。組立中、2つの基板2802と2804は、変調器基板2802上のスペーサ2812がそれぞれのスペーサ2814と接触するようにアライメントされる。   FIG. 12 is a cross-sectional view of a display according to an exemplary embodiment of the present invention. Display assembly 2800 includes a modulator substrate 2802 and an aperture plate 2804. Display assembly 2800 also includes a set of shutter assemblies 2806 and a reflective aperture layer 2808. The reflective aperture layer 2805 includes an aperture 2810. A predetermined gap or separation H12 between the substrates 2802 and 2804 is maintained by a pair of opposing spacers 2812 and 2814. The spacer 2812 is formed on or as part of the modulator substrate 2802. Spacer 2814 is formed on or as part of aperture plate 2804. During assembly, the two substrates 2802 and 2804 are aligned such that the spacers 2812 on the modulator substrate 2802 are in contact with the respective spacers 2814.

この具体例のセパレーションまたは距離H12は8ミクロンである。このセパレーションを設定するため、スペーサ2812は高さ2ミクロンでありスペーサ2814は高さ6ミクロンである。あるいは、スペーサ2812と2814の両方は高さ4ミクロンであってよい。あるいはスペーサ2812は高さ6ミクロンであり一方スペーサ2814は高さ2ミクロンであってよい。実際、それらの全高が所望のセパレーションH12を設定する限り任意の組み合わせのスペーサ高さを採用することができる。   In this example, the separation or distance H12 is 8 microns. To set this separation, spacer 2812 is 2 microns high and spacer 2814 is 6 microns high. Alternatively, both spacers 2812 and 2814 may be 4 microns high. Alternatively, spacer 2812 may be 6 microns in height while spacer 2814 may be 2 microns in height. In fact, any combination of spacer heights can be employed as long as their total height sets the desired separation H12.

基板2802と2804の両方の上のスペーサの設置は(それらは次に組立中にアライメントまたは嵌合される)、材料と加工費に関し利点を有する。感光性重合体の硬化、露光、現像には比較的長い時間を必要とするので、かなり高さのある(例えば8ミクロン)スペーサ(スペーサ2708など)の設置は高価となり得る。ディスプレイアセンブリ2800におけるように嵌め合いスペーサを使用することにより、より薄い重合体のコーティングを各基板に利用できるようになる。   The placement of spacers on both substrates 2802 and 2804 (which are then aligned or fitted during assembly) has advantages with respect to material and processing costs. Since a relatively long time is required for curing, exposing and developing the photosensitive polymer, installation of a spacer (such as 8 microns) having a considerably high height (such as spacer 2708) can be expensive. By using mating spacers as in display assembly 2800, a thinner polymer coating is available on each substrate.

別の実施形態では、変調器基板2802上に形成されるスペーサ2812は、シャッタアセンブリ2806を形成するのに使用される同じ材料とパターニング工程で形成することができる。例えば、シャッタアセンブリ2806に使用されるアンカー(アンカー2356と同様なもの)はまた、スペーサ2812と同様な機能を行なうことができる。この実施形態では、スペーサを形成するための高分子材料の別個の塗布は必要なく、またスペーサ用の別個の露光マスクは必要ないであろう。   In another embodiment, the spacer 2812 formed on the modulator substrate 2802 can be formed with the same material and patterning process used to form the shutter assembly 2806. For example, an anchor used in shutter assembly 2806 (similar to anchor 2356) can also perform a function similar to spacer 2812. In this embodiment, a separate application of polymeric material to form the spacer is not required, and a separate exposure mask for the spacer may not be required.

図13Aのディスプレイアセンブリ2900は、本発明の例示的実施形態による、変調器基板とアパーチャ板のアライメントのための一つの方法を例示する。ディスプレイアセンブリ2900は変調器基板2902とアパーチャ板2904を含む。ディスプレイアセンブリ2900はまた、一組のシャッタアセンブリ2906と、アパーチャ2910を含む反射性アパーチャ層2908とを含む。基板2902と2904間の所定のギャップまたはセパレーションはスペーサ2912により維持される。スペーサ2912はアパーチャ板2904上にまたはその一部として形成される。ディスプレイアセンブリ2900はまた、一組のアラインメントガイド2914を含む。これらのアラインメントガイドは変調器基板2902上にまたはその一部として形成される。変調器基板2902とアパーチャ板2904を組み立てる際、アライメントガイド2914とスペーサ2912間のギャップは密接しており、ある場合には1ミクロン未満である。密集したアライメントガイド間にスペーサポストを取り込むことにより変調器基板2902とアパーチャ板2904間の側方運動は制限され、これによりシャッタ2906とアパーチャ2910間のアラインメントが維持される。   The display assembly 2900 of FIG. 13A illustrates one method for alignment of the modulator substrate and aperture plate, according to an illustrative embodiment of the invention. Display assembly 2900 includes a modulator substrate 2902 and an aperture plate 2904. Display assembly 2900 also includes a set of shutter assemblies 2906 and a reflective aperture layer 2908 that includes apertures 2910. A predetermined gap or separation between the substrates 2902 and 2904 is maintained by the spacer 2912. The spacer 2912 is formed on or as part of the aperture plate 2904. Display assembly 2900 also includes a set of alignment guides 2914. These alignment guides are formed on or as part of the modulator substrate 2902. When assembling the modulator substrate 2902 and aperture plate 2904, the gap between the alignment guide 2914 and the spacer 2912 is intimate and in some cases less than 1 micron. By incorporating the spacer posts between the dense alignment guides, the lateral movement between the modulator substrate 2902 and the aperture plate 2904 is limited, thereby maintaining the alignment between the shutter 2906 and the aperture 2910.

様々な実施形態では、アライメントガイド2914はリング状またはドーナツ状である。他の実施形態では、アライメントガイド2914は、アパーチャ板2904から壁状の形状を取り込んだ単純なスロットである。アラインメントスロットは変調器基板2903の一方または両方のエッジと平行に配向されてよい。異なる(そして好適には垂直の)配向を有するアラインメントスロットを含むと、基板2902の平面と平行な任意の方向の運動を防ぐのに役立つ。ただし他の配向を採用してもよい。アライメントガイド2914は、ピクセル間に、ピクセル内に、あるいはディスプレイの周縁に沿ったピクセルアレイの外に設置されてよい。   In various embodiments, the alignment guide 2914 is ring-shaped or donut-shaped. In other embodiments, the alignment guide 2914 is a simple slot that incorporates a wall-like shape from the aperture plate 2904. The alignment slot may be oriented parallel to one or both edges of the modulator substrate 2903. Including alignment slots with different (and preferably vertical) orientations helps prevent movement in any direction parallel to the plane of the substrate 2902. However, other orientations may be employed. Alignment guides 2914 may be placed between the pixels, within the pixels, or outside the pixel array along the periphery of the display.

変調器基板とアパーチャ板間のアラインメントを維持する代替手段が可能である。一実施形態では、図5の接着剤528などの接着剤は横方向アラインメントの際に2つの基板を一緒に保持するために設けられる。この実施形態では、アライメント装置(例えば併進モーター駆動装置とアライメントカメラを装備した機械的なプラットホーム)は、接着剤528などの接着剤が所定の位置で乾燥または硬化される間、2つの基板を適切な配向で保持するために使用される。UV放射により部分的あるいは完全に硬化されるエポキシ樹脂は本実施形態における接着剤として特に有用である。接着剤がディスプレイアセンブリの周縁において付着される実施形態では、これをエッジシールまたはガスケットシールと呼ぶ。いくつかの実施形態では、エッジシール剤は、対向基板間の所定のギャップまたは間隔を維持するためのスペーサとして働くガラスまたは重合体のビードを含む。   Alternative means of maintaining the alignment between the modulator substrate and the aperture plate are possible. In one embodiment, an adhesive such as adhesive 528 of FIG. 5 is provided to hold the two substrates together during the lateral alignment. In this embodiment, an alignment device (eg, a mechanical platform equipped with a translational motor drive and an alignment camera) is suitable for two substrates while an adhesive such as adhesive 528 is dried or cured in place. Used to hold in a proper orientation. Epoxy resins that are partially or fully cured by UV radiation are particularly useful as adhesives in this embodiment. In embodiments where the adhesive is applied at the periphery of the display assembly, this is referred to as an edge seal or gasket seal. In some embodiments, the edge sealant comprises a glass or polymer bead that acts as a spacer to maintain a predetermined gap or spacing between opposing substrates.

図13Bのディスプレイアセンブリ2950は、本発明の例示的実施形態による、変調器基板をアパーチャ板にアライメントするための別の手段を例示する。ディスプレイアセンブリ2950は変調器基板2952とアパーチャ板2954を含む。ディスプレイアセンブリ2950はまた、一組のシャッタアセンブリ2956と、アパーチャ2960を含む反射性アパーチャ層2958とを含む。基板2952と2954間の所定のギャップまたはセパレーションは、対向する一組のスペーサ2962と2964により維持される。スペーサ2962は変調器基板2952上にまたはその一部として形成される。スペーサ2964はアパーチャ板2954上にまたはその一部として形成される。   The display assembly 2950 of FIG. 13B illustrates another means for aligning the modulator substrate to the aperture plate, according to an illustrative embodiment of the invention. Display assembly 2950 includes a modulator substrate 2952 and an aperture plate 2954. Display assembly 2950 also includes a set of shutter assemblies 2956 and a reflective aperture layer 2958 that includes apertures 2960. A predetermined gap or separation between the substrates 2952 and 2954 is maintained by a pair of opposing spacers 2962 and 2964. Spacers 2962 are formed on or as part of the modulator substrate 2952. The spacer 2964 is formed on or as part of the aperture plate 2954.

スペーサ2962と2964は異なる材料で作られる。ディスプレイアセンブリ2950の実施形態では、スペーサ2962は半田などの熱リフロー可能な材料で作られ、一方スペーサ2964は実質的に固体であるかあるいはスペーサ2962よりかなり高い融点または軟化点を有する材料で作られる。実質的に固体のスペーサ2964に使用される材料は、スペーサポスト2708に関し述べられた材料(本明細書に援用する米国特許出願第11/361,785号明細書においてリストされた材料を含む)のいずれであってよい、あるいは、導電スペーサ3112に関し後述される材料のいずれかであってよい。   Spacers 2962 and 2964 are made of different materials. In an embodiment of display assembly 2950, spacer 2962 is made of a thermally reflowable material such as solder, while spacer 2964 is made of a material that is substantially solid or has a melting or softening point that is significantly higher than spacer 2962. . The materials used for the substantially solid spacer 2964 are those of the materials described with respect to the spacer post 2708, including those listed in US patent application Ser. No. 11 / 361,785, incorporated herein by reference. Any of the materials described below with respect to the conductive spacer 3112 may be used.

スペーサ2962(半田バンプとも称する)は、電気的接続の半田付けに一般に使用される多様な金属または合金で作ることができる。例示的な合金としては、限定しないが、Pb−Sn合金、Pb−In合金、In−Sn合金、In−Cu−Sn合金、Au−Sn合金、Bi−Sn合金、あるいは実質的な純金属、In、Sn、Ga、またはBiが挙げられる。このような合金は、摂氏150〜400度の範囲の温度で液化またはリフローし、また2つの対向するコンタクト材料の表面を濡らすように設計される。冷却と固化後、半田材料は2つの対向するコンタクト材料を接合し(そして随意に電気的に接続し)、接着剤として働く。ディスプレイアセンブリ2950により例示されたアプリケーションでは、半田材料2962はスペーサポスト2964と変調器基板2952間の接着リンクとして働く。非金属のリフロー材料もまたスペーサ2962としての用途に適用可能である。これらの材料としては、バリウムケイ酸塩または珪酸鉛ガラス、またはポリエチレン、ポリスチレン、またはポリプロピレンなどの熱可塑性の重合体の混合物などのガラスフリット材料、および/またはカルナバワックス、パラフィンまたはオレフィンワックスなどの天然および合成ワックスが挙げられる。   Spacers 2962 (also referred to as solder bumps) can be made of a variety of metals or alloys commonly used for soldering electrical connections. Exemplary alloys include, but are not limited to, Pb—Sn alloys, Pb—In alloys, In—Sn alloys, In—Cu—Sn alloys, Au—Sn alloys, Bi—Sn alloys, or substantially pure metals, In, Sn, Ga, or Bi can be given. Such alloys are designed to liquefy or reflow at temperatures in the range of 150 to 400 degrees Celsius and to wet the surfaces of two opposing contact materials. After cooling and solidification, the solder material joins (and optionally electrically connects) two opposing contact materials and acts as an adhesive. In the application illustrated by display assembly 2950, solder material 2962 serves as an adhesive link between spacer post 2964 and modulator substrate 2952. Non-metallic reflow materials are also applicable for use as the spacer 2962. These materials include glass frit materials such as barium silicate or lead silicate glass, or mixtures of thermoplastic polymers such as polyethylene, polystyrene, or polypropylene, and / or natural such as carnauba wax, paraffin or olefin wax. And synthetic waxes.

ディスプレイ2950の組立工程は以下のように進められるであろう。最初に、スペーサ材料2962と2964がそれぞれの基板上に作製されるだろう。次に、2つの基板2952と2954はほぼ適切な横方向のアラインメントでもって組み合わされるであろう。次に、2つの基板は半田材料2962を液化またはリフローするように加熱されるだろう。一旦溶融すると、材料2962は、実質的に固体であり、対向するスペーサポスト2964の表面を濡らすことになるであろう。同時に、現在液体の原料2962の表面張力はその表面積を最小限にするように働く。その結果生じる毛管力は、2つの基板2952と2954を横方向に引っ張るか摺動させてより完全なアラインメントとする効果がある。冷却および固化後、2つの基板は半田材料2962の接着性によりアラインメント状態にロックされる。   The assembly process for display 2950 will proceed as follows. Initially, spacer materials 2962 and 2964 will be fabricated on each substrate. The two substrates 2952 and 2954 will then be combined with a generally appropriate lateral alignment. The two substrates will then be heated to liquefy or reflow solder material 2962. Once melted, the material 2962 will be substantially solid and will wet the surface of the opposing spacer post 2964. At the same time, the surface tension of the current liquid feed 2962 serves to minimize its surface area. The resulting capillary force has the effect of pulling or sliding the two substrates 2952 and 2954 laterally for a more complete alignment. After cooling and solidification, the two substrates are locked into alignment by the adhesion of the solder material 2962.

別の実施形態では、実質的に固体の材料は変調器基板上に作製することができ、一方熱リフロー可能な材料はアパーチャ板上に作製される。別の実施形態では、固体材料およびリフロー材料の両方は、変調器基板またはアパーチャ板の一方または他方に順次形成される。この実施形態では、半田材料は、対向基板上に配置されたボンディングパッドを濡らしそれに接合するように設計される。   In another embodiment, a substantially solid material can be made on the modulator substrate, while a heat reflowable material is made on the aperture plate. In another embodiment, both the solid material and the reflow material are sequentially formed on one or the other of the modulator substrate or aperture plate. In this embodiment, the solder material is designed to wet and bond to the bonding pads located on the counter substrate.

相対向する基板間のアラインメントを保証するために熱リフロー可能な材料を使用することができる他の接着配置がある。一実施形態では、半田バンプは両方の基板上に作製され、半田材料のバンプまたはビードはリフロー工程中に結合または接合される。この実施形態では、スペーサ2964などの実質的に固体のスペーサ材料は使用されない。2つの基板間のギャップは固化後の平均の半田バンプ体積により確定される。平均の半田バンプ体積は組立の前に作製された半田バンプの寸法により制御することができる。別の実施形態では、スペーサポスト2964は、中央にへこみを有する2つの基板の一方の上に形成されたリングまたは正方形枠などの戻り止めまたは半田レセプタクル構造体で置換えられる。溶融半田はリングの中央でギャップを濡らし充填する傾向があり、これにより相対向する基板を引っ張ってアラインメントさせる。半導体パッケージのアラインメントに関する同様の処理については米国特許第5,477,086号明細書においてさらに詳細に説明され、その全体を参照により本明細書に援用する。   There are other adhesive arrangements that can use thermally reflowable materials to ensure alignment between opposing substrates. In one embodiment, solder bumps are made on both substrates, and bumps or beads of solder material are bonded or bonded during the reflow process. In this embodiment, a substantially solid spacer material such as spacer 2964 is not used. The gap between the two substrates is determined by the average solder bump volume after solidification. The average solder bump volume can be controlled by the size of the solder bumps produced before assembly. In another embodiment, the spacer post 2964 is replaced with a detent or solder receptacle structure such as a ring or square frame formed on one of the two substrates having a central recess. Molten solder tends to wet and fill the gap in the center of the ring, thereby pulling the opposing substrates into alignment. A similar process for semiconductor package alignment is described in more detail in US Pat. No. 5,477,086, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

いくつかの実施形態では、熱リフロー可能な材料はアレイ内の各ピクセル内またはその間に配置される。他の実施形態では、リフロー材料と、対向基板上の対応するポスト、レセプタクル、または接続パッドとのペアは、ディスプレイの周縁またはディスプレイアセンブリの外側の角に配置することができる。リフロー材料がディスプレイの周縁に配置された場合、リフロー材料はいくつかの実施形態ではシーリング材またはガスケット材としてエポキシ528(図5参照)と同様な別の目的を果たすことができる。   In some embodiments, the thermally reflowable material is disposed within or between each pixel in the array. In other embodiments, pairs of reflow material and corresponding posts, receptacles, or connection pads on the opposing substrate can be placed at the periphery of the display or at the outer corner of the display assembly. When the reflow material is disposed at the periphery of the display, the reflow material may serve another purpose similar to epoxy 528 (see FIG. 5) as a sealant or gasket material in some embodiments.

図14Aと14Bは、本発明の例示的実施形態による、開位置と閉位置それぞれにおける図6Aと6Bのシャッタアセンブリ2200と類似のディスプレイアセンブリ3000の平面図である。ディスプレイアセンブリ3000は、反射性アパーチャ層3004の上方に支持されたシャッタアセンブリ(シャッタ3002を含む)を含む。シャッタアセンブリはまた、相対向するアクチュエータ3008と3010の一部分を含む。ディスプレイアセンブリ3000では、シャッタは、アクチュエータ3008と3010とアンカー3006と3007を介して変調器基板2342などの変調器基板(図示せず)に接続される。反射性アパーチャ層3004はアパーチャ板2346などの個別の基板上に形成される。シャッタアセンブリ3001は、ディスプレイ装置に含まれる光変調器アレイ内に包含するのに好適である。   14A and 14B are top views of a display assembly 3000 similar to the shutter assembly 2200 of FIGS. 6A and 6B in an open position and a closed position, respectively, according to an illustrative embodiment of the invention. Display assembly 3000 includes a shutter assembly (including shutter 3002) supported above reflective aperture layer 3004. The shutter assembly also includes portions of opposing actuators 3008 and 3010. In display assembly 3000, the shutter is connected to a modulator substrate (not shown) such as modulator substrate 2342 via actuators 3008 and 3010 and anchors 3006 and 3007. The reflective aperture layer 3004 is formed on a separate substrate such as the aperture plate 2346. The shutter assembly 3001 is suitable for inclusion in a light modulator array included in a display device.

シャッタ3002は、光が通過することができる3つのシャッタアパーチャ3012を含む。シャッタ3002の残り部分は光の通過を妨害する。反射性アパーチャ層3004はまた、光の通過を許容するアパーチャ3014を含む。シャッタが開放位置にある図14Aでは、アパーチャ3012と3014は光の通過を許容するようにアライメントされる。シャッタが閉位置にある図14Bでは、シャッタ3002はアパーチャ3014を通る光の通過を妨害する。   The shutter 3002 includes three shutter apertures 3012 through which light can pass. The remaining part of the shutter 3002 obstructs the passage of light. The reflective aperture layer 3004 also includes an aperture 3014 that allows light to pass therethrough. In FIG. 14A with the shutter in the open position, apertures 3012 and 3014 are aligned to allow light to pass. In FIG. 14B with the shutter in the closed position, shutter 3002 blocks the passage of light through aperture 3014.

ディスプレイ装置3000は、対向基板間の所定のギャップまたは間隔を維持するディスプレイ装置2340のスペーサポスト2357と同様に機能するスペーサポスト3020を含む。但し、スペーサポスト3020は、シャッタ3002の固体延長部である移動止め3022間にぴったりはまることによりシャッタ3002とアパーチャ3014間の適切なアラインメントを保証する付加機能を提供する。開位置にあるとき、シャッタ3002は一組の移動止めを介しスペーサポスト3020と堅固に接触する。閉位置にあるとき、シャッタ3002は別の一組の移動止め3022を介し再びスペーサポスト3020と接触する。各停止位置間でシャッタ3002に許容される運動量は様々な実施形態では約5ミクロンから約50ミクロンの範囲である。   Display device 3000 includes spacer posts 3020 that function similarly to spacer posts 2357 of display device 2340 that maintain a predetermined gap or spacing between opposing substrates. However, the spacer post 3020 provides an additional function that ensures proper alignment between the shutter 3002 and the aperture 3014 by fitting between the detents 3022 that are solid extensions of the shutter 3002. When in the open position, the shutter 3002 is in firm contact with the spacer post 3020 through a set of detents. When in the closed position, the shutter 3002 contacts the spacer post 3020 again via another set of detents 3022. The amount of momentum allowed for the shutter 3002 between each stop position ranges from about 5 microns to about 50 microns in various embodiments.

ディスプレイアセンブリ3000のアラインメント制御方法は、アパーチャ3014とスペーサポスト3020の両方が一つの基板(例えばアパーチャ板)に取り付けられ、シャッタ3002がアンカー3007により別の基板(例えば変調器基板)に取り付けられる場合に効果的である。このような実施形態では、2つの基板の組立中に5ミクロンまたは10ミクロンものミスアラインメントがあっても、シャッタ3002とアパーチャ3014間の適切なアラインメントを実現することができる。こうして、1ミクロン程度の狭いシャッタ/アパーチャ重なり(例えばディスプレイ装置2300内の重なりW1)を維持することができる。   The alignment control method of the display assembly 3000 is such that both the aperture 3014 and the spacer post 3020 are attached to one substrate (for example, the aperture plate), and the shutter 3002 is attached to another substrate (for example, the modulator substrate) by the anchor 3007. It is effective. In such an embodiment, proper alignment between the shutter 3002 and the aperture 3014 can be achieved even with as little as 5 microns or 10 microns misalignment during assembly of the two substrates. Thus, a narrow shutter / aperture overlap of about 1 micron (for example, the overlap W1 in the display device 2300) can be maintained.

図15は、本発明の別の例示的実施形態によるディスプレイアセンブリ3100の断面図である。ディスプレイアセンブリ3100は変調器基板3102とアパーチャ板3104を含む。ディスプレイアセンブリ3100はまた、一組のシャッタアセンブリ3106と反射性アパーチャ層3108を含む。さらに、アパーチャ板3104は誘電体絶縁層3114と導電性配線3116を含む。図15の断面図は、反射層3108内のアパーチャ穴が存在しない線に沿って取られたものである。基板3102と3104間の所定のギャップまたはセパレーションは一組のスペーサ3112により維持される。   FIG. 15 is a cross-sectional view of a display assembly 3100 according to another exemplary embodiment of the present invention. Display assembly 3100 includes a modulator substrate 3102 and an aperture plate 3104. The display assembly 3100 also includes a set of shutter assemblies 3106 and a reflective aperture layer 3108. Further, the aperture plate 3104 includes a dielectric insulating layer 3114 and conductive wiring 3116. The cross-sectional view of FIG. 15 is taken along a line in the reflective layer 3108 where no aperture hole exists. A predetermined gap or separation between the substrates 3102 and 3104 is maintained by a set of spacers 3112.

ディスプレイアセンブリ3100のスペーサ3112は導電性材料を含む。例えば、スペーサ3112は、電気めっき処理、エッチング処理、またはリフトオフ処理により形成される金属ポストで形成することができる。限定しないが、銅、ニッケル、アルミニウム、金、またはチタン金属はこのアプリケーションに有用である。あるいは、ポスト3112は複合材料、例えば導電性を与えるために金属粒子で含侵された重合体またはエポキシ材料で形成することができる。あるいはポスト3112は、表面が導電性となるように薄い金属膜で覆われた高分子材料で形成することができる。   The spacer 3112 of the display assembly 3100 includes a conductive material. For example, the spacer 3112 can be formed using a metal post formed by an electroplating process, an etching process, or a lift-off process. Without limitation, copper, nickel, aluminum, gold, or titanium metal is useful for this application. Alternatively, post 3112 can be formed of a composite material, such as a polymer or epoxy material impregnated with metal particles to provide electrical conductivity. Alternatively, the post 3112 can be formed of a polymer material covered with a thin metal film so that the surface is conductive.

導電スペーサ3112は、シャッタアセンブリ3106の一つの電極と導電性配線3116間の電気的接続を与えるように配置される。例えば、図15に示されるように、配線3116は、ディスプレイ内の行または列の一つと平行な金属配線としてパターン化することができる。スペーサ3112と配線3116は、次に、所与の行または列のすべてのシャッタアセンブリ3106内の電極間の共通電気的接続を与える。このようにして、ディスプレイ装置2340などのディスプレイのアドレス指定マトリックスまたは制御マトリックスを形成するのに使用される金属層の一部は、変調器基板3102上にではなくアパーチャ板3104の上に作製することができる。スペーサ3112は、アレイ内の各ピクセル内の光変調器3106間の個別の電気的接続を対向基板上の電気回路に与えるように構成することができる。極端な場合、各シャッタアセンブリの各電極は、全制御回路(トランジスタとキャパシタを含む)が光変調器と別個の基板上に、すなわち光変調器から離れた基板上に形成されるように、導電スペーサポストにより対向する基板上の回路に接続されてよい。   The conductive spacer 3112 is arranged to provide an electrical connection between one electrode of the shutter assembly 3106 and the conductive wiring 3116. For example, as shown in FIG. 15, the wiring 3116 can be patterned as a metal wiring parallel to one of the rows or columns in the display. The spacer 3112 and the wiring 3116 then provide a common electrical connection between the electrodes in all the shutter assemblies 3106 in a given row or column. In this way, a portion of the metal layer used to form the addressing or control matrix of a display such as display device 2340 is fabricated on the aperture plate 3104 rather than on the modulator substrate 3102. Can do. The spacers 3112 can be configured to provide individual electrical connections between the light modulators 3106 in each pixel in the array to electrical circuits on the opposing substrate. In the extreme case, each electrode of each shutter assembly is conductive so that the entire control circuit (including transistors and capacitors) is formed on a substrate separate from the light modulator, ie on a substrate remote from the light modulator. It may be connected to a circuit on the opposite substrate by a spacer post.

導電スペーサポスト3112は、組立工程の前に変調器基板3102またはアパーチャ板3104上に形成することができる。一実施形態では、導電性スペーサは、組立工程の一部として基板3102または3104の一方または他方上に機械により個々に配置され接着される金合金スタッドで形成される。別の実施形態では、スペーサは、組立工程の一部として、基板3102または3104の一方または他方または両方の上に電気めっき処理またはテンシル処理される半田バンプで形成される。半田バンプ2962に関する上記半田材料のいずれもスペーサポスト3112に利用することができる。   The conductive spacer posts 3112 can be formed on the modulator substrate 3102 or the aperture plate 3104 prior to the assembly process. In one embodiment, the conductive spacers are formed of gold alloy studs that are individually placed and bonded by machine on one or the other of the substrates 3102 or 3104 as part of the assembly process. In another embodiment, the spacers are formed with solder bumps that are electroplated or tensled on one or the other or both of the substrates 3102 or 3104 as part of the assembly process. Any of the above solder materials for the solder bumps 2962 can be used for the spacer posts 3112.

スペーサポストと対向基板上のランド領域間の整合または電気的接続の処理は、2つの表面間で良好な電気的接続がなされるように、相互拡散または半田処理などのリフロー処理を含んでよい。   The processing of alignment or electrical connection between the spacer posts and the land areas on the counter substrate may include a reflow process such as interdiffusion or soldering so that a good electrical connection is made between the two surfaces.

ディスプレイアセンブリ3100はMEMSダウン構成の一部として例示されるが、導電スペーサポストの類似的用途は、例えばディスプレイ装置2300と同様にMEMSアップ構成にも見出すことができる。MEMSアップ構成では、光変調器と反射性アパーチャ層の両方は同じ基板上に形成され、配線3116などの導電性配線はカバープレートなどの対向基板上に形成される。このとき、スペーサ3112などの導電性スペーサは変調器基板とカバープレート間の電気的接続を形成するであろう。本発明は、カバープレートがタッチスクリーン入力装置としても働くアプリケーションに特に有用である。特に接続がアレイ内のピクセルごとに設けられる基板間の電気的接続は、タッチスクリーンセンサアレイと、ピクセルアレイ用の制御マトリックスを含む別の基板との間の電気的接続を設けるのに有用である。   Although the display assembly 3100 is illustrated as part of a MEMS down configuration, similar uses for conductive spacer posts can be found in the MEMS up configuration as well as the display device 2300, for example. In the MEMS up configuration, both the light modulator and the reflective aperture layer are formed on the same substrate, and the conductive wiring such as the wiring 3116 is formed on a counter substrate such as a cover plate. At this time, a conductive spacer, such as spacer 3112, will form an electrical connection between the modulator substrate and the cover plate. The present invention is particularly useful for applications where the cover plate also acts as a touch screen input device. In particular, an electrical connection between substrates in which a connection is provided for each pixel in the array is useful for providing an electrical connection between the touch screen sensor array and another substrate that includes a control matrix for the pixel array. .

図16は、本発明の例示的実施形態による別のディスプレイアセンブリ3200の断面図である。ディスプレイアセンブリ3200は変調器基板3202とアパーチャ板3204を含む。ディスプレイアセンブリ3200はまた、変調器基板上に形成された一組の電気配線3210とアパーチャ板3204上に形成された一組の電気配線3212を含む。2つの基板は、異方性の導電接着剤3214により配線3210と3212間を電気的に接続する。アパーチャ板はまた、誘電体絶縁層3211と反射性アパーチャ層3208を含む。この断面図はピクセルアレイの外側のディスプレイの周縁に近い線に沿って取られるので、基板3202上に形成されたシャッタアセンブリまたは反射層3208内の任意のアパーチャ窓はこの図では図示されない。   FIG. 16 is a cross-sectional view of another display assembly 3200 according to an exemplary embodiment of the present invention. Display assembly 3200 includes a modulator substrate 3202 and an aperture plate 3204. The display assembly 3200 also includes a set of electrical wirings 3210 formed on the modulator substrate and a set of electrical wirings 3212 formed on the aperture plate 3204. The two substrates electrically connect the wirings 3210 and 3212 with an anisotropic conductive adhesive 3214. The aperture plate also includes a dielectric insulating layer 3211 and a reflective aperture layer 3208. Since this cross-sectional view is taken along a line near the periphery of the display outside the pixel array, the shutter assembly formed on the substrate 3202 or any aperture window in the reflective layer 3208 is not shown in this view.

異方性の導電接着剤(すなわち「ACA」)3214は、固体導電球群3216で含浸された重合体接着剤である。2つの基板3202と3204を互いに押し付けると、導電球は配線3210と3212の接触面間にトラップされる。これにより対向基板上の配線3210と3212間の電気的接続が設定される。電気的接続は、ACAの重合体マトリクスが硬化または重合化された後、所定の位置でロックされる。導電球3216は直径5〜50ミクロンの範囲の大きさであってよい。導電球3216は、ニッケルなどの金属で、あるいはNi−Au、Ni−Ag、またはCr−Auなどの合金で作ることができる。ニッケルは、圧縮荷重下でその幾何学的形状を維持するのに十分な硬度を有する。導電球もまた、ガラスまたは重合体などの誘電体材料で作製することができ、金などの導電層で覆われる。別の実施形態では、ニッケルなどの金属球は、接触抵抗を低減するために金などのより高い導電率と耐酸化性を有する別の金属で覆うことができる。   Anisotropic conductive adhesive (or “ACA”) 3214 is a polymer adhesive impregnated with solid conductive ball group 3216. When the two substrates 3202 and 3204 are pressed against each other, the conductive sphere is trapped between the contact surfaces of the wirings 3210 and 3212. As a result, electrical connection between the wirings 3210 and 3212 on the counter substrate is set. The electrical connection is locked in place after the ACA polymer matrix is cured or polymerized. The conductive sphere 3216 may have a size in the range of 5 to 50 microns in diameter. The conductive sphere 3216 can be made of a metal such as nickel or an alloy such as Ni—Au, Ni—Ag, or Cr—Au. Nickel has sufficient hardness to maintain its geometric shape under compressive loading. The conductive sphere can also be made of a dielectric material such as glass or polymer and covered with a conductive layer such as gold. In another embodiment, a metal sphere such as nickel can be covered with another metal having higher conductivity and oxidation resistance, such as gold, to reduce contact resistance.

一様な直径となるように導電球が選択されると、コンタクト3210と3212を導電球3216に圧潰することによりコンタクト間に一定の間隔またはギャップが設定される。したがって、導電球3216はスペーサ2312または2357と同じ機能を果たすことができる。   When the conductive spheres are selected to have a uniform diameter, the contacts 3210 and 3212 are crushed into the conductive spheres 3216 to set a constant spacing or gap between the contacts. Accordingly, the conductive sphere 3216 can perform the same function as the spacer 2312 or 2357.

導電球は基板平面と平行な軸に沿って連続コンタクトを形成しない。その結果、電気的接続は通常、隣接する導体3210ペアまたは導体3212ペア間で設定されない。したがって、ACA3214の単独の塗布は、配線3210または3212の独立した組の間で複数の独立した電気的接続を行うためには十分と考えられる。この特定の配線媒体は異方性導電媒体と称する。   The conductive sphere does not form a continuous contact along an axis parallel to the substrate plane. As a result, electrical connections are typically not established between adjacent conductor 3210 pairs or conductor 3212 pairs. Thus, a single application of ACA 3214 is considered sufficient to make multiple independent electrical connections between independent sets of wiring 3210 or 3212. This particular wiring medium is referred to as an anisotropic conductive medium.

ACA3214は、通常、テープまたはニードルディスペンサーによって複数の独立した電気的コンタクトにわたって付着される。ACA3214は、ディスプレイの周縁に沿って複数の接続を行うために特に有用である。例えば、ACA3214は、一つの基板上の一連の行配線を一緒に別の基板上の並列の行配線の組に接続することができる。これは、おそらく、ドライバチップがアパーチャ板3204上の並列の配線の組に取り付けられ制御マトリックスが変調器基板3202上に構築される場合に有用と考えられる。基板3202と3206の機能は、変調器基板がバックライトに最も近い底部上にありACA3214の反対側の基板がカバープレートとして機能するように、逆にしてもよい。   ACA 3214 is typically attached across multiple independent electrical contacts by a tape or needle dispenser. The ACA 3214 is particularly useful for making multiple connections along the periphery of the display. For example, ACA 3214 can connect a series of row wirings on one substrate together to a set of parallel row wirings on another substrate. This is probably useful when the driver chip is attached to a set of parallel wires on the aperture plate 3204 and the control matrix is built on the modulator substrate 3202. The functions of the substrates 3202 and 3206 may be reversed so that the modulator substrate is on the bottom closest to the backlight and the substrate opposite the ACA 3214 functions as a cover plate.

ディスプレイアセンブリ3100における導電スペーサ3112はアレイ内のすべてのピクセル内で使用されることが好ましいが、アレイの周縁に取り付けてもよい。ディスプレイアセンブリ3200における導電球3216(これらもまたスペーサである)はピクセルアレイの周縁に沿って取り付けられることが好ましい。ディスプレイアセンブリ3100のスペーサ3020(移動止めとして機能する)はアレイ内のすべてのピクセルで使用されるのが好ましい。ディスプレイ装置2300と2340それぞれのスペーサ2312または2357は、アレイの各ピクセル内またはピクセル間に配置することができる。同様に、米国特許出願第11/361,785号明細書の図20と図21に示されたスペーサもまたアレイ内のすべてのピクセルに含まれてよい。   Conductive spacers 3112 in display assembly 3100 are preferably used in all pixels in the array, but may be attached to the periphery of the array. Conductive spheres 3216 (which are also spacers) in display assembly 3200 are preferably attached along the periphery of the pixel array. The spacer 3020 (which functions as a detent) of the display assembly 3100 is preferably used at every pixel in the array. The spacers 2312 or 2357 of the display devices 2300 and 2340, respectively, can be placed within or between each pixel of the array. Similarly, the spacers shown in FIGS. 20 and 21 of US patent application Ser. No. 11 / 361,785 may also be included in every pixel in the array.

しかしながら、基板間の所望のギャップを維持するためにはスペーサとすべてのピクセルとの対応付けは必要ではない。スペーサは例えば4つのピクセルの各グループまたは16個のピクセルの各グループと対応付けてよい。他の実施形態では、スペーサはディスプレイの周縁に制限されてよいであろう。あるいは、ディスプレイアセンブリ3000に示されるように、ディスプレイアセンブリはピクセルごとに複数のスペーサを含んでよい。   However, it is not necessary to associate spacers with all pixels in order to maintain the desired gap between the substrates. The spacer may be associated with, for example, each group of 4 pixels or each group of 16 pixels. In other embodiments, the spacer could be limited to the periphery of the display. Alternatively, as shown in display assembly 3000, the display assembly may include multiple spacers per pixel.

ディスプレイ装置2340におけるスペーサ2357は例えばアパーチャをシャッタ間隔H6(1ミクロン程度であってよい)に維持する役割を担う。ディスプレイ解像度が行または列当たり200ピクセルを超える場合あるいはディスプレイの対角線が2インチを超える場合、高密度なスペーサ配置は特に有用となる。高密度なスペーサアレイはまた、ディスプレイ装置2300において例えば、ディスプレイの前面に塗布される潤滑流体2322上で一様圧力(そうでなければ指圧などの局所圧により乱され得る)を維持するのに役立つ。   The spacer 2357 in the display device 2340 plays a role of maintaining the aperture at a shutter interval H6 (which may be about 1 micron), for example. A high density spacer arrangement is particularly useful when the display resolution exceeds 200 pixels per row or column or when the display diagonal exceeds 2 inches. The dense spacer array also helps to maintain a uniform pressure in the display device 2300, for example on the lubricating fluid 2322 applied to the front of the display (otherwise it can be disturbed by local pressure such as finger pressure). .

本発明に関して説明されたスペーサは、ディスプレイ装置2500または2600などのエレクトロウェッティングディスプレイにおける基板間のギャップを維持するのに有用に適用される。MEMSベースの光変調器を利用するいかなるディスプレイも、実際上、光変調器アレイの内部に適用されるスペーサの恩恵を受けることができる。代替のMEMSベースの光変調器の例として、ディジタルミラーデバイス(DMD:digital mirror device)、干渉変調ディスプレイ(IMOD:interference modulation display)、光タップディスプレイ(light tap display)または減衰全反射ディスプレイ(frustrated internal reflection display)が挙げられる。   The spacers described with respect to the present invention are usefully applied to maintain a gap between substrates in an electrowetting display such as display device 2500 or 2600. Any display that utilizes a MEMS-based light modulator can in fact benefit from spacers applied inside the light modulator array. Examples of alternative MEMS-based light modulators include a digital mirror device (DMD), an interferometric modulation display (IMOD), a light tap display, or an attenuated total reflection display (frustrated display). reflection display).

アライメント装置とアライメント技術
ディスプレイ装置2300と2340およびシャッタアセンブリ2200の考察において示したように、シャッタアセンブリとその対応するアパーチャとのアラインメントはMEMS光変調器の重要な設計特微である。重なり2216または重なりW1とW2として示された重なりは、MEMS光変調器が閉状態(光遮断状態または暗状態とも称する)にある間、光漏れを減少するかなくす。MEMSダウンディスプレイ装置2340では、重なりW2は、2つの基板2342と2346がアライメントされて互いに機械的に取り付けられるセル組立処理中に設定される。ディスプレイ装置2340では、アパーチャ2347はアパーチャ板2346上に形成され、シャッタアセンブリ2341は変調器基板2342上に形成されるかあるいは変調器基板2342で支持される。2つの基板2342と2346の正確なアラインメントのための手段を設けることができると、アパーチャ2347とシャッタアセンブリ2341間の適切な空間的関係を高精度に達成することができる。本発明の例示的実施形態による、2つの基板のアラインメントのための一方法は図17に例示されるようにアライメント装置3300により可能である。
Alignment Device and Alignment Technique As shown in the discussion of display devices 2300 and 2340 and shutter assembly 2200, the alignment of the shutter assembly and its corresponding aperture is an important design feature of a MEMS light modulator. The overlap shown as overlap 2216 or overlap W1 and W2 reduces or eliminates light leakage while the MEMS light modulator is in the closed state (also referred to as the light blocking state or dark state). In the MEMS down display device 2340, the overlap W2 is set during the cell assembly process where the two substrates 2342 and 2346 are aligned and mechanically attached to each other. In the display device 2340, the aperture 2347 is formed on the aperture plate 2346, and the shutter assembly 2341 is formed on or supported by the modulator substrate 2342. If a means for accurate alignment of the two substrates 2342 and 2346 can be provided, an appropriate spatial relationship between the aperture 2347 and the shutter assembly 2341 can be achieved with high accuracy. One method for alignment of two substrates according to an exemplary embodiment of the present invention is possible with alignment apparatus 3300 as illustrated in FIG.

アライメント装置3300は、固定チャック3302、一組の併進駆動装置またはモーター3304、視覚システム3305、そして一組のUV露光ランプ3306を含む。変調器基板3308はチャック3302に堅固に取り付けられる。アパーチャ板3310は所定の位置に保持されてモーター3304により誘導される。モーター3304は、基板3310を3つの併進方向、例えば基板3310の平面内のxおよびy座標に沿って、さらにz座標に沿って平行移動して2つの基板3308と3310間の距離を設定し変更する能力を与える。さらに、図17に図示しないが、基板3308と3310の共平面性とx−y平面におけるそれらの適切な回転関係との両方を保証する追加および随意の3つの回転モーターの一組を設けることができる。すべての併進モーター3304はアパーチャ板3310に取り付けられて示されているが、他の実施形態ではモーターは2つの基板間に違ったやり方で配置されてよい。例えば、x−y併進モーターをアパーチャ板3310に取り付け、Z軸併進モーターとシータ回転モータ(Z軸を中心とする)をチャック3302に取り付けてもよい。   The alignment device 3300 includes a fixed chuck 3302, a set of translational drives or motors 3304, a vision system 3305, and a set of UV exposure lamps 3306. The modulator substrate 3308 is firmly attached to the chuck 3302. The aperture plate 3310 is held at a predetermined position and is guided by the motor 3304. The motor 3304 translates the substrate 3310 in three translational directions, eg, along the x and y coordinates in the plane of the substrate 3310 and further along the z coordinate to set and change the distance between the two substrates 3308 and 3310. Give the ability to. Further, although not shown in FIG. 17, it is possible to provide an additional and optional set of three rotary motors that ensure both the coplanarity of the substrates 3308 and 3310 and their proper rotational relationship in the xy plane. it can. Although all the translation motors 3304 are shown attached to the aperture plate 3310, in other embodiments the motors may be arranged differently between the two substrates. For example, an xy translation motor may be attached to the aperture plate 3310, and a Z-axis translation motor and a theta rotation motor (centered on the Z-axis) may be attached to the chuck 3302.

モーター3304に関しては様々な形式のモーターが利用できる。これらのモーターは、いくつかの実施形態ではディジタル制御ステッピングモータであってよく、ある場合には線形ねじ駆動装置であってもよく、また他の場合では磁気駆動されるソレノイド駆動装置であってよい。モーターは、基板3310などの基板を直接移動させるように配置される必要はない。そのかわり、モーターは、その上に加工中の製品または基板3310が堅固に取り付けられたステージまたはプラッタを移動させるように設計されてよい。移動ステージを使用すると、1μm未満の高精度でその併進位置を連続的に測定できるステージに追加の光学的測定システム(ある場合にはレーザー干渉システム)を設けることができるので有利である。このとき、ステージ位置の精度と安定性の両方を改善するためにモーター3304と光学測定系間にフィードバック電子回路を利用することができる。   Various types of motors can be used for the motor 3304. These motors may be digitally controlled stepping motors in some embodiments, in some cases linear screw drives, and in other cases magnetically driven solenoid drives. . The motor need not be arranged to move a substrate, such as substrate 3310, directly. Instead, the motor may be designed to move a stage or platter onto which the product or substrate 3310 being processed is rigidly attached. The use of a moving stage is advantageous because an additional optical measurement system (in some cases a laser interference system) can be provided on the stage that can continuously measure its translational position with a high accuracy of less than 1 μm. At this time, feedback electronic circuitry can be utilized between the motor 3304 and the optical measurement system to improve both the accuracy and stability of the stage position.

装置3300のいくつかの実施形態では、チャック3302と随意の移動ステージの両方は基板3308と3310全体にわたって一様な温度を保証するためにヒーターおよび/または温度制御素子を備えてよい。特にその対角線が約20センチメートルを超える基板については、一様な温度は2つの基板上のパターン間の適切なアラインメントを保証するのに役立つ。   In some embodiments of the apparatus 3300, both the chuck 3302 and the optional translation stage may include heaters and / or temperature control elements to ensure a uniform temperature across the substrates 3308 and 3310. Especially for substrates whose diagonal exceeds about 20 centimeters, the uniform temperature helps to ensure proper alignment between the patterns on the two substrates.

アライメント装置3300は2つの基板3308と3310の相対位置を検知するための視覚システム3305を内蔵する。好ましい実施形態では、アライメントマークが基板3308と3310のそれぞれの上の薄膜にパターン化される(例えば、図18のアライメントマーク3408と3412を参照)。視覚システムは、マークが異なる表面上すなわちz軸上の異なる位置に配置されるにもかかわらず、2つの基板のそれぞれの上のアライメントマークを同時に撮像することができる。   The alignment apparatus 3300 incorporates a vision system 3305 for detecting the relative positions of the two substrates 3308 and 3310. In a preferred embodiment, alignment marks are patterned into a thin film on each of substrates 3308 and 3310 (see, eg, alignment marks 3408 and 3412 in FIG. 18). The vision system can image the alignment marks on each of the two substrates simultaneously, even though the marks are located on different surfaces, i.e. on the z-axis.

例示の実施形態では、視覚システム3305は2枚の撮像レンズ3312と3313と、スプリットフィールド撮像が可能な顕微鏡または2台のカメラ3314と3315のいずれかとを内蔵する。したがって、視覚システム3305は2組の別個のアライメントマークを実質的に同時に撮像することができる。2組のアライメントマークは変調器アレイまたはパネルの遠い側または角に配置されることが好ましい。   In the illustrated embodiment, the vision system 3305 incorporates two imaging lenses 3312 and 3313 and either a microscope capable of split field imaging or two cameras 3314 and 3315. Accordingly, the vision system 3305 can image two sets of separate alignment marks substantially simultaneously. The two sets of alignment marks are preferably located on the far side or corner of the modulator array or panel.

動作中、オペレータは、マーク3408と3412などのアライメントマークの相対位置を見るために視覚システム3305を使用し、これにより2つの基板間のミスアライメントの方向と程度を判断する。このときオペレータは、2つの基板上のアライメントマークが許容できる程度の誤差以下のミスアライメントを示すまで、ドライブモータ3304を用いて基板3308と3310間のアラインメントを調整することができる。ミスアライメントを十分に低減した後、オペレータは、基板3308または3310上のスペーサ(スペーサ2357、2708、または2812と2814のいずれか)が対向基板3308または3310または対向スペーサと接触するまでZ軸モーターを駆動する。多くの場合、基板のミス配向または非平面性のためにオペレータは2つの基板間のZ軸距離が減少するにつれて基板間のx−yアラインメントを絶えず微調整する必要がある。いくつかの実施形態では、基板間で接続が設定された後でも最終的なx、yおよびシータ補正を行うことができる。接続された後、接着剤3318もまた2つの基板間の接続を行う。いくつかの実施形態では、方法3301の最後の工程として、接着剤は、アライメント装置3300が2つの基板を適切な位置に保持している間に少なくとも部分的に硬化される。接着剤の硬化を開始または加速させるためにUV露光ランプ3306を使用することができ、これにより2つの基板を相互に接着する。いくつかの実施形態では、基板ステージまたはチャック3302は接着剤3318の熱硬化を行うためのヒーターを備えている。アライメントマーク例えばマーク3408と3412は、通常、同時にパターニングされエッチングされ、そしてアパーチャ2347などのアパーチャとシャッタアセンブリ2341などのシャッタアセンブリとをそれぞれパターニングするために用いられるマスクと同じフォトマスクで印刷される。したがって、アライメントマークは基準機能用に設計されている。すなわちアライメントマーク間の十分なアラインメントを達成するオペレータは隣接アレイ内のシャッタとアパーチャもまた適切にアライメントされるという信頼性を持つ。   In operation, the operator uses the vision system 3305 to see the relative position of alignment marks such as marks 3408 and 3412, thereby determining the direction and extent of misalignment between the two substrates. At this time, the operator can adjust the alignment between the substrates 3308 and 3310 using the drive motor 3304 until the alignment marks on the two substrates show a misalignment that is less than or equal to an allowable error. After sufficiently reducing misalignment, the operator turns on the Z-axis motor until the spacer on substrate 3308 or 3310 (either spacer 2357, 2708, or 2812 and 2814) is in contact with counter substrate 3308 or 3310 or counter spacer. To drive. In many cases, the misalignment or non-planarity of the substrate requires the operator to constantly fine tune the xy alignment between the substrates as the Z-axis distance between the two substrates decreases. In some embodiments, final x, y and theta corrections can be made even after connections are set up between boards. After being connected, the adhesive 3318 also makes a connection between the two substrates. In some embodiments, as a final step in method 3301, the adhesive is at least partially cured while alignment device 3300 holds the two substrates in place. A UV exposure lamp 3306 can be used to initiate or accelerate the curing of the adhesive, thereby bonding the two substrates together. In some embodiments, the substrate stage or chuck 3302 includes a heater for thermally curing the adhesive 3318. Alignment marks such as marks 3408 and 3412 are typically patterned and etched simultaneously and printed with the same photomask as the mask used to pattern the aperture, such as aperture 2347, and the shutter assembly, such as shutter assembly 2341, respectively. Therefore, the alignment mark is designed for the reference function. That is, an operator who achieves sufficient alignment between alignment marks is reliable that the shutters and apertures in adjacent arrays are also properly aligned.

ディスプレイ装置2340の考察によると、重なりW2は2μm以上であることが好ましい。実際上、製造中に確実に実現される重なりW2は、マスク内に設計された安全マージンにより、そしてアラインメント精度または公差により確定される。精度または実現可能な公差は、アライメント装置3300の設計、アライメントマークの設計、温度、圧力、シール材の粘度または可塑性などのプロセス変数に基づく。許容公差設計について2つの例を以下に示す。製造中のアラインメントの際に比較的広いバラツキに耐える第1の例では、シャッタおよびアパーチャのアレイは公称22μmの重なりで設計される、すなわち完全にアライメントされるとシャッタはアパーチャと22μmだけ重なるように設計される。このとき装置3300が+/−20μmのアラインメント再現性を可能にする場合、設計者はシャッタのすべて(または、どのように信頼性が規定されるかに依存するが99.99%)が少なくとも2μmの重なりを有するということを保証される。しかしながら、高密度なピクセルアレイすなわち高分解能ディスプレイについては、22μmの重なりのアレイ設計において得られる余裕は通常はない。したがって、より正確なアライメント能力が望まれる。   According to the consideration of the display device 2340, the overlap W2 is preferably 2 μm or more. In practice, the overlap W2 that is reliably realized during manufacture is determined by the safety margin designed in the mask and by the alignment accuracy or tolerance. The accuracy or achievable tolerances are based on process variables such as alignment device 3300 design, alignment mark design, temperature, pressure, sealant viscosity or plasticity. Two examples of acceptable tolerance designs are given below. In a first example that withstands relatively wide variations in alignment during manufacturing, the shutter and aperture array is designed with a nominal 22 μm overlap, ie, when fully aligned, the shutter overlaps the aperture by 22 μm. Designed. At this time, if the device 3300 allows +/− 20 μm alignment repeatability, the designer will have all of the shutters (or 99.99% depending on how reliability is specified) at least 2 μm. It is guaranteed that they have an overlap. However, for high density pixel arrays or high resolution displays, there is usually no margin available in 22 μm overlapping array designs. Therefore, more accurate alignment capability is desired.

第2の例では、名目上わずか1μmの重なりがマスクに設けられ、装置3300は第1と第2の基板上のパターン間に+/−1μm以内のアラインメント精度を与えるように設計さる。この精度を実現するために、a)視覚システム3305は1μm未満の分解能を有し、b)モーター3304(または関連する平行移動ステージ)は1μm未満の分解能で位置の相違を弁別するように安定して駆動し、c)アライメントマークは、1μm未満の分解能の精密なエッジ、寸法、および/または配置でもってパターン化されエッチングされる。サブミクロン精度を有する自動アライメント装置は、今日では、半導体マスクアラインメント、光電子部品アセンブリ、マイクロメディカル装置の目的のために利用可能である。これらのシステムの代表的な供給者として、Automation Tooling Systems Corp.of Cambridge,Ontario,Canada and the Physik Instrumente LP of Karlsruhe,Germanyが挙げられる。   In the second example, a nominally only 1 μm overlap is provided in the mask and the device 3300 is designed to provide an alignment accuracy within +/− 1 μm between the patterns on the first and second substrates. To achieve this accuracy, a) the vision system 3305 has a resolution of less than 1 μm, and b) the motor 3304 (or the associated translation stage) is stable to discriminate position differences with a resolution of less than 1 μm. C) The alignment mark is patterned and etched with precise edges, dimensions and / or placement with a resolution of less than 1 μm. Automatic alignment devices with sub-micron accuracy are now available for semiconductor mask alignment, optoelectronic assembly, and micromedical device purposes. Representative suppliers of these systems include Automation Tooling Systems Corp. of Cambridge, Ontario, Canada and the Physik Instrument LP of Karlsruhe, Germany.

一般的には、視覚システムと駆動モーターの設計、そしてアライメントマークの設計に注意を払えば、シャッタ2341とアパーチャ2347間の0μmを超え20μm未満の重なりW2を保証することができるアライメント装置3300とアライメント方法を提供することは可能である。好ましい設計では、アライメント方法は0μmを超え2μm未満の重なりW2を保証することができる。   In general, if attention is paid to the design of the vision system and the drive motor, and the design of the alignment mark, the alignment apparatus 3300 and the alignment that can guarantee an overlap W2 of more than 0 μm and less than 20 μm between the shutter 2341 and the aperture 2347 It is possible to provide a method. In a preferred design, the alignment method can guarantee an overlap W2 of greater than 0 μm and less than 2 μm.

上記アライメント方法は、モーター3304の能動的制御を人間のオペレータに割り当てるアライメント方法の一例として提供された。他の方法においては、アラインメントを実現するためにオペレータの介在は必要ない。2つの基板上の基準間のミスアライメント量だけでなく方向も測定することができ、かつ測定されたミスアライメントが予め規定された水準未満になるまで自動的にモーター3304を駆動することができる装置3300(すなわちディジタルカメラとコンピュータ画像処理を含むシステム)のためのインテリジェント視覚(マシンビジョン)システムは例えば上に挙げたベンダーから入手可能である。   The alignment method is provided as an example of an alignment method that assigns active control of the motor 3304 to a human operator. In other methods, no operator intervention is required to achieve alignment. A device that can measure not only the amount of misalignment between the references on the two substrates but also the direction, and can automatically drive the motor 3304 until the measured misalignment is below a predetermined level. An intelligent vision (machine vision) system for 3300 (ie, a system that includes a digital camera and computer image processing) is available, for example, from the vendors listed above.

装置3300で利用されるアライメントマークまたは基準は、次の図18に関して示されるまたは考察されるもの以外に多くの形態をとることができる。いくつかの実施形態では、オペレータまたは機械視覚システムは、シャッタアセンブリ(例えばシャッタ2202)またはアパーチャ(例えばアパーチャ2214)の形状などの基板上の特定の機能パターンを認識することができる。これにより視覚システムはシャッタとアパーチャ間のミスアライメントを直接測定して最小化する。別の実施形態では、ディスプレイのエッジはシャッタとアパーチャの位置に対し正確な位置にカットまたはダイシングされる。これにより視覚システムは2つの基板のエッジ間のミスアライメントを測定して最小化する。   The alignment marks or fiducials utilized in apparatus 3300 can take many forms other than those shown or discussed with respect to FIG. 18 below. In some embodiments, an operator or machine vision system can recognize a particular functional pattern on the substrate, such as the shape of a shutter assembly (eg, shutter 2202) or aperture (eg, aperture 2214). This allows the vision system to directly measure and minimize misalignment between the shutter and the aperture. In another embodiment, the edge of the display is cut or diced to an exact location relative to the shutter and aperture positions. This causes the vision system to measure and minimize misalignment between the edges of the two substrates.

人間オペレータまたは自動アライメント装置が基板同士をアラインメントして2つの基板間の接続を設定した後、少なくとも部分的に接着剤3318を硬化させるためにUV露光ランプ3306を使用することができる。接着材3318は、装置3300においてアラインメントが達成された後の基板3308と3310間の相対的移動を防ぐ。アラインメント後の2つの基板間のアラインメントを維持するための代替手段が利用可能である。これらの代替手段として、アライメントガイド2914などのアライメントガイド、スペーサ2962などの熱リフロー可能なスペーサ材料を使用することが挙げられる。   The UV exposure lamp 3306 can be used to at least partially cure the adhesive 3318 after a human operator or automatic alignment device has aligned the substrates and set up a connection between the two substrates. The adhesive 3318 prevents relative movement between the substrates 3308 and 3310 after alignment is achieved in the device 3300. Alternative means are available for maintaining alignment between the two substrates after alignment. These alternatives include the use of alignment guides such as alignment guide 2914 and thermally reflowable spacer materials such as spacer 2962.

アライメント装置3300の機能はMEMSダウン構成のディスプレイ2340の例に関するものであったが、同様のアラインメント技術は、ディスプレイ装置500により例示したようにMEMSアップ構成に適用される場合に有用である。ディスプレイアセンブリ500では、シャッタアセンブリ502は基板504上に形成され、ブラックマトリクスおよび関連するアパーチャ524は基板522上に形成される。シャッタ503の少なくとも一つのエッジとブラックマトリクス524内の対応するアパーチャのエッジとの間に重なりが存在するようにアライメント装置3300を使用することにより、2つの基板504および522をアライメントすることができる。アライメント装置3300は0〜20ミクロンのエッジ間の重なりを保証する。好ましい設計では、このアライメント方法は0ミクロンを超え5ミクロン未満あるいは、ある場合には2ミクロン未満である重なりを保証する。   Although the functionality of the alignment device 3300 has been with respect to the example of a display 2340 in a MEMS down configuration, similar alignment techniques are useful when applied to a MEMS up configuration as illustrated by the display device 500. In display assembly 500, shutter assembly 502 is formed on substrate 504 and black matrix and associated aperture 524 are formed on substrate 522. By using the alignment device 3300 such that there is an overlap between at least one edge of the shutter 503 and the edge of the corresponding aperture in the black matrix 524, the two substrates 504 and 522 can be aligned. The alignment device 3300 ensures an overlap between 0-20 micron edges. In a preferred design, this alignment method ensures an overlap that is greater than 0 microns and less than 5 microns, or in some cases less than 2 microns.

アライメント装置3300の機能はシャッタアセンブリ2341などのトランスバースシャッタベースの光変調器を内蔵するディスプレイに関し説明されたが、上記アライメント装置3300とアライメント方法は代替のMEMS光変調器技術に有用に適用され得ることは理解されるであろう。例えば、光遮断状態、フィルタリング状態、または暗状態において重なりがオイル2610のエッジとアパーチャ2617のエッジ間に設定されるようにアパーチャ板2632が変調器基板2630にアライメントされる場合、エレクトロウェッティング変調器アレイ2600は利点がある。同様に、光変調器220などのローリングアクチュエータ光変調器(第1の基板上のローラーアクチュエータ変調器の光遮断エッジと第2の基板上のパターン化された対応するアパーチャのエッジとの間に重なりが設けられる)は、同様の方法で作製しアライメントすることができる。   Although the functionality of the alignment device 3300 has been described with respect to a display incorporating a transverse shutter-based light modulator such as the shutter assembly 2341, the alignment device 3300 and alignment method can be usefully applied to alternative MEMS light modulator technologies. It will be understood. For example, if the aperture plate 2632 is aligned with the modulator substrate 2630 such that the overlap is set between the edge of the oil 2610 and the edge 2617 in the light blocking, filtering, or dark state, the electrowetting modulator The array 2600 has advantages. Similarly, a rolling actuator light modulator such as light modulator 220 (overlapping between the light blocking edge of the roller actuator modulator on the first substrate and the edge of the patterned corresponding aperture on the second substrate). Can be prepared and aligned in a similar manner.

他の非シャッタベースの変調器は上記アライメント装置3300および方法の恩恵を受けることができる。例えば、第1の基板上に作製された光変調器250などのMEMS干渉変調器またはMEMS光タップ変調器は、第2の基板上に作製されたブラックマトリクスのエッジに対しアライメントすることができる。これらの光変調器の詳細は米国特許第6,674,562号明細書と米国特許第5,771,321号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に援用する。   Other non-shutter-based modulators can benefit from the alignment apparatus 3300 and method described above. For example, a MEMS interferometric modulator or MEMS optical tap modulator, such as optical modulator 250 made on a first substrate, can be aligned to the edge of a black matrix made on a second substrate. Details of these light modulators can be found in US Pat. No. 6,674,562 and US Pat. No. 5,771,321, which are hereby incorporated by reference.

パネル作製プロセス
複数のディスプレイ用の変調器アレイを同一のガラスあるいはプラスチック基板上に並列に構築することができれば常に製造生産性を向上できる。パネルと称する大きなガラス基板とその関連する製作装置は、今日、2メーター四方の寸法まで利用可能である。図18は、本発明の例示的実施形態による、複数のアパーチャ穴アレイを大きなアパーチャ板3404上に形成しつついかに複数のMEMS光変調器アレイを一つの大きな変調器基板3402上に形成することができるかを示す。パネル3402は6つの変調器アレイの一組3406に加え4つの変調器アライメントマークの一組3408を含む。パネル3404は4つのアパーチャアライメントマークの一組3412に加えて6つのアパーチャアレイの一組3410を含む。パネル3402と3404同士がアライメントされ密封されるとその対応する変調器アレイ−アパーチャアレイ対のそれぞれがディスプレイアセンブリ(セルアセンブリとも称する)を形成するように、変調器アレイ3406のそれぞれはアパーチャアレイ3410の一つに対応するように設計される。したがって基板3402と3404間の単一のアラインメントおよび密封作業は6つのセルアセンブリを同時にアライメントし密封するのに十分である。図18に示される例では、ガラスパネル3402と3704は対角線で30cmあり、セルアセンブリまたはディスプレイ領域のそれぞれは対角線で10cmであろう。他の実施形態では、パネル当たり25個までの10cm対角線ディスプレイを作製するために対角線50cm以上のパネルを利用することができる。
Panel fabrication process Manufacturing productivity can always be improved if modulator arrays for multiple displays can be built in parallel on the same glass or plastic substrate. Large glass substrates, called panels, and their associated fabrication equipment are available today in dimensions up to 2 meters square. FIG. 18 illustrates how multiple MEMS light modulator arrays can be formed on one large modulator substrate 3402 while multiple aperture hole arrays are formed on a large aperture plate 3404 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Show if you can. Panel 3402 includes a set 3406 of four modulator alignment marks in addition to a set 3406 of six modulator arrays. Panel 3404 includes a set 3410 of six aperture arrays in addition to a set 3412 of four aperture alignment marks. Each of the modulator arrays 3406 of the aperture array 3410 is such that when the panels 3402 and 3404 are aligned and sealed, each of their corresponding modulator array-aperture array pairs form a display assembly (also referred to as a cell assembly). Designed to accommodate one. Thus, a single alignment and sealing operation between the substrates 3402 and 3404 is sufficient to simultaneously align and seal the six cell assemblies. In the example shown in FIG. 18, glass panels 3402 and 3704 will be 30 cm diagonal, and each cell assembly or display area will be 10 cm diagonal. In other embodiments, 50 cm diagonal panels or more can be utilized to make up to 25 10 cm diagonal displays per panel.

また、エポキシ系接着剤3414線(シール材の一種)と、アパーチャ板3404上のアレイのそれぞれに加えられたスペーサポスト3416とが図示されている。上記ディスプレイアセンブリ2340、2700、2800、2900、3000、3100、3200に関して説明されたように、様々なスペーサがアパーチャ板3404上の各アレイの内部に適用される。接着剤を塗布する処理についてはセル組立工程3614に関して後述される。   Also shown are epoxy adhesive 3414 lines (a type of sealing material) and spacer posts 3416 added to each of the arrays on the aperture plate 3404. Various spacers are applied to the interior of each array on the aperture plate 3404 as described with respect to the display assemblies 2340, 2700, 2800, 2900, 3000, 3100, 3200. The process of applying the adhesive will be described later with respect to the cell assembly step 3614.

本発明の例示的実施形態による、パネル3402、3404のアラインメントと密封完了後のパネルアセンブリ3500を図19に例示する。成功した2つの基板のアラインメントは、アパーチャアライメントマーク3412内の変調器アライメントマーク3408のネスティングにより示される。アライメントマークは、名目上1μmのギャップがマーク3412の内側エッジとマーク3408の外側エッジ間で許容されるように設計されてよい(これらのギャップの大きさは説明のため図19では誇張される)。このアラインメント設計では、オペレータおよび/または自動アライメント装置は、適切なギャップが入れ子状のアライメントマークのx方向とy方向の両方において見えるまで(例えば、ラインのいずれも交差または接触しなくなるまで)基板の相対位置をツール3300で調整する。適切なギャップが見えると、アラインメントは成功した(すなわちミスアライメントは許容誤差内まで低減され、アレイ3406、3410のそれぞれにおける変調器とアパーチャ間の期待された重なりが達成された)と考えられる。アライメントマーク間の名目上のギャップは、アラインメント処理の期待される精度を満たすように設計することができる。例えばギャップは所望のアラインメント精度に依存して10ミクロン、2ミクロン、または1ミクロンである。代替の設計では、一つのアライメントマークは円形のドットであり、他のマークはリングとして形成される。ギャップは、所望のアラインメントの精度に対応するドットとリングの間で設計することができる。いくつかのアラインメントの機械設計では、アライメントマーク間のギャップは必要なく、その代りに、機械がディジタルカメラを用いてドットとリングの両方の中央点を推定する。このときアラインメントソフトウェアがドットとリングの中央点同士をアライメントしようとする。   FIG. 19 illustrates a panel assembly 3500 after alignment and sealing of the panels 3402, 3404, according to an exemplary embodiment of the present invention. Successful alignment of the two substrates is indicated by the nesting of the modulator alignment mark 3408 within the aperture alignment mark 3412. The alignment mark may be designed such that a nominal 1 μm gap is allowed between the inner edge of mark 3412 and the outer edge of mark 3408 (the size of these gaps is exaggerated in FIG. 19 for purposes of illustration). . In this alignment design, the operator and / or the automatic alignment device allows the substrate to remain in place until the appropriate gap is visible in both the x and y directions of the nested alignment mark (eg, until none of the lines cross or touch). The relative position is adjusted with the tool 3300. If the appropriate gap is visible, the alignment is considered successful (ie, misalignment has been reduced to within tolerances and the expected overlap between the modulators and apertures in each of the arrays 3406, 3410 has been achieved). The nominal gap between alignment marks can be designed to meet the expected accuracy of the alignment process. For example, the gap is 10 microns, 2 microns, or 1 micron depending on the desired alignment accuracy. In an alternative design, one alignment mark is a circular dot and the other mark is formed as a ring. A gap can be designed between the dot and the ring that corresponds to the desired alignment accuracy. In some alignment mechanical designs, gaps between alignment marks are not required, but instead the machine uses a digital camera to estimate the center points of both the dots and rings. At this time, the alignment software tries to align the center points of the dot and ring.

2つのパネル3402と3404は接着剤により所定位置に接着される。この接着剤の硬化はセル組立工程3620に関して後述される。   The two panels 3402 and 3404 are bonded in place with an adhesive. This curing of the adhesive is described below with respect to the cell assembly process 3620.

図19はまた、パネルアセンブリ3500の上に重ねられた一組のダイシング線3502を例示する。個々のアレイ(ディスプレイまたはセルアセンブリとも称する)がパネルから切り離されるように、ダイシング線3502はパネルがそれに沿って切断される線をマークする。単一化とも称する分離工程は、スクライブ&ブレーク法により行うことができる。この処理では、線3502においてガラスパネルの表面に沿って線を引っ掻くためにダイヤモンドチップまたはカーバイドチップを用いる。このときスクライブ線に沿ってパネルを割るために、単純な折り曲げ処理を用いることができる。別の実施形態では、分離または単一化処理はダイシングソーにより行われる。基板3402と3408の両方が同じダイシング線に沿って切断される必要はない。変調器基板はアパーチャ基板に対し規定されたものより広い周縁幅にダイシングされると有利であることが多い。これにより、セルアセンブリが完了した後に変調器基板のエッジ上にドライバチップのボンディングのための空間が得られる。   FIG. 19 also illustrates a set of dicing lines 3502 overlaid on the panel assembly 3500. Dicing lines 3502 mark the lines along which the panel is cut so that individual arrays (also referred to as displays or cell assemblies) are cut from the panel. The separation step, also referred to as unification, can be performed by a scribe and break method. In this process, a diamond tip or carbide tip is used to scratch the line 3502 along the surface of the glass panel. At this time, a simple bending process can be used to break the panel along the scribe line. In another embodiment, the separation or singulation process is performed by a dicing saw. Both substrates 3402 and 3408 need not be cut along the same dicing line. It is often advantageous that the modulator substrate be diced to a wider peripheral width than that defined for the aperture substrate. This provides a space for driver chip bonding on the edge of the modulator substrate after cell assembly is complete.

流体充填工程を含むセルの組立方法
図20には、本発明の例示的実施形態による、MEMS光変調器を内蔵するディスプレイ装置を組み立てるための第1の方法3600(セル組立方法3600とも称する)を例示する。方法3600は、その上にディスプレイ部品が作製される(工程3606、3608、3610)2つの基板を設けること(工程3602、3604)で始まる。この方法は、2つの基板の一方または両方にスペーサ(工程3612)とシーリング材(工程3614)を貼り付けることを続ける。このとき基板は互いにアライメントされ接着される。本方法は、大きなパネルアセンブリから個々のディスプレイを分離または単一化すること(工程3622)と、2つの基板間のギャップを流体または潤滑剤で充填すること(工程3624)を含む。最後に充填用穴が密封される(工程3626)。
FIG. 20 illustrates a first method 3600 (also referred to as a cell assembly method 3600) for assembling a display device incorporating a MEMS light modulator, according to an exemplary embodiment of the present invention. Illustrate. The method 3600 begins with providing two substrates (steps 3602, 3604) on which display components are to be fabricated (steps 3606, 3608, 3610). The method continues to apply a spacer (step 3612) and a sealant (step 3614) to one or both of the two substrates. At this time, the substrates are aligned and bonded to each other. The method includes separating or singulating individual displays from the large panel assembly (step 3622) and filling the gap between the two substrates with a fluid or lubricant (step 3624). Finally, the filling hole is sealed (step 3626).

方法3600の第1の実施形態は、ディスプレイ装置2340または2600により例示されるようにMEMSダウンディスプレイアセンブリに関して説明される。MEMSアップ構成のディスプレイの組立てのための第2の実施形態は後で説明される。   A first embodiment of the method 3600 will be described with respect to a MEMS down display assembly as illustrated by display device 2340 or 2600. A second embodiment for the assembly of a MEMS up configuration display will be described later.

MEMダウンディスプレイのためのセル組立方法3600は工程3602と3604において2つの基板を設けることで始まる。これらの基板は両方とも透明でガラスまたはプラスチックから成る。本組立方法は、工程3606での制御マトリックスの作製と工程3608でのMEMS変調器アレイの作製を続ける。好ましい実施形態では、制御マトリックスと変調器アレイの両方は変調器基板と称する第1の基板上に作製される。この例としては、図7と図10の基板2342と2630がそれぞれ挙げられる。しかしながら、ディスプレイアセンブリ3100に関し考察したように、変調器基板とは別個の基板上に制御マトリックスを作製することができ、この制御マトリックスを導電スペーサにより変調器基板に接続することができる実施形態が存在する。この変調器基板の作製に関するさらなる詳細は上に参照した米国特許出願第11/361,785号明細書に見出すことができる。   The cell assembly method 3600 for MEM down display begins by providing two substrates at steps 3602 and 3604. Both of these substrates are transparent and made of glass or plastic. The assembly method continues with the creation of the control matrix at step 3606 and the fabrication of the MEMS modulator array at step 3608. In a preferred embodiment, both the control matrix and the modulator array are fabricated on a first substrate called the modulator substrate. Examples of this include the substrates 2342 and 2630 of FIGS. 7 and 10, respectively. However, as discussed with respect to display assembly 3100, there are embodiments in which the control matrix can be fabricated on a substrate separate from the modulator substrate, and the control matrix can be connected to the modulator substrate by a conductive spacer. To do. Further details regarding the fabrication of this modulator substrate can be found in US patent application Ser. No. 11 / 361,785 referenced above.

MEMSダウン組立方法3600は、アパーチャ層を作製することを含む工程3610に進む。アパーチャ層は好ましくは透明材料(例えばプラスチックまたはガラス)から成り、第2の基板上に作製される。MEMSダウン構成では、第2の基板はアパーチャ板と呼ばれる。例示的な有効なプレートとしては、図7と図10のアパーチャ板2346または2632が挙げられる。他のMEMSダウン実施形態では、アパーチャ層が作製される第2の基板は光導波路としても使用される。いくつかの実施形態では、アパーチャ層は、一連のアパーチャにパターン化される光吸収物質から成る。アパーチャ板2700に関して説明した好ましい実施形態では、アパーチャ層は、基板から入射した光を反射して基板に戻すように設計される。例示的な反射性アパーチャ層としては、図10と図11の反射性アパーチャ層2616または2704がそれぞれ挙げられる。   The MEMS down assembly method 3600 proceeds to step 3610 which includes creating an aperture layer. The aperture layer is preferably made of a transparent material (eg plastic or glass) and is made on the second substrate. In the MEMS down configuration, the second substrate is called an aperture plate. Exemplary useful plates include the aperture plate 2346 or 2632 of FIGS. In other MEMS down embodiments, the second substrate on which the aperture layer is made is also used as an optical waveguide. In some embodiments, the aperture layer consists of a light absorbing material that is patterned into a series of apertures. In the preferred embodiment described with respect to aperture plate 2700, the aperture layer is designed to reflect light incident from the substrate back to the substrate. Exemplary reflective aperture layers include the reflective aperture layers 2616 or 2704 of FIGS. 10 and 11, respectively.

方法3600はスペーサを塗布することを含む工程3612に続く。スペーサ2357、2708、2812、2814、2912、2914、2962、2964、3020、または3112により例示されたスペーサのすべて(したがって説明した作製方法を含む)を工程3612で取り入れることができる。スペーサは第1と第2の基板のいずれかまたは両方の上に形成されてよい。   The method 3600 continues at step 3612 including applying a spacer. All of the spacers exemplified by spacers 2357, 2708, 2812, 2814, 2912, 2914, 2962, 2964, 3020, or 3112 (and thus the fabrication methods described) can be incorporated in step 3612. The spacer may be formed on either or both of the first and second substrates.

方法3600は、エポキシシール材528などのシール材を貼り付けることを含む工程3614に続く。シール材は、方法3600で使用される第1と第2の基板のいずれかまたは両方に塗布されてよい。シール材は、アラインメント工程後、第1と第2の基板の位置を維持する接着材である。シール材はまた2つの基板間のギャップ内に流体(工程3624で加えられる)を収容するために用いられる。適用可能なシール材は、エポキシ、アクリレートまたはシリコン材などの高分子材料であってよく、あるいはシール材は、半田バンプ2962などの熱リフロー可能な半田金属で形成することができる。いくつかの実施形態では、シール材は異方性の導電接着剤3214などの複合材料であってよい。シール材は、図18のディスプレイパネル3404に関し示したように、変調器またはアパーチャアレイのそれぞれの周縁に沿って移動するノズルから分配することができる。シール材3414は、ディスプレイパネル3404上の各ディスプレイ領域の周縁を完全には包囲しない。充填用穴と称するギャップ3418は、工程3624におけるセルの流体による充填に対処するために、周縁のシール内に意図的に残される。   The method 3600 continues at step 3614 including applying a sealant, such as an epoxy sealant 528. The sealant may be applied to either or both of the first and second substrates used in method 3600. The sealing material is an adhesive that maintains the positions of the first and second substrates after the alignment process. The seal is also used to contain fluid (added at step 3624) in the gap between the two substrates. The applicable sealing material may be a polymer material such as an epoxy, acrylate, or silicon material, or the sealing material may be formed of a thermally reflowable solder metal such as a solder bump 2962. In some embodiments, the sealing material may be a composite material such as anisotropic conductive adhesive 3214. The sealant can be dispensed from nozzles that move along the respective periphery of the modulator or aperture array, as shown with respect to the display panel 3404 of FIG. The sealant 3414 does not completely surround the periphery of each display area on the display panel 3404. A gap 3418, referred to as a fill hole, is intentionally left in the peripheral seal to accommodate the fluid filling of the cell in step 3624.

分配後、シール材は硬化工程を経て比較的強固なものになる。工程3614の一部として、シール材は部分的に硬化されてよいが、多くの実施形態では、後の工程3618または3620の一つまで最終的な硬化は行わない。脱水硬化、UVまたは紫外線硬化、熱的硬化、またはマイクロ波硬化を含む多くの他の形式の硬化を可能にするように、シール材を配合することができる。装置3300などのアライメントツールを利用する場合、UV硬化エポキシ樹脂は好ましいであろう。   After the distribution, the sealing material becomes relatively strong through a curing process. As part of step 3614, the sealant may be partially cured, but in many embodiments, final curing is not performed until one of the subsequent steps 3618 or 3620. The sealant can be formulated to allow many other types of curing, including dehydration curing, UV or ultraviolet curing, thermal curing, or microwave curing. When using an alignment tool such as apparatus 3300, a UV curable epoxy resin may be preferred.

図18と図19で示したように、制御マトリックス3606の作製、MEMS変調器3608の作製、アパーチャ層3610の作製、スペーサ3612の塗布、シール材3614の塗布のための工程はすべて、複数のディスプレイが大きなガラスまたはプラスチックパネル上に同時に作製されるパネルレベルで行なうことができる。あるいは、これらの工程は小さな基板上で個々のディスプレイごとに行なわれてもよい。組立工程3606、3608、3610、3612のさらなる作製の詳細は、上に参照した米国特許出願第11/361,785号明細書に見出すことができる。   As shown in FIGS. 18 and 19, the processes for the fabrication of the control matrix 3606, the fabrication of the MEMS modulator 3608, the fabrication of the aperture layer 3610, the coating of the spacer 3612, and the coating of the sealant 3614 are all performed in a plurality of displays. Can be done at the panel level, where they are made simultaneously on large glass or plastic panels. Alternatively, these steps may be performed for each individual display on a small substrate. Further fabrication details of the assembly steps 3606, 3608, 3610, 3612 can be found in US patent application Ser. No. 11 / 361,785 referenced above.

方法3600は導電接着剤を随意に分配することを含む工程3616に続く。工程3612と3614で加えられるスペーサまたはシール材が導電特性を有しない場合、この特性を有する追加の接着剤を加えることは有利であることが多い。工程3616で加えられた導電接着剤は、第1の基板上の制御マトリックスと第2の基板上のアパーチャ層間の電気的接続を可能にする。工程3616で加えられた接着剤は、通常、ディスプレイ領域の周縁に沿ったいくつかの点に配置される。   Method 3600 continues at step 3616 with optional dispensing of conductive adhesive. If the spacer or sealant added at steps 3612 and 3614 does not have conductive properties, it is often advantageous to add additional adhesive with this property. The conductive adhesive added at step 3616 allows electrical connection between the control matrix on the first substrate and the aperture layer on the second substrate. The adhesive added at step 3616 is typically placed at several points along the periphery of the display area.

方法3600は、図17のアライメント装置3300に関し説明したように第1と第2の基板をアラインメントすることを含む工程3618に続く。アライメント装置3300は、アラインメントが許容誤差程度内まで正確であることを確認するためのカメラおよび/または顕微鏡システムを含む。第1と第2の基板はアラインメント工程3618の一部としてスペーサにより接続される。   The method 3600 continues at step 3618, which includes aligning the first and second substrates as described with respect to the alignment apparatus 3300 of FIG. Alignment apparatus 3300 includes a camera and / or microscope system for confirming that the alignment is accurate to within tolerances. The first and second substrates are connected by spacers as part of the alignment step 3618.

アラインメント工程3618の一部として、接着材は、2つの基板を接着するためにあるいはその相対位置を維持するために少なくとも部分的に硬化される。アライメント装置3300は、接着剤の硬化をもたらすヒーターおよび/またはUV露光ランプを含む。いくつかの実施形態では、シール3414などの周縁全体のシールは工程3618の一部として少なくとも部分的に硬化される。他の実施形態では、熱硬化可能なシール材3414に加えて複数のUV硬化可能な接着剤ドットがアラインメントに先立って基板上に設けられる。この実施形態では、エポキシドットのみがアラインメント工程3618の一部として硬化され、シール材の残りは後の工程3620で硬化される。   As part of the alignment step 3618, the adhesive is at least partially cured to bond the two substrates or maintain their relative positions. Alignment apparatus 3300 includes a heater and / or UV exposure lamp that provides curing of the adhesive. In some embodiments, the entire peripheral seal, such as seal 3414, is at least partially cured as part of step 3618. In other embodiments, a plurality of UV curable adhesive dots are provided on the substrate prior to alignment in addition to the thermosetting sealant 3414. In this embodiment, only the epoxy dots are cured as part of the alignment step 3618 and the remainder of the sealant is cured in a later step 3620.

方法3600は、シール材を硬化することを含む工程3620に続く。多くの実施形態では、シール材が比較的硬い接着剤として働く場合のみ、第1と第2の基板間の適切なアラインメントを維持することができる。工程3620での接着剤硬化によりシール材の剛性を保証する。工程3620での硬化は、熱硬化、UV硬化、またはマイクロ波硬化として実行することができる。いくつかの実施形態では、シール材は、アセンブリをオーブン内に入れることにより、あるいは加圧下あるいはプレス機のプレート間でUVまたはマイクロ波露光システムにより工程3620において硬化される。加圧は、接着剤が硬化される間の基板の曲げまたはそりを最小化するのに役立つ。加圧は、スペーサ(スペーサ2357など)に対する各基板の強固な接触を確実にすることによりギャップH5またはH9(ディスプレイアセンブリ2340、2390に関して示された)などのギャップを確実に維持するのに役立つ。   Method 3600 continues to step 3620, which includes curing the sealant. In many embodiments, proper alignment between the first and second substrates can be maintained only when the sealant acts as a relatively hard adhesive. The adhesive is cured in step 3620 to ensure the rigidity of the sealant. Curing at step 3620 can be performed as thermal curing, UV curing, or microwave curing. In some embodiments, the sealant is cured in step 3620 by placing the assembly in an oven or by UV or microwave exposure system under pressure or between plates of a press. Pressing helps to minimize bending or warping of the substrate while the adhesive is cured. Pressurization helps to ensure that a gap, such as gap H5 or H9 (shown with respect to display assemblies 2340, 2390), is maintained by ensuring a firm contact of each substrate to the spacer (such as spacer 2357).

方法3600は、複数のアレイを含む大きなパネルから個々のディスプレイアレイを随意に分離することを含む工程3622に続く。セル組立工程が、この時点までに、図18と図19において説明されたように大きなパネルの処理に従って進んできた場合のみに、このような分離が必要とされる。変調基板とアパーチャ板が工程3606〜3614で個々のディスプレイとして作製された場合、単一化または分離工程は必要ない。この分離は、スクライブ&ブレーク処理またはダイシングソーにより実現することができる。   The method 3600 continues at step 3622 including optionally separating individual display arrays from a large panel that includes a plurality of arrays. Such separation is only required if the cell assembly process has progressed to this point according to the large panel process as described in FIGS. If the modulation substrate and aperture plate are made as individual displays in steps 3606-3614, no singulation or separation steps are necessary. This separation can be realized by a scribe and break process or a dicing saw.

方法3600は、流体でディスプレイアセンブリを充填することを含む工程3624に続く。ディスプレイ装置500と2340の考察で示したように、ディスプレイ装置の2つの基板はギャップH5などのギャップにより分離されることが好ましく、ギャップは作動流体530または2352などの流体により充填される。多くのディスプレイでは、流体は、MEMS光変調器を実質的に取り囲む潤滑材として働く。この流体もまた上に考察したような電気的および光学的性質を規定している。   The method 3600 continues at step 3624 with filling the display assembly with fluid. As shown in the discussion of display devices 500 and 2340, the two substrates of the display device are preferably separated by a gap, such as gap H5, which is filled with a fluid, such as working fluid 530 or 2352. In many displays, the fluid acts as a lubricant that substantially surrounds the MEMS light modulator. This fluid also defines the electrical and optical properties as discussed above.

多くのアプリケーションでは、2つの基板間に形成されるギャップ内に気泡が入るのを回避しながらディスプレイアセンブリを液体で充填することが望ましい。MEMS光変調器の表面上に形成される気泡はこれら変調器の作動を邪魔する。気泡なしの充填処理は、流体充填処理中のある時点で真空雰囲気を利用することにより行うことができる。   In many applications, it is desirable to fill the display assembly with liquid while avoiding air bubbles entering the gap formed between the two substrates. Bubbles formed on the surface of the MEMS light modulator interfere with the operation of these modulators. The bubble-free filling process can be performed by utilizing a vacuum atmosphere at some point during the fluid filling process.

流体充填処理(工程3624)の詳細は、本発明の例示的実施形態による図21に例示される流体充填装置3700に関して説明される。流体充填装置は、作動流体3704の貯蔵槽により部分的に充填される真空チャンバ3702で形成される。パネルアセンブリ3500などの、アライメントされかつ部分的に密封されるセルアセンブリまたはパネルアセンブリは、流体貯蔵槽の上にワンド3706によりまたは可動プラッタにより吊り下げられる。真空ポンプに通じるポート3708と真空チャンバ内を大気圧に換気するために用いられるポート3710が真空チャンバに取り付けられる。図21に図示しないが、ポート3708と3710のそれぞれにはバルブが結合される。   Details of the fluid filling process (step 3624) are described with respect to the fluid filling device 3700 illustrated in FIG. 21 according to an exemplary embodiment of the invention. The fluid filling device is formed by a vacuum chamber 3702 that is partially filled with a reservoir of working fluid 3704. An aligned and partially sealed cell assembly or panel assembly, such as panel assembly 3500, is suspended over a fluid reservoir by a wand 3706 or by a movable platter. A port 3708 leading to the vacuum pump and a port 3710 used to vent the vacuum chamber to atmospheric pressure are attached to the vacuum chamber. Although not shown in FIG. 21, a valve is coupled to each of ports 3708 and 3710.

動作中、アセンブリ3500などのパネルアセンブリ内の基板間のギャップを充填する処理は2段階の処理である。最初に、空気または他の気体が2つのプレートの間から除去され、次にギャップが流体で充填される。真空ポンプへのバルブが開かれると空気はプレートの間から除去され、チャンバ3702全体が実質的に1トール未満の圧力に低下される。次に真空バルブが閉じられ、そしてパネルアセンブリ3500を作動流体の貯蔵槽3704中に浸すためにワンド3706が用いられる。一旦浸されると、通気弁は大気に対し開放されるか、あるいはボトルから窒素またはアルゴンガスを取り除くために開放される。戻入された空気は、すべての流体上の圧力を大気圧(または600トールを超える圧力)にする。加圧下で、作動流体は次にセルアセンブリ3500の基板間のギャップ内に導入される。セルアセンブリをチャンバ3702から取り出すと、セルアセンブリは流体で充填されており、こうして組立工程3624を完了する。   In operation, filling the gap between substrates in a panel assembly such as assembly 3500 is a two-step process. First, air or other gas is removed from between the two plates and then the gap is filled with fluid. When the valve to the vacuum pump is opened, air is removed from between the plates and the entire chamber 3702 is reduced to a pressure substantially below 1 Torr. The vacuum valve is then closed and the wand 3706 is used to immerse the panel assembly 3500 in the working fluid reservoir 3704. Once soaked, the vent valve is opened to the atmosphere or opened to remove nitrogen or argon gas from the bottle. Returned air brings the pressure on all fluids to atmospheric pressure (or pressure above 600 Torr). Under pressure, the working fluid is then introduced into the gap between the substrates of the cell assembly 3500. When the cell assembly is removed from the chamber 3702, the cell assembly is filled with fluid, thus completing the assembly process 3624.

代替の設計では、パネルアセンブリ3500はワンド3706などの可動ワンドにより吊り下げられる必要はない。その代りに、パネルアセンブリを所定位置に固定することができ、また潤滑材3705を一連のバルブにより真空チャンバ3702内にまたは真空チャンバ3702から移動させることができる。流体がチャンバからほとんど無くなるまでの間、チャンバは排気される。排気後、チャンバ内の流体レベルはチャンバ内に追加の流体を流すことにより増加される。流体はアセンブリ3500が流体中に浸されるまで加えられる。パネルを流体中に浸した後、本システムは、ギャップを流体で充填するために大気圧まで換気される。   In an alternative design, panel assembly 3500 need not be suspended by a movable wand such as wand 3706. Alternatively, the panel assembly can be secured in place and the lubricant 3705 can be moved into or out of the vacuum chamber 3702 by a series of valves. The chamber is evacuated until fluid is almost gone from the chamber. After evacuation, the fluid level in the chamber is increased by flowing additional fluid through the chamber. The fluid is added until the assembly 3500 is immersed in the fluid. After immersing the panel in fluid, the system is vented to atmospheric pressure to fill the gap with fluid.

別の実施形態では、チャンバ3702は液体3704などの液体で充填されないが、その代り、チャンバ3702は、排気された後に気体で再充填される(backfilled)。再充填する気体の例としては、不活性ガス(アルゴン、窒素)、気相潤滑材、特定の反応性ガス、または上記の任意の組み合わせが挙げられる。反応性ガスは、MEMS変調器の移動面と反応することができる気体であるか、あるいはその上に蒸着することができる気体である。反応性ガスは、界面エネルギーを低減することにより化学的に移動面の粘着性を和らげるか低減することができる。その例としては限定するものではないが、ジメチルジクロロシラン(DDM)、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルトリクロロシラン(FDTS)が挙げられる。気相潤滑材は、装置の動作の間中実質的に気相状態のままであり、同様にして表面を和らげることができる気体である。その例としては限定するものではないが、六フッ化硫黄、そしてメタノール、エタノール、アセトン、エチレングリコール、グリセリン、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイル、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ジエチルベンゼンの気相形態、または上記の任意の混合物とが挙げられる。   In another embodiment, chamber 3702 is not filled with a liquid, such as liquid 3704, but instead chamber 3702 is backfilled with gas after being evacuated. Examples of gas to be refilled include an inert gas (argon, nitrogen), a gas phase lubricant, a specific reactive gas, or any combination of the above. The reactive gas is a gas that can react with the moving surface of the MEMS modulator or a gas that can be deposited thereon. The reactive gas can chemically reduce or reduce the adhesiveness of the moving surface by reducing the interfacial energy. Examples include, but are not limited to, dimethyldichlorosilane (DDM), tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane (FOTS), heptadecafluoro-1,1,2,2- Tetrahydrodecyltrichlorosilane (FDTS) is mentioned. Vapor phase lubricants are gases that remain substantially in the gas phase throughout the operation of the device and can similarly soften the surface. Examples include, but are not limited to, sulfur hexafluoride and methanol, ethanol, acetone, ethylene glycol, glycerin, silicone oil, fluorinated silicone oil, dimethylsiloxane, polydimethylsiloxane, hexamethyldisiloxane, and diethylbenzene. Gas phase form, or any mixture of the above.

チャンバ3702内の流体充填処理は、セルレベルまたはパネルレベルで実行されてよい。組立工程3600では、単一化工程3622は流体充填工程3624に先行する。このことは、個々のディスプレイ用のセルアセンブリが流体充填のために真空チャンバ3702内に装填されるということを意味する。真空チャンバ3702は、複数のディスプレイが同時に流体で充填されるように、単一のポンプダウン作業で複数の個々のディスプレイを保持し浸すことができるプラッタを含むことができる。あるいは、これらの工程の順番を逆にしてアセンブリ3500などの完全なパネルアセンブリを真空チャンバ内に装填することも可能である。このとき、パネル上のディスプレイのそれぞれの中のギャップは同時に排気され充填される。次に、流体充填工程3624が完了した後、ダイシングまたは単一化処理3622が始まる。   The fluid filling process in chamber 3702 may be performed at the cell level or the panel level. In the assembly process 3600, the unification process 3622 precedes the fluid filling process 3624. This means that cell assemblies for individual displays are loaded into the vacuum chamber 3702 for fluid filling. The vacuum chamber 3702 can include platters that can hold and immerse multiple individual displays in a single pump-down operation such that multiple displays are filled with fluid simultaneously. Alternatively, the order of these steps can be reversed to load a complete panel assembly, such as assembly 3500, into the vacuum chamber. At this time, the gaps in each of the displays on the panel are simultaneously evacuated and filled. Next, after the fluid filling step 3624 is complete, a dicing or singulation process 3622 begins.

セルアセンブリは、充填用穴を密封することを含む方法3600の工程3626で完了する。流体は、工程3614で周縁シール内に残された充填用穴3418を通って、工程3624において基板間の空間内に入る、あるいは導入された。この穴は、ディスプレイアセンブリからの流体の漏れを防ぐために組立工程の終わりに接着剤で埋められる。工程3626の一部としてそして充填材穴を密封することに先立って、加圧機を介しセルに圧力を印加することができる。加圧は2つの基板を押し付け、一方の基板上に作製されたスペーサを他方の基板に密着させる。これにより、2つの基板間に一様なギャップまたは間隔を設定する。次に、充填用穴3418は、ディスプレイから圧力を取り除く前に接着剤で密封される。一旦密封されると、セル内の密封されかつ流体で充填されたチャンバは基板が周囲条件下で分離するのを防ぐ。工程3626で使用される接着剤は、熱的硬化、UV硬化、またはマイクロ波硬化を使用することにより硬化される重合体接着剤であってよい。方法3600の終了後にディスプレイを組み立てる最終工程は、総じてモジュール組立工程と称することが多い。モジュール組立は、制御および駆動回路を含む一つまたは複数のシリコンチップをガラス基板に直接取り付ける工程、ディスプレイと外部装置を相互接続するためのフレキシブル回路をボンディングする工程、コントラストフィルタなどの光学フィルムをボンディングする工程、バックライトを貼り付ける工程、そしてディスプレイを支持構造体または筐体内に実装する工程を含む。フレキシブル回路は単純な配線で構成されてもよいし、あるいは抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、または集積回路などの追加の電気的素子を含んでもよい。   The cell assembly is completed at step 3626 of method 3600 including sealing the fill hole. The fluid entered or was introduced into the space between the substrates in step 3624 through the fill hole 3418 left in the peripheral seal at step 3614. This hole is filled with an adhesive at the end of the assembly process to prevent fluid leakage from the display assembly. As part of step 3626 and prior to sealing the filler hole, pressure can be applied to the cell via a pressurizer. In the pressurization, two substrates are pressed, and a spacer manufactured on one substrate is brought into close contact with the other substrate. This sets a uniform gap or spacing between the two substrates. The fill hole 3418 is then sealed with an adhesive prior to removing pressure from the display. Once sealed, the sealed and fluid filled chamber within the cell prevents the substrate from separating under ambient conditions. The adhesive used in step 3626 may be a polymer adhesive that is cured by using thermal curing, UV curing, or microwave curing. The final process of assembling the display after the end of method 3600 is often referred to generally as the module assembly process. Module assembly includes attaching one or more silicon chips including control and drive circuits directly to the glass substrate, bonding flexible circuitry to interconnect the display and external devices, and bonding optical films such as contrast filters. A step of attaching a backlight, and a step of mounting the display in a support structure or a housing. The flexible circuit may consist of simple wiring or may include additional electrical elements such as resistors, capacitors, inductors, transistors, or integrated circuits.

MEMSアップディスプレイ構成に適用されるセル組立方法3600について以下に精査する。その実施例は図5と図8のディスプレイアセンブリ500と2400により与えられる。MEMSアップディスプレイ構成では、制御マトリックスとMEMS変調器アレイの両方は工程3606と3608で第1の基板上に作製される。この実施例は変調器基板504または2418として与えられる。アパーチャ層は工程3610で第2の基板上に蒸着される。   The cell assembly method 3600 applied to the MEMS up-display configuration is scrutinized below. An example of that is given by the display assemblies 500 and 2400 of FIGS. In the MEMS up-display configuration, both the control matrix and the MEMS modulator array are fabricated on the first substrate at steps 3606 and 3608. This embodiment is provided as a modulator substrate 504 or 2418. An aperture layer is deposited on the second substrate at step 3610.

ディスプレイアセンブリ3100に関して考察されたように、第2の基板上に制御マトリックスを作製することができる一方でMEMS変調器アレイが第1の基板上に作製される実施形態がある。2つの基板は導電スペーサにより電気的に連通する。   As discussed with respect to the display assembly 3100, there are embodiments in which the control matrix can be fabricated on a second substrate while the MEMS modulator array is fabricated on the first substrate. The two substrates are in electrical communication with a conductive spacer.

MEMSアップディスプレイ構成では、第2の基板はカバープレート(カバープレート522など)と呼ばれる。工程3610で作製されるアパーチャ層はブラックマトリクス層(ブラックマトリクス524など)と呼ばれ、アパーチャアレイにパターン化される。ブラックマトリクス層は、ディスプレイの周囲コントラストを向上させるために光吸収物質で構成されることが好ましい。組立後、ブラックマトリクスアパーチャは変調器基板上に配置されるMEMS光変調器と重なることが好ましい。   In the MEMS up display configuration, the second substrate is referred to as a cover plate (such as a cover plate 522). The aperture layer produced in step 3610 is called a black matrix layer (such as black matrix 524) and is patterned into an aperture array. The black matrix layer is preferably composed of a light absorbing material in order to improve the peripheral contrast of the display. After assembly, the black matrix aperture preferably overlaps the MEMS light modulator disposed on the modulator substrate.

MEMSアップディスプレイ組立方法3600では、カバープレートすなわち工程3604で設けられる第2の基板は透明材料すなわちプラスチックまたはガラスから成ることが好ましい。しかしながら、MEMSアップ組立方法では、工程3602で設けられる変調器基板は、シリコンなどの不透明な材料で作ることができる。例えば、反射式MEMSアップディスプレイでは、第1の基板(例えばシリコン)は、工程3606または3608において反射層で覆うことができる。透過式MEMSアップディスプレイでは、第1の基板に使用される不透明な材料は、アパーチャ508などのアパーチャの位置のスルーホールアレイを用いてエッチングすることができる。   In the MEMS up display assembly method 3600, the cover plate, i.e. the second substrate provided in step 3604, is preferably made of a transparent material, i.e. plastic or glass. However, in the MEMS up-assembly method, the modulator substrate provided in step 3602 can be made of an opaque material such as silicon. For example, in a reflective MEMS up display, the first substrate (eg, silicon) can be covered with a reflective layer in step 3606 or 3608. In a transmissive MEMS up display, the opaque material used for the first substrate can be etched using a through-hole array of aperture locations, such as aperture 508.

MEMSアップディスプレイアセンブリ3600では、スペーサは工程3612で貼り付けられ、シール材は工程3614で第1または第2の基板(すなわち変調器基板またはカバープレート)に貼り付けられる。   In MEMS up-display assembly 3600, the spacer is applied at step 3612 and the sealant is applied to the first or second substrate (ie, modulator substrate or cover plate) at step 3614.

MEMSアップディスプレイ組立方法3600における後続の工程はMEMSダウンディスプレイ組立方法3600と同様であり、アラインメント工程3618、シール材の硬化工程3620、パネルから個々のディスプレイを分離する工程3622、そして流体充填工程3624を含む。   Subsequent steps in the MEMS up-display assembly method 3600 are the same as those in the MEMS down-display assembly method 3600, and include an alignment step 3618, a sealant curing step 3620, a step 3622 of separating individual displays from the panel, and a fluid filling step 3624. Including.

アライメント装置3600に関して説明されたように、MEMSアップまたはMEMSダウン構成の組立方法3600は、エレクトロウェッティングディスプレイとローリングアクチュエータディスプレイを含む多くの代替MEMS光変調器技術に適用可能である。MEMSアップディスプレイ組立方法3600は、特に干渉変調器ディスプレイとMEMS光タップ変調器ディスプレイに適用可能である。   As described with respect to alignment apparatus 3600, MEMS up or MEMS down assembly method 3600 is applicable to many alternative MEMS light modulator technologies, including electrowetting displays and rolling actuator displays. The MEMS up-display assembly method 3600 is particularly applicable to interferometric modulator displays and MEMS optical tap modulator displays.

図22には、MEMS光変調器を内蔵するディスプレイ装置を組み立てるための代替方法を例示する。方法3800は、方法3600に関して説明されたMEMSダウン構成またはMEMSアップ構成のいずれかの構成でディスプレイを組み立てるために採用することができる。方法3600と同様に、組立方法3800は、ディスプレイ部品が作製される(工程3806、3608、3810)2つの基板を設けること(工程3802と3804)で始まる。方法3800は、2つの基板の一方または両方にスペーサ(工程3812)とシーリング材(工程3814)を貼り付ける工程に続く。方法3800はまたディスプレイアセンブリ内のギャップを流体で充填する工程(工程3118)を含む。しかしながら、方法3600とは対照的に、流体充填(工程3818)とディスプレイ組立(工程3820、3822、3824)の順序は逆転される。組立方法3800は時に液晶滴下法(one−drop fill method)と呼ばれる。   FIG. 22 illustrates an alternative method for assembling a display device incorporating a MEMS light modulator. The method 3800 may be employed to assemble a display in either the MEMS down configuration or the MEMS up configuration described with respect to the method 3600. Similar to method 3600, assembly method 3800 begins with providing two substrates (steps 3802 and 3804) from which display components are fabricated (steps 3806, 3608, 3810). The method 3800 continues with applying a spacer (step 3812) and a sealant (step 3814) to one or both of the two substrates. The method 3800 also includes filling a gap in the display assembly with a fluid (step 3118). However, in contrast to method 3600, the order of fluid filling (step 3818) and display assembly (steps 3820, 3822, 3824) is reversed. The assembly method 3800 is sometimes referred to as a one-drop fill method.

組立方法3800は、第1と第2の基板を設けること(工程3802と3804)で始まり、制御マトリックスの作製(工程3806)、MEMS変調器アレイの作製(工程3808)、アパーチャ層の作製(工程3810)、スペーサの作製(工程3812)と続く。これらの工程は組立方法3600における対応する工程に用いられたのと実質的に同じ組立工程を含む。   The assembly method 3800 begins with providing first and second substrates (steps 3802 and 3804), creating a control matrix (step 3806), making a MEMS modulator array (step 3808), and making an aperture layer (step). 3810), followed by fabrication of the spacer (step 3812). These steps include substantially the same assembly steps used for the corresponding steps in assembly method 3600.

方法3800はシール材の貼り付けを含む工程3814に続く。シール材貼り付け工程3612で用いられたように、同様のシール材と同様の分配方法を工程3814で適用することができる。しかしながら工程3814では、いかなるギャップまたは充填用穴も、ディスプレイのアクティブ領域の周縁部のシール材内に残されない。   The method 3800 continues to step 3814, which includes applying a sealant. As used in the sealing material application step 3612, a similar dispensing method and similar dispensing method can be applied in step 3814. However, at step 3814, no gaps or filling holes are left in the seal at the periphery of the active area of the display.

接着剤塗布工程3616と同様の随意の導電接着剤貼り付け工程3816が続く。   An optional conductive adhesive application step 3816 follows similar to the adhesive application step 3616.

方法3800は液体の貼り付けを含む工程3818に続く。潤滑性および他の電気的、機械的、光学的性質を含む適用可能な液体についてはディスプレイ装置500に関して既に述べた。液体充填工程(工程3800)では、装置3700などの真空充填装置は必要ない。適切な量の流体を、第1または第2の基板の一方の開放面上に直接分配することができる。この基板は、一般的には、気泡が溜まるかもしれない空洞または凹部面を含むMEMS部品を有さないので、流体はアパーチャ層が形成される第2の基板上に分配されることが好ましい。パネル3404のように、基板が複数のディスプレイを内蔵する大きなパネルである場合、適切な量の流体が各アレイのアクティブ領域内に分配される。一般的には、流体は、シール材3414の周縁により制限されるまで基板の表面全体に広がる。適切な量の流体は、周縁シールにより画成される空洞を完全に充填する。いくつかの実施形態では、パネル上の個々のアレイの実際の周縁寸法を測定することにより充填前に空洞ごとの正確な容積を確定するために、光学的測定ツールが用いられる。   The method 3800 continues at step 3818 with application of a liquid. Applicable liquids including lubricity and other electrical, mechanical and optical properties have already been described with respect to display device 500. In the liquid filling step (step 3800), a vacuum filling device such as the device 3700 is not necessary. An appropriate amount of fluid can be dispensed directly onto one open surface of the first or second substrate. Since this substrate generally does not have a MEMS component that includes a cavity or recessed surface where air bubbles may accumulate, it is preferred that the fluid be distributed onto the second substrate on which the aperture layer is formed. If the substrate is a large panel containing multiple displays, such as panel 3404, an appropriate amount of fluid is dispensed into the active area of each array. In general, the fluid spreads across the surface of the substrate until it is limited by the periphery of the sealant 3414. The appropriate amount of fluid completely fills the cavity defined by the peripheral seal. In some embodiments, an optical measurement tool is used to determine the exact volume per cavity prior to filling by measuring the actual peripheral dimensions of individual arrays on the panel.

方法3800は2つの基板のアラインメントを含む工程3820に続く。潤滑流体は基板の一方に既に塗布されているので、工程3800に必要なアライメント装置は装置3300により示されたものと異なる。基本的な相違として、このアライメント動作は減圧または真空状態下で行なわれることが好ましい。このことは、アラインメント用に設けられた可動部品および視覚システムの部品の多くだけでなく第1と第2の基板は、今度は、真空チャンバ(アラインメントチャンバと呼ぶ)内で処理されることを意味する。   The method 3800 continues at step 3820 with the alignment of the two substrates. Since the lubricating fluid has already been applied to one of the substrates, the alignment apparatus required for step 3800 is different from that shown by apparatus 3300. As a fundamental difference, this alignment operation is preferably performed under reduced pressure or vacuum. This means that many of the moving and visual system components provided for alignment, as well as the first and second substrates, are now processed in a vacuum chamber (referred to as the alignment chamber). To do.

動作中、2つの基板はアラインメントチャンバに導かれ、チャンバは排気されるであろう。流体(工程3818で既に分配された)の蒸発を防ぐために、チャンバは潤滑流体の平衡蒸気圧に再充填されてもよい。2つの基板がアライメントされ接着された後、潤滑流体は2つの基板のそれぞれの表面と接触してMEMS光変調器の可動部のそれぞれを実質的に取り囲む。基板同士が接触され流体がその全表面を濡らした後、アラインメントチャンバは換気され大気圧に戻される(工程3822)。部分的な硬化処理はまた、基板同士が接着された後に接着剤に適用されてよい。接着剤は、熱的手段または真空チャンバ内に設置されたUVランプにより硬化することができる。   In operation, the two substrates will be directed to the alignment chamber and the chamber will be evacuated. In order to prevent evaporation of the fluid (already dispensed at step 3818), the chamber may be refilled to the equilibrium vapor pressure of the lubricating fluid. After the two substrates are aligned and bonded, the lubricating fluid contacts the respective surfaces of the two substrates and substantially surrounds each of the moving parts of the MEMS light modulator. After the substrates are contacted and the fluid wets its entire surface, the alignment chamber is vented and returned to atmospheric pressure (step 3822). A partial curing process may also be applied to the adhesive after the substrates are bonded together. The adhesive can be cured by thermal means or a UV lamp installed in a vacuum chamber.

潤滑流体が高い蒸気圧を有する、すなわち潤滑流体が常温で直ちに蒸発するいくつかの実施形態では、パネルがアラインメントチャンバ内に導かれる前に、工程3818において流体を分配することは実用的ではないかもしれない。この実施形態では、アラインメントチャンバが排気され潤滑材の蒸気圧で再充填された後、ノズルを設け2つの基板のアライメント工程の直前に基板の一方の上に潤滑流体を分配することができる。   In some embodiments where the lubricating fluid has a high vapor pressure, i.e., the lubricating fluid evaporates immediately at ambient temperature, it may not be practical to dispense the fluid in step 3818 before the panel is directed into the alignment chamber. unknown. In this embodiment, after the alignment chamber is evacuated and refilled with the vapor pressure of the lubricant, a nozzle can be provided to distribute the lubricating fluid onto one of the substrates just prior to the alignment process of the two substrates.

工程3820でのアライメント動作中にシール材が完全には硬化されなかった場合、別の硬化工程が工程3824において適用される。工程3824の硬化は、熱硬化、UV硬化、またはマイクロ波硬化のいずれかとして実行されてよい。   If the sealant was not completely cured during the alignment operation at step 3820, another curing step is applied at step 3824. The curing of step 3824 may be performed as either thermal curing, UV curing, or microwave curing.

方法3800は、複数のアレイを含む大きなパネルから個々のディスプレイアレイを随意に分離することを含む工程3826で完了する。セル組立工程が、この時点まで、図18と図19において説明されたように大きなパネル処理に従って進んだ場合のみ、このような分離は必要とされる。工程3806〜3814で変調基板とアパーチャ板が個々のディスプレイの形態で作製される場合、最終分離工程は必要ない。この分離は、スクライブ&ブレーク処理により、またはダイシングソーを使用することにより実現することができる。   The method 3800 is completed at step 3826, which optionally includes separating the individual display arrays from a large panel containing a plurality of arrays. Such separation is only required if the cell assembly process has progressed to this point according to the large panel process as described in FIGS. If the modulation substrate and aperture plate are made in the form of individual displays in steps 3806-3814, a final separation step is not necessary. This separation can be realized by a scribe and break process or by using a dicing saw.

方法3600の終了後にディスプレイを組み立てる最終工程は、総じてモジュール組立工程と称することが多い。モジュール組立は、制御および駆動回路を含む一つまたは複数のシリコンチップをガラス基板に直接取り付ける工程、ディスプレイと外部装置を相互接続するためのフレキシブル回路をボンディングする工程、コントラストフィルタなどの光学フィルムをボンディングする工程、バックライトを貼り付ける工程、そしてディスプレイを支持構造体または筐体内に実装する工程を含む。フレキシブル回路は単純な配線で構成されてもよいし、あるいは抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、または集積回路などの追加の電気的素子を含んでもよい。   The final process of assembling the display after the end of method 3600 is often referred to generally as the module assembly process. Module assembly includes attaching one or more silicon chips including control and drive circuits directly to the glass substrate, bonding flexible circuitry to interconnect the display and external devices, and bonding optical films such as contrast filters. A step of attaching a backlight, and a step of mounting the display in a support structure or a housing. The flexible circuit may consist of simple wiring or may include additional electrical elements such as resistors, capacitors, inductors, transistors, or integrated circuits.

図23は、本発明の例示的実施形態による、液晶光変調器602を内蔵するディスプレイ装置600の断面図である。ディスプレイ装置は、2つの透明基板606と608の間に挟まれた液晶材料604を含む。液晶材料の両端に印加される電圧を調整するための電極アレイ610と612が2つの基板のそれぞれの上に形成される。ディスプレイ装置600は、電極610と612において選択された電圧に依存して、液晶材料604を通過する光の分極特性を変えることにより光を変調する。   FIG. 23 is a cross-sectional view of a display device 600 incorporating a liquid crystal light modulator 602, according to an illustrative embodiment of the invention. The display device includes a liquid crystal material 604 sandwiched between two transparent substrates 606 and 608. Electrode arrays 610 and 612 for adjusting the voltage applied across the liquid crystal material are formed on each of the two substrates. The display device 600 modulates the light by changing the polarization characteristics of the light passing through the liquid crystal material 604 depending on the voltage selected at the electrodes 610 and 612.

基板606上に配置された裏面向きの反射層(反射膜614)は、液晶光変調器602の下方に位置する複数の表面アパーチャ616を画定する。反射膜614は、表面アパーチャ616を通過しない光を反射してディスプレイ装置600の裏面に向けて戻す。反射性アパーチャ層614は、スパッタリング、蒸発、イオンメッキ、レーザー切断、または化学蒸着法を含む多くの蒸着技術により薄膜状に形成された、介在物を含まない微粒子金属膜であってよい。別の実施形態では、裏面向きの反射層614は、誘電体ミラーなどのミラーで形成することができる。誘電体ミラーは、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料を繰り返す誘電体薄膜の積層として作製される。   The back-facing reflective layer (reflective film 614) disposed on the substrate 606 defines a plurality of surface apertures 616 located below the liquid crystal light modulator 602. The reflective film 614 reflects light that does not pass through the front surface aperture 616 and returns the light toward the back surface of the display device 600. The reflective aperture layer 614 may be a particulate metal film free of inclusions formed into a thin film by a number of deposition techniques including sputtering, evaporation, ion plating, laser cutting, or chemical vapor deposition. In another embodiment, the back-facing reflective layer 614 can be formed of a mirror, such as a dielectric mirror. The dielectric mirror is manufactured as a stack of dielectric thin films in which a material having a high refractive index and a material having a low refractive index are repeated.

液晶ディスプレイ装置600は、随意のディフューザ622、および/または基板606を平面状の光導波路616から分離する随意の輝度増強膜624を含む。光導波路は透明材料すなわちガラスまたはプラスチック材料で構成される。光導波路616はバックライトを形成する一つまたは複数の光源618により照明される。反射器619はランプ618からの光を光導波路616に向けて導くのを助ける。前面向きの反射膜620は光導波路616の背面に配置され、光を液晶変調器602の方に反射する。シャッタ液晶変調器602の一つを通過しないバックライトからの光線は、バックライトに戻され膜620により再び反射される。このようにして、画像を形成するためにディスプレイを離れることに最初に失敗した光を再利用することができ、液晶変調器602のアレイ内の他の開いたアパーチャを透過するのに利用できるようになる。   The liquid crystal display device 600 includes an optional diffuser 622 and / or an optional brightness enhancement film 624 that separates the substrate 606 from the planar light guide 616. The optical waveguide is made of a transparent material, ie glass or plastic material. The light guide 616 is illuminated by one or more light sources 618 that form a backlight. A reflector 619 helps direct light from the lamp 618 towards the light guide 616. A front-facing reflective film 620 is disposed on the back surface of the optical waveguide 616 and reflects light toward the liquid crystal modulator 602. Light rays from the backlight that do not pass through one of the shutter liquid crystal modulators 602 are returned to the backlight and reflected again by the film 620. In this way, the light that originally failed to leave the display to form an image can be reused and made available to transmit through other open apertures in the array of liquid crystal modulators 602. become.

光導波路616は、ランプ618からの光をアパーチャ616に向かって、したがってディスプレイの前面に向かって再度導く一組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム617を含む。光リダイレクタは、その断面が三角形、台形、または曲線状であってよい光導波路616のプラスチック本体内に成型されてよい。プリズム617の密度は通常、ランプ618からの距離とともに増加する。   The light guide 616 includes a set of geometric light redirectors or prisms 617 that redirect the light from the lamp 618 towards the aperture 616 and thus towards the front of the display. The optical redirector may be molded into the plastic body of the optical waveguide 616, whose cross section may be triangular, trapezoidal, or curved. The density of prism 617 typically increases with distance from lamp 618.

板金または成型プラスチックアセンブリブラケット632は、カバープレート608、基板606、バックライト616、および他の構成部分をエッジのまわりに一緒に保持する。アセンブリブラケット632は、合体されたディスプレイ装置600の剛性を増すために、ねじまたはインデントタブで固定される。反射器636は、光導波路616のエッジから漏れる光を光導波路内に戻すのを助ける。   A sheet metal or molded plastic assembly bracket 632 holds the cover plate 608, the substrate 606, the backlight 616, and other components together around the edges. The assembly bracket 632 is secured with screws or indent tabs to increase the rigidity of the combined display device 600. The reflector 636 helps light that leaks from the edge of the light guide 616 back into the light guide.

図24Aは、本発明の例示的実施形態によるMEMSアップ構成のディスプレイモジュールアセンブリ700の断面図を与える。図24Bは、ディスプレイアセンブリ700の分解等角投影図を与える。モジュールアセンブリは一つまたは複数のランプ702、光導波路704、MEMS変調器基板706、カバープレート708、駆動回路710、モジュールスペーサ712、アセンブリブラケット713と714、およびフレキシブル電気配線716と718を含む。ディスプレイ装置500に関し例示されたものと同様に、モジュールアッセンブリ700はまた、作動流体720、セルスペーサ(図23に図示せず)、およびシール材722を含む。モジュールアッセンブリはまた、基板706と708間の電気的接続724を含む。アセンブリは前面向きの反射器膜728を含む。   FIG. 24A provides a cross-sectional view of a display module assembly 700 in a MEMS up configuration, according to an illustrative embodiment of the invention. FIG. 24B provides an exploded isometric view of the display assembly 700. The module assembly includes one or more lamps 702, an optical waveguide 704, a MEMS modulator substrate 706, a cover plate 708, a drive circuit 710, a module spacer 712, assembly brackets 713 and 714, and flexible electrical wiring 716 and 718. Similar to that illustrated with respect to display device 500, module assembly 700 also includes a working fluid 720, cell spacers (not shown in FIG. 23), and sealant 722. The module assembly also includes an electrical connection 724 between the substrates 706 and 708. The assembly includes a front facing reflector film 728.

MEMS変調器基板706、カバープレート708、セルスペーサ、作動流体720、そしてシール722の組み合わせは、しばしばセルアセンブリ705と呼ばれる。セルアセンブリのアラインメント、流体充填、そして密封のための技術は、すでに米国特許出願第11/731,628号明細書と米国仮特許出願第60/930,872号明細書で説明されており、その全体を参照により本明細書に援用する。   The combination of MEMS modulator substrate 706, cover plate 708, cell spacer, working fluid 720, and seal 722 is often referred to as cell assembly 705. Techniques for cell assembly alignment, fluid filling, and sealing have already been described in US patent application Ser. No. 11 / 731,628 and US provisional patent application No. 60 / 930,872. The entirety of which is incorporated herein by reference.

セルアセンブリの部品を合体した後、モジュール700組立工程は次のように進む。最初に、駆動回路710がセルアセンブリ705に取り付けられる。駆動回路710はブロック線図150の一部として例示された機能ブロック(タイミング調整回路、バッファメモリー、スキャンドライバ、データドライバ、そして共通ドライバを含む)のいずれかまたはすべてを含むシリコンチップであってよい。電気的接続は、異方性導電接着剤726により駆動回路710と基板706上の配線との間でなされる。モジュール組立の第2の工程では、フレキシブル電気配線716はまた、異方性導電接着剤によりセルアセンブリ705に貼り付けられる。モジュール組立の随意の第3の工程では、一つまたは複数のランプ702が光導波路704に取り付けられる。ランプはまたフレキシブル電気配線718に取り付けられる。組立の随意の第4の工程では、前面向きの反射器728がモジュールスペーサ712の底面に取り付けられる。組立の第5の工程では、モジュールスペーサ712がアセンブリブラケット714内に挿入される。そして組立の第6の工程では、光導波路を始めとする残りの部品はすべてモジュールスペーサ712上またはその中の所定の位置に取り付けられる。組立の最終工程では、アセンブリブラケット713はセルアセンブリ705の上方の所定の位置に取り付けられる。   After uniting the cell assembly parts, the module 700 assembly process proceeds as follows. First, the drive circuit 710 is attached to the cell assembly 705. The drive circuit 710 may be a silicon chip that includes any or all of the functional blocks (including timing adjustment circuit, buffer memory, scan driver, data driver, and common driver) illustrated as part of the block diagram 150. . Electrical connection is made between the drive circuit 710 and the wiring on the substrate 706 by an anisotropic conductive adhesive 726. In the second step of module assembly, flexible electrical wiring 716 is also affixed to cell assembly 705 with an anisotropic conductive adhesive. In the optional third step of module assembly, one or more lamps 702 are attached to the light guide 704. The lamp is also attached to flexible electrical wiring 718. In the optional fourth step of assembly, a front facing reflector 728 is attached to the bottom surface of the module spacer 712. In the fifth step of assembly, the module spacer 712 is inserted into the assembly bracket 714. In the sixth step of assembly, all the remaining parts including the optical waveguide are attached on the module spacer 712 or at predetermined positions therein. In the final assembly process, the assembly bracket 713 is attached to a predetermined position above the cell assembly 705.

アセンブリブラケット713は、ブラケット713をブラケット714に強固に接続することによりディスプレイモジュールの筐体を完成させるインデントタブを含む。モジュールスペーサ712は、モジュールの部品間の機械的なアラインメントを容易にしかつ維持するためのいくつかの形状部を含む。例えば、位置決め面730と732は、組立後のランプ702の動きを制限するのに役立つ。スペーサ712内のこのような面は、ランプ702と光導波路704間の適切なx−yアラインメントを維持するのに役立つ。モジュールスペーサ712内にこのような位置決め面(時には収納ポケットと呼ばれる)を適切に設計することにより、部品が手で組み立てられることになった場合でも部品間で高度のアラインメントを維持することができる。同様に、光導波路704とMEMS変調器基板706間のx−yアラインメントは、位置決め面734と736によりそれぞれある程度保証される。   The assembly bracket 713 includes an indent tab that completes the housing of the display module by firmly connecting the bracket 713 to the bracket 714. Module spacer 712 includes a number of features to facilitate and maintain mechanical alignment between the components of the module. For example, the positioning surfaces 730 and 732 help limit the movement of the ramp 702 after assembly. Such a plane in spacer 712 helps to maintain proper xy alignment between lamp 702 and light guide 704. By appropriately designing such positioning surfaces (sometimes referred to as storage pockets) within the module spacer 712, a high degree of alignment between the parts can be maintained even when the parts are to be assembled by hand. Similarly, xy alignment between the optical waveguide 704 and the MEMS modulator substrate 706 is ensured to some extent by the positioning surfaces 734 and 736, respectively.

アセンブリ700の部品間の縦方向アライメントもまたモジュールスペーサ712内に設計された位置決め面により維持される。MEMS変調器基板706は例えば位置決め面740により形成される棚の上に載る。基板706は基板706の周縁部のいくつかの点で位置決め面740により支持される。同様に、光導波路704は位置決め面742上に載る。エアギャップ744が光導波路704とMEMS変調器基板706間に設定された。位置決め面740と742間の垂直距離が光導波路704の厚さより意図的に大きくなっているため、このエアギャップは維持される。エアギャップ744は、光導波路内で光を分散する光導波路704の上面で全内部反射を利用できるようにするので、有用な機能を果たす。加えて、エアギャップは、ディスプレイ500内の光線521などの光線がディスプレイの光共振器(例えば反射膜506と前面向きの反射器膜520との間に形成された)の2つの反射面間ではね返るのを邪魔しない。   Longitudinal alignment between the parts of the assembly 700 is also maintained by a positioning surface designed in the module spacer 712. The MEMS modulator substrate 706 is placed on a shelf formed by the positioning surface 740, for example. The substrate 706 is supported by the positioning surface 740 at several points on the periphery of the substrate 706. Similarly, the optical waveguide 704 is placed on the positioning surface 742. An air gap 744 was set between the optical waveguide 704 and the MEMS modulator substrate 706. This air gap is maintained because the vertical distance between the positioning surfaces 740 and 742 is intentionally greater than the thickness of the optical waveguide 704. The air gap 744 performs a useful function because it allows total internal reflection to be utilized at the top surface of the light guide 704 that disperses light within the light guide. In addition, the air gap is between the two reflective surfaces of the display's optical resonator (eg, formed between the reflective film 506 and the front-facing reflector film 520), such as the light beam 521 in the display 500. Do not disturb the bounce.

モジュールアセンブリ700では、位置決め面742は光導波路の周縁に沿ってのみ光導波路704を支持する。ディスプレイの表示エリア内の光導波路704の下のモジュールスペーサ712内には開放エリアが残される。モジュールスペーサ712はまた、面742の反対側の面の周縁に沿って位置決め面746を含む。前面向きの反射器728は接着剤で位置決め面746に貼り付けられる。このようにして、エアギャップもまた前面向きの反射器728と光導波路704間に設けられる。代替の実施形態では、前面向きの反射器728はアセンブリブラケット714に直接接着される。   In the module assembly 700, the positioning surface 742 supports the optical waveguide 704 only along the periphery of the optical waveguide. An open area remains in the module spacer 712 below the optical waveguide 704 in the display area of the display. Module spacer 712 also includes a positioning surface 746 along the periphery of the surface opposite the surface 742. The front-facing reflector 728 is attached to the positioning surface 746 with an adhesive. In this way, an air gap is also provided between the front-facing reflector 728 and the light guide 704. In an alternative embodiment, the front-facing reflector 728 is glued directly to the assembly bracket 714.

モジュールスペーサ712はプラスチックまたは金属材料で作製することができる。磨き上げた金属材料は、その表面が光導波路704から脱出する光を反射して光共振器内に戻すので有用である。モジュール700の特定の実施形態では、スペーサ712はポリカーボネートの射出成形により作製される。ポリカーボネートは白色に染められ、そのエッジは光共振器内に戻る光の反射を増強するために滑らかである。この部品に適用可能な他のプラスチック材料としては限定するものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、またはエポキシ材料が挙げられる。これら材料は、熱可塑性か熱硬化性のいずれかを使用することにより成型することができる。いくつかの実施形態では、モジュールスペーサは、電磁障害から保護するために導電性高分子または高分子複合材料で形成することができる。   The module spacer 712 can be made of plastic or metal material. The polished metal material is useful because its surface reflects light that escapes from the optical waveguide 704 back into the optical resonator. In a particular embodiment of module 700, spacer 712 is made by injection molding of polycarbonate. Polycarbonate is dyed white and its edges are smooth to enhance the reflection of light returning into the optical resonator. Other plastic materials applicable to this part include, but are not limited to, polyethylene, polypropylene, acrylic resin, or epoxy material. These materials can be molded by using either thermoplastic or thermosetting. In some embodiments, the module spacer can be formed of a conductive polymer or polymer composite to protect against electromagnetic interference.

モジュールスペーサ712は、通常、光導波路704とMEMS変調器基板706をその基板の周縁に沿ってのみ支持する。但し、アセンブリブラケット713と714はモジュールを、底部、側面、そしてまた上面の非可視部分に沿って完全に取り囲むように設計される。アセンブリブラケットの側面には、フレキシブル電気配線716と718を収容するためのギャップが残される。インデントタブにより接続されると、アセンブリブラケット713と714はディスプレイモジュールに機械剛性を与える。板金で形成された場合、アセンブリブラケットはまた、ディスプレイの電子遮蔽化と電磁障害からの保護とを実現する。いくつかの実施形態では、モジュールスペーサ712とアセンブリブラケット714の機能は、複合構造で合成することができる。このような複合構造では、プラスチック部品は、板金から成る基部の上またはその周囲に成型され、そして永続的に基部に接着される。プラスチック成形が完了した後、すべての板金突出部はさらに曲げられるかあるいは折り返されてインターロック筐体の一部を形成することができる。   Module spacer 712 typically supports optical waveguide 704 and MEMS modulator substrate 706 only along the periphery of the substrate. However, assembly brackets 713 and 714 are designed to completely surround the module along the bottom, sides, and also the invisible portions of the top surface. A gap for accommodating the flexible electrical wires 716 and 718 is left on the side surface of the assembly bracket. When connected by indent tabs, assembly brackets 713 and 714 provide mechanical rigidity to the display module. When formed of sheet metal, the assembly bracket also provides electronic shielding of the display and protection from electromagnetic interference. In some embodiments, the functions of the module spacer 712 and the assembly bracket 714 can be combined in a composite structure. In such a composite structure, the plastic part is molded on or around the base made of sheet metal and is permanently bonded to the base. After the plastic molding is complete, all sheet metal protrusions can be further bent or folded back to form part of the interlock housing.

いくつかの実施形態では、モジュールスペーサ712上のそれぞれの位置決め面に沿った部品の移動を防ぐために、接着剤がセルアセンブリおよび/または光導波路704の周縁に沿って塗布される。他の実施形態では、弾性材(合成スポンジまたはゴム材料)が、部品間、例えば光導波路704と変調器基板706間および/またはカバープレート708とアセンブリブラケット714間に挿入される。弾性材は、アセンブリブラケット713と714を取り囲んだ後で圧縮することができ、これにより部品のさらなる移動を防ぐ。弾性材はまた機械的衝撃からディスプレイ部品を保護する。いくつかの実施形態では、アセンブリブラケット713または714内のインデントまたはタブとアライメントする突出部がスペーサ712内に設けられる。これらの位置検知用突出部はアセンブリブラケット714内のスペーサ712の移動を防ぐ。   In some embodiments, an adhesive is applied along the periphery of the cell assembly and / or the light guide 704 to prevent movement of parts along respective positioning surfaces on the module spacer 712. In other embodiments, an elastic material (synthetic sponge or rubber material) is inserted between the components, eg, between the optical waveguide 704 and the modulator substrate 706 and / or between the cover plate 708 and the assembly bracket 714. The elastic material can be compressed after surrounding the assembly brackets 713 and 714, thereby preventing further movement of the parts. The elastic material also protects the display component from mechanical shocks. In some embodiments, a protrusion is provided in spacer 712 that aligns with an indent or tab in assembly bracket 713 or 714. These position detection protrusions prevent the spacer 712 within the assembly bracket 714 from moving.

好ましい実施形態では、MEMS変調器基板706は光変調器200と220などのシャッタベースのMEMS変調器アレイを含むが、非シャッタベースのMEMS光変調器を含む基板を本発明では有効に利用することができる。基板706上に配列することができる適用可能な非シャッタベースの変調器としては、光タップ250とエレクトロウェッティングベースの光変調器2400が挙げられる。   In a preferred embodiment, the MEMS modulator substrate 706 includes a shutter-based MEMS modulator array, such as light modulators 200 and 220, but a substrate including a non-shutter-based MEMS light modulator is effectively utilized in the present invention. Can do. Applicable non-shutter based modulators that can be arranged on the substrate 706 include an optical tap 250 and an electrowetting based optical modulator 2400.

代替の実施形態では、ディスプレイ装置600のセル部品は、ディスプレイ装置700におけるMEMS光変調器と置換可能である。例えば、基板606はMEMS変調器基板706と置換可能であり、基板608はカバープレート708と置換可能である。本発明の液晶実施形態では、流体720は液晶材料604で置き換えることができる。モジュールスペーサ712の設計により得られる同様な利点は、モジュールスペーサ712が液晶ディスプレイ装置600に使用される場合にも適用される。   In an alternative embodiment, the cell component of the display device 600 can be replaced with a MEMS light modulator in the display device 700. For example, the substrate 606 can be replaced with a MEMS modulator substrate 706, and the substrate 608 can be replaced with a cover plate 708. In the liquid crystal embodiment of the present invention, fluid 720 can be replaced with liquid crystal material 604. Similar advantages obtained by the design of the module spacer 712 also apply when the module spacer 712 is used in the liquid crystal display device 600.

図25は、本発明の例示的実施形態による、MEMSアップ構成におけるディスプレイモジュールアセンブリ800の詳細な図を与える。モジュールアッセンブリは、一つまたは複数のランプ802、光導波路804、変調器基板806、カバープレート808、駆動回路810、モジュールスペーサ812、前面向きの反射器828、アセンブリブラケット813と814、そしてフレキシブル電気配線816と818を含む。   FIG. 25 provides a detailed view of the display module assembly 800 in a MEMS up configuration, according to an illustrative embodiment of the invention. The module assembly includes one or more lamps 802, an optical waveguide 804, a modulator substrate 806, a cover plate 808, a drive circuit 810, a module spacer 812, a front-facing reflector 828, assembly brackets 813 and 814, and flexible electrical wiring. 816 and 818.

アセンブリ800の部品間の縦方向アライメントもまた、モジュールスペーサ812内に設計された位置決め面により維持される。MEMS変調器基板806は例えば、位置決め面836により形成される棚の上に載る。基板806は基板806の周縁部のいくつかの点で位置決め面836により支持される。同様に、光導波路804は、モジュールスペーサ812上の位置決め面836の正反対側に位置する位置決め面840上に載る。エアギャップ844は、ディスプレイの周縁に沿った基板間にモジュールスペーサ812を挿入することにより光導波路804とMEMS変調器基板806間に設定された。モジュールスペーサ812の形状は、基板804と806の周縁に沿ったいくつかの点でスペーサ材料が2つの基板間に配置されるように設計された。   Longitudinal alignment between the parts of the assembly 800 is also maintained by a positioning surface designed in the module spacer 812. For example, the MEMS modulator substrate 806 is placed on a shelf formed by the positioning surface 836. The substrate 806 is supported by the positioning surface 836 at several points on the periphery of the substrate 806. Similarly, the optical waveguide 804 rests on the positioning surface 840 located on the opposite side of the positioning surface 836 on the module spacer 812. The air gap 844 was set between the optical waveguide 804 and the MEMS modulator substrate 806 by inserting a module spacer 812 between the substrates along the periphery of the display. The shape of the module spacer 812 was designed such that the spacer material was placed between the two substrates at several points along the periphery of the substrates 804 and 806.

モジュールアセンブリ800はまた弾性挿入物850と852を含む。弾性挿入物850はカバープレートとアセンブリブラケット813間に配置される。弾性挿入物852は光導波路804とアセンブリブラケット814間に配置される。弾性挿入物はブラケット813と814の封入中に圧縮でされ得るように弾性材(合成スポンジまたはゴム材料)で構成される。弾性挿入物は、光導波路804と変調器基板806が位置決め面840と836に対しそれぞれ確実に直接押しつけられるようにする。弾性材はまた機械的衝撃からディスプレイ部品を保護する。いくつかの実施形態では、前面向きの反射器828は、弾性挿入物852がアセンブリブラケット814と反射器828間に位置決めされるように光導波路804に直接接着される。   Module assembly 800 also includes resilient inserts 850 and 852. The elastic insert 850 is disposed between the cover plate and the assembly bracket 813. The elastic insert 852 is disposed between the optical waveguide 804 and the assembly bracket 814. The elastic insert is constructed of an elastic material (synthetic sponge or rubber material) so that it can be compressed during encapsulation of the brackets 813 and 814. The elastic insert ensures that the optical waveguide 804 and the modulator substrate 806 are pressed directly against the positioning surfaces 840 and 836, respectively. The elastic material also protects the display component from mechanical shocks. In some embodiments, the front-facing reflector 828 is bonded directly to the light guide 804 such that the elastic insert 852 is positioned between the assembly bracket 814 and the reflector 828.

図26は、本発明の例示的実施形態による、MEMSダウン構成におけるディスプレイモジュールアセンブリ900の詳細な図を与える。モジュールアッセンブリは、一つまたは複数のランプ902、光導波路904、アパーチャ板906、変調器基板908、駆動回路910、モジュールスペーサ912、前面向きの反射器928、アセンブリブラケット913と914、そしてフレキシブル電気配線916と918を含む。   FIG. 26 provides a detailed view of the display module assembly 900 in a MEMS down configuration, according to an illustrative embodiment of the invention. The module assembly includes one or more lamps 902, an optical waveguide 904, an aperture plate 906, a modulator board 908, a drive circuit 910, a module spacer 912, a front-facing reflector 928, assembly brackets 913 and 914, and flexible electrical wiring. 916 and 918 are included.

MEMS変調器基板908、アパーチャ板906、セルスペーサ、作動流体920、そしてシール922の組み合わせはセルアセンブリ905と呼ばれる。しかしながら、MEMSダウン構成では、MEMSシャッタアセンブリアレイは、基板908の光導波路904に向けられかつビューアから離れる側に作製される。その結果、駆動回路910もまた変調器基板908の底面に搭載される。   The combination of MEMS modulator substrate 908, aperture plate 906, cell spacer, working fluid 920, and seal 922 is referred to as cell assembly 905. However, in the MEMS down configuration, the MEMS shutter assembly array is fabricated on the side of the substrate 908 that faces the light guide 904 and away from the viewer. As a result, the drive circuit 910 is also mounted on the bottom surface of the modulator substrate 908.

モジュールスペーサ912は、モジュールの部品間の機械的なアラインメントを容易にしかつ維持するためのいくつかの形状部を含む。例えば、スペーサ912は、ランプ902の適切な位置決めを保証するのに役立つ位置決め面930と932を含む。同様な形状部では、光導波路904とMEMSアパーチャ板906間のx−yアラインメントは位置決め面934と936によりそれぞれある程度保証される。   Module spacer 912 includes a number of features to facilitate and maintain mechanical alignment between the components of the module. For example, the spacer 912 includes positioning surfaces 930 and 932 that help ensure proper positioning of the ramp 902. In a similar shape, the xy alignment between the optical waveguide 904 and the MEMS aperture plate 906 is guaranteed to some extent by the positioning surfaces 934 and 936, respectively.

アセンブリ900の部品間の縦方向アライメントもまた、モジュールスペーサ912内に設計された位置決め面により維持される。アパーチャ板906は例えば、位置決め面940により形成された棚の上に載る。基板906は、基板906の周縁部のいくつかの点で位置決め面940により支持される。同様に、光導波路904は位置決め面942上に載る。エアギャップ944は光導波路904とアパーチャ板906間に設定された。位置決め面940と942間の垂直距離が光導波路904の厚さより意図的に大きくなっているため、このエアギャップは維持される。エアギャップ944は、光導波路内で光を分散する光導波路904の上面で全内部反射を利用できるようにするので、有用な機能を果たす。加えて、エアギャップは、ディスプレイ500内の光線521などの光線がディスプレイの光共振器(例えば反射膜506と前面向きの反射器膜520との間に形成された)の2つの反射面間ではね返るのを邪魔しない。   Longitudinal alignment between the parts of the assembly 900 is also maintained by a positioning surface designed in the module spacer 912. The aperture plate 906 is placed on a shelf formed by the positioning surface 940, for example. The substrate 906 is supported by the positioning surface 940 at several points on the periphery of the substrate 906. Similarly, the optical waveguide 904 is placed on the positioning surface 942. The air gap 944 was set between the optical waveguide 904 and the aperture plate 906. This air gap is maintained because the vertical distance between the positioning surfaces 940 and 942 is intentionally greater than the thickness of the optical waveguide 904. The air gap 944 performs a useful function because it allows total internal reflection to be utilized on the top surface of the light guide 904 that disperses light within the light guide. In addition, the air gap is between the two reflective surfaces of the display's optical resonator (eg, formed between the reflective film 506 and the front-facing reflector film 520), such as the light beam 521 in the display 500. Do not disturb the bounce.

モジュールアセンブリ900では、位置決め面942は光導波路の周縁に沿ってのみ光導波路904を支持する。ディスプレイの表示エリア内の光導波路904の下のモジュールスペーサ912内には開放エリアが残される。モジュールスペーサ912はまた、面942と反対側の面の周縁に沿って位置決め面946を含む。前面向きの反射器928は接着剤で位置決め面946に貼り付けられる。このようにして、エアギャップもまた前面向きの反射器928と光導波路904間に設けられる。代替の実施形態では、前面向きの反射器928はアセンブリブラケット914に直接接着される。   In the module assembly 900, the positioning surface 942 supports the optical waveguide 904 only along the periphery of the optical waveguide. An open area is left in the module spacer 912 under the optical waveguide 904 in the display area of the display. Module spacer 912 also includes a positioning surface 946 along the periphery of the surface opposite the surface 942. The front-facing reflector 928 is attached to the positioning surface 946 with an adhesive. In this way, an air gap is also provided between the front-facing reflector 928 and the optical waveguide 904. In an alternative embodiment, the front facing reflector 928 is glued directly to the assembly bracket 914.

本発明は、その趣旨または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。したがって、前述の実施形態はすべての点で例示的であり、本発明を限定するものではないと考えるべきである。   The present invention may be embodied in other specific forms without departing from its spirit or essential characteristics. Accordingly, the foregoing embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive.

Claims (194)

ディスプレイアセンブリの製造方法であって、
それぞれが明状態と暗状態とを有する複数のMEMS光変調器が作製された第1の基板を設ける工程と、
複数のアパーチャを含む層が形成された第2の透明基板を設ける工程と、
それぞれのMEMS光変調器とアパーチャとの対応関係を設定するために前記第1の基板と前記第2の透明基板とをアライメントする工程と
を含む方法。
A display assembly manufacturing method comprising:
Providing a first substrate on which a plurality of MEMS light modulators each having a bright state and a dark state are fabricated;
Providing a second transparent substrate on which a layer including a plurality of apertures is formed;
Aligning the first substrate and the second transparent substrate to set the correspondence between each MEMS light modulator and the aperture.
各MEMS光変調器はエッジを有する変調素子を含み、各アパーチャは少なくとも一つのエッジを含む、請求項1に記載の方法であって、
前記第1と第2の基板をアライメントする工程は、暗状態において、前記MEMS光変調器の変調素子のエッジがその対応するアパーチャのエッジと0ミクロンを越えかつ約20ミクロン未満だけ重なるように前記第1の基板と前記第2の基板とをアライメントすることを含む方法。
The method of claim 1, wherein each MEMS light modulator includes a modulation element having an edge, and each aperture includes at least one edge,
The step of aligning the first and second substrates is such that, in the dark state, the edge of the modulation element of the MEMS light modulator overlaps the edge of its corresponding aperture by more than 0 microns and less than about 20 microns. Aligning a first substrate and the second substrate.
前記第1の基板は実質的に透明である、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the first substrate is substantially transparent. 接着剤により前記第1の基板を前記第2の基板に接着することにより前記アラインメントを維持する工程を含む、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, comprising maintaining the alignment by bonding the first substrate to the second substrate with an adhesive. 機械的インターロック形状部により前記第1の基板を前記第2の基板に連結することによりアラインメントを維持する工程を含む、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, comprising maintaining alignment by connecting the first substrate to the second substrate by a mechanical interlock feature. 熱リフロー可能な材料によって前記第1の基板を前記第2の基板に連結することによりアラインメントを維持する工程を含む、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, comprising maintaining alignment by connecting the first substrate to the second substrate with a thermally reflowable material. 前記第1の基板上の前記複数のMEMS光変調器は複数の光変調器アレイを含み、前記第2の基板上の前記複数のアパーチャは複数のアパーチャアレイを含む、請求項2に記載の方法であって、前記第1と第2の基板を単一化する工程を含む方法。   3. The method of claim 2, wherein the plurality of MEMS light modulators on the first substrate includes a plurality of light modulator arrays, and the plurality of apertures on the second substrate includes a plurality of aperture arrays. A method comprising the step of unifying the first and second substrates. 前記第1と第2の基板はそのアラインメントに先立って単一化される、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the first and second substrates are singulated prior to their alignment. 前記第1と第2の基板はそのアラインメント後に単一化される、請求項7に記載の方法。   The method of claim 7, wherein the first and second substrates are singulated after alignment. 前記第1と第2の基板上にアライメントマークを形成する工程を含む、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, comprising forming alignment marks on the first and second substrates. 前記第1と第2の基板をアライメントする工程は、アライメントマーク間のミスアラインメントの程度を監視するための視覚システムを含むアライメント装置に前記第1と第2の基板を装填することを含む、請求項10に記載の方法。   The step of aligning the first and second substrates includes loading the first and second substrates into an alignment apparatus that includes a vision system for monitoring the degree of misalignment between alignment marks. Item 11. The method according to Item 10. 前記アライメント装置は前記2つの基板の相対位置を調整するためのモーターを含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the alignment apparatus includes a motor for adjusting a relative position of the two substrates. 前記アライメント装置は接着材を硬化するためのUVランプを含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the alignment apparatus includes a UV lamp for curing the adhesive. 前記第1と第2の基板間に一定の分離距離を設定するためのスペーサを貼り付ける工程を含む、請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, further comprising attaching a spacer for setting a constant separation distance between the first and second substrates. 前記明状態では、光変調器は、前記第1と第2の基板の一方において反射する光の全内部反射を局所的に妨害する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein in the bright state, the light modulator locally obstructs total internal reflection of light reflected at one of the first and second substrates. 前記光変調器はエレクトロウェッティング変調器である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the light modulator is an electrowetting modulator. 前記第2の基板上に形成される前記層は反射材料を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the layer formed on the second substrate comprises a reflective material. 前記第2の基板上に形成される前記層は光吸収物質を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the layer formed on the second substrate comprises a light absorbing material. 前記暗状態では、前記MEMS光変調器の変調素子のエッジはその対応する前記アパーチャのエッジと0ミクロンを越えかつ約5ミクロン未満だけ重なる、請求項2に記載の方法。   3. The method of claim 2, wherein in the dark state, the edge of the modulation element of the MEMS light modulator overlaps its corresponding edge of the aperture by more than 0 and less than about 5 microns. 前記第1と第2の透明基板間のギャップを埋める導電性材料を貼り付ける工程を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising applying a conductive material that fills a gap between the first and second transparent substrates. 第1の基板上に形成されたMEMS光変調器アレイと、
前記第1の基板から一定のギャップだけ離された第2の透明基板と、
前記MEMS光変調器の可動部を実質的に取り囲む、前記第1と第2の基板間に配置された液体と、
前記液体を前記2つの基板間に収容するとともに前記2つの基板間の相対運動を制限するための、前記MEMS変調器アレイを取り囲む接着シールと
を含むディスプレイアセンブリ。
A MEMS light modulator array formed on the first substrate;
A second transparent substrate separated from the first substrate by a certain gap;
A liquid disposed between the first and second substrates substantially surrounding a movable part of the MEMS light modulator;
A display assembly including an adhesive seal surrounding the MEMS modulator array for containing the liquid between the two substrates and limiting relative movement between the two substrates.
前記液体は潤滑剤を含む、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein the liquid comprises a lubricant. 前記第1と第2の基板の一方の上に配置される反射性アパーチャ層をさらに含む、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, further comprising a reflective aperture layer disposed on one of the first and second substrates. 前記液体は第1の屈折率を有し、前記反射性アパーチャ層が配置される前記基板は第2の屈折率を有し、前記第1の屈折率は前記第2の屈折率より大きいかあるいは実質的に等しい、請求項23に記載のディスプレイアセンブリ。   The liquid has a first refractive index, the substrate on which the reflective aperture layer is disposed has a second refractive index, and the first refractive index is greater than the second refractive index, or 24. The display assembly of claim 23, wherein the display assembly is substantially equal. 前記液体は非導電性である、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein the liquid is non-conductive. 前記液体は2.0を越える誘電率を有する、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein the liquid has a dielectric constant greater than 2.0. 前記液体は前記MEMS変調器アレイ内の前記MEMS変調器の表面を濡らす、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein the liquid wets a surface of the MEMS modulator in the MEMS modulator array. 前記MEMS光変調器のそれぞれは前面と裏面を含み、前記液体は前記MEMS光変調器の前面と裏面の両方を濡らす、請求項27に記載のディスプレイアセンブリ。   28. The display assembly of claim 27, wherein each of the MEMS light modulators includes a front surface and a back surface, and the liquid wets both the front and back surfaces of the MEMS light modulator. 前記接着シールは高分子材料を含む、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein the adhesive seal comprises a polymeric material. 前記MEMS光変調器のそれぞれは前記液体の中を制御可能に移動する構成部品を含む、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein each of the MEMS light modulators includes components that controllably move through the liquid. 前記液体は単一の液体から成る、請求項21に記載のディスプレイアセンブリ。   The display assembly of claim 21, wherein the liquid comprises a single liquid. 第1と第2の透明基板を含むディスプレイアセンブリの製造方法であって、
前記第1の透明基板上にMEMS光変調器アレイを設ける工程と、
前記第1の透明基板が前記第2の透明基板から一定ギャップだけ離されるように、前記第2の透明基板を前記第1の基板に隣接して配置する工程と、
前記ディスプレイアセンブリの周縁の少なくとも一部分に沿ってシール材を貼り付ける工程と、
前記流体が前記MEMS光変調器の可動部を実質的に取り囲むように、前記ディスプレイアセンブリを流体で充填する工程と、
前記ディスプレイアセンブリを流体で充填する工程後に前記シール材を硬化する工程と
を含む方法。
A method of manufacturing a display assembly including first and second transparent substrates, comprising:
Providing a MEMS light modulator array on the first transparent substrate;
Disposing the second transparent substrate adjacent to the first substrate such that the first transparent substrate is separated from the second transparent substrate by a certain gap;
Applying a sealant along at least a portion of the periphery of the display assembly;
Filling the display assembly with a fluid such that the fluid substantially surrounds a movable portion of the MEMS light modulator;
Curing the sealant after filling the display assembly with a fluid.
前記流体は液体である、請求項32に記載の方法。   34. The method of claim 32, wherein the fluid is a liquid. 前記流体は気体である、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, wherein the fluid is a gas. 前記流体は潤滑剤である、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, wherein the fluid is a lubricant. 前記シール材を貼り付ける工程は前記ディスプレイを充填する工程に先立つ、請求項32に記載の方法。   33. The method of claim 32, wherein the step of applying the sealant precedes the step of filling the display. 前記シール材を硬化する工程に先立って前記第1と第2の透明基板をアライメントする工程をさらに含む、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, further comprising aligning the first and second transparent substrates prior to the step of curing the sealant. 前記ディスプレイアセンブリを流体で充填する工程は、前記第1と第2の透明基板をアライメントする工程に先立って前記第1と第2の透明基板の一方に前記液体を塗布することを含む、請求項33に記載の方法。   The step of filling the display assembly with a fluid includes applying the liquid to one of the first and second transparent substrates prior to aligning the first and second transparent substrates. 34. The method according to 33. 前記ディスプレイアセンブリを前記流体で充填する工程は、前記ディスプレイアセンブリを取り囲む気圧を大気圧より低い気圧まで下げることを含む、請求項32に記載の方法。   35. The method of claim 32, wherein filling the display assembly with the fluid comprises lowering an air pressure surrounding the display assembly to a pressure below atmospheric pressure. 前記MEMS光変調器アレイを作製する一方で、前記第1の透明基板上に少なくとも一つの追加のMEMS光変調器アレイを作製する工程をさらに含む、請求項32に記載の方法。   35. The method of claim 32, further comprising fabricating at least one additional MEMS light modulator array on the first transparent substrate while fabricating the MEMS light modulator array. 前記シール材を貼り付ける工程の後に、前記MEMS光変調器アレイを前記少なくとも一つの追加のMEMS光変調器アレイから離す工程をさらに含む、請求項40に記載の方法。   41. The method of claim 40, further comprising the step of separating the MEMS light modulator array from the at least one additional MEMS light modulator array after applying the sealant. 前記2つの基板間のギャップを維持するために前記第1と第2の透明基板の少なくとも一方の上にスペーサを作製する工程をさらに含む、請求項32に記載の方法。   36. The method of claim 32, further comprising creating a spacer on at least one of the first and second transparent substrates to maintain a gap between the two substrates. 前記第1と第2の透明基板間の前記ギャップを埋める導電性材料を設ける工程をさらに含む、請求項32に記載の方法。   33. The method of claim 32, further comprising providing a conductive material that fills the gap between the first and second transparent substrates. 第1と第2の透明基板を含むディスプレイアセンブリの製造方法であって、
前記第1の透明基板上にMEMS光変調器アレイを設ける工程と、
前記第1の透明基板が前記第2の透明基板から一定ギャップだけ離されるように、前記第2の透明基板を前記第1の基板に隣接して配置する工程と、
前記ディスプレイアセンブリの周縁の少なくとも一部分に沿ってシール材を貼り付ける工程と、
前記第1と第2の透明基板とを連結するために前記シール材を硬化する工程と、
流体が前記MEMS光変調器の可動部を実質的に取り囲むように前記シール材を硬化する工程後に前記ディスプレイアセンブリを前記流体で充填する工程と
を含む方法。
A method of manufacturing a display assembly including first and second transparent substrates, comprising:
Providing a MEMS light modulator array on the first transparent substrate;
Disposing the second transparent substrate adjacent to the first substrate such that the first transparent substrate is separated from the second transparent substrate by a certain gap;
Applying a sealant along at least a portion of the periphery of the display assembly;
Curing the sealing material to connect the first and second transparent substrates;
Filling the display assembly with the fluid after curing the sealing material such that a fluid substantially surrounds a movable part of the MEMS light modulator.
前記流体は液体である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the fluid is a liquid. 前記流体は気体である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the fluid is a gas. 前記流体は潤滑剤である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the fluid is a lubricant. 前記シール材を硬化する工程に先立って前記第1と第2の透明基板をアライメントする工程をさらに含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, further comprising aligning the first and second transparent substrates prior to the step of curing the sealant. 前記MEMS光変調器アレイを作製する一方で、前記第1の透明基板上に少なくとも一つの追加のMEMS光変調器アレイを作製する工程をさらに含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, further comprising fabricating at least one additional MEMS light modulator array on the first transparent substrate while fabricating the MEMS light modulator array. 前記シール材を貼り付ける工程の後に、前記MEMS光変調器アレイを前記少なくとも一つの追加のMEMS光変調器アレイから離す工程をさらに含む、請求項49に記載の方法。   50. The method of claim 49, further comprising the step of separating the MEMS light modulator array from the at least one additional MEMS light modulator array after applying the sealant. 前記2つの基板間のギャップを維持するために前記第1と第2の透明基板の少なくとも一つの上にスペーサを作製する工程をさらに含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, further comprising creating a spacer on at least one of the first and second transparent substrates to maintain a gap between the two substrates. 前記第1と第2の透明基板間の前記ギャップを埋める導電性材料を設ける工程をさらに含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, further comprising providing a conductive material that fills the gap between the first and second transparent substrates. 前記ディスプレイアセンブリに前記シール材を貼り付ける工程は、少なくとも一つの充填用穴を未密封のままにしておくことを含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein affixing the sealant to the display assembly includes leaving at least one filling hole unsealed. 前記ディスプレイアセンブリを充填する工程は、前記ディスプレイアセンブリを取り囲む気圧を大気圧より低い気圧まで下げることを含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein filling the display assembly includes lowering an air pressure surrounding the display assembly to a pressure below atmospheric pressure. 前記ディスプレイアセンブリ内に前記流体を収容するために前記ディスプレイアセンブリを充填する工程の後に、前記少なくとも一つの充填用穴を密封する工程をさらに含む、請求項53に記載の方法。   54. The method of claim 53, further comprising sealing the at least one filling hole after filling the display assembly to contain the fluid in the display assembly. アパーチャ層が形成された第1の基板と、
前記アパーチャ層に向けて光を誘導する光導波路と、
前記光導波路から前記アパーチャ層を通過する光を変調するための複数のMEMS光変調器と、
前記光導波路の周縁を実質的に取り囲むスペーサであって、前記光導波路と前記第1の基板を所定距離だけ互いに離しておくことにより前記第1の基板と前記光導波路間にギャップを形成するためのスペーサと
を含むディスプレイ装置。
A first substrate on which an aperture layer is formed;
An optical waveguide for directing light toward the aperture layer;
A plurality of MEMS light modulators for modulating light passing through the aperture layer from the optical waveguide;
A spacer that substantially surrounds the periphery of the optical waveguide, wherein a gap is formed between the first substrate and the optical waveguide by separating the optical waveguide and the first substrate from each other by a predetermined distance; Display device.
前記スペーサは光を前記光導波路内に反射させるための反射面を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the spacer includes a reflective surface for reflecting light into the optical waveguide. 前記スペーサは、前記光導波路と前記光導波路に光を供給するためのランプ間のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the spacer includes a structural feature having a geometry selected to maintain alignment between the light guide and a lamp for supplying light to the light guide. 前記スペーサは、前記複数のMEMS光変調器の一つを制御するための、前記光導波路と電気的接続間のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   The spacer includes a structural feature having a geometry selected to maintain alignment between the optical waveguide and electrical connections for controlling one of the plurality of MEMS light modulators. Item 56. The display device according to item 56. 前記スペーサは、前記光導波路と前記第1の基板間のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the spacer includes a structural feature having a geometry selected to maintain alignment between the optical waveguide and the first substrate. 前記スペーサは、前記光導波路と前記第1の基板のうちの一方がその上に載る棚を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device according to claim 56, wherein the spacer includes a shelf on which one of the optical waveguide and the first substrate is placed. 前記スペーサは、前記光導波路と前記第1の基板のうちの少なくとも一つの並進移動を制限するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the spacer includes a structural feature having a geometry selected to limit translational movement of at least one of the optical waveguide and the first substrate. 前記光導波路と前記第1の基板のうちの少なくとも一つに接着するための、前記スペーサ上に配置された接着剤をさらに含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, further comprising an adhesive disposed on the spacer for adhering to at least one of the optical waveguide and the first substrate. 前記スペーサは前記光導波路と前記第1の基板間に配置される、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device according to claim 56, wherein the spacer is disposed between the optical waveguide and the first substrate. 前記スペーサは剛性材を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the spacer includes a rigid material. 前記スペーサは、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリアクリレートのうちの少なくとも一つを含む、請求項65に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 65, wherein the spacer comprises at least one of polycarbonate, polyethylene, polypropylene, and polyacrylate. 前記スペーサは金属を含む、請求項65に記載のディスプレイ装置。   66. The display device of claim 65, wherein the spacer comprises a metal. 前記スペーサは金属とプラスチックの複合材を含む、請求項65に記載のディスプレイ装置。   66. The display device of claim 65, wherein the spacer comprises a composite of metal and plastic. 前記MEMS光変調器はシャッタベースの光変調器を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the MEMS light modulator comprises a shutter-based light modulator. 前記MEMS光変調器はエレクトロウェッティング光変調器を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device of claim 56, wherein the MEMS light modulator comprises an electrowetting light modulator. 前記スペーサは、前記光導波路と、前記光導波路に向けて光を反射させるための反射層との間のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   The spacer includes a structural feature having a geometry selected to maintain alignment between the optical waveguide and a reflective layer for reflecting light toward the optical waveguide. A display device according to 1. 前記アパーチャ層は反射性アパーチャ層を含む、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. A display device according to claim 56, wherein the aperture layer comprises a reflective aperture layer. 前記複数のMEMS光変調器は前記第1の基板上に配置される、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device according to claim 56, wherein the plurality of MEMS light modulators are disposed on the first substrate. 前記複数のMEMS光変調器は第2の基板上に配置される、請求項56に記載のディスプレイ装置。   57. The display device according to claim 56, wherein the plurality of MEMS light modulators are disposed on a second substrate. 複数のMEMS光変調器と、
前記複数のMEMS光変調器を制御するための制御マトリクスが形成された第1の基板と、
前記第1の基板に向けて光を誘導する光導波路と、
前記光導波路の周縁を実質的に取り囲むスペーサであって、前記光導波路と前記第1の基板を所定距離だけ互いに離しておくことにより前記第1の基板と前記光導波路間にギャップを形成するためのスペーサと
を含むディスプレイ装置。
A plurality of MEMS light modulators;
A first substrate on which a control matrix for controlling the plurality of MEMS optical modulators is formed;
An optical waveguide for directing light toward the first substrate;
A spacer that substantially surrounds the periphery of the optical waveguide, wherein a gap is formed between the first substrate and the optical waveguide by separating the optical waveguide and the first substrate from each other by a predetermined distance; Display device.
前記スペーサは、前記光導波路と、前記光導波路に光を供給するためのランプとの間のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項75に記載のディスプレイ装置。   The spacer of claim 75, wherein the spacer includes a structural feature having a geometry selected to maintain alignment between the light guide and a lamp for supplying light to the light guide. Display device. 前記スペーサは光を前記光導波路内に反射させるための反射面を含む、請求項75に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 75, wherein the spacer includes a reflective surface for reflecting light into the optical waveguide. 前記スペーサは、前記光導波路と前記第1の基板間のアラインメントを維持するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項75に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 75, wherein the spacer includes a structural feature having a geometry selected to maintain alignment between the optical waveguide and the first substrate. 前記スペーサは、前記光導波路と前記第1の基板のうちの少なくとも一つの並進移動を制限するように選択された幾何形状を有する構造的特徴部を含む、請求項75に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 75, wherein the spacer includes a structural feature having a geometry selected to limit translational movement of at least one of the optical waveguide and the first substrate. 前記スペーサは、前記光導波路と前記第1の基板のうちの一方がその上に載る棚を含む、請求項75に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 75, wherein the spacer includes a shelf on which one of the optical waveguide and the first substrate is placed. 前面向きの面と裏面向きの面を有する第1の基板と、
前記第1の基板の前記前面向きの面上に配置された複数のアパーチャを含む反射性アパーチャ層と、
画像を形成するために前記複数のアパーチャに向けられた光を変調する複数のMEMS光変調器と
を含むディスプレイ装置。
A first substrate having a front facing surface and a back facing surface;
A reflective aperture layer including a plurality of apertures disposed on the front-facing surface of the first substrate;
And a plurality of MEMS light modulators that modulate light directed to the plurality of apertures to form an image.
前記第1の基板は光導波路を含む、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 81, wherein the first substrate includes an optical waveguide. 前記複数のMEMS光変調器はシャッタベースの光変調器を含む、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 81, wherein the plurality of MEMS light modulators comprise shutter-based light modulators. 前記複数のMEMS光変調器はエレクトロウェッティング光変調器を含む、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 81, wherein the plurality of MEMS light modulators include electrowetting light modulators. 前記MEMS光変調器は前記第1の基板上に配置される、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 81, wherein the MEMS light modulator is disposed on the first substrate. 前記第1の基板は透明である、請求項81に記載のディスプレイ装置。   82. A display device according to claim 81, wherein the first substrate is transparent. 前記第1の基板の後方に位置する光導波路を含む、請求項81に記載のディスプレイ装置であって、
前記反射性アパーチャ層は、前記反射性アパーチャ層に含まれる前記複数のアパーチャを通過しない光を反射して前記光導波路の方へ戻す、ディスプレイ装置。
82. The display device of claim 81, comprising an optical waveguide located behind the first substrate,
The display device, wherein the reflective aperture layer reflects light that does not pass through the plurality of apertures included in the reflective aperture layer and returns the light toward the optical waveguide.
前記第1の基板は前記光導波路に密着する、請求項87に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 87, wherein the first substrate is in close contact with the optical waveguide. 前記反射性アパーチャ層は、ミラー、誘電体ミラー、金属膜のうちの一つで形成される、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 81, wherein the reflective aperture layer is formed of one of a mirror, a dielectric mirror, and a metal film. 前記複数のアパーチャは前記複数の光変調器のそれぞれの光変調器に対応する、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 81, wherein the plurality of apertures correspond to respective light modulators of the plurality of light modulators. 前記第1の基板は、前記反射性アパーチャ層が前記複数の光変調器に近接するように配置される、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 81, wherein the first substrate is disposed such that the reflective aperture layer is adjacent to the plurality of light modulators. 前記第1の基板は、前記第1の基板と前記光導波路間にギャップを形成するように光導波路に対して位置決めされる、請求項81に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 81, wherein the first substrate is positioned with respect to the optical waveguide so as to form a gap between the first substrate and the optical waveguide. 前記ギャップを充填する流体を含む、請求項92に記載のディスプレイ装置。   94. A display device according to claim 92, comprising a fluid filling the gap. 前記流体は空気である、請求項93に記載のディスプレイ装置。   94. A display device according to claim 93, wherein the fluid is air. 前記流体は第1の屈折率を有し、前記光導波路は第2の屈折率を有し、前記第1の屈折率は前記第2の屈折率より小さい、請求項93に記載のディスプレイ装置。   94. The display device of claim 93, wherein the fluid has a first refractive index, the optical waveguide has a second refractive index, and the first refractive index is less than the second refractive index. 前記複数のMEMS光変調器を制御するためのアクティブマトリクス制御マトリクスを含む、請求項81に記載のディスプレイ装置であって、
前記アクティブマトリクスはそれぞれのMEMS光変調器に対応する少なくとも一つのスイッチを含む、ディスプレイ装置。
The display apparatus of claim 81, comprising an active matrix control matrix for controlling the plurality of MEMS light modulators,
The display device, wherein the active matrix includes at least one switch corresponding to each MEMS light modulator.
前記第1の基板の前記前面向きの面の前に配置された第2の基板を含む、請求項81に記載のディスプレイ装置。   82. A display device according to claim 81, comprising a second substrate disposed in front of the front-facing surface of the first substrate. 前記複数のMEMS光変調器は前記第2の基板上に形成される、請求項97に記載のディスプレイ装置。   98. The display device of claim 97, wherein the plurality of MEMS light modulators are formed on the second substrate. 前記複数のMEMS光変調器は前記第2の基板の裏面向きの面上に形成される、請求項97に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 97, wherein the plurality of MEMS light modulators are formed on a surface facing the back surface of the second substrate. 前記複数のMEMS光変調器を制御するための、前記第2の基板上に形成された制御マトリクスを含む、請求項97に記載のディスプレイ装置。   98. A display device according to claim 97, comprising a control matrix formed on the second substrate for controlling the plurality of MEMS light modulators. 前記第2の基板は透明である、請求項97に記載のディスプレイ装置。   98. A display device according to claim 97, wherein the second substrate is transparent. 前記第1と第2の基板間の横方向のアラインメントを維持するための機械的インターロック形状部をさらに含む、請求項97に記載のディスプレイ装置。   98. The display device of claim 97, further comprising a mechanical interlock feature for maintaining a lateral alignment between the first and second substrates. 前記機械的インターロック形状部は、前記第1と第2の基板の相対的側方移動をどの方向にも5ミクロン未満に制限する、請求項102に記載のディスプレイ装置。   103. The display device of claim 102, wherein the mechanical interlock feature limits relative lateral movement of the first and second substrates to less than 5 microns in any direction. 前記第1と第2の基板間の横方向のアラインメントを維持するための接着剤を含む、請求項97に記載のディスプレイ装置。   98. A display device according to claim 97, comprising an adhesive for maintaining a lateral alignment between the first and second substrates. 前記接着剤は、前記第1と第2の基板の相対的側方移動をどの方向にも5ミクロン未満に制限する、請求項104に記載のディスプレイ装置。   105. The display device of claim 104, wherein the adhesive limits relative lateral movement of the first and second substrates to less than 5 microns in any direction. 前記第1の基板は光導波路と前記第2の基板間に配置される、請求項97に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 97, wherein the first substrate is disposed between an optical waveguide and the second substrate. 前記第1の基板は、前記第1の基板と前記第2の基板間のギャップを形成するように前記第2の基板に対して位置決めされる、請求項97に記載のディスプレイ装置。   98. The display device of claim 97, wherein the first substrate is positioned relative to the second substrate so as to form a gap between the first substrate and the second substrate. 前記ギャップを維持するためのスペーサを含む、請求項107に記載のディスプレイ装置。   108. The display device of claim 107, comprising a spacer for maintaining the gap. 前記ギャップを充填する流体を含む、請求項108に記載のディスプレイ装置。   109. A display device according to claim 108, comprising a fluid filling the gap. 前記ギャップを充填する液体を含む、請求項109に記載のディスプレイ装置。   110. A display device according to claim 109, comprising a liquid filling the gap. 前記流体は潤滑剤である、請求項109に記載のディスプレイ装置。   110. A display device according to claim 109, wherein the fluid is a lubricant. 前記流体は第1の屈折率を有し、前記基板は第2の屈折率を有し、前記第1の屈折率は前記第2の屈折率より大きいかあるいは実質的に等しい、請求項109に記載のディスプレイ装置。   110. The fluid of claim 109, wherein the fluid has a first index of refraction, the substrate has a second index of refraction, and the first index of refraction is greater than or substantially equal to the second index of refraction. The display device described. 第1の基板と、
第2の基板と、
前記第1と第2の基板の一方の上に形成されたMEMS光変調器アレイと、
前記アレイ内に設置されるスペーサであって、第1の端部において前記第1の基板と一体的に形成されるかまたは接続され、かつ第2の端部において前記第2の基板と接続されるスペーサと
を含むディスプレイ装置。
A first substrate;
A second substrate;
A MEMS light modulator array formed on one of the first and second substrates;
A spacer installed in the array, formed or connected to the first substrate at a first end and connected to the second substrate at a second end. And a spacer.
前記第1と第2の基板の一方への前記スペーサの接続は、この基板上に蒸着された少なくとも一つの薄膜の積層への接続を含む、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the connection of the spacer to one of the first and second substrates includes a connection to a stack of at least one thin film deposited on the substrate. 前記薄膜は、反射性アパーチャ層、光吸収層、およびカラーフィルタのうちの一つを含む、請求項114に記載のディスプレイ装置。   115. The display device of claim 114, wherein the thin film includes one of a reflective aperture layer, a light absorption layer, and a color filter. 前記スペーサは前記第1の基板からエッチングされる、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer is etched from the first substrate. 前記スペーサは前記第1の基板上に蒸着された膜からエッチングされる、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer is etched from a film deposited on the first substrate. 前記第1の基板と前記第2の基板は実質的に剛性である、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the first substrate and the second substrate are substantially rigid. 前記第1の基板と前記第2の基板は実質的に可撓性である、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the first substrate and the second substrate are substantially flexible. 前記第1の基板と前記第2の基板の一方は実質的に剛性であり、前記第1の基板と前記第2の基板の他方は実質的に可撓性である、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. One of the first substrate and the second substrate is substantially rigid, and the other of the first substrate and the second substrate is substantially flexible. Display device. 前記スペーサは絶縁材料で形成される、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer is made of an insulating material. 前記第1の基板はディスプレイ装置の前面を含む、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the first substrate includes a front surface of the display device. 前記第2の基板はディスプレイ装置の前面を含む、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the second substrate includes a front surface of the display device. 前記第1と第2の基板とは別個の光導波路を含む、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the first and second substrates include separate optical waveguides. 複数の追加のスペーサを含む、請求項113に記載のディスプレイ装置であって、
前記スペーサと前記複数の追加のスペーサは、「4つの光変調器当たり一つのスペーサ」以下のスペーサ密度で前記アレイ内に配置される、ディスプレイ装置。
114. The display device of claim 113, comprising a plurality of additional spacers,
The display device, wherein the spacer and the plurality of additional spacers are arranged in the array with a spacer density of “one spacer per four light modulators” or less.
複数の追加のスペーサを含む、請求項113に記載のディスプレイ装置であって、
前記MEMS光変調器はそれぞれの表示ピクセルに対応し、前記それぞれの表示ピクセルのそれぞれは少なくとも一つのスペーサを含む、ディスプレイ装置。
114. The display device of claim 113, comprising a plurality of additional spacers,
The display device, wherein the MEMS light modulator corresponds to a respective display pixel, and each of the respective display pixels includes at least one spacer.
前記スペーサは、前記第1の基板上の電気部品と前記第2の基板上の電気部品との間の電気的接続を形成する、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer forms an electrical connection between an electrical component on the first substrate and an electrical component on the second substrate. 前記スペーサは重合体で形成される、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer is formed of a polymer. 前記スペーサは金属で形成される、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer is made of metal. 前記MEMS光変調器は光の通過を選択的に妨害するように構成される、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the MEMS light modulator is configured to selectively obstruct light passage. 前記MEMS光変調器はシャッタベースの光変調器を含む、請求項130に記載のディスプレイ装置。   135. The display device of claim 130, wherein the MEMS light modulator comprises a shutter-based light modulator. 前記MEMS光変調器はエレクトロウェッティングベースの光変調器を含む、請求項130に記載のディスプレイ装置。   131. The display device of claim 130, wherein the MEMS light modulator comprises an electrowetting based light modulator. 前記MEMS光変調器は光導波路から光を選択的に抽出する、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the MEMS light modulator selectively extracts light from an optical waveguide. 前記スペーサは前記MEMS光変調器の一つにおける構成部品の移動範囲を制限する、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer limits a moving range of components in one of the MEMS light modulators. 前記スペーサは前記第2の基板上に形成されたアライメント用素子と嵌合する、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device according to claim 113, wherein the spacer is fitted with an alignment element formed on the second substrate. 前記第1の基板と前記第2の基板間のギャップを充填する流体を含む、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, comprising a fluid that fills a gap between the first substrate and the second substrate. 前記流体は潤滑剤を含む、請求項136に記載のディスプレイ装置。   137. The display device of claim 136, wherein the fluid includes a lubricant. 前記第1の基板と前記第2の基板のうちの少なくとも一つは実質的に透明である、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein at least one of the first substrate and the second substrate is substantially transparent. 前記スペーサは約1ミクロンから約10ミクロンの間の高さである、請求項113に記載のディスプレイ装置。   114. The display device of claim 113, wherein the spacer is between about 1 micron and about 10 microns high. 第1の透明基板と、
アレイ光変調器が形成された第2の透明基板と、
前記第1の透明基板と前記第2の透明基板とをアライメントする、熱リフロー可能な材料で形成されたスペース要素と
を含むディスプレイ装置。
A first transparent substrate;
A second transparent substrate on which the array light modulator is formed;
A display device comprising: a space element formed of a heat reflowable material for aligning the first transparent substrate and the second transparent substrate.
前記熱リフロー可能な材料は摂氏約150度と約400度の間で実質的な液体状態を得る、請求項140に記載のディスプレイ装置。   143. The display device of claim 140, wherein the thermally reflowable material obtains a substantially liquid state between about 150 degrees Celsius and about 400 degrees Celsius. 前記スペース要素は、前記第1の透明基板を前記第2の透明基板に接合する接着剤として機能する、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. The display device according to claim 140, wherein the space element functions as an adhesive that joins the first transparent substrate to the second transparent substrate. 前記第1の透明基板と前記第2の透明基板の一方の上に形成された反射性アパーチャ層を含む、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. The display device of claim 140, comprising a reflective aperture layer formed on one of the first transparent substrate and the second transparent substrate. 前記光変調器はMEMS光変調器を含む、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. The display device of claim 140, wherein the light modulator comprises a MEMS light modulator. 前記スペース要素は前記光変調器アレイの周縁に配置される、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. The display device of claim 140, wherein the space element is disposed at a periphery of the light modulator array. 前記スペース要素は前記光変調器アレイ内に配置される、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. A display device according to claim 140, wherein the space elements are arranged in the light modulator array. 前記熱リフロー可能な材料は、金属、プラスチック、およびガラスのうちの一つを含む、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. The display device of claim 140, wherein the thermally reflowable material comprises one of metal, plastic, and glass. 前記熱リフロー可能な材料は、実質的に液体状態のとき、前記第1の透明基板と前記第2の透明基板の両方の上の形状部の表面を濡らす、請求項140に記載のディスプレイ装置。   141. The display device of claim 140, wherein the thermally reflowable material wets a feature surface on both the first transparent substrate and the second transparent substrate when in a substantially liquid state. 前記接着剤は熱リフロー可能な材料を含む、請求項104に記載のディスプレイ装置。   105. The display device of claim 104, wherein the adhesive comprises a heat reflowable material. 材料層内に形成された、それぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のアパーチャと、
前記材料層とディスプレイ装置の所望のビューアとの間に配置されたシャッタベースのMEMS光変調器アレイと、
対応する一つまたは複数のアパーチャを通る光の通過を選択的に妨害するための光遮断部分を有するシャッタを含む各光変調器と
を含むディスプレイ装置であって、
前記シャッタは、閉位置では、前記シャッタの前記光遮断部分がその対応する一つまたは複数のアパーチャの少なくとも一つのエッジと重なるように形作られ、
前記アレイは前記材料層から一定ギャップだけ離され、
前記重なりは前記ギャップの寸法に比例し、かつ前記ギャップの寸法以上である、ディスプレイ装置。
A plurality of apertures formed in the material layer, each having at least one edge;
A shutter-based MEMS light modulator array disposed between the material layer and a desired viewer of the display device;
Each light modulator including a shutter having a light blocking portion for selectively blocking the passage of light through the corresponding one or more apertures, comprising:
The shutter is shaped such that, in the closed position, the light blocking portion of the shutter overlaps at least one edge of its corresponding aperture or apertures;
The array is separated from the material layer by a certain gap;
The display device, wherein the overlap is proportional to the size of the gap and greater than or equal to the size of the gap.
前記重なりは約1ミクロン以上である、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, wherein the overlap is greater than or equal to about 1 micron. 前記重なりは約1ミクロンから約10ミクロンの間である、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, wherein the overlap is between about 1 micron and about 10 microns. 前記重なりは約10ミクロンより大きい、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, wherein the overlap is greater than about 10 microns. 前記シャッタは光の通過を許容する一つまたは複数のシャッタアパーチャを含み、各シャッタアパーチャは、前記シャッタに対応する前記一つまたは複数のアパーチャの一つに対応する、請求項150に記載のディスプレイ装置。   161. The display of claim 150, wherein the shutter includes one or more shutter apertures that allow light to pass through, each shutter aperture corresponding to one of the one or more apertures corresponding to the shutter. apparatus. 前記材料層は実質的に反射性である、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, wherein the material layer is substantially reflective. 前記材料層は金属を含む、請求項155に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 155, wherein the material layer comprises a metal. 前記材料層は誘電体ミラーを含む、請求項155に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 155, wherein the material layer includes a dielectric mirror. 光導波路を含む、請求項155に記載のディスプレイ装置であって、
前記材料層は、バックライトを脱出する光を反射して前記光導波路に向けて戻す、ディスプレイ装置。
The display apparatus of claim 155, comprising an optical waveguide,
The display device, wherein the material layer reflects light returning from a backlight and returns the light toward the optical waveguide.
前記材料層の前記アレイに面した側に蒸着される光吸収材料を含む、請求項155に記載のディスプレイ装置。   166. The display device of claim 155, comprising a light absorbing material deposited on the side of the material layer facing the array. 前記バックライトの裏側に配置された第2の反射層を含む、請求項159に記載のディスプレイ装置。   160. The display device of claim 159, comprising a second reflective layer disposed on the back side of the backlight. 前記アレイは前記材料層上に形成される、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, wherein the array is formed on the material layer. 前記材料層は光導波路上に蒸着される、請求項161に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 161, wherein the material layer is deposited on an optical waveguide. 前記アレイは前記第1の基板上に形成され、前記材料層は前記第1の基板以外の第2の基板上に蒸着される、請求項150に記載のディスプレイ装置。   161. The display device of claim 150, wherein the array is formed on the first substrate and the material layer is deposited on a second substrate other than the first substrate. 前記アレイは、前記第1の基板の前記ビューアから離れて面する側に形成される、請求項163に記載のディスプレイ装置。   166. The display device of claim 163, wherein the array is formed on a side of the first substrate facing away from the viewer. 光導波路を含む、請求項163に記載のディスプレイ装置であって、
前記第2の基板は前記第1の基板と前記光導波路間に配置される、ディスプレイ装置。
164. The display device of claim 163, comprising an optical waveguide,
The display device, wherein the second substrate is disposed between the first substrate and the optical waveguide.
前記光変調器内のシャッタを前記材料層から約所定距離だけ離しておくための、前記材料層と前記アレイ間に配置されたスペーサを含む、請求項150に記載のディスプレイ装置。   165. The display device of claim 150, comprising a spacer disposed between the material layer and the array for keeping a shutter in the light modulator at a predetermined distance from the material layer. 前記光変調器と前記材料層間に少なくとも配置された液体を含む、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, comprising a liquid disposed at least between the light modulator and the material layer. 前記液体は潤滑剤である、請求項167に記載のディスプレイ装置。   166. The display device of claim 167, wherein the liquid is a lubricant. 前記液体は前記材料層が形成される基板の屈折率より大きい屈折率を有する、請求項167に記載のディスプレイ装置。   166. The display device of claim 167, wherein the liquid has a refractive index greater than that of a substrate on which the material layer is formed. 光導波路を含む、請求項167に記載のディスプレイ装置であって、
前記液体は前記光導波路の屈折率より大きい屈折率を有する、ディスプレイ装置。
166. The display device of claim 167, comprising an optical waveguide,
The display device, wherein the liquid has a refractive index greater than that of the optical waveguide.
前記第2の基板の屈折率より大きい屈折率を有する光導波路と液体を含む、請求項163に記載のディスプレイ装置であって、
前記第2の基板は前記第1の基板と前記光導波路間に配置され、前記液体は少なくとも前記第2の基板と前記光変調器間に配置される、ディスプレイ装置。
166. The display apparatus of claim 163, comprising an optical waveguide having a refractive index greater than that of the second substrate and a liquid.
The display device, wherein the second substrate is disposed between the first substrate and the optical waveguide, and the liquid is disposed at least between the second substrate and the optical modulator.
前記シャッタの前記材料層に面した側は反射材料で覆われる、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 150, wherein a side of the shutter facing the material layer is covered with a reflective material. 前記シャッタの前記材料層に面した側は光吸収材料で覆われる、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 150, wherein a side of the shutter facing the material layer is covered with a light absorbing material. 前記シャッタの前記材料層から見て外方に向く側は光吸収材料で覆われる、請求項150に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 150, wherein a side of the shutter facing outward from the material layer is covered with a light absorbing material. 透過的に画像を表示するエレクトロウェッティングベースの光変調器アレイと、
前記アレイに隣接して配置された反射性アパーチャ層であって、前記反射性アパーチャ層内のアパーチャを通過しない光を反射して前記アレイから離れさせるための反射性アパーチャ層と
を含むディスプレイ装置であって、
前記画像は、前記反射性アパーチャ層内の前記アパーチャを通過し前記アレイにより変調された光で形成される、ディスプレイ装置。
An electrowetting-based light modulator array for transparently displaying images;
A reflective aperture layer disposed adjacent to the array, the reflective aperture layer configured to reflect light that does not pass through the apertures in the reflective aperture layer and away from the array; There,
The display device, wherein the image is formed of light that passes through the aperture in the reflective aperture layer and is modulated by the array.
前記反射性アパーチャ層の前記アレイとは反対側に配置されたバックライトを含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   175. The display device of claim 175, comprising a backlight disposed on the opposite side of the reflective aperture layer from the array. 前記反射性アパーチャ層に向けて光を反射するために、前記反射性アパーチャ層の前記アレイとは反対側に配置された第2の反射層を含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   175. The display device of claim 175, comprising a second reflective layer disposed on the opposite side of the reflective aperture layer from the array to reflect light toward the reflective aperture layer. 前記バックライトと前記反射性アパーチャ層との間の前記光導波路に連結された低屈折率材料の層を含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   178. The display device of claim 175, comprising a layer of low refractive index material coupled to the optical waveguide between the backlight and the reflective aperture layer. 前記エレクトロウェッティングベースの光変調器アレイは、第1のエレクトロウェッティング制御カラー変調層とエレクトロウェッティング制御ブラック層とを含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   178. The display device of claim 175, wherein the electrowetting-based light modulator array includes a first electrowetting control color modulation layer and an electrowetting control black layer. 前記第1のエレクトロウェッティング制御カラー変調層は、それぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のエレクトロウェッティング制御カラー変調セルを含み、
前記エレクトロウェッティング制御ブラック層は、前記カラー変調セルの一つまたは複数に対応するそれぞれが少なくとも一つのエッジを有する複数のエレクトロウェッティング制御光吸収セルを含み、
前記各光吸収セルの少なくとも一つのエッジは、対応する一つまたは複数のカラー変調セルの少なくとも一つのエッジと重なる、請求項179に記載のディスプレイ装置。
The first electrowetting control color modulation layer includes a plurality of electrowetting control color modulation cells each having at least one edge;
The electrowetting control black layer includes a plurality of electrowetting control light absorption cells each having at least one edge corresponding to one or more of the color modulation cells;
180. The display device of claim 179, wherein at least one edge of each light absorbing cell overlaps at least one edge of a corresponding one or more color modulation cells.
前記第1のエレクトロウェッティング制御カラー変調層はエレクトロウェッティング制御カラー変調セル群を含み、所与の群内の各セルは異なる色の光を変調する、請求項179に記載のディスプレイ装置。   179. The display apparatus of claim 179, wherein the first electrowetting control color modulation layer comprises a group of electrowetting control color modulation cells, and each cell in a given group modulates a different color of light. 第2と第3のエレクトロウェッティング制御カラー変調層を含む、請求項179に記載のディスプレイ装置であって、
前記第1、第2、第3のエレクトロウェッティング制御カラー変調層のそれぞれは異なる色の光を変調する、ディスプレイ装置。
180. The display device of claim 179, comprising second and third electrowetting control color modulation layers.
The display device, wherein each of the first, second, and third electrowetting control color modulation layers modulates light of different colors.
前記バックライトに光を放射するための光源を含む、請求項176に記載のディスプレイ装置。   177. The display device of claim 176, comprising a light source for emitting light to the backlight. 前記光源は白色光を放射する、請求項183に記載のディスプレイ装置。   187. The display device of claim 183, wherein the light source emits white light. 前記光源は少なくとも3つの異なる色の光を順次放射する、請求項183に記載のディスプレイ装置。   187. The display device of claim 183, wherein the light source emits at least three different colors of light sequentially. 前記光源は、それぞれが前記3つの異なる色の一つに対応する少なくとも3つの光源を含む、請求項185に記載のディスプレイ装置。   186. The display device of claim 185, wherein the light sources include at least three light sources each corresponding to one of the three different colors. 前記反射性アパーチャ層は金属を含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   178. The display device of claim 175, wherein the reflective aperture layer comprises a metal. 前記反射性アパーチャ層は誘電体ミラーを含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 175, wherein the reflective aperture layer comprises a dielectric mirror. 前記エレクトロウェッティングベースの光変調器アレイは複数のエレクトロウェッティング光変調セルを含み、前記セルのそれぞれは前記反射性アパーチャ層内のアパーチャに対応する、請求項175に記載のディスプレイ装置。   175. The display device of claim 175, wherein the electrowetting-based light modulator array includes a plurality of electrowetting light modulation cells, each of the cells corresponding to an aperture in the reflective aperture layer. 前記アパーチャのそれぞれは少なくとも一つのエッジを有し、各セルは光変調用流体の層を含み、非作動状態のとき、前記セルの光変調用流体はその対応するアパーチャの前記少なくとも一つのエッジの一部と重なる、請求項189に記載のディスプレイ装置。   Each of the apertures has at least one edge, and each cell includes a layer of light modulating fluid, and when inactive, the light modulating fluid of the cell is at the edge of the corresponding aperture. 189. The display device of claim 189, which overlaps a portion. 前記エレクトロウェッティングベースの光変調器は電極層を含む、請求項175に記載のディスプレイ装置。   178. The display device of claim 175, wherein the electrowetting-based light modulator includes an electrode layer. 前記電極層は前記反射性アパーチャ層と前記光変調用流体間に配置される、請求項191に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus of claim 191, wherein the electrode layer is disposed between the reflective aperture layer and the light modulating fluid. 前記反射性アパーチャ層は第1の基板上に配置され、前記電極層は前記第1の基板とは別の第2の基板上に配置される、請求項191に記載のディスプレイ装置。   The display apparatus according to claim 191, wherein the reflective aperture layer is disposed on a first substrate, and the electrode layer is disposed on a second substrate different from the first substrate. 光変調用流体が前記反射性アパーチャ層と前記電極層間に配置される、請求項191に記載のディスプレイ装置。   191. The display device of claim 191, wherein a light modulating fluid is disposed between the reflective aperture layer and the electrode layer.
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