JP2015514302A - 内部光再循環を行う光ガイド - Google Patents

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Abstract

本開示は、光ガイドを有する照明システムを用いて照明を行うシステム、方法、および装置を提供する。光源は、光ガイドの光入力縁部に光を入射させるように構成される。光ガイドは、光が光ガイドに渡って1回または複数回往復するように、入射光を内部で再循環させるように構成される。光ガイドは、光ガイドから光を抽出する光転向特徴体を含む。光の再循環を促進するために、光転向特徴体は、1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下であり、光ガイドの1つまたは複数の縁部を、反射性にすることができる。光転向特徴体によって光ガイドから抽出される光を使用して、ディスプレイを照明することができる。

Description

本開示は、ディスプレイ用の照明システムなどの照明システム、特に光転向特徴体を備えた光ガイドを有する照明システム、および電気機械システムに関する。
電気機械システムは、電気的および機械的要素と、アクチュエータと、トランスデューサと、センサーと、光学的構成要素(たとえば、ミラー)と、電子回路とを有するデバイスを含む。電気機械システムは、限定はしないが、マイクロスケールおよびナノスケールを含む、様々なスケールで製造され得る。たとえば、マイクロ電気機械システム(microelectromechanical system)(MEMS)デバイスは、約1ミクロンから数百ミクロン以上に及ぶサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム(nanoelectromechanical system)(NEMS)デバイスは、たとえば、数百ナノメートルよりも小さいサイズを含む、1ミクロンよりも小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気および電気機械デバイスを形成するために、堆積、エッチング、リソグラフィを使用して、ならびに/あるいは、基板および/または堆積された材料層の部分をエッチング除去するかまたは層を追加する、他の微細加工プロセスを使用して、電気機械要素が作成され得る。
1つのタイプの電気機械システムデバイスは干渉変調器(interferometric modulator)(IMOD)と呼ばれる。本明細書で使用する干渉変調器または干渉光変調器という用語は、光学干渉の原理を使用して光を選択的に吸収および/または反射するデバイスを指す。いくつかの実施態様では、干渉変調器は伝導性プレートのペアを含み得、そのペアの一方または両方は、全体的にまたは部分的に、透明でおよび/または反射性であり、適切な電気信号の印加時の相対運動が可能であり得る。一実施態様では、一方のプレートは、基板上に堆積された固定層を含み得、他方のプレートは、エアギャップによって固定層から分離された反射膜を含み得る。別のプレートに対するあるプレートの位置は、干渉変調器に入射する光の光学干渉を変化させることがある。干渉変調器デバイスは、広範囲の適用例を有しており、特にディスプレイ能力がある製品の場合、既存の製品を改善し、新しい製品を作成する際に使用されることが予期される。
干渉変調器によって形成されたディスプレイ要素を使用するディスプレイデバイスなど、いくつかのディスプレイデバイスでは、反射周辺光を使用して画像を形成する。周辺光が少ない状態では、人工光源の光を使用して反射性ピクセルを照明することができ、次いで、反射性ピクセルが、閲覧者の方へ光を反射して画像を生成することができる。市場需要および設計基準を満たすために、反射性ディスプレイおよび透過性ディスプレイなどのディスプレイデバイスの必要を満たす新たな照明システムの開発が続いている。
本開示のシステム、方法およびデバイスは、それぞれいくつかの発明的態様を有し、それらのうちの単一の態様だけが、本明細書で開示する望ましい属性に関与するとは限らない。
本開示で説明する主題の1つの発明的態様は、照明システムにおいて実施することができる。この照明システムは、光ガイドに入射した光が光ガイドに渡って1回または複数回往復するように、内部で光を再循環させるように構成された光ガイドを含むことができる。光ガイドは、1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下である、複数の光転向特徴体を含むことができる。光ガイドは、光源から光を受光する光入力縁部と、光入力縁部とは反対側の対向縁部とを含むことができる。光入力縁部および対向縁部の一部分または複数部分は、反射性にすることができる。光入力縁部および対向縁部のこれらの部分は、鏡面反射器を含むことができる。光ガイドは、光入力縁部および対向縁部に対して横向きの横断縁部をさらに含むことができ、横断縁部は、鏡面反射器、拡散反射器、またはそれらの組合せを含むことができる。いくつかの実施態様では、複数の光転向特徴体の1回の通過あたりの光抽出効率は、約40%以下、または約20%以下である。いくつかの実施態様では、複数の光転向特徴体は、光ガイドの主要表面に渡って実質的に均一に離間している。
本開示で説明する主題の別の発明的態様は、照明システムにおいて実施することができる。この照明システムは、その手段に渡ってその内部で光を複数回再循環させる手段と、光を再循環させる手段から光を抽出する手段とを含む。光を抽出する手段の1回の通過あたりの光抽出効率は、約50%以下である。光を再循環させる手段は、光透過性材料で構成された光ガイドとすることができる。光を再循環させる手段は、光を入射させる手段と対向する光入力縁部と、光入力縁部と反対側の反射性対向縁部とを有することができる。光を再循環させる手段は、光入力縁部および対向縁部に対して横向きの横断縁部をさらに含むことができ、横断縁部はそれぞれ、鏡面反射器、拡散反射器、またはそれらの組合せを含むことができる。光を抽出する手段は、光を再循環させる手段の主要表面に渡って離間した複数の光転向特徴体を含むことができる。
本開示で説明する主題の別の発明的態様は、照明システムを製造するための方法において実施される。この方法は、光ガイドに入射した光が光ガイドに渡って1回または複数回往復するように、内部で光を再循環させるように構成された光ガイドを提供するステップと、1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下である複数の光転向特徴体を光ガイドに設けるステップとを含む。光ガイドは、光源から光を受光する光入力縁部と、光入力縁部とは反対側の対向縁部とを含むことができ、光入力縁部および対向縁部の一方または両方の一部分または複数部分は、反射性である。光ガイドを提供するステップは、光入力縁部および対向縁部の一方または両方に鏡面反射器を設けるステップを含むことができる。
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実施態様の詳細が、添付の図面および以下の説明において示されている。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法は一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。
干渉変調器(IMOD)ディスプレイデバイスの一連のピクセル中の2つの隣接ピクセルを示す等角図の一例である。 3×3干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例である。 図1の干渉変調器についての可動反射層位置対印加電圧を示す図の一例である。 様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときの干渉変調器の様々な状態を示す表の一例である。 図2の3×3干渉変調器ディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例である。 図5Aに示すディスプレイデータのフレームを書き込むために使用され得るコモン信号およびセグメント信号についてのタイミング図の一例である。 図1の干渉変調器ディスプレイの部分断面図の一例である。 干渉変調器の異なる実施態様の断面図の一例である。 干渉変調器の異なる実施態様の断面図の一例である。 干渉変調器の異なる実施態様の断面図の一例である。 干渉変調器の異なる実施態様の断面図の一例である。 干渉変調器のための製造プロセスを示す流れ図の一例である。 干渉変調器を製作する方法におけるある段階の断面概略図の一例である。 干渉変調器を製作する方法におけるある段階の断面概略図の一例である。 干渉変調器を製作する方法におけるある段階の断面概略図の一例である。 干渉変調器を製作する方法におけるある段階の断面概略図の一例である。 干渉変調器を製作する方法におけるある段階の断面概略図の一例である。 光転向特徴体を備える光ガイドを有する照明システムを示す横断面図の一例である。 光源およびディスプレイを有する図9の照明システムの一例を示す図である。 照明システムを示す上面図の一例である。 様々な照明システムによって行われる発光の一例を示す図である。 様々な照明システムによって行われる発光の一例を示す図である。 光再循環を行う光ガイドの光のコリメートの一例を示す図である。 各縁部に反射性コーティングを備え、1つの縁部に光源から光が入射される光ガイドに渡る発光を示すグラフの一例である。 各縁部に反射性コーティングを備え、2つの縁部に光源から光が入射される光ガイドに渡る発光を示すグラフの一例である。 照明システムを製造する方法を示すブロック図の一例である。 複数の干渉変調器を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例である。 複数の干渉変調器を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例である。
様々な図面中の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
以下の詳細な説明は、発明的態様について説明する目的で、いくつかの実施態様を対象とする。しかしながら、本明細書の教示は、多数の異なる方法で適用され得る。説明する実施態様は、動いていようと(たとえば、ビデオ)、静止していようと(たとえば、静止画像)、およびテキストであろうと、グラフィックであろうと、絵であろうと、画像を表示するように構成された任意のデバイスにおいて実施され得る。より詳細には、実施態様は、限定はしないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョン受信機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、GPS受信機/ナビゲータ、カメラ、MP3プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、クロック、計算器、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子リーディングデバイス(たとえば、電子リーダー)、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ(たとえば、オドメータディスプレイなど)、コックピットコントロールおよび/またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ(たとえば、車両における後部ビューカメラのディスプレイ)、電子写真、電子ビルボードまたは標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機/乾燥機、パーキングメーター、パッケージング(たとえば、MEMSおよび非MEMS)、審美構造物(たとえば、1つの宝飾品上の画像のディスプレイ)、ならびに様々な電気機械システムデバイスなど、様々な電子デバイス中に実装されるかまたはそれらに関連付けられ得ると考えられる。また、本明細書の教示は、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波フィルタ、センサー、加速度計、ジャイロスコープ、動き感知デバイス、磁力計、コンシューマーエレクトロニクスのための慣性構成要素、コンシューマーエレクトロニクス製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセスおよび電子テスト機器など、非ディスプレイ適用例において使用され得る。したがって、本教示は、単に図に示す実施態様に限定されるものではなく、代わりに、当業者に直ちに明らかになるであろう広い適用性を有する。
いくつかの実施態様では、照明システムは、光ガイドに入射した光が光ガイドに渡って1回または複数回往復するように、その内部で光を再循環させるように構成された光ガイドを含む。光ガイドは、光ガイドから光を抽出する光転向特徴体であって、1回の通過あたりの光抽出効率を約50%未満とすることができる光転向特徴体を含む。いくつかの実施態様では、光ガイドは、光源からの光を受光する光入力縁部と、光入力縁部とは反対側の対向縁部とを有することができる。光入力縁部および対向縁部の一方または両方を反射性にして、光ガイド内部における光の再循環を容易にすることができる。いくつかの実施態様では、光ガイドは、光入力縁部および対向縁部に対して横向きの横断縁部を有することができる。これらの横断縁部の一方または両方は、拡散および/または鏡面反射器などの反射器を含むことができる。
本開示に記載する主題の特定の実施態様は、以下の潜在的な利点のうちの1つまたは複数を実現するように実装可能である。光ガイドから抽出された光は、光ガイドから発出されると考えることができる。いくつかの実施態様では、光ガイドに渡る発光は、強度の均一性が高い。抽出光の角度光均一性も、高くすることができる。いくつかの実施態様では、光転向特徴体は、均一性の高い発光を実現しながら、光ガイドに渡ってほぼ一様に離間させることができる。このような一様な間隔にすることにより、光転向特徴体の製造を簡略化することができると同時に、光転向特徴体の密度が光ガイドに渡って変化するときに生じることのある光学的アーチファクトを減少させることもできる。たとえば、光ガイドの物理的パラメータが変化するたびに、光転向特徴体の新たな分布を計算し直し、場合によりその新たな分布を形成するということを行わなくても、高い発光均一性を達成することができる。また、光ガイドおよび光転向特徴体は、高い発光均一性を達成するために光転向特徴体の分布またはその他のパラメータの補償をそれほど必要としないので、照明システムは、製造または組立てにおける様々な変化の影響を受けにくい。いくつかの実施態様では、光ガイドの1つまたは複数の縁部を反射性表面にすることにより、光ガイド内部の光の再循環を促進し、高い発光均一性を実現しながら照明システムの輝度を高めることができる。いくつかの実施態様では、抽出光を使用してディスプレイを照明するときに、高い輝度均一性を有する画像を形成することができる。
説明する実施態様が適用され得る好適なMEMSデバイスの一例は反射型ディスプレイデバイスである。反射型ディスプレイデバイスは、光学干渉の原理を使用してそれに入射する光を選択的に吸収および/または反射するために干渉変調器(IMOD)を組み込むことができる。IMODは、吸収体、吸収体に対して可動である反射体、ならびに吸収体と反射体との間に画定された光共振キャビティを含むことができる。反射体は、2つ以上の異なる位置に移動され得、これは、光共振キャビティのサイズを変化させ、それにより干渉変調器の反射率に影響を及ぼすことがある。IMODの反射スペクトルは、かなり広いスペクトルバンドをもたらすことができ、そのスペクトルバンドは、異なる色を生成するために可視波長に渡ってシフトされ得る。スペクトルバンドの位置は、光共振キャビティの厚さを変更することによって、すなわち、反射体の位置を変更することによって調節され得る。
図1は、干渉変調器(IMOD)ディスプレイデバイスの一連のピクセル中の2つの隣接ピクセルを示す等角図の一例を示す。IMODディスプレイデバイスは、1つまたは複数の干渉MEMSディスプレイ要素を含む。これらのデバイスでは、MEMSディスプレイ要素のピクセルが、明状態または暗状態のいずれかにあることがある。明(「緩和」、「開」または「オン」)状態では、ディスプレイ要素は、たとえば、ユーザに、入射可視光の大部分を反射する。逆に、暗(「作動」、「閉」または「オフ」)状態では、ディスプレイ要素は入射可視光をほとんど反射しない。いくつかの実施態様では、オン状態の光反射特性とオフ状態の光反射特性は逆にされ得る。MEMSピクセルは、黒および白に加えて、主に、カラーディスプレイを可能にする特定の波長において、反射するように構成され得る。
IMODディスプレイデバイスは、IMODの行/列アレイを含むことができる。各IMODは、(光ギャップまたはキャビティとも呼ばれる)エアギャップを形成するように互いから可変で制御可能な距離をおいて配置された反射層のペア、すなわち、可動反射層と固定部分反射層とを含むことができる。可動反射層は、少なくとも2つの位置の間で移動され得る。第1の位置、すなわち、緩和位置では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きい距離をおいて配置され得る。第2の位置、すなわち、作動位置では、可動反射層は、部分反射層により近接して配置され得る。それら2つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて、強め合うようにまたは弱め合うように干渉し、各ピクセルについて全反射状態または無反射状態のいずれかを引き起こすことがある。いくつかの実施態様では、IMODは、作動していないときに反射状態にあり、可視スペクトル内の光を反射し得、また、作動しているときに暗状態にあり、可視範囲外の光(たとえば、赤外光)を反射し得る。ただし、いくつかの他の実施態様では、IMODは、作動していないときに暗状態にあり、作動しているときに反射状態にあり得る。いくつかの実施態様では、印加電圧の導入が、状態を変更するようにピクセルを駆動することができる。いくつかの他の実施態様では、印加電荷が、状態を変更するようにピクセルを駆動することができる。
図1中のピクセルアレイの図示の部分は、2つの隣接する干渉変調器12を含む。(図示のような)左側のIMOD12では、可動反射層14が、部分反射層を含む光学スタック16からの所定の距離における緩和位置に示されている。左側のIMOD12に渡って印加された電圧Vは、可動反射層14の作動を引き起こすには不十分である。右側のIMOD12では、可動反射層14は、光学スタック16の近くの、またはそれに隣接する作動位置に示されている。右側のIMOD12に渡って印加された電圧Vbiasは、可動反射層14を作動位置に維持するのに十分である。
図1では、ピクセル12の反射特性が、概して、ピクセル12に入射する光13と左側のピクセル12から反射する光15とを示す、矢印を用いて示されている。詳細に示していないが、ピクセル12に入射する光13の大部分は透明基板20を透過され、光学スタック16に向かうことになることを、当業者なら理解されよう。光学スタック16に入射する光の一部分は光学スタック16の部分反射層を透過されることになり、一部分は反射され、透明基板20を通って戻ることになる。光学スタック16を透過された光13の部分は、可動反射層14において反射され、透明基板20に向かって(およびそれを通って)戻ることになる。光学スタック16の部分反射層から反射された光と可動反射層14から反射された光との間の(強め合うまたは弱め合う)干渉が、ピクセル12から反射される光15の波長を決定することになる。
光学スタック16は、単一の層またはいくつかの層を含むことができる。その層は、電極層と、部分反射および部分透過層と、透明な誘電体層とのうちの1つまたは複数を含むことができる。いくつかの実施態様では、光学スタック16は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であり、たとえば、透明基板20上に上記の層のうちの1つまたは複数を堆積させることによって、作製され得る。電極層は、様々な金属、たとえば酸化インジウムスズ(ITO)など、様々な材料から形成され得る。部分反射層は、様々な金属、たとえば、クロム(Cr)、半導体、および誘電体など、部分的に反射性である様々な材料から形成され得る。部分反射層は、材料の1つまたは複数の層から形成され得、それらの層の各々は、単一の材料または材料の組合せから形成され得る。いくつかの実施態様では、光学スタック16は、光吸収体と導体の両方として働く、金属または半導体の単一の半透明の厚さを含むことができるが、(たとえば、光学スタック16の、またはIMODの他の構造の)異なる、より伝導性の高い層または部分が、IMODピクセル間で信号をバス伝達するように働くことができる。光学スタック16は、1つまたは複数の伝導性層または伝導性/吸収層をカバーする、1つまたは複数の絶縁層または誘電体層をも含むことができる。
いくつかの実施態様では、光学スタック16の層は、以下でさらに説明するように、平行ストリップにパターニングされ得、ディスプレイデバイスにおける行電極を形成し得る。当業者によって理解されるように、「パターニング」という用語は、本明細書では、マスキングプロセスならびにエッチングプロセスを指すために使用される。いくつかの実施態様では、アルミニウム(Al)などの高伝導性および反射性材料が可動反射層14のために使用され得、これらのストリップはディスプレイデバイスにおける列電極を形成し得る。可動反射層14は、(光学スタック16の行電極に直交する)1つまたは複数の堆積された金属層の一連の平行ストリップとして形成されて、ポスト18の上に堆積された列とポスト18間に堆積された介在する犠牲材料とを形成し得る。犠牲材料がエッチング除去されると、画定されたギャップ19または光キャビティが可動反射層14と光学スタック16との間に形成され得る。いくつかの実施態様では、ポスト18間の間隔は約1〜1000μmであり得、ギャップ19は10,000オングストローム(Å)未満であり得る。
いくつかの実施態様では、IMODの各ピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層および可動反射層によって形成されるキャパシタである。電圧が印加されないとき、可動反射層14は、図1中の左側のピクセル12によって示されるように、機械的に緩和した状態にとどまり、可動反射層14と光学スタック16との間のギャップ19がある。しかしながら、電位差、たとえば、電圧が、選択された行および列のうちの少なくとも1つに印加されたとき、対応するピクセルにおける行電極と列電極との交差部に形成されたキャパシタは帯電し、静電力がそれらの電極を引き合わせる。印加された電圧がしきい値を超える場合、可動反射層14は、変形し、光学スタック16の近くにまたはそれに対して移動することができる。光学スタック16内の誘電体層(図示せず)が、図1中の右側の作動ピクセル12によって示されるように、短絡を防ぎ、層14と層16との間の分離距離を制御し得る。その挙動は、印加電位差の極性にかかわらず同じである。いくつかの事例ではアレイ中の一連のピクセルが「行」または「列」と呼ばれることがあるが、ある方向を「行」と呼び、別の方向を「列」と呼ぶことは恣意的であることを、当業者は容易に理解されよう。言い換えれば、いくつかの配向では、行は列と見なされ得、列は行であると見なされ得る。さらに、ディスプレイ要素は、直交する行および列に一様に配列されるか(「アレイ」)、または、たとえば、互いに対して一定の位置オフセットを有する、非線形構成で配列され得る(「モザイク」)。「アレイ」および「モザイク」という用語は、いずれかの構成を指し得る。したがって、ディスプレイは、「アレイ」または「モザイク」を含むものとして言及されるが、その要素自体は、いかなる事例においても、互いに直交して配列される必要がなく、または一様な分布で配設される必要がなく、非対称形状および不均等に分布された要素を有する配列を含み得る。
図2は、3×3干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例を示している。電子デバイスは、1つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成され得るプロセッサ21を含む。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサ21は、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、電子メールプログラム、または他のソフトウェアアプリケーションを含む、1つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成され得る。
プロセッサ21は、アレイドライバ22と通信するように構成され得る。アレイドライバ22は、たとえば、ディスプレイアレイまたはパネル30に、信号を与える行ドライバ回路24と列ドライバ回路26とを含むことができる。図2には、図1に示したIMODディスプレイデバイスの断面が線1−1によって示されている。図2は明快のためにIMODの3×3アレイを示しているが、ディスプレイアレイ30は、極めて多数のIMODを含んでいることがあり、列におけるIMODの数とは異なる数のIMODを行において有し得、その逆も同様である。
図3は、図1の干渉変調器についての可動反射層位置対印加電圧を示す図の一例を示す。MEMS干渉変調器の場合、行/列(すなわち、コモン/セグメント)書込プロシージャが、図3に示すこれらのデバイスのヒステリシス特性を利用し得る。干渉変調器は、可動反射層またはミラーに緩和状態から作動状態に変更させるために、たとえば、約10ボルトの電位差を必要とし得る。電圧がその値から低減されると、電圧が低下して、たとえば、10ボルトより下に戻ったとき、可動反射層はそれの状態を維持するが、電圧が2ボルトより下に低下するまで、可動反射層は完全には緩和しない。したがって、図3に示すように、印加電圧のウィンドウがある電圧の範囲、約3〜7ボルトが存在し、そのウィンドウ内でデバイスは緩和状態または作動状態のいずれかで安定している。これは、本明細書では「ヒステリシスウィンドウ」または「安定性ウィンドウ」と呼ばれる。図3のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイ30の場合、行/列書込プロシージャは、一度に1つまたは複数の行をアドレス指定するように設計され得、その結果、所与の行のアドレス指定中に、作動されるべきアドレス指定された行におけるピクセルは、約10ボルトの電圧差にさらされ、緩和されるべきピクセルは、ほぼ0ボルトの電圧差にさらされる。アドレス指定後に、それらのピクセルは、それらが前のストローブ状態にとどまるような、約5ボルトの定常状態またはバイアス電圧差にさらされる。この例では、アドレス指定された後に、各ピクセルは、約3〜7ボルトの「安定性ウィンドウ」内の電位差を経験する。このヒステリシス特性の特徴は、たとえば、図1に示した、ピクセル設計が、同じ印加電圧条件下で作動または緩和のいずれかの既存の状態で安定したままであることを可能にする。各IMODピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層および可動反射層によって形成されるキャパシタであるので、この安定状態は、電力を実質的に消費するかまたは失うことなしに、ヒステリシスウィンドウ内の定常電圧において保持され得る。その上、印加電圧電位が実質的に固定のままである場合、電流は本質的にほとんどまたはまったくIMODピクセルに流れ込まない。
いくつかの実施態様では、所与の行におけるピクセルの状態の所望の変化(もしあれば)に従って、列電極のセットに沿って「セグメント」電圧の形態のデータ信号を印加することによって、画像のフレームが作成され得る。次に、フレームが一度に1行書き込まれるように、アレイの各行がアドレス指定され得る。第1の行におけるピクセルに所望のデータを書き込むために、第1の行におけるピクセルの所望の状態に対応するセグメント電圧が列電極上に印加され得、特定の「コモン」電圧または信号の形態の第1の行パルスが第1の行電極に印加され得る。次いで、セグメント電圧のセットは、第2の行におけるピクセルの状態の所望の変化(もしあれば)に対応するように変更され得、第2のコモン電圧が第2の行電極に印加され得る。いくつかの実施態様では、第1の行におけるピクセルは、列電極に沿って印加されたセグメント電圧の変化による影響を受けず、第1のコモン電圧行パルス中にそれらのピクセルが設定された状態にとどまる。このプロセスは、画像フレームを生成するために、一連の行全体、または代替的に、一連の列全体について、連続方式で繰り返され得る。フレームは、何らかの所望の数のフレーム毎秒でこのプロセスを断続的に反復することによって、新しい画像データでリフレッシュおよび/または更新され得る。
各ピクセルに渡って印加されるセグメント信号とコモン信号の組合せ(すなわち、各ピクセルに渡る電位差)は、各ピクセルの得られる状態を決定する。図4は、様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときの干渉変調器の様々な状態を示す表の一例である。当業者によって容易に理解されるように、「セグメント」電圧は、列電極または行電極のいずれかに印加され得、「コモン」電圧は、列電極または行電極のうちの他方に印加され得る。
図4に(ならびに図5Bに示すタイミング図に)示すように、開放電圧VCRELがコモンラインに沿って印加されたとき、コモンラインに沿ったすべての干渉変調器要素は、セグメントラインに沿って印加された電圧、すなわち、高いセグメント電圧VSおよび低いセグメント電圧VSにかかわらず、代替的に開放または非作動状態と呼ばれる、緩和状態に入れられることになる。特に、開放電圧VCRELがコモンラインに沿って印加されると、そのピクセルのための対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧VSが印加されたときも、低いセグメント電圧VSが印加されたときも、変調器に渡る潜在的な電圧(代替的にピクセル電圧と呼ばれる)は緩和ウィンドウ(図3参照。開放ウィンドウとも呼ばれる)内にある。
高い保持電圧VCHOLD_Hまたは低い保持電圧VCHOLD_Lなどの保持電圧がコモンライン上に印加されたとき、干渉変調器の状態は一定のままであることになる。たとえば、緩和IMODは緩和位置にとどまることになり、作動IMODは作動位置にとどまることになる。保持電圧は、対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧VSが印加されたときも、低いセグメント電圧VSが印加されたときも、ピクセル電圧が安定性ウィンドウ内にとどまることになるように、選択され得る。したがって、セグメント電圧スイング(voltage swing)、すなわち、高いVSと低いセグメント電圧VSとの間の差は、正または負のいずれかの安定性ウィンドウの幅よりも小さい。
高いアドレス指定電圧VCADD_Hまたは低いアドレス指定電圧VCADD_Lなどのアドレス指定または作動電圧がコモンライン上に印加されたとき、各々のセグメントラインに沿ったセグメント電圧の印加によって、データがそのコモンラインに沿った変調器に選択的に書き込まれ得る。セグメント電圧は、作動が印加されたセグメント電圧に依存するように選択され得る。アドレス指定電圧がコモンラインに沿って印加されたとき、一方のセグメント電圧の印加は、安定性ウィンドウ内のピクセル電圧をもたらし、ピクセルが非作動のままであることを引き起こすことになる。対照的に、他方のセグメント電圧の印加は、安定性ウィンドウを越えるピクセル電圧をもたらし、ピクセルの作動をもたらすことになる。作動を引き起こす特定のセグメント電圧は、どのアドレス指定電圧が使用されるかに応じて変動することができる。いくつかの実施態様では、高いアドレス指定電圧VCADD_Hがコモンラインに沿って印加されたとき、高いセグメント電圧VSの印加は、変調器がそれの現在位置にとどまることを引き起こすことがあり、低いセグメント電圧VSの印加は、変調器の作動を引き起こすことがある。当然の結果として、低いアドレス指定電圧VCADD_Lが印加されたとき、セグメント電圧の影響は反対であり、高いセグメント電圧VSは変調器の作動を引き起こし、低いセグメント電圧VSは変調器の状態に影響しない(すなわち、安定したままである)ことがある。
いくつかの実施態様では、常に変調器に渡って同じ極性電位差を引き起こす保持電圧、アドレス電圧、およびセグメント電圧が使用され得る。いくつかの他の実施態様では、変調器の電位差の極性を交番する信号が使用され得る。変調器に渡る極性の交番(すなわち、書込プロシージャの極性の交番)は、単一の極性の反復書込動作後に起こることがある電荷蓄積を低減または抑止し得る。
図5Aは、図2の3×3干渉変調器ディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例を示す。図5Bは、図5Aに示すディスプレイデータのフレームを書き込むために使用され得るコモン信号およびセグメント信号についてのタイミング図の一例を示している。それらの信号は、たとえば、図2の3×3アレイに印加され得、これは、図5Aに示すライン時間60eディスプレイ配列を最終的にもたらすことになる。図5A中の作動変調器は暗状態にあり、すなわち、その状態では、反射光の実質的部分が、たとえば、閲覧者に、暗いアピアランスをもたらすように可視スペクトルの外にある。図5Aに示すフレームを書き込むより前に、ピクセルは任意の状態にあることがあるが、図5Bのタイミング図に示す書込プロシージャは、各変調器が、第1のライン時間60aの前に、開放されており、非作動状態に属すると仮定する。
第1のライン時間60a中に、開放電圧70がコモンライン1上に印加され、コモンライン2上に印加される電圧が、高い保持電圧72において始まり、開放電圧70に移動し、低い保持電圧76がコモンライン3に沿って印加される。したがって、コモンライン1に沿った変調器(コモン1,セグメント1)、(1,2)および(1,3)は、第1のライン時間60aの持続時間の間、緩和または非作動状態にとどまり、コモンライン2に沿った変調器(2,1)、(2,2)および(2,3)は、緩和状態に移動することになり、コモンライン3に沿った変調器(3,1)、(3,2)および(3,3)は、それらの前の状態にとどまることになる。図4を参照すると、コモンライン1、2または3のいずれも、ライン時間60a中に作動を引き起こす電圧レベルにさらされていないので(すなわち、VCREL−緩和、およびVCHOLD_L−安定)、セグメントライン1、2および3に沿って印加されたセグメント電圧は、干渉変調器の状態に影響しないことになる。
第2のライン時間60b中に、コモンライン1上の電圧は高い保持電圧72に移動し、コモンライン1に沿ったすべての変調器は、アドレス指定または作動電圧がコモンライン1上に印加されなかったので、印加されたセグメント電圧にかかわらず、緩和状態にとどまる。コモンライン2に沿った変調器は、開放電圧70の印加により、緩和状態にとどまり、コモンライン3に沿った変調器(3,1)、(3,2)および(3,3)は、コモンライン3に沿った電圧が開放電圧70に移動するとき、緩和することになる。
第3のライン時間60c中に、コモンライン1は、コモンライン1上に高いアドレス電圧74を印加することによってアドレス指定される。このアドレス電圧の印加中に低いセグメント電圧64がセグメントライン1および2に沿って印加されるので、変調器(1,1)および(1,2)に渡るピクセル電圧は変調器の正の安定性ウィンドウの上端よりも大きく(すなわち、電圧差は、あらかじめ定義されたしきい値を超えた)、変調器(1,1)および(1,2)は作動される。逆に、高いセグメント電圧62がセグメントライン3に沿って印加されるので、変調器(1,3)に渡るピクセル電圧は、変調器(1,1)および(1,2)のピクセル電圧よりも小さく、変調器の正の安定性ウィンドウ内にとどまり、したがって変調器(1,3)は緩和したままである。また、ライン時間60c中に、コモンライン2に沿った電圧は低い保持電圧76に減少し、コモンライン3に沿った電圧は開放電圧70にとどまり、コモンライン2および3に沿った変調器を緩和位置のままにする。
第4のライン時間60d中に、コモンライン1上の電圧は、高い保持電圧72に戻り、コモンライン1に沿った変調器を、それらの各々のアドレス指定された状態のままにする。コモンライン2上の電圧は低いアドレス電圧78に減少される。高いセグメント電圧62がセグメントライン2に沿って印加されるので、変調器(2,2)に渡るピクセル電圧は、変調器の負の安定性ウィンドウの下側端部(lower end)を下回り、変調器(2,2)が作動することを引き起こす。逆に、低いセグメント電圧64がセグメントライン1および3に沿って印加されるので、変調器(2,1)および(2,3)は緩和位置にとどまる。コモンライン3上の電圧は、高い保持電圧72に増加し、コモンライン3に沿った変調器を緩和状態のままにする。
最後に、第5のライン時間60e中に、コモンライン1上の電圧は高い保持電圧72にとどまり、コモンライン2上の電圧は低い保持電圧76にとどまり、コモンライン1および2に沿った変調器を、それらの各々のアドレス指定された状態のままにする。コモンライン3上の電圧は、コモンライン3に沿った変調器をアドレス指定するために、高いアドレス電圧74に増加する。低いセグメント電圧64がセグメントライン2および3上に印加されるので、変調器(3,2)および(3,3)は作動するが、セグメントライン1に沿って印加された高いセグメント電圧62は、変調器(3,1)が緩和位置にとどまることを引き起こす。したがって、第5のライン時間60eの終わりに、3×3ピクセルアレイは、図5Aに示す状態にあり、他のコモンライン(図示せず)に沿った変調器がアドレス指定されているときに起こり得るセグメント電圧の変動にかかわらず、保持電圧がコモンラインに沿って印加される限り、その状態にとどまることになる。
図5Bのタイミング図では、所与の書込プロシージャ(すなわち、ライン時間60a〜60e)は、高い保持およびアドレス電圧、または低い保持およびアドレス電圧のいずれかの使用を含むことができる。書込プロシージャが所与のコモンラインについて完了されると(また、コモン電圧が、作動電圧と同じ極性を有する保持電圧に設定されると)、ピクセル電圧は、所与の安定性ウィンドウ内にとどまり、開放電圧がそのコモンライン上に印加されるまで、緩和ウィンドウを通過しない。さらに、各変調器が、変調器をアドレス指定するより前に書込プロシージャの一部として開放されるので、開放時間ではなく変調器の作動時間が、必要なライン時間を決定し得る。詳細には、変調器の開放時間が作動時間よりも大きい実施態様では、開放電圧は、図5Bに示すように、単一のライン時間よりも長く印加され得る。いくつかの他の実施態様では、コモンラインまたはセグメントラインに沿って印加される電圧が、異なる色の変調器など、異なる変調器の作動電圧および開放電圧の変動を相殺するように変動し得る。
上記に記載した原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は大きく異なり得る。たとえば、図6A〜図6Eは、可動反射層14とそれの支持構造とを含む、干渉変調器の異なる実施態様の断面図の例を示している。図6Aは、金属材料のストリップ、すなわち、可動反射層14が、基板20から直角に延在する支持体18上に堆積される、図1の干渉変調器ディスプレイの部分断面図の一例を示している。図6Bでは、各IMODの可動反射層14は、概して形状が正方形または長方形であり、コーナーにおいてまたはその近くでテザー32に接して支持体に取り付けられる。図6Cでは、可動反射層14は、概して形状が正方形または長方形であり、フレキシブルな金属を含み得る変形可能層34から吊るされる。変形可能層34は、可動反射層14の外周の周りで基板20に直接または間接的に接続することがある。これらの接続は、本明細書では支持ポストと呼ばれる。図6Cに示す実施態様は、変形可能層34によって行われる可動反射層14の機械的機能からのそれの光学的機能の分離から派生する追加の利益を有する。この分離は、反射層14のために使用される構造設計および材料と、変形可能層34のために使用される構造設計および材料とが、互いとは無関係に最適化されることを可能にする。
図6Dは、可動反射層14が反射副層14aを含む、IMODの別の例を示している。可動反射層14は、支持ポスト18などの支持構造上に載る。支持ポスト18は、たとえば、可動反射層14が緩和位置にあるとき、可動反射層14と光学スタック16との間にギャップ19が形成されるように、下側静止電極(すなわち、図示のIMODにおける光学スタック16の一部)からの可動反射層14の分離を可能にする。可動反射層14は、電極として働くように構成され得る伝導性層14cと、支持層14bとをも含むことができる。この例では、伝導性層14cは、基板20から遠位にある支持層14bの一方の面に配設され、反射副層14aは、基板20の近位にある支持層14bの他方の面に配設される。いくつかの実施態様では、反射副層14aは、伝導性であることがあり、支持層14bと光学スタック16との間に配設され得る。支持層14bは、誘電材料、たとえば、酸窒化ケイ素(SiON)または二酸化ケイ素(SiO)の、1つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実施態様では、支持層14bは、たとえば、SiO/SiON/SiO3層スタックなど、複数の層のスタックであり得る。反射副層14aと伝導性層14cのいずれかまたは両方は、たとえば、約0.5%の銅(Cu)または別の反射金属材料を用いた、アルミニウム(Al)合金を含むことができる。誘電支持層14bの上および下で伝導性層14a、14cを採用することは、応力のバランスをとり、伝導の向上を与えることができる。いくつかの実施態様では、反射副層14aおよび伝導性層14cは、可動反射層14内の特定の応力プロファイルを達成することなど、様々な設計目的で、異なる材料から形成され得る。
図6Dに示すように、いくつかの実施態様はブラックマスク構造23をも含むことができる。ブラックマスク構造23は、周辺光または迷光を吸収するために、光学不活性領域において(たとえば、ピクセル間にまたはポスト18の下に)形成され得る。ブラックマスク構造23はまた、光がディスプレイの不活性部分から反射されることまたはそれを透過されることを抑止し、それによりコントラスト比を増加させることによって、ディスプレイデバイスの光学的特性を改善することができる。さらに、ブラックマスク構造23は、伝導性であり、電気的バス層として機能するように構成され得る。いくつかの実施態様では、行電極は、接続された行電極の抵抗を低減するために、ブラックマスク構造23に接続され得る。ブラックマスク構造23は、堆積およびパターニング技法を含む様々な方法を使用して形成され得る。ブラックマスク構造23は1つまたは複数の層を含むことができる。たとえば、いくつかの実施態様では、ブラックマスク構造23は、それぞれ、約30〜80Å、500〜1000Å、および500〜6000Åの範囲内の厚さをもつ、光吸収体として働くモリブデンクロム(MoCr)層と、スペーサ層として働くSiO層と、反射体として働くアルミニウム合金層と、バス層とを含む。1つまたは複数の層は、たとえば、MoCr層およびSiO層の場合は、四フッ化炭素(CF)および/または酸素(O)、ならびにアルミニウム合金層の場合は、塩素(Cl)および/または三塩化ホウ素(BCl)を含む、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを含む、様々な技法を使用してパターニングされ得る。いくつかの実施態様では、ブラックマスク23はエタロンまたは干渉スタック構造であり得る。そのような干渉スタックブラックマスク構造23では、伝導性吸収体は、各行または列の光学スタック16における下側静止電極間で信号を送信するかまたは信号をバス伝達するために使用され得る。いくつかの実施態様では、スペーサ層35が、ブラックマスク23中の伝導性層から吸収層16aを概して電気的に絶縁するのに、役立つことができる。
図6Eは、可動反射層14が自立している、IMODの別の例を示している。図6Dとは対照的に、図6Eの実施態様は支持ポスト18を含まない。代わりに、可動反射層14は、複数のロケーションにおいて、下にある光学スタック16に接触し、可動反射層14の湾曲は、干渉変調器に渡る電圧が作動を引き起こすには不十分であるとき、可動反射層14が図6Eの非作動位置に戻るという、十分な支持を与える。複数のいくつかの異なる層を含んでいることがある光学スタック16は、ここでは明快のために、光吸収体16aと誘電体16bとを含む状態で示されている。いくつかの実施態様では、光吸収体16aは、固定電極としても、部分反射層としても働き得る。
図6A〜図6Eに示す実施態様などの実施態様では、IMODは直視型デバイスとして機能し、直視型デバイスでは、画像が、透明基板20の正面、すなわち、変調器が配列された面の反対の面から、閲覧される。これらの実施態様では、デバイスの背面部分(すなわち、たとえば、図6Cに示す変形可能層34を含む、可動反射層14の背後のディスプレイデバイスの任意の部分)は、反射層14がデバイスのそれらの部分を光学的に遮蔽するので、ディスプレイデバイスの画質に影響を及ぼすことまたは悪影響を及ぼすことなしに、構成され、作用され得る。たとえば、いくつかの実施態様では、バス構造(図示せず)が可動反射層14の背後に含まれ得、これは、電圧アドレス指定およびそのようなアドレス指定に起因する移動など、変調器の電気機械的特性から変調器の光学的特性を分離する能力を与える。さらに、図6A〜図6Eの実施態様は、たとえば、パターニングなどの処理を簡略化することができる。
図7は、干渉変調器のための製造プロセス80を示す流れ図の一例を示しており、図8A〜図8Eは、そのような製造プロセス80の対応する段階の断面概略図の例を示している。いくつかの実施態様では、製造プロセス80は、図7に示されていない他のブロックに加えて、たとえば、図1および図6に示す一般的なタイプの干渉変調器を製造するために実施され得る。図1、図6および図7を参照すると、プロセス80はブロック82において開始し、基板20の上の光学スタック16の形成を伴う。図8Aは、基板20の上に形成されたそのような光学スタック16を示している。基板20は、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板であり得、それは、フレキシブルであるかまたは比較的固く曲がらないことがあり、光学スタック16の効率的な形成を可能にするために、事前準備プロセス、たとえば、洗浄にかけられていることがある。上記で説明したように、光学スタック16は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であることがあり、たとえば、透明基板20上に、所望の特性を有する1つまたは複数の層を堆積させることによって、作製され得る。図8Aでは、光学スタック16は、副層16aおよび16bを有する多層構造を含むが、いくつかの他の実施態様では、より多いまたはより少ない副層が含まれ得る。いくつかの実施態様では、副層16a、16bのうちの1つは、組み合わせられた導体/吸収体副層16aなど、光吸収特性と伝導特性の両方で構成され得る。さらに、副層16a、16bのうちの1つまたは複数は、平行ストリップにパターニングされ得、ディスプレイデバイスにおける行電極を形成し得る。そのようなパターニングは、当技術分野で知られているマスキングおよびエッチングプロセスまたは別の好適なプロセスによって実行され得る。いくつかの実施態様では、副層16a、16bのうちの1つは、1つまたは複数の金属層(たとえば、1つまたは複数の反射層および/または伝導性層)上に堆積された副層16bなど、絶縁層または誘電体層であり得る。さらに、光学スタック16は、ディスプレイの行を形成する個々の平行ストリップにパターニングされ得る。
プロセス80はブロック84において続き、光学スタック16の上の犠牲層25の形成を伴う。犠牲層25は、キャビティ19を形成するために後で(たとえば、ブロック90において)除去され、したがって、犠牲層25は、図1に示した得られた干渉変調器12には示されていない。図8Bは、光学スタック16の上に形成された犠牲層25を含む、部分的に作製されたデバイスを示している。光学スタック16の上への犠牲層25の形成は、後続の除去後に、所望の設計サイズを有するギャップまたはキャビティ19(図1および図8Eも参照)を与えるように選択された厚さの、モリブデン(Mo)またはアモルファスシリコン(a−Si)など、フッ化キセノン(XeF)エッチング可能材料の堆積を含み得る。犠牲材料の堆積は、物理堆積(PVD、たとえば、スパッタリング)、プラズマ強化化学堆積(PECVD)、熱化学堆積(熱CVD)、またはスピンコーティングなど、堆積技法を使用して行われ得る。
プロセス80はブロック86において続き、支持構造、たとえば、図1、図6および図8Cに示すポスト18の形成を伴う。ポスト18の形成は、支持構造開口を形成するために犠牲層25をパターニングし、次いで、PVD、PECVD、熱CVD、またはスピンコーティングなど、堆積方法を使用して、ポスト18を形成するために開口中に材料(たとえば、ポリマーまたは無機材料、たとえば、酸化ケイ素)を堆積させることを含み得る。いくつかの実施態様では、犠牲層中に形成された支持構造開口は、ポスト18の下側端部が図6Aに示すように基板20に接触するように、犠牲層25と光学スタック16の両方を通って、下にある基板20まで延在し得る。代替的に、図8Cに示すように、犠牲層25中に形成された開口は、犠牲層25を通るが、光学スタック16を通らずに延在し得る。たとえば、図8Eは、光学スタック16の上側表面(upper surface)と接触している支持ポスト18の下側端部を示している。ポスト18、または他の支持構造は、犠牲層25上に支持構造材料の層を堆積させること、および犠牲層25中の開口から離れて配置された支持構造材料の部分をパターニングすることによって形成され得る。支持構造は、図8Cに示すように開口内に配置され得るが、少なくとも部分的に、犠牲層25の一部分の上で延在することもある。上述のように、犠牲層25および/または支持ポスト18のパターニングは、パターニングおよびエッチングプロセスによって実行され得るが、代替エッチング方法によっても実行され得る。
プロセス80はブロック88において続き、図1、図6および図8Dに示す可動反射層14などの可動反射層または膜の形成を伴う。可動反射層14は、1つまたは複数のパターニング、マスキング、および/またはエッチングステップとともに、1つまたは複数の堆積ステップ、たとえば、反射層(たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金)堆積を採用することによって、形成され得る。可動反射層14は、電気伝導性であり、電気伝導性層(electrically conductive layer)と呼ばれることがある。いくつかの実施態様では、可動反射層14は、図8Dに示すように複数の副層14a、14b、14cを含み得る。いくつかの実施態様では、副層14a、14cなど、副層のうちの1つまたは複数は、それらの光学的特性のために選択された高反射性副層を含み得、別の副層14bは、それの機械的特性のために選択された機械的副層を含み得る。犠牲層25は、ブロック88において形成された部分的に作製された干渉変調器中に依然として存在するので、可動反射層14は、一般にこの段階では可動でない。犠牲層25を含んでいる部分的に作製されたIMODは、本明細書では「非開放(unreleased)」IMODと呼ばれることもある。図1に関して上記で説明したように、可動反射層14は、ディスプレイの列を形成する個々の平行ストリップにパターニングされ得る。
プロセス80はブロック90において続き、キャビティ、たとえば、図1、図6および図8Eに示すキャビティ19の形成を伴う。キャビティ19は、(ブロック84において堆積された)犠牲材料25をエッチャントにさらすことによって形成され得る。たとえば、MoまたはアモルファスSiなどのエッチング可能犠牲材料が、ドライ化学エッチングによって、たとえば、一般に、キャビティ19を囲む構造に対して選択的に除去される、所望の量の材料を除去するのに有効である期間の間、固体XeFから派生した蒸気などの気体または蒸気エッチャントに犠牲層25をさらすことによって、除去され得る。他のエッチング方法、たとえば、ウェットエッチングおよび/またはプラズマエッチングも使用され得る。犠牲層25がブロック90中に除去されるので、可動反射層14は、一般に、この段階後に可動となる。犠牲材料25の除去後に、得られた完全にまたは部分的に作製されたIMODは、本明細書では「開放」IMODと呼ばれることがある。
図9は、光転向特徴体を備える光ガイドを有する照明システムを示す横断面図の一例である。光ガイド1000は、上側主要表面1002と、下側主要表面1004と、光入力縁部1030aと、光入力縁部1030aの反対側の対向縁部1030bとを有する。光ガイド1000は、光透過性材料の1つまたは複数の層で構成することができる。光透過性材料の例としては、アクリル、アクリル酸共重合体、UV硬化性樹脂、ポリカーボネート、シクロオレフィン重合体、重合体、有機材料、無機材料、ケイ酸塩、アルミナ、サファイア、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポルエチレンテレフタレートグリコール(PET−G)、酸窒化ケイ素、および/またはそれらの組合せが挙げられる。いくつかの実施態様では、光透過性材料は、ガラスである。
光ガイド1000は、光ガイド1000の内部を伝搬する光を光ガイド1000から発出されるように向け直す、複数の光転向特徴体1040を含む。光転向特徴体1040は、ファセット、屈折性特徴体、回折性特徴体、拡散性特徴体、印刷ドット、またはそれらの組合せとすることができるが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施態様において、光転向特徴体1040は、反射性側面を有する凹部によって画定される。光転向特徴体1040の側面は、全内反射(TIR)および/または凹部に設けられた反射性コーティングによる反射によって、光を反射することができる。
図10は、光源およびディスプレイを有する図9の照明システムの一例を示す図である。光源1010は、発光ダイオード(LED)、白熱電球、レーザ、または蛍光灯など(ただしこれらに限定されない)、任意の発光デバイスとすることができる。いくつかの実施態様では、光源1010は、光入力縁部1030aに沿って配列された複数の発光デバイスを含むことができる。特定の実施態様では、光源1010は、光入力縁部1030aの大部分に沿って延びる光バーを含むことができる。いくつかの実施態様では、第2の光源を対向縁部1030bに沿って配置し、対向縁部1030bに光を入射させるように構成することもできる。
光源1010からの光は、その光が光ガイド1000内部で全内反射(TIR)によって上側主要表面1002および下側主要表面1004によって反射されるように、その光の一部分が上側主要表面1002および下側主要表面1004に対して小さな視射角で光ガイド1000の少なくとも一部分を横切る方向に伝搬するように、光ガイド1000に入射させることができる。いくつかの実施態様では、光ガイド1000より低い屈折率を有する(たとえば光ガイド1000より約0.05以上低い屈折率、または光ガイド1000より約0.1以上低い屈折率)光クラッディング層(図示せず)を、光ガイド1000の上側主要表面1002および/または下側主要表面1004に配置して、それらの表面によるTIRを促進することができる。
図10に示すように、光源1010からの光1015は、光ガイド1000に入射され、光ガイド1000内を伝搬し、その後、光転向特徴体1040によって光ガイド1000の主要表面で向け直すことができる。抽出光が、ディスプレイ1080を照明することができる。いくつかの実施態様では、光ガイド1000は、フロントライトの一部であり、ディスプレイ1080は、光ガイド1000の背後に位置決めされる。そのような実施態様では、ディスプレイ1080は、光1015を光ガイド1000を通して閲覧者に向けて反射する反射性ディスプレイとすることができる。ディスプレイ1080は、図1を参照して述べた干渉変調器12など、反射性ディスプレイ要素を含むことができる。いくつかの他の実施態様では、光ガイド1000は、ディスプレイ1080の背後に位置決めし、バックライトの一部とすることができる。そのような実施態様では、ディスプレイ1080は、透過性にして、光がディスプレイ1080を通って完全に閲覧者に向かって伝搬するようにすることができる。
引き続き図10を参照して、光転向特徴体1040による光の抽出を、これらの光転向特徴体の1回の通過あたりの抽出効率に関連して説明する。ここでは、1回の通過あたりの抽出効率は、光が光ガイド1000の一方の縁部から反対側の縁部まで伝搬するときの、光ガイド1000を1回通過するごとに光ガイド1000内のすべての光転向特徴体1040によって抽出される光の百分率で定義される。たとえば、1回の通過あたりの抽出効率が50%であれば、それは、最初に光源1010から光ガイド1000に入射した光のうちの半分が、その光が光入力縁部1030aから対向縁部1030bまで最初に1回通過する間に抽出されたことを示す。
多くの従来の照明システムは、100%に近い1回の通過あたりの抽出効率を実現し、高い発光強度を効率的に実現するように構成された、光転向特徴体を有する。しかし、このようなシステムは、様々な光学的アーチファクトを引き起こすことがある。たとえば、光が光ガイドを通って進行するときに、多くの光が抽出されて、光の強度が低下する可能性がある。その結果として、抽出光の強度も低下し、発光が非均一になることがある。一方で、光源から離れている光転向特徴体の密度を高くすることによってこの低下を補おうとすると、光源から離れた部分において光転向特徴体が光ガイドの面積を占める割合が大きくなり、他の光学的アーチファクトが生じる恐れがある。さらに、光源の近くの光転向特徴体に入射する光の入射角が、光源から離れた光転向特徴体に入射する光の入射角と異なる可能性が高いので、発光の角度不均一性が高くなることがある。これは、近い距離における光の方が、よりコリメートされる、すなわち光ガイドの主要表面に対して平行になる可能性が高い遠い距離における光よりも、広い範囲の角度で光転向特徴体に入射する可能性が高いからである。
光ガイド1000で光の再循環を実現すると、これらの問題の多くに対処することができることが分かっている。いくつかの実施態様では、光転向特徴体1040の1回の通過あたりの抽出効率を、約50%以下、約40%以下、約20%以下、または約10%以下にする。このように1回の通過あたりの抽出効率を比較的低くすることにより、光ガイド内の光の伝搬を促進することができ、それにより光ガイド内で均一性の高い光の分布を実現することができる。いくつかの実施態様では、光転向特徴体1040は、このような低い1回の通過あたりの抽出効率を実現するようにサイズなどを構成することができる。いくつかの実施態様では、低い1回の通過あたりの効率は、そのような1回の通過あたりの効率を達成できるだけの十分に少ない総数および/または低い密度で光転向特徴体1040を設けることによって実現することができる。いくつかの実施態様では、光転向特徴体1040は、光ガイド1000の有効領域のうちの約5%以下、約4%以下、約3%以下、または約2%以下を占める。
図11は、照明システムを示す上面図の一例である。いくつかの実施態様では、光源1010は、光を光入力縁部1030aに入射させる発光器1010aのアレイで構成される。いくつかの実施態様では、光入力縁部1030aおよび対向縁部1030bの一方または両方の1つまたは複数の部分が、鏡面反射器または拡散反射器などの反射器として機能する。たとえば、光入力縁部1030aおよび対向縁部1030bの一方または両方を、金属などの反射性材料1032aおよび1032bでコーティングする、または反射性表面になるように研磨することもできる。いくつかの実施態様では、金属被覆ポリマー細片または金属薄片などの鏡を、適当な接着剤を用いて光入力縁部1030aおよび対向縁部1030bの1つまたは複数の箇所に取り付けることもできる。光入力縁部1030aの反射性材料1032aに開口1034を設けて、光が発光器1010aから光ガイド1000内に伝搬することができるようにすることができる。いくつかの実施態様では、縁部1030aおよび1030bの一方または両方における反射は、TIRによって実現することができる。たとえば、屈折率の低い媒体(空気またはクラッディング層など)を、これらの縁部の一方または両方に直接隣接して設けることもできる。
引き続き図11を参照すると、光入力縁部1030aおよび対向縁部1030bで反射を起こすことによって、光ガイド1000内の光の再循環を促進することができる。たとえば、光入力縁部1030aから入射したが、光転向特徴体1040(図10)によって抽出されない光は、対向縁部1030bによって反射されるか、またはその他の形で吸収されるまで、光ガイド1000内を伝搬する。いくつかの実施態様では、光は、光転向特徴体1040によってほぼ完全に抽出されるまでに、光ガイド1000を2回、3回、4回、5回、8回、10回、または15回通過することがある。複数の光転向特徴体1040の1回の通過あたりの抽出効率が低いほど、光ガイド内の光の通過回数は多くなる。
引き続き図11を参照すると、光ガイド1000は、光入力縁部1030aおよび対向縁部1030bに対して横向きの横断縁部1020aおよび1020bをさらに含むことができる。いくつかの実施態様では、横断縁部1020aおよび1020bの一方または両方が、反射性である。たとえば、横断縁部1020aおよび1020bは、鏡面反射または拡散反射、あるいはそれらの組合せを提供することができる。いくつかの実施態様では、横断縁部1020aおよび1020bの一部分または全体が、鏡面反射器または拡散反射器などの反射器などの反射器として機能する。たとえば、横断縁部1020aおよび1020bの一方または両方を、金属などの反射性材料1022aおよび1022bでコーティングする、反射性表面になるように研磨する、または鏡面または拡散表面となるようにその他の方法で処理することもできる。いくつかの実施態様では、金属被覆ポリマー細片または金属薄片などの鏡を、横断縁部1020aおよび1020bに取り付ける。この鏡の取付けは、適当な接着剤を用いて鏡を横断縁部1020aおよび1020bに接着する、または反射層を横断縁部に堆積させるなど(ただしこれらに限定されない)、様々なプロセスによって行うことができる。横断縁部1020aおよび1020bの反射性材料1022aおよび1022bに、開口(図示せず)を設けて、光が開口付近に位置決めされた追加光源から光ガイド1000内に伝搬することができるようにすることができる。その場合には、LEDアレイなどの光源を、横断縁部1020aおよび1020bの一方または両方に沿って配置することができる。いくつかの実施態様では、縁部1020aおよび1020bの一方または両方における反射は、TIRによって実現することができる。TIRは、屈折率の低い媒体(空気またはクラッディング層など)を、これらの縁部の一方または両方に直接隣接して設けることによって促進することができる。
特定の理論に束縛されるものではないが、光転向特徴体1040の低い抽出効率、ならびにいくつかの実施態様における反射性材料1022a、1022b、1032aおよび/または1032bによる光の再循環によって、光ガイド1000内で均一性の高い分布が得られるものと考えられる。その結果として、光の分布の不均一性を相殺するように光転向特徴体を配列することによって不均一な光の分布を補償する必要がなくなることがある。むしろ、いくつかの実施態様では、光転向特徴体1040は、光ガイド1000の主要表面に渡ってほぼ一様な間隔になる。
引き続き図11を参照すると、光ガイド1000は、ディスプレイの有効表示領域と真っ直ぐに位置合わせされた有効領域1060を有することができる。たとえば、光ガイド1000およびディスプレイ1080(図10)が水平に配列される場合には、有効領域1060は、ディスプレイの有効表示領域と真っ直ぐ垂直方向に位置合わせされる。したがって、有効領域1060は、画像が形成されるのを閲覧者が知覚する光ガイド1060の領域とすることができる。フロントライトの適用分野では、光転向特徴体1040(図9)は、後方反射ディスプレイから閲覧者に向けて反射される光を遮断することができる。光の遮断によって生じる不要なオブスキュレーションおよび視覚的アーチファクトを低減するために、光転向特徴体1040が占める総面積は、たとえば有効領域1060の約5%以下、約4%以下、約3%以下、または約2%以下など、小さくすることができる。
いくつかの実施態様では、有効領域1060の対角線寸法は、約5.7インチ以下、約2.6インチ以下、または約1.4インチ以下とすることができる。本明細書で開示する光の再循環により、不要なオブスキュレーションおよび視覚的アーチファクトを防止するために光転向特徴体を十分に低い密度および/または小さなサイズで設けながら、このような寸法の光ガイドで特に効率的な照明を実現することができる。
図12Aおよび図12Bは、様々な照明システムによって行われる発光の例を示す図である。図12Aは、光ガイド内で光の再循環を行わない、一様に離間した光転向特徴体1140を有する光ガイド1100の一例を示す図である。光源1010からの光1115は、光ガイド縁部1130aに入射する。光ガイド1100の左側面および右側面で抽出される光の強度は、それぞれローブ1115aおよび1115bの大きさで表すことができる。光は、光転向特徴体1140によって反射性ディスプレイ1180に向けて下向きに向け直されることによって抽出される。向け直された光は、その後、ディスプレイ1180によって光ガイド1100を通して反射される。ディスプレイ1180によって反射される光の強度および角度特性は、一般に、光ガイド1100によって抽出される光の強度および角度特性と一致する。図12Aから分かるように、また本明細書で述べるように、抽出光の強度は、光1115が光ガイド1100内を進行していくにつれて低下する。その結果、ローブ1115aは、ローブ1115bより大きい。ローブ1115aおよび1115bが示すように、光が光ガイド1100から離れるように伝搬する主要角度は、ローブ1115aと1115bの間で異なり、また1つのローブでも方向によって異なる。光は光源1110の近くではあまりコリメートされず、光源1100から遠ざかるとより強くコリメートされるので、光1115が光ガイド1000内を進行していくと、光源1110付近で抽出された光は、かなり角度非対称になる可能性がある。異なるローブ1115aおよび1115b内に矢印で示すように、ローブ1115a内の抽出光は、ローブ1115b内の抽出光より大きな角度非対称性を有する可能性がある。
図12Bは、光ガイド1000内で光の再循環を行う、一様に離間した光転向特徴体1040を有する光ガイド1000の一例を示す図である。光ガイド1000の左側面および右側面で抽出される光1015の強度は、それぞれローブ1115cおよび1115dの大きさで表すことができる。反射性縁部1030aおよび1030bがあるので、本明細書で述べるように、光1015を、光ガイド1000内で1回または複数回再循環させることができ、それにより光ガイド1000内の光の分布をより均一にすることができる。したがって、ローブ1115cは、ローブ1115dとほぼ等しい大きさにすることができ、このことは、光の強度の高い均一性を示している。
さらに、再循環光は、コリメートレベルが高い。これは、コリメートレベルの低い光は、反射性縁部1030aまたは1030bの一方で反射される前に光ガイド1000から逃げる可能性が高いからである。コリメートレベルが高いために、光ガイド1000に渡って抽出される光の角度対称性が非常に均一になり、それにより、光転向特徴体1040によって抽出されるコリメートレベルの高い光の割合が高くなる。光ガイド1000の左側面および右側面における抽出光の伝搬の主要な角度は、それぞれローブ1115aおよび1115b内の矢印で示すことができる。ローブ1115cおよび1115dは、図12Aのローブ1115aおよび1115bと比較して改善された角度対称性を有することができる。
引き続き図12Bを参照すると、光源1010は、光ガイド1000の複数の縁部に沿って設けることができる。たとえば、図示のように、第2の光源1010を、縁部1030bに沿って設けることができる。反射性材料1032bが存在する場合には、この材料に開口を設けて、光ガイド1000内への光の入射を可能にするようにすることができる。
図13は、光の再循環を行う光ガイドにおける光のコリメートの一例を示す図である。光源1010は、光ガイド1000に光線1015aおよび1015bを入射することができる。図示のように、光線1015aおよび1015bのようなコリメートレベルの低い光は、光転向特徴体1040に当たり、光ガイド1000から抽出される可能性が高い。光線1015cのようなコリメートレベルの高い光は、光ガイド1000に渡ってより遠くまで伝搬する。その結果として、光源1010から離れたところの光の方が、光源1010に近いところの光より強くコリメートされている可能性が高い。反射性材料1032bは、光線1015cのようなコリメート光を、外に逃がすより、光ガイド1000内に維持する。したがって、コリメートレベルの高い光は、光ガイド1000内に維持され、これにより、発光の角度均一性を改善することができる。これは、このコリメートレベルの高い光は、同じような角度で光転向特徴体1040に当たり、同じような角度で発出されるからである。光線1015cは図13では光ガイド1000の表面と平行であるように見える可能性があるが、光線1015cが伝搬し、最終的に光転向特徴体1040に当たる角度は、何らかの非ゼロ角であることもある。
図14Aは、各縁部に反射性材料を備え、1つの縁部に光源から光が入射する光ガイドに渡る発光を示すグラフの一例である。y軸は、パネル発光(抽出光の強度とすることもできる)を、任意の単位の0.0から1.0のスケールで示す。光ガイドによる光の吸収は、約0.001cm−1と仮定した。x軸は、光ガイドパネル沿いの光入力縁部からの距離の測定値を、0から100の範囲でミリメートル(mm)単位で示す。光ガイドの長さは100mmであり、光転向特徴体は、全体に渡って一様に離間している。光ガイドは、その左側面上に光源を有する。各縁部の反射性コーティングが、鏡面反射をもたらす。
図14Aに示すように、パネル発光は、1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下になると、高い平均出力レベルを維持しながらますます均一になる。1回の通過あたりの光抽出効率が80%であるときのパネル発光プロファイルは急峻であり、パネル発光は、パネルの長さに沿って1.0超から約0.4の範囲となる。1回の通過あたりの光抽出効率が60%であるときのパネル発光プロファイルは、約0.75から約0.55の範囲である。1回の通過あたりの光抽出効率が40%であるときのパネル発光プロファイルは、パネルに渡って非常に均一になり、パネル発光は約0.65から約0.6の範囲となる。1回の通過あたりの光抽出効率が20%であるときのパネル発光プロファイルは、パネルに渡って実質的に均一になり、パネル発光は約0.6±0.01である。このように、1回の通過あたりの光抽出効率が低いと、一様に離間した光転向特徴体で高い光強度均一性および高いレベルの発光を実現することができることが分かっている。また、1回の通過あたりの光抽出効率が低いと、反射性縁部を設けなくても、高い光強度均一性を実現することができることも分かっている。たとえば、1回の通過あたりの光抽出効率が25%であるときには、予想される発光不均一性は、約1%未満であった(図示せず)。
図14Bは、各縁部に反射性コーティングを備え、2つの縁部に光源から光が入射する光ガイドに渡る発光を示すグラフの一例である。このグラフで評価される光ガイドの構成は、光ガイドの2つの対向縁部に光源が設けられていることを除けば、図14Aに示す構成と同様である。
図14Bでは、パネル発光プロファイルは、パネルのおよそ真ん中あたり(約50mmのところ)に最小値を有し、パネルの縁部に最も近いところ(約0mmおよび約100mmのところ)に最大値を有する、ほぼ放物線形状を有する。1回の通過あたりの光抽出効率が80%であるときのパネル発光プロファイルは、高いレベルの曲率および不均一性を示し、最小パネル発光が約0.75、最大パネル発光が1.0超である。1回の通過あたりの光抽出効率が60%であるときのパネル発光プロファイルは、最小パネル発光が約0.85、最大パネル発光が約0.925である。1回の通過あたりの光抽出効率が40%であるときのパネル発光プロファイルは、非常に均一であり、最小パネル発光が約0.875、最大パネル発光が約0.9である。1回の通過あたりの光抽出効率が20%であるときのパネル発光プロファイルは、パネル発光が全体を通じて約0.875となる、実質的に均一なプロファイルを示す。1回の通過あたりの光抽出効率が比較的低くても、抽出光の平均強度は、光ガイドに渡って実質的に均一なままで、比較的高いレベルに維持することができる。
他の研究では、光ガイドの横断縁部および対向縁部の両方に鏡面反射コーティングを設けることにより、いずれの縁部にも反射器がない場合より、平均輝度が1.24倍または1.2倍(それぞれ第1の研究および第2の研究)向上したことが分かった。ただし、いくつかの場合では、対向縁部のみに鏡面反射コーティングを設けることによって輝度がさらに向上し、いずれの縁部にも反射器がない場合より、平均輝度が1.32倍または1.2倍向上した。光ガイドの横断縁部および対向縁部の両方に拡散反射コーティングを設けた場合には、平均輝度がさらに向上した。平均輝度は、いずれの縁部にも反射器がない場合より、1.41倍または1.24倍さらに向上した。横断縁部に拡散反射コーティングを設け、対向縁部に鏡面反射コーティングを設けると、最高の平均輝度が得られることが分かった。拡散反射コーティングおよび鏡面反射コーティングが個別にそれぞれ1.4倍および1.2倍平均輝度を向上させた第2の研究では、拡散反射コーティングおよび鏡面反射コーティングの両方を有することによって、いずれの縁部にも反射器がない場合より、平均輝度が1.38倍向上した。
図15は、照明システムを製造する方法を示すブロック図の一例である。プロセス1400は、最初に、ブロック1410で、光ガイドを提供する。光ガイドは、本明細書で述べるように、光透過性材料で構成することができる。光ガイドは、光源からの光を受光する光入力縁部と、光入力縁部とは反対側の対向縁部とを含むことができる。いくつかの実施態様では、光源を、光ガイドに取り付けることができる。光源は、本明細書で述べるように、LED、白熱電球、レーザ、蛍光灯、またはその他の任意の形態の発光器とすることができる。光入力縁部および対向縁部の一方または両方の一部分を、反射性にすることができる。いくつかの実施態様では、光ガイドを提供するステップは、光入力縁部および対向縁部の一方または両方に鏡面反射器を設けるステップを含むことができる。いくつかの実施態様では、鏡面反射器を設けるステップは、光入力縁部および対向縁部の一方または両方を金属被覆するステップを含むことができる。他のいくつかの実施態様では、鏡面反射器を設けるステップは、光入力縁部および対向縁部の一方または両方を研磨するステップを含むことができる。いくつかの実施態様では、光ガイドは、光入力縁部および対向縁部に対して横向きの横断縁部を含むことができる。光ガイドを提供するステップは、さらに、横断縁部の少なくとも1つの拡散反射器または鏡面反射器を設けるステップを含むことができる。拡散反射器を設けるステップは、横断縁部の表面を粗面化するステップを含むことができ、この粗面化は、摩耗など様々な方法で行うことができる。
プロセス1400は、光ガイドに複数の光転向特徴体を設けるブロック1420に進む。光転向特徴体は、光ガイドから光を抽出するように構成することができ、約50%未満の1回の通過あたりの光抽出効率を有することができる。いくつかの実施態様では、複数の光転向特徴体の1回の通過あたりの光抽出効率は、約40%未満、または約20%未満とすることができる。いくつかの実施態様では、複数の光転向特徴体を設けるステップは、光ガイドの主要表面に渡ってほぼ一様な間隔で、光転向特徴体を形成するステップを含むことができる。いくつかの実施態様では、ディスプレイは、光ガイドの主要表面に向けて、光ガイドに取り付けることができる。
図16Aおよび図16Bは、複数の干渉変調器を含むディスプレイデバイス40を示すシステムブロック図の例を示す。ディスプレイデバイス40は、たとえば、セルラー電話または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス40の同じ構成要素またはディスプレイデバイス40の軽微な変形が、テレビジョン、電子リーダーおよびポータブルメディアプレーヤなど、様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。
ディスプレイデバイス40は、ハウジング41と、ディスプレイ30と、アンテナ43と、スピーカー45と、入力デバイス48と、マイクロフォン46とを含む。ハウジング41は、射出成形および真空成形を含む様々な製造プロセスのうちのいずれかから形成され得る。さらに、ハウジング41は、限定はしないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはそれらの組合せを含む、様々な材料のうちのいずれかから製作され得る。ハウジング41は、異なる色の、または異なるロゴ、ピクチャ、もしくはシンボルを含んでいる、他の取外し可能な部分と交換され得る、取外し可能な部分(図示せず)を含むことができる。
ディスプレイ30は、本明細書で説明する、双安定またはアナログディスプレイを含む様々なディスプレイのうちのいずれかであり得る。ディスプレイ30はまた、プラズマ、EL、OLED、STN LCD、またはTFT LCDなど、フラットパネルディスプレイ、あるいはCRTまたは他の管デバイスなど、非フラットパネルディスプレイを含むように構成され得る。さらに、ディスプレイ30は、本明細書で説明する干渉変調器ディスプレイを含むことができる。
ディスプレイデバイス40の構成要素は図16Bに概略的に示されている。ディスプレイデバイス40は、ハウジング41を含み、それの中に少なくとも部分的に密閉された追加の構成要素を含むことができる。たとえば、ディスプレイデバイス40は、トランシーバ47に結合されたアンテナ43を含むネットワークインターフェース27を含む。トランシーバ47はプロセッサ21に接続され、プロセッサ21は調整ハードウェア52に接続される。調整ハードウェア52は、信号を調整する(たとえば、信号をフィルタリングする)ように構成され得る。調整ハードウェア52は、スピーカー45およびマイクロフォン46に接続される。プロセッサ21は、入力デバイス48およびドライバコントローラ29にも接続される。ドライバコントローラ29は、フレームバッファ28に、およびアレイドライバ22に結合され、アレイドライバ22は次にディスプレイアレイ30に結合される。電源50が、特定のディスプレイデバイス40設計によって必要とされるすべての構成要素に電力を与えることができる。
ネットワークインターフェース27は、ディスプレイデバイス40がネットワークを介して1つまたは複数のデバイスと通信することができるように、アンテナ43とトランシーバ47とを含む。ネットワークインターフェース27はまた、たとえば、プロセッサ21のデータ処理要件を軽減するための、何らかの処理能力を有し得る。アンテナ43は信号を送信および受信することができる。いくつかの実施態様では、アンテナ43は、IEEE16.11(a)、(b)、または(g)を含むIEEE16.11規格、あるいはIEEE802.11a、b、gまたはnを含むIEEE802.11規格に従って、RF信号を送信および受信する。いくつかの他の実施態様では、アンテナ43は、BLUETOOTH(登録商標)標準によるRF信号を送信および受信する。セルラー電話の場合、アンテナ43は、3Gまたは4G技術を利用するシステムなどのワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される、符号分割多元接続(CDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、時分割多元接続(TDMA)、Global System for Mobile communications(GSM)(登録商標)、GSM/General Packet Radio Service(GPRS)、Enhanced Data GSM Environment(EDGE)、Terrestrial Trunked Radio(TETRA)、広帯域CDMA(W−CDMA)、Evolution Data Optimized(EV−DO)、1xEV−DO、EV−DO Rev A、EV−DO Rev B、高速パケットアクセス(HSPA)、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)、高速アップリンクパケットアクセス(HSUPA)、発展型高速パケットアクセス(HSPA+)、Long Term Evolution(LTE)、AMPS、または他の知られている信号を受信するように設計される。トランシーバ47は、アンテナ43から受信された信号がプロセッサ21によって受信され、プロセッサ21によってさらに操作され得るように、その信号を前処理することができる。トランシーバ47はまた、プロセッサ21から受信された信号がアンテナ43を介してディスプレイデバイス40から送信され得るように、その信号を処理することができる。
いくつかの実施態様では、トランシーバ47は受信機によって置き換えられ得る。さらに、ネットワークインターフェース27は、プロセッサ21に送られるべき画像データを記憶または生成することができる画像ソースによって置き換えられ得る。プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の全体的な動作を制御することができる。プロセッサ21は、ネットワークインターフェース27または画像ソースから圧縮された画像データなどのデータを受信し、そのデータを生画像データに、または生画像データに容易に処理されるフォーマットに、処理する。プロセッサ21は、処理されたデータをドライバコントローラ29に、または記憶のためにフレームバッファ28に送ることができる。生データは、一般に、画像内の各ロケーションにおける画像特性を識別する情報を指す。たとえば、そのような画像特性は、色、飽和、およびグレースケールレベルを含むことができる。
プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の動作を制御するためのマイクロコントローラ、CPU、または論理ユニットを含むことができる。調整ハードウェア52は、スピーカー45に信号を送信するための、およびマイクロフォン46から信号を受信するための、増幅器およびフィルタを含み得る。調整ハードウェア52は、ディスプレイデバイス40内の個別構成要素であり得、あるいはプロセッサ21または他の構成要素内に組み込まれ得る。
ドライバコントローラ29は、プロセッサ21によって生成された生画像データをプロセッサ21から直接、またはフレームバッファ28から取ることができ、アレイドライバ22への高速送信のために適宜に生画像データを再フォーマットすることができる。いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ29は、生画像データを、ラスタ様フォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができ、その結果、そのデータフローは、ディスプレイアレイ30に渡って走査するのに好適な時間順序を有する。次いで、ドライバコントローラ29は、フォーマットされた情報をアレイドライバ22に送る。LCDコントローラなどのドライバコントローラ29は、しばしば、スタンドアロン集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21に関連付けられるが、そのようなコントローラは多くの方法で実装され得る。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ21中に埋め込まれるか、ソフトウェアとしてプロセッサ21中に埋め込まれるか、またはハードウェアにおいてアレイドライバ22と完全に一体化され得る。
アレイドライバ22は、ドライバコントローラ29からフォーマットされた情報を受信することができ、ビデオデータを波形の並列セットに再フォーマットすることができ、波形の並列セットは、ディスプレイのピクセルのx−y行列から来る、数百の、および時には数千の(またはより多くの)リード線に毎秒何回も適用される。
いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ29、アレイドライバ22、およびディスプレイアレイ30は、本明細書で説明するディスプレイのタイプのうちのいずれにも適している。たとえば、ドライバコントローラ29は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ(たとえば、IMODコントローラ)であり得る。さらに、アレイドライバ22は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ(たとえば、IMODディスプレイドライバ)であり得る。その上、ディスプレイアレイ30は、従来のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイ(たとえば、IMODのアレイを含むディスプレイ)であり得る。いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ29はアレイドライバ22と一体化され得る。そのような実施態様は、セルラーフォン、ウォッチおよび他の小面積ディスプレイなどの高集積システムでは一般的である。
いくつかの実施態様では、入力デバイス48は、たとえば、ユーザがディスプレイデバイス40の動作を制御することを可能にするように、構成され得る。入力デバイス48は、QWERTYキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチセンシティブスクリーン、あるいは感圧膜または感熱膜を含むことができる。マイクロフォン46は、ディスプレイデバイス40のための入力デバイスとして構成され得る。いくつかの実施態様では、ディスプレイデバイス40の動作を制御するために、マイクロフォン46を介したボイスコマンドが使用され得る。
電源50は、当技術分野でよく知られている様々なエネルギー蓄積デバイスを含むことができる。たとえば、電源50は、ニッケルカドミウムバッテリーまたはリチウムイオンバッテリーなどの充電式バッテリーであり得る。電源50はまた、再生可能エネルギー源、キャパシタ、あるいはプラスチック太陽電池または太陽電池塗料を含む太陽電池であり得る。電源50はまた、壁コンセントから電力を受け取るように構成され得る。
いくつかの実施態様では、制御プログラマビリティがドライバコントローラ29中に存在し、これは電子ディスプレイシステム中のいくつかの場所に配置され得る。いくつかの他の実施態様では、制御プログラマビリティがアレイドライバ22中に存在する。上記で説明した最適化は、任意の数のハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素において、ならびに様々な構成において実施され得る。
本明細書で開示する実施態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実施され得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性が、概して機能に関して説明され、上記で説明した様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびステップにおいて示された。そのような機能がハードウェアで実施されるか、ソフトウェアで実施されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。
本明細書で開示する態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するために使用される、ハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実施または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、あるいは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実施することもできる。いくつかの実施態様では、特定のステップおよび方法が、所与の機能に固有である回路によって実行され得る。
1つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示する構造を含むハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、およびそれらの上記構造の構造的等価物において、またはそれらの任意の組合せにおいて実施され得る。また、本明細書で説明した主題の実施態様は、1つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置が実行するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化された、またはデータ処理装置の動作を制御するための、コンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして、実施され得る。
本開示で説明した実施態様への様々な修正は当業者には容易に明らかであり得、本明細書で定義した一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施態様に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で示した実施態様に限定されるものではなく、本明細書で開示する本開示、原理および新規の特徴に一致する、最も広い範囲を与られるべきである。「例示的」という単語は、本明細書ではもっぱら「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用される。本明細書に「例示的」と記載されたいかなる実施態様も、必ずしも他の実施態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。さらに、「上側」および「下側」という用語は、図の説明を簡単にするために時々使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対位置を示すが、実施されたIMODの適切な配向を反映しないことがあることを、当業者は容易に諒解されよう。
また、別個の実施態様に関して本明細書で説明されたいくつかの特徴は、単一の実施態様において組合せで実施され得る。また、逆に、単一の実施態様に関して説明した様々な特徴は、複数の実施態様において別個に、あるいは任意の好適な部分組合せで実施され得る。その上、特徴は、いくつかの組合せで働くものとして上記で説明され、初めにそのように請求されることさえあるが、請求される組合せからの1つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから削除され得、請求される組合せは、部分組合せ、または部分組合せの変形形態を対象とし得る。
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序でまたは連続した順序で実行されることを、あるいはすべての図示の動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきでない。さらに、図面は、流れ図の形態でもう1つの例示的なプロセスを概略的に示し得る。ただし、図示されていない他の動作が、概略的に示される例示的なプロセスに組み込まれ得る。たとえば、1つまたは複数の追加の動作が、図示の動作のうちのいずれかの前に、後に、同時に、またはそれの間で、実行され得る。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。その上、上記で説明した実施態様における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施態様においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきでなく、説明するプログラム構成要素およびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品において互いに一体化されるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージングされ得ることを理解されたい。さらに、他の実施態様が以下の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、特許請求の範囲に記載の行為は、異なる順序で実行され、依然として望ましい結果を達成することができる。
1000 光ガイド
1002 上側主要表面
1004 下側主要表面
1010 光源
1010a 発光器
1015 光
1015a 光線
1015b 光線
1015c 光線
1020a 横断縁部
1020b 横断縁部
1022a 反射性材料
1022b 反射性材料
1030a 光入力縁部
1030b 対向縁部
1032a 反射性材料
1032b 反射性材料
1034 開口
1040 光転向特徴体
1060 有効領域
1080 ディスプレイ
1100 光ガイド
1115 光
1115a ローブ
1115b ローブ
1115c ローブ
1115d ローブ
1130a 光ガイド縁部
1140 光転向特徴体
1180 反射性ディスプレイ

Claims (36)

  1. 光ガイドに入射した光が光ガイドに渡って1回または複数回往復するように、内部で光を再循環させるように構成された光ガイドを備える照明システムであって、
    前記光ガイドが、
    1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下である、複数の光転向特徴体を含む、照明システム。
  2. 前記光ガイドが、
    上側および下側の主要表面と、
    光源から光を受光する光入力縁部と、
    前記光入力縁部とは反対側の対向縁部とを含み、
    前記光入力縁部および前記対向縁部の一部分または複数部分が反射性である、請求項1に記載の照明システム。
  3. 前記光入力縁部および前記対向縁部の前記一部分または複数部分が、鏡面反射器を含む、請求項2に記載の照明システム。
  4. 前記光ガイドが、前記光入力縁部および前記対向縁部に対して横向きの横断縁部をさらに含み、前記横断縁部が、鏡面反射器、拡散反射器、またはそれらの組合せを含む、請求項3に記載の照明システム。
  5. 前記複数の光転向特徴体の前記1回の通過あたりの光抽出効率が、約40%以下である、請求項1に記載の照明システム。
  6. 前記複数の光転向特徴体の前記1回の通過あたりの光抽出効率が、約20%以下である、請求項1に記載の照明システム。
  7. 前記複数の光転向特徴体が、前記光ガイドの主要表面に渡って実質的に均一に離間している、請求項1に記載の照明システム。
  8. 前記光転向特徴体が、ファセット、屈折性特徴体、回折性特徴体、拡散性特徴体、印刷ドット、およびそれらの組合せからなる一群から選択される、請求項1に記載の照明システム。
  9. 画像を生成するディスプレイ要素を含む有効領域を有するディスプレイをさらに備え、前記ディスプレイの主要表面が、前記光ガイドの主要表面と対向し、前記光転向特徴体が、前記ディスプレイ要素に光を向けるように構成される、請求項1に記載の照明システム。
  10. 前記有効領域の対角線の長さが、約5.7インチ以下である、請求項9に記載のディスプレイシステム。
  11. 前記光ガイドが、前記ディスプレイの前方にあり、フロントライトの一部である、請求項9に記載のディスプレイシステム。
  12. 前記ディスプレイ要素が干渉変調器である、請求項11に記載のディスプレイシステム。
  13. 前記ディスプレイと通信するように構成され、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
    前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスとをさらに備える、請求項9に記載のディスプレイシステム。
  14. 前記ディスプレイに少なくとも1つの信号を送るように構成された駆動回路をさらに備える、請求項13に記載のディスプレイシステム。
  15. 前記画像データの少なくとも一部分を前記ドライバ回路に送信するように構成された制御装置をさらに備える、請求項14に記載のディスプレイシステム。
  16. 前記プロセッサに前記画像データを送るように構成された画像ソースモジュールをさらに備える、請求項13に記載のディスプレイシステム。
  17. 前記画像ソースモジュールが、受信機と、トランシーバと、送信機とのうちの少なくとも1つを含む、請求項16に記載のディスプレイシステム。
  18. 入力データを受信し、前記プロセッサに前記入力データを通信するように構成された入力デバイスをさらに備える、請求項13に記載のディスプレイシステム。
  19. 前記光を前記光ガイドに入射させるように構成された第1の光源をさらに備える、請求項1に記載のディスプレイシステム。
  20. 前記第1の光源が、発光ダイオードを含む、請求項19に記載のディスプレイシステム。
  21. 前記第1の光源が、前記光ガイドの一縁部に沿って配置されたディスプレイシステムであって、前記光ガイドの第2の縁部に沿って配置された第2の光源をさらに備える、請求項19に記載のディスプレイシステム。
  22. その手段に渡ってその内部で光を複数回再循環させる手段と、
    前記光を再循環させる手段から光を抽出する手段とを備え、
    前記光を抽出する手段の1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下である、照明システム。
  23. 前記光を再循環させる手段が、光透過性材料で構成された光ガイドである、請求項22に記載の照明システム。
  24. 前記光を再循環させる手段が、光を入射させる手段と対向する光入力縁部と、前記光入力縁部と反対側の反射性対向縁部とを有する、請求項23に記載の照明システム。
  25. 前記反射性対向縁部が、鏡面反射器を含む、請求項24に記載の照明システム。
  26. 前記光を再循環させる手段が、前記光入力縁部および前記対向縁部に対して横向きの横断縁部をさらに含み、前記横断縁部がそれぞれ、鏡面反射器、拡散反射器、またはそれらの組合せを含む、請求項24に記載の照明システム。
  27. 前記光を抽出する手段が、前記光を再循環させる手段の主要表面に渡って離間した複数の光転向特徴体を含む、請求項22に記載の照明システム。
  28. 前記光転向特徴体が、前記主要表面に渡って実質的に均一に離間している、請求項27に記載の照明システム。
  29. 前記光を再循環させる手段に光を入射させる光源をさらに備える、請求項22に記載の照明システム。
  30. 光ガイドに入射した光が光ガイドに渡って1回または複数回往復するように、内部で光を再循環させるように構成された光ガイドを提供するステップと、
    1回の通過あたりの光抽出効率が約50%以下である複数の光転向特徴体を、前記光ガイドに設けるステップとを含む、照明システムを製造するための方法。
  31. 前記光ガイドが、
    光源から光を受光する光入力縁部と、
    前記光入力縁部とは反対側の対向縁部とを含み、前記光入力縁部および前記対向縁部の一方または両方の一部分または複数部分が反射性であり、
    前記光ガイドを提供するステップが、前記光入力縁部および前記対向縁部の一方または両方に鏡面反射器を設けるステップを含む、請求項30に記載の方法。
  32. 前記鏡面反射器を設けるステップが、前記光入力縁部および前記対向縁部の一方または両方を金属被覆するステップを含む、請求項31に記載の方法。
  33. 前記光ガイドが、前記光入力縁部および前記対向縁部に対して横向きの横断縁部をさらに含む方法であって、前記横断縁部の少なくとも1つに、鏡面反射器および拡散反射器のうちの一方を設けるステップをさらに含む、請求項31に記載の方法。
  34. 前記光源を前記光ガイドに取り付けるステップをさらに含む、請求項31に記載の方法。
  35. 前記複数の光転向特徴体の前記1回の通過あたりの光抽出効率が、約20%以下である、請求項30に記載の方法。
  36. 前記複数の光転向特徴体を設けるステップが、前記光ガイドの主要表面に渡って均一に離間した前記光転向特徴体を形成するステップを含む、請求項30に記載の方法。
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