JPH08146911A - Ｄｍｄディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速応答、低コスト、高精細度、高輝度、高
コントラスト、の利点を有し、全ての異なるタイプのデ
ィスプレイの要求に適応せしめられうる、ＤＭＤディス
プレイシステムを開示する。 【構成】 ディジタルビデオディスプレイシステム１０
０は、アナログまたはディジタル形式の、放送ビデオ１
０２または代替ソース１０７から、ディジタルデータを
受取る。システム１００は、該データをディスプレイデ
ータに処理し、該データをディジタルマイクロミラーデ
バイス（ＤＭＤ）１１２へロードする。該データは、色
の順序付けのためにフォーマットされるか、または別個
のデバイスのための色データに分離される。該データ
は、デバイス１１２上の個々のセル４０８、５０８をし
て応答せしめ、次に該個々のセル４０８、５０８は照明
される。偏向せしめられたセル４０８、５０８から来る
光はディスプレイ面７１６上にディスプレイされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスプレイに関し、特
に高精細度ディスプレイ（ＨＤＤ）または高精細度テレ
ビジョン（ＨＤＴＶ）ディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＤＴＶは、ディスプレイの分野におけ
るいくつかの現在の技術が、新規格の要求への適応を試
みる時に、それらの技術に生じる問題を指摘した。ディ
スプレイシステムの主なタイプは、ブラウン管（ＣＲ
Ｔ）と、液晶ディスプレイ（（ＬＣＤ）とである。これ
らのそれぞれは、ＨＤＴＶの要求によって明らかにされ
る欠点を有する。

【０００３】ＣＲＴ ブラウン管ディスプレイは、テレビジョン、コンピュー
タモニタ、および多くの異なるディスプレイタスク用と
して世界的に受入れられた、多分最も一般的なタイプの
ディスプレイである。ＣＲＴは通常、さまざまな蛍光体
によって処理された１枚のガラスの裏側を横切って端か
ら端まで掃引する電子銃または諸電子銃によって働く。
それらの蛍光体は銃からのエネルギーがそれらに作用す
ると発光し、スクリーン上に画像を作る。現在の米国テ
レビジョン規格（ＮＴＳＣ）は、画像を約４８０本の水
平線によりディスプレイする。画像データはインタリー
ブされ、それは、奇数番目の線が１つの時間間隔内にお
いてディスプレイされ、偶数番目の線が他の時間間隔内
においてディスプレイされることを意味する。（現在の
欧州規格は同様であり、約５７６本の水平線を有す
る。）ＮＴＳＣ規格においては、前記時間間隔は１６．
７ミリ秒である。この時間は、銃が有限量の時間の間ス
クリーン上の任意の特定の画素スポット上に「滞在」す
ることを可能ならしめる。

【０００４】上述の時間および線数は、現在の標準解像
度のテレビジョンに対するものである。しかし、あるＨ
ＤＴＶおよびＥＤＴＶ（増強精細度テレビジョン）規格
ではインタリーブが行われず、漸進的走査が行われる。
これは、１、２、３、．．．等のような線の順序でデー
タがディスプレイされることを意味する。従って、以前
２４０本の線をディスプレイするのに用いられた時間内
に、ＥＤＴＶおよびＨＤＴＶは、それぞれ４８０本また
は９６０本の線をディスプレイしなければならない。こ
の状況において、画素の滞在時間は、それぞれ１／２ま
たは１／４に低下し、画素の受取るエネルギーは少なく
なるので、それぞれの画素の輝度は低下する。さらに、
ＨＤＴＶは、４：３の代わりに１６：９の横縦比を有す
るので、線を一層長くし、１画素あたりの時間を短くす
る。

【０００５】従って、ＨＤＴＶにおけるＣＲＴの使用は
不満足なものとなる。ある種の補償がなされなければ、
輝度は少なくとも１／４に低下する。ＣＲＴは成熟した
技術であるから、巨大な産業の努力がＨＤＴＶディスプ
レイにおいて標準的なＣＲＴの輝度レベルの目標を達成
する可能性は少ない。得られるＨＤＴＶディスプレイの
輝度は、標準的テレビジョン受像機と比較すると極めて
劣る。上述のような理由で、ＣＲＴは、ＨＤＴＶに対し
て真に適した選択とは思われず、ＬＣＤを頼らざるをえ
ない。

【０００６】ＬＣＤ 液晶ディスプレイは、個々にアドレス指定可能なセルを
有するので、大きい利点を有する。これらの個々のセル
は、ディスプレイの環境において、個々に制御可能な画
像素子すなわち画素となる。ＨＤＴＶに適応させるため
には、セルの数を増加させなくてはならないが、この画
素の増加に関連する輝度の損失は、必ずしも存在しな
い。しかし、ＬＣＤは、他の相互に関連する問題を有す
る。第１に、それらは製造の歩留りが低く、従って高価
である。第２に、それらの伝送効率は低い。第３および
第４に、それらの応答時間は長く、コントラスト比は小
さい。

【０００７】いくつかの要因がＬＣＤの製造コストを高
くする。最大の要因は、製造段階における歩留りが低い
ことである。画素のアドレス指定用トランジスタは、ガ
ラス基板上に作られなくてはならない。通常はこれらの
基板は大きくて扱いにくく、通常は標準的なシリコン処
理技術を共用すること、またはシリコン処理装置を使用
することはできない。従って、製造工程は、シリコン処
理産業の経済規模から利益を得ることはできない。完成
したＬＣＤは、複雑な物理的組立てを要し、これもまた
対応するシリコンパッケージング工程を共用することは
できない。さらに、ＬＣＤ材料はそれ自体高価である。

【０００８】ＬＣＤは通常、結晶性の材料を間に挟んだ
２枚のガラスパネルから成る。ガラスパネルの一方また
は双方は、結晶性材料を作動させる電極として機能する
トランジスタを有する。電極が作動せしめられると、極
軸に沿ってアラインされた結晶は、層毎に捩じれる。そ
の効果は、偏光子を経てＬＣＤの一方の側へ入射した光
が捩じれた結晶を通って進み、第２偏光子において吸収
されて、暗画素を生ぜしめることである。光は結晶マト
リックスへ入射する前に偏光せしめられなくてはならな
い。通常は、ディスプレイの前面パネル上の偏光コーテ
ィングが、これを行う。これら２つの偏光子における吸
収は通常、入射する照明の６０％を超える損失の原因と
なり、ＬＣＤを非効率的なものとする。

【０００９】結晶の捩じれのプロセス自体も問題とな
る。電極信号に対する結晶の応答時間は低速で、３０ミ
リ秒程度である。上述のように、ＨＤＴＶは、ディスプ
レイのために大量の情報を必要とするので、ディスプレ
イにおいてもっと高速の、低速でない応答時間を必要と
する。ＬＣＤは、ディスプレイ自体の内部における入射
光の消滅に依存しているので、吸収された放射によるデ
バイスの加熱が問題となる。また、ＬＣＤの作動面積の
百分率は低く、効率はさらに低くなる。

【００１０】ＬＣＤは、高コスト、低効率、低速応答、
かつ低コントラスト比のものであるから、ＨＤＴＶ用に
は望ましくない。ＨＤＴＶは、広範囲の消費者が入手し
うるものでなくてはならず、また今日のテレビジョン受
像機との顕著な相違を示すものでなくてはならない。そ
のような利点を、ＬＣＤおよびＣＲＴによって実現する
ことは困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従って、ＨＤＴＶは、
良好な輝度、低コスト、製造の容易性、および異なる規
格のテレビジョン放送形式に対する調節の融通性を有す
るディスプレイ技術を必要としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】ＤＭＤに基づくディスプ
レイは、高速の応答時間、低コスト、および良好な精細
度、輝度、コントラストなどの利点を有する。さらに、
以下に説明されるように、それは、全ての異なるタイプ
のディスプレイの要求および所望に適応することができ
る。

【００１３】

【実施例】本発明およびその利点のより完全な理解は、
添付図面を参照しつつ行われる以下の詳細な説明から得
られる。図１は、ディジタルテレビジョンまたはディス
プレイシステム１００の一般的概略図を示す。信号はア
ンテナ／受信機１０２に受信される。受信機１０２は、
その信号をチューナユニット１０４へ送り、チューナユ
ニット１０４は搬送信号からオーディオ信号およびビデ
オ信号を分離する。オーディオ部分は、次にビデオ信号
と再同期されるべく分離されたトラック１０６に沿って
送られるが、これについては論じない。チューナ回路
は、多重ビデオ規格を認識し且つデコードして、入来ビ
デオの規格に係わらず出力ビデオを一貫した形式で供給
するように設計されうる。

【００１４】位相２次デコーダまたは他のそのようなデ
コーダが、ビデオ信号をクロミナンス情報と輝度情報と
に分離するために用いられ、さらなる処理は、個々のフ
レームの赤、緑、および青の信号情報から成る成分ビデ
オ信号を導き出しうる。アナログＤＭＤシステムとディ
ジタルＤＭＤシステムとの双方が製造されうるが、後述
の理由により、ディジタルマイクロミラーデバイス（Ｄ
ＭＤ、これはまた変形可能ミラーデバイスとしても知ら
れているが、ここでは双方をディジタルマイクロミラー
デバイスと呼ぶことにする）は、好ましくは、ディジタ
ルに動作せしめられ、従ってその場合データはディジタ
イザ１０８へ送られ、ディジタイザ１０８は、それをそ
れぞれの画素に対するディジタルワードに変換する。ワ
ード長は、システムの所望の色および強度の解像度に依
存する。例えば、それぞれの色において８ビットの解像
度を有するシステムは、２４ビット（３色×８ビット）
のデータ経路を有する。ディジタル化されたデータはメ
モリ１０５に記憶され、その後信号プロセッサ１１０へ
送られる。

【００１５】ここに説明されるディスプレイシステム
は、ソース１０７のような代替ビデオソースからの画像
を映写しうる。ソース１０７は、コンピュータ発生画像
および上述のビデオ画像を供給しうる。最初アンテナ／
受信機１０２によって受信された上述のビデオは、それ
を１０７によって示されている代替ビデオソースから区
別するために、「放送」ビデオと呼ばれる。代替ビデオ
情報は、経路１１１におけるアナログ形式により、また
は経路１１３におけるディジタル形式により、ディスプ
レイシステムへ入力されうる。

【００１６】ディジタルＤＭＤに基づくディスプレイシ
ステムにおいては、入来するソース信号に対する主たる
要求は、それがＤＭＤに達する前にディジタル形式にな
っていなくてはならないことである。米国ＨＤＴＶに対
して提案されているように、もし放送ビデオ規格がディ
ジタル規格のものであれば、受信機１０２およびチュー
ナ１０４自体がディジタルソースでありうる。アナログ
規格の入力の場合は、ディジタルソースは、受信機１０
２、チューナ１０４、およびディジタイザ１０８を含み
うる。同様にして、代替ソース１０７は、それ自体がデ
ィジタルソースでありえ、または、アナログ入力の場合
は、ディジタルソースは代替ソース１０７およびディジ
タイザ１０８を含みうる。

【００１７】後述される理由により、ＤＭＤはビデオ情
報を、一時１フレーム式（ｆｒａｍｅ−ａｔ−ａ−ｔｉ
ｍｅ ｆａｓｈｉｏｎ）でディスプレイする。多くのビ
デオ規格は、空間的かつ時間的に合成されてフレーム画
像を作る、インタレースされるフィールドから成り、信
号プロセッサは、ディスプレイされるビデオ規格によっ
て要求されるフィールド対フィールドの空間的および時
間的内挿を行わなくてはならない。そのような変換を行
うための多くの異なるアルゴリズムが提案されている。

【００１８】インタレースから順次への変換に加えて、
他の信号処理も必要である。ディジタルデータをディス
プレイする時には、滑らかな移行の代わりの階段状端縁
のような、さまざまな人工物が現れうる。信号プロセッ
サは、さまざまなデータ操作アルゴリズムを適用するこ
とにより、これらの問題を軽減しうる。信号プロセッサ
はまた、ガンマ補正、および色合、色、輝度、鮮明度、
およびコントラストの制御のような標準的ビデオ機能を
も実行しうる。さらに、信号プロセッサは、複合信号の
成分ビデオへの変換が前に行われていなければ、それを
行うことができる。信号プロセッサはディスプレイのた
めのデータの準備を完了すると、信号プロセッサは、処
理されたデータをメモリ１０９内へ収め、該データはＤ
ＭＤへ送られるまでそこに留まる。

【００１９】後に明らかになる理由により、ＤＭＤに対
するディジタルデータの順序付けは、ディスプレイシス
テムの動作に対して極めて重要であり、データがビデオ
規格によって供給される画素毎、線毎の方式と同様では
ない。従って、データがメモリ１０９からＤＭＤモジュ
ール１１２へ流れる時の、信号処理機能の重要な要素は
データの適正な順序付けである。モジュール１１２は、
個々にアドレス指定可能なミラーセルのＤＭＤアレイ
と、画像データがＤＭＤアレイに対して順序付けされる
準備が完了するまで画像データを記憶する関連のメモリ
回路と、の双方を含む。

【００２０】処理されたデータがＤＭＤに対して順序付
け（ロード）された後、アレイは集光および照明光学装
置と組合された光源により照明される。適切な偏向状態
にあるＤＭＤミラーから反射された光は、映写光学装置
を経て観察スクリーンへ伝達される。上述のように、そ
のような光学システムは、アナログおよびディジタルＤ
ＭＤの双方を用いて構成されうる。アナログＤＭＤの実
施例においては、ミラーの偏向は、印加された電圧の量
によって変化する。これは通常、支持体のグリッド上の
薄い反射性の膜から成る、アナログ領域において動作す
る膜ＤＭＤ（それらはディジタルにも動作しうる）、ま
たはヒンジ上のミラーから成る「梁」ＤＭＤ、を用いて
行われる。梁ＤＭＤは、図４に関連して後述される。膜
ＤＭＤの場合における偏向は、モノリシック膜の局所化
された変形に、より類似している。これらのシステムの
例は、共にＯｔｔに対して発行された米国特許第４，６
８０，５７９号および第４，６３８，３０９号に見出さ
れる。

【００２１】ディスプレイシステム、殊にＨＤＴＶシス
テムにおけるこのタイプのアナログＤＭＤの使用に対し
ては、かなりの制約がある。ＤＭＤは、通常の半導体ウ
ェハ製造の領域において製造されるので、通常はアルミ
ニウムのような、あるタイプの高度に反射性の金属であ
る使用可能なミラー材料の厚さは、デバイス上において
５％まで変化しうる。梁形デバイスにおいては、印加電
圧によるミラーの偏向角の変化は、厚さの変化に伴う厚
さの３乗の変化に比例する。この結果、材料の厚さの５
％の変化により、デバイス上において偏向特性の１５％
の差を生じる。一様でない偏向を受ける諸スイッチング
素子によって一様な光変調を得ることは困難である。

【００２２】ディジタル形の動作はこの問題を解消す
る。そのわけは、梁形ＤＭＤにおいては、オンすなわち
「１」状態では、２つの一様な角の一方をなして完全に
傾き、オフすなわち「０」状態では、該２つの角の他方
をなすからである。同様にして、膜形ＤＭＤにおいても
２つの明確な状態があり、そのそれぞれが、２つのディ
ジタル状態の一方（オンまたはオフ）を表す。これら２
つの状態は、平坦状態と、完全に変形した状態とを含
む。

【００２３】ディジタルモードにおいては、ＤＭＤミラ
ーの高速スイッチング時間により、該ミラーは、１組の
映写光学装置内へ光を反射し、それによってディスプレ
イされる画像の強度を増加させる位置と、該映写光学装
置から光を逸らすように光を反射する位置との間で変化
しうる。ディジタルモードにおけるデバイスの動作の詳
細は後述される。基本的には、映写される画像内の特定
の画素に対応する、デバイスのそれぞれのミラーは、２
進式に動作して、それぞれのミラーセルはオンとオフと
にスイッチする。ミラーがオン状態にある時間が長いほ
ど、対応する画素の輝度は大きくなる。

【００２４】オン時間は、ディジタル画像の強度レベル
に正比例する。観察者の目は、スクリーンのそれぞれの
画素位置に映写される、変化する強度レベルを積分して
完全なアナログ画像の印象を作る。もし時間的に変化す
る（カラーホイールのような）カラーフィルタが用いら
れ、適切な赤、緑、および青の強度が、赤、緑、および
青のフィルタされた照明に同期せしめられれば、ＤＭＤ
はこのようにしてフルカラー画像を作りうる。ディジタ
ルＤＭＤを用いることにより、それぞれの色に対して１
チップが存在する３チップシステム、カラーホイールの
ようなフィルタを用いる１チップシステム、および１デ
バイスが２つの色の間でスイッチし、第２デバイスが１
つの色を映写する２チップシステムさえをも含む、いく
つかのオプションが得られる。光学的な考察は、図７ａ
から図７ｃまでに関連してさらに後述される。

【００２５】輝度および色の積分のために観察者の目を
頼るデバイスの使用は、帯域幅の問題をもたらす。デバ
イスは、知覚しうるちらつきなく、全ての色の全ての画
像データをスイッチし、かつディスプレイするために十
分高速でなくてはならない。それぞれの色に対し１つず
つ、３つのＤＭＤを有するシステムは、小さい帯域幅を
有しうる。３つのＤＭＤは、実際に物理的に分離された
チップ、または１つの大きいデバイス上の３領域であり
うるが、何十万というミラーを、それぞれの１６．７ｍ
ｓのビデオフレーム中に何百回もスイッチするために
は、なおかなりの帯域幅が必要である。

【００２６】３チップ方式は、単一チップ方式に比し帯
域幅の縮減を可能ならしめるが、そのような方式は余分
なコストを必要とする。処理されたシリコンウェハのコ
ストが１０００ドルで、ウェハ上に１２チップが適合し
うるような大きさにチップが作られ、チップの歩留りが
３３％であると仮定すると、それぞれのデバイスのコス
トは２５０ドルになる。パッケージされたチップのコス
トは、約３５０ドルになりうる。その場合、なんらかの
他の電子機能の必要を考慮する前の３チップシステムの
コストは、１０５０ドルとなる。これは、消費者が入手
しうるシステムへの受入れうる出発点であるとは思えな
い。もう１つのオプションは、同一デバイス上に３領域
を作ることである。しかし、その場合はデバイスの大き
さは３倍になり、１ウェハあたり４デバイスしか得られ
ない。同じ歩留りを仮定すると、パッケージングなしと
して、１０００ドルで１ウェハあたり１デバイスが得ら
れることになる。

【００２７】歩留りを高くすれば、このコストはもちろ
ん低下するが、コストが実質的に引き下げられうるまで
は、１デバイスによる色順序付けの方法を用いる方が好
ましいと思われる。その時、関心は帯域幅の問題、すな
わちフルカラー画像を必要なビデオ率で実現するのに十
分なＩ／Ｏ能力をもった適当なチップが作られうるかの
問題に帰ることになる。単一フレーム時間は１６．７ミ
リ秒であるから、それぞれの色は、ディスプレイのため
に１／３フレーム、すなわち５．５ミリ秒を有する。８
ビットの色解像度を実現するためには、これらの５５０
０マイクロ秒は、２５６個の、持続時間２１マイクロ秒
の個々のタイムウィンドーに分割されなければならな
い。ディジタルＤＭＤは、１０ミリ秒の運動中または
「フライト」時間を有する。従って、そのタイムスライ
スにおいて、ＤＭＤがオンまたはオフである１状態から
他状態へ移動し、かつその後復帰しうるために十分な時
間が得られる。

【００２８】全ＤＭＤがこの２１マイクロ秒の期間内に
アドレス指定されるためには、広いデータＩ／Ｏ帯域幅
が備えられていなくてはならない。２０４８×１１５２
画素デバイスの１つの可能な構成は、デバイスの頂部に
５１２本の入力ピンを備え、デバイスの底部に５１２本
のピンを備え、それぞれの入力は、１対４の因子で多重
分離される。８ビットのデータがそれぞれのピンにロー
ドされる時、２つの完全な２０４８ビット線のデータが
ＤＭＤ画素アレイ内へロードされうる。デバイスを２１
ミリ秒以内にアドレス指定するためには、デバイスの頂
部および底部の５７６行のそれぞれが、３６ナノ秒（ｎ
ｓ）以内にアドレス指定されなけれぱならない。３６ｎ
ｓ以内にそれぞれのピンに８ビットを供給するために
は、毎ピン１０７ＭＨｚのデータ率が必要である。これ
らのピン数およびデータ率は、挑戦的なものではあるが
実現可能であり、単一チップＤＭＤに基づく全ディジタ
ル高精細解像度ディスプレイシステムが実現可能である
ことを示す。

【００２９】５１２本の入力ピンを有するＤＭＤを、そ
の入力信号を供給するメモリから遠くに取付けるのは不
便であり、ＤＭＤとメモリと信号処理回路とを保持する
大きさの回路ボードを光学システム内に統合するのも不
便である。従って、恐らくは、ＤＭＤとメモリとを、信
号処理ボードから遠くにあるハイブリッドモジュール内
に統合するのが好ましい。このモジュールのための１つ
の可能な構成が、開示されている。

【００３０】ＤＭＤは、通常は、図２に示されているよ
うなセラミックのチップ担持体２００に取付けられる。
デバイスは、保護窓２０４を支持するリング２０２によ
って取巻かれ、該窓とセラミック基板との間には、不活
性ガスの環境が密封されている。ＤＭＤの入力ポート
は、リングの下を通過してチップを３２個のフレームバ
ッファＲＡＭ２０６ａおよび２０６ｂと相互接続するト
レースに接着される。フレームバッファＲＡＭ（ＦＲＡ
Ｍ）は、２．３６×１０⁶ 画素のそれぞれにおいて、
赤、緑、または青に対する強度データによりＤＭＤを絶
えずリフレッシュする。これらのバッファは、ビデオラ
ンダムアクセスメモリ（ＶＲＡＭ）または先入れ先出し
（ＦＩＦＯ）バッファのような、任意のタイプのランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）でありうる。この実施例に
おいては、７ビットデータが仮定され、それは合計４
９．５Ｍｂｉｔ（３フレーム×２０４８×１１５２×７
ビット）のＦＲＡＭ容量を必要とする。従って、３２個
のＦＲＡＭのそれぞれは、１．５５Ｍｂｉｔのものとな
る。８ビットビデオデータは、１．７７Ｍｂｉｔの容量
のＦＲＡＭ３２個を必要とする。現在のメモリ技術が、
これらの要求によって挑戦を受けることはない。

【００３１】それぞれのＦＲＡＭは３２本のＤＭＤ入力
ピンヘの供給を行い、ＤＭＤ画素のそれぞれの行は、一
連の変化する長さのクロックパルスによりアドレス指定
される。図３に示されているように、最上位強度ビット
（ＭＳＢ）は、リフレッシュ周期の持続時間の約半分の
期間の間画素にロードされ、第２ＭＳＢはリフレッシュ
周期の１／４の期間の間ロードされ、などとなる。この
ようにして、ディジタル強度値は、画素のデューティサ
イクルを直接アドレス指定するために用いられる。ＦＲ
ＡＭの２つのバンクは、１６．７ｍｓ毎に更新されなく
てはならず、８ビットシステムに対しては３．４Ｇｂｉ
ｔ／ｓのデータ率を必要とする。４つのディスプレイ象
限のそれぞれに供給する４重３２ビットデータバスを仮
定すると、２６．５ＭＨｚ毎ワイヤのデータ率となる
が、これは十分に実現しうる率である。

【００３２】ディジタルカラー動作が可能なことと、適
切なＤＭＤおよび支援回路が実現されうることと、が決
定されれば、ＤＭＤの動作をある程度詳細に議論するこ
とが有用となる。図４は、アレイ４００の一部を示す。
基板４０２は、通常はＣＭＯＳアドレス指定回路を有す
るシリコンである。アドレス指定回路の上部には、着地
（ｌａｎｄｉｎｇ）電極４０４およびアドレス電極４０
６用に適切にパターン形成された金属層がある。

【００３３】電極の上方の可動取付けミラー素子４０８
のための典型的な処理シーケンスを以下に説明する。電
極は約２ミクロンの厚さのポリマー層によってコーティ
ングされ、次に該ポリマーコーティングが硬化せしめら
れる。該ポリマーは、下部の基板に至るバイア（ｖｉ
ａ）を形成するためにパターン形成される。次に、ヒン
ジ金属４１０が堆積されて、このヒンジ層の上に酸化物
の層が堆積され，後の工程において形成されるヒンジの
形状にパターン形成される。該酸化物ヒンジマスクの上
に金属の厚い層が堆積される。この層の上面がミラー面
である。前にパターン形成されたバイアを満たしている
前記２層の金属は、最後に基板の上方のミラー層を支持
する柱を形成する。次に、前記ミラー金属がパターン形
成され、前記酸化物層は前記薄いヒンジ金属を、このエ
ッチング中に除去されないように保護する。アレイは、
ミラーのすぐ下のポリマーを除去して、ミラーを前記柱
／バイアの頂部に連結するヒンジを残すようにプラズマ
エッチングされうる。

【００３４】ＤＭＤの上述の構造は、ねじれヒンジと呼
ばれる。１つのヒンジによって支持される片持梁と、４
つのヒンジによって支持されるたわみ梁と、を含め他の
構造も存在する。片持梁は、飛込み板と同様な運動を
し、たわみ梁はピストンに類似する。これらの構造のい
ずれの１つでも、システムの異なる運動特性を考慮して
光角のわずかな調節をすれば、ＤＭＤディスプレイシス
テムに用いられうる。

【００３５】通常１つのアドレス指定電極のみを有する
片持梁およびたわみ梁を除外すれば、諸構造の動作もま
た類似している。ねじれ梁は、３つの異なるディジタル
的にアドレス指定される状態、すなわち、平らな状態、
一方の側へねじれた状態、または他方の側へねじれた状
態、を有する点が独特である。図５には、ねじれ梁の側
面図が示されている。

【００３６】図５において、もし左側の列選択線５０２
ａが起動されると、それは左側のアドレス指定電極５０
６ａ上に電圧を与える。この電圧は、ミラー素子５０８
とアドレス指定電極５０６ａとの間に、静電引力を生ぜ
しめる。ミラー５０８はたわみ、先端は左側の着地電極
５０４ａ上に着地する。着地電極５０４ａおよび５０４
ｂは、アドレス指定回路に損傷を与え、またはミラーを
着地電極に突き刺さらす可能性のある、任意の種類の短
絡または電流を防止するために、ミラー５０８と同じ電
圧に保たれる。

【００３７】もしミラーがたわめば、その時の入射光
は、ある角をなして偏向せしめられる。ミラー素子は、
それが左へたわむのと同様に、右へもたわみうる。これ
は多くの利点を有し、その大きいものは、２つの方向が
オンおよびオフでありえ、オフ状態にあるミラーからの
光が、オン状態のミラーに対する画像形成システム内へ
達しないように保たれることである。

【００３８】図６には、ＤＭＤの設計が示されている。
２０４８×１１５２画素の中央アレイ６００は、ＣＭＯ
Ｓ ＤＲＡＭ回路によりアドレス指定される。大きいセ
ルの寸法（２０μｍ）は、大きいチップ寸法において損
失される歩留りを回復するために必要な、緩和された設
計規則の回路の使用を可能ならしめる。上部の５７６線
は、５１２線から２０４８線への、チップ頂部の４：１
デマルチプレクサ６０２ａからアドレス指定される。第
２デマルチプレクサ６０２ｂは、底部の５７６線への供
給を行う。結果として得られる１０２４の入力線は、１
０７ＭＨｚで供給を受けるので、デマルチプレクサの出
力は２６．８ＭＨｚで動作する。この２６．８ＭＨｚの
線率は、４６．５ｋＨｚのフレーム率を生じる。

【００３９】４６．５ｋＨｚのフレーム率は、ディスプ
レイが単一の色順序ビデオフレーム中において２５６回
更新されることを可能にするのに十分である。従って、
単一ＤＭＤチップに基づく映写機は、そのビデオフレー
ムを３つのタイムスライス内へ分配し、照明光をそれら
のタイムスライスにおいて順次赤、緑、および青にフィ
ルタすることができる。それぞれのタイムスライス内に
おいて、強度は、２５６離散間隔の解像度により、パル
ス幅変調される。従って、それぞれの画素において、３
原色のそれぞれにおける１２８段階の全映写機コントラ
スト比が得られる。

【００４０】ＤＭＤ入力デマルチプレクサは、１０７Ｍ
Ｈｚの入力データ流を支援して、２８．８ＭＨｚの線率
を実現しえなくてはならない。実際には、このデータ率
が連続的に保持される必要はない。８ビットのグレース
ケールデータは、２５６タイムスライスを１／３フレー
ム時間である５．５ｍｓ内において制御するのに十分で
ある。従って、単一デマルチプレクサによって駆動され
る５７６線のそれぞれは、５．５ｍｓの１／３フレーム
部分において８回のみアドレス指定されなくてはならな
い。これは、ＤＭＤアレイのそれぞれの垂直列におけ
る、８３８ｋＨｚの時間平均データ率に等しく、５１２
ビットの広さのＤＭＤ入力データポートの双方における
３．３５ＭＨｚ毎ピンの４倍のデータ率増を生じる。従
って、それぞれの入力データピンにおけるバッファの単
一ビットの価値は、必要な入力データ率を１０７ＭＨｚ
から５３．５ＭＨｚへ低下させる。４ビットのバッファ
は、この率を２７．７ＭＨｚへ低下させる。

【００４１】高解像度のカラーディスプレイに必要なよ
うにＤＭＤをアドレス指定することは可能であるが、光
学システムの設計に関していくつかのオプションが残さ
れている。図７ａから図７ｃまでには、これらのいくつ
かの例が示されている。図７ａは、それぞれのデバイス
が自身の適切な色の照明を有する、３チップシステムを
示す。説明上、図の下部に示されているシステムを、
「青」システムとして論ずることにする。光源７０４ａ
は青光源であり、これは実際の青電球、または（そこに
示されている）青フィルタを有する白色光源でありう
る。光源７０４ａからの光は、レンズ７０６ａによって
拡大され、青フィルタ７０８ａを経て送られる。この青
色光は、次に青デバイス７０２ａの表面に入射する。デ
バイス７０２ａ上のそれぞれの個々のミラーは、スクリ
ーン上にスポットを表示する。この図においては、ミラ
ーによりスナップ写真が示されている。

【００４２】経路７１２ａは、スクリーン７１６へ光を
反射していない画素からの光を表す。これらの画素は、
色構成において全く青色光をもたない画素であるか、ま
たは色構成においてある混合または青を有し、その特定
ビットにおいて「オフ」になっているか、のいずれかで
ありうる。経路７１０ａは、スクリーン７１６へ光を反
射しつつある画素を表す。スクリーンへ光を反射してい
ない画素と同様に、これらの画素は、全て青であるか、
または、たまたまその画素の色構成の一部としてスクリ
ーン上に青を表示するビットにあるか、のいずれかであ
りうる。経路７１０ａ内の光は、像形成レンズ７１４ａ
によりスクリーン７１６上へ集束せしめられる。

【００４３】この例においては、この単一のカラーシス
テムが、緑色および赤色光に対し複製される。完全にす
る目的でいえば、光源７０４ｂのシステムは緑色光シス
テムであり、光源７０４ｃのシステムは赤色光システム
である。これらのシステムは、システムの個々の要求に
より必要とされるように配置可能であり、それらは、こ
こに示されているように配置される必要はない。

【００４４】３チップシステムが望ましい理由はいくつ
かある。それは、システムの寸法および使用される光学
的成分に依存して、より高い輝度と、より良い最終画像
とを与えうる。しかし、前述のように、それは余りにも
多くの経費を要する。３つの、デバイスと、光源と、フ
ィルタと、光学システムと、を使用すると、余りにも費
用がかかり、低い目的または小さいシステム用としては
大きくなり過ぎる。図７ｂには、利用できる多くのオプ
ションのうちの、もう１つの例が示されている。

【００４５】図７ｂにおける光源７０４は、白色光源で
ある。光は、集光アセンブリ７０６を通過し、さらにカ
ラーフィルタ７０８を通過するが、このフィルタは、赤
色、緑色、および青色光をデバイス７０２に供給しえな
くてはならない。これを実現するための１つの方法は、
カラーホイールを用い、デバイス上のデータのタイミン
グを該ホイールの色の順序付けに対応するようにとるこ
とである。この様式の光の順序付けは、デバイス７０２
が、それぞれの色に対するデータを別々に「処理する」
（それぞれの画素を必要な回数ターンオンおよびオフす
る）ことを要求する。再び、それぞれの色のためにスク
リーン７１６へ行く光は、画像形成レンズ７１４を通る
経路７１０を進む。ここでのデータ処理は、順序付けさ
れなくてはならないデータの量のために、１ビット複雑
になるが、光学システムは３チップシステムよりも著し
く簡単になる。

【００４６】図７ｃには、上記二者の中間的システムが
２チップの例として示されている。デバイス７０２ｂ
は、２光源７０４ｂまたは７０４ｃの一方からの光を送
る。もしそれが一方の方向へ偏向せしめられれば、青シ
ステム７０４ｃ、７０６ｃ、７０８ｃからの光がスクリ
ーン７１６へ反射される。もしミラーが他方の方向へ偏
向せしめられれば、赤システム７０４ｂ、７０６ｂ、７
０８ｂからの光がスクリーン７１６へ反射される。経路
７１２ｃは赤システムからの使用されない光を表し、７
１２ｂは青システムからの使用されない光を表す。使用
されない光は、ＤＭＤ構造の、偏向せしめられていない
ミラー、ヒンジ、および柱、から反射された光である。

【００４７】

【発明の効果】上述のように、ＤＭＤのようなディジタ
ル形空間的光変調器の使用は、システムの設計者が、い
くつかのシステム設計または構成を選択することを可能
ならしめる。ＤＭＤに基づくディスプレイは、高速応答
時間、低コスト、より良い精細度、およびそれに匹敵す
る輝度およびコントラスト、の前述の利点を有する。さ
らに、前述のように、それは全ての異なるタイプのディ
スプレイの要求および所望に適応せしめられうる。

【００４８】これまで、ディジタルマイクロミラーデバ
イスの特定の実施例を説明してきたが、このような特定
の参照事項は、特許請求の範囲に記載されている限りの
ものを除き、本発明の範囲に対する制限と考えられるべ
きではない。

【００４９】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）次の各項記載のものを含むディスプレイシステ
ム。 ａ．ディジタルビデオデータソース。 ｂ．該データソースから該データを受取るビデオメモ
リ。 ｃ．該ビデオメモリから前記ディジタルビデオデータを
受取り、該データをディスプレイのために処理する信号
プロセッサ。 ｄ．該処理されたデータを該プロセッサから受取るバッ
ファメモリ。 ｅ．該バッファメモリから前記処理されたデータを受取
る少なくとも１つのディジタルマイクロミラーデバイス
であって、それぞれの該変調器が個々にアドレス指定可
能なセルのアレイおよびアドレス指定回路を含み、それ
ぞれの前記個々のセルが前記処理されたデータに応答す
るように、該アドレス指定回路が前記個々のセルに対す
る前記処理されたデータを受取る、前記少なくとも１つ
のディジタルマイクロミラーデバイス。 ｆ．前記個々のセルが前記アドレス指定データに応答し
ている時間間隔中に該個々のセルを照明する少なくとも
１つの光源。 ｇ．前記セルの偏向角を変化させる作用をもつデータを
受取りつつある前記個々のセルから反射された光を捕捉
しかつディスプレイ面上に集束させる光学装置。

【００５０】（２）前記ディジタルビデオデータソース
が、受信機と、チューナと、ディジタイザと、をさらに
含む、第１項記載のシステム。 （３）前記ディジタルビデオデータソースが、受信機
と、チューナと、をさらに含む、第１項記載のシステ
ム。

【００５１】（４）前記ディジタルビデオデータソース
が、非放送アナログビデオソースである、第１項記載の
システム。 （５）前記ディジタルビデオデータソースが、非放送デ
ィジタルビデオソースである、第１項記載のシステム。

【００５２】（６）前記バッファメモリが少なくとも１
つの先入れ先出しバッファを含む、第１項記載のシステ
ム。 （７）前記バッファメモリが少なくとも１つのランダム
アクセスメモリを含む、第１項記載のシステム。

【００５３】（８）前記バッファメモリが少なくとも１
つのビデオランダムアクセスメモリを含む、第７項記載
のシステム。 （９）前記バッファメモリが少なくとも１つのフレーム
ランダムアクセスメモリを含む、第７項記載のシステ
ム。

【００５４】（１０）前記少なくとも１つのディジタル
マイクロミラーデバイスがさらに、１つは赤、緑、また
は青の２つを受けるため、また１つは残りの色を受ける
ためのものである２つのディジタルマイクロミラーデバ
イスを含む、第１項記載のシステム。

【００５５】（１１）前記少なくとも１つのディジタル
マイクロミラーデバイスがさらに、１つは赤、緑、また
は青の２つを受けるため、また１つは残りの色を受ける
ためのものである２つのディジタルマイクロミラーデバ
イスを含む、第１項記載のシステム。

【００５６】（１２）前記少なくとも１つのディジタル
マイクロミラーデバイスがさらに、１つは赤色光を受け
るため、１つは青色光を受けるため、また１つは緑色光
を受けるためのものである３つのディジタルマイクロミ
ラーデバイスを含む、第１項記載のシステム。

【００５７】（１３）前記バッファメモリと、前記受信
回路と、個々のセルの前記アレイと、が全て１つの基板
上に含まれている、第１項記載のシステム。 （１４）それぞれのミラーのオン状態が、一連のパルス
に一致してセットされ、該パルスの１つはディジタル強
度レベルのそれぞれのビットに対するものであり、それ
ぞれの該パルスが該ディジタル強度レベルのそれぞれの
ビットの重みに比例する時間的長さを有する、第１項記
載のシステム。

【００５８】（１５）次の各項記載のものを含むディス
プレイシステム。 ａ．ディジタルビデオデータソース。 ｂ．該データソースから該データを受取るビデオメモ
リ。 ｃ．該ビデオメモリから前記ディジタルビデオデータを
受取り、該データをディスプレイのために処理する信号
プロセッサ。 ｄ．該処理されたデータを該プロセッサから受取るバッ
ファメモリ。 ｅ．該バッファメモリから前記処理されたデータを受取
るディジタルマイクロミラーデバイスであって、それぞ
れの該変調器が個々にアドレス指定可能なセルのアレイ
およびアドレス指定回路を含み、それぞれの前記個々の
セルが前記処理されたデータに応答するように、該アド
レス指定回路が前記個々のセルに対する前記処理された
データを受取る、前記ディジタルマイクロミラーデバイ
ス。 ｆ．前記個々のセルが前記アドレス指定データに応答し
ている時間間隔中に該個々のセルを照明する光源であっ
て、該光源が該個々のセル上への赤色、緑色、および青
色光を順序付けする該光源。 ｇ．前記セルの偏向角を変化させる作用をもつデータを
受取りつつある前記個々のセルから反射された光を捕捉
しかつディスプレイ面上に集束させる光学装置。

【００５９】（１６）前記ディジタルビデオデータソー
スが、受信機と、チューナと、ディジタイザと、をさら
に含む、第１５項記載のシステム。 （１７）前記ディジタルビデオデータソースが、受信機
と、チューナと、をさらに含む、第１５項記載のシステ
ム。

【００６０】（１８）前記ディジタルビデオデータソー
スが、非放送アナログビデオソースである、第１５項記
載のシステム。 （１９）前記ディジタルビデオデータソースが、非放送
ディジタルビデオソースである、第１５項記載のシステ
ム。

【００６１】（２０）前記バッファメモリが少なくとも
１つの先入れ先出しバッファを含む、第１５項記載のシ
ステム。 （２１）前記バッファメモリが少なくとも１つのランダ
ムアクセスメモリを含む、第１５項記載のシステム。

【００６２】（２２）前記バッファメモリが少なくとも
１つのビデオランダムアクセスメモリを含む、第２１項
記載のシステム。 （２３）前記バッファメモリが少なくとも１つのフレー
ムランダムアクセスメモリを含む、第２１項記載のシス
テム。

【００６３】（２４）前記少なくとも１つのディジタル
マイクロミラーデバイスがさらに、１つは赤、緑、また
は青の２つを受けるため、また１つは残りの色を受ける
ためのものである２つのディジタルマイクロミラーデバ
イスを含む、第１５項記載のシステム。

【００６４】（２５）前記少なくとも１つのディジタル
マイクロミラーデバイスがさらに、１つは赤色光を受け
るため、１つは青色光を受けるため、また１つは緑色光
を受けるためのものである３つのディジタルマイクロミ
ラーデバイスを含む、第１５項記載のシステム。 （２６）前記バッファメモリと、前記受信回路と、個々
のセルの前記アレイとが、全て１つの基板上に含まれて
いる、第１５項記載のシステム。

【００６５】（２７）次の各項記載のステップを含む、
ディジタルデータをリフォーマットする方法。 ａ．画素平面データ入力をメモリに受取るステップ。 ｂ．該画素平面データをビット平面データに変換するス
テップ。 ｃ．前記メモリから該ビット平面データを出力するステ
ップ。 ｄ．該ビット平面データをディジタルマイクロミラーデ
バイスに受取るステップ。

【００６６】（２８）ディジタルビデオディスプレイシ
ステム１００。このシステムは、アナログまたはディジ
タル形式の、放送ビデオ１０２または代替ソース１０７
から、ディジタルデータを受取る。このシステムは、該
データをディスプレイデータに処理し、該データをディ
ジタルマイクロミラーデバイス１１２へロードする。該
データは、色の順序付けのためにフォーマットされる
か、または別個のデバイスのための色データに分離され
る。該データは、前記デバイス上の個々のセルをして応
答せしめ、次に該個々のセルは照明される。偏向せしめ
られたセルから来る光はディスプレイ面上にディスプレ
イされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＭＤディスプレイシステムのブロックダイア
グラム。

【図２】アレイを上部に配置された典型的な基板を示す
図。

【図３】グレースケールのタイミングダイアグラム。

【図４】ＤＭＤアレイの斜視図。

【図５】ＤＭＤセルの電子的概略図。

【図６】アレイを取巻く駆動電子装置の例の概略図。

【図７】ａからｃまでは、ＤＭＤアレイのための光学シ
ステムのさまざまな構成を示す図。

【符号の説明】

１００ ディジタルビデオディスプレイシステム １０２ アンテナ／受信機 １０５ メモリ １０７ 代替ソース １０９ メモリ １１０ プロセッサ １１２ ＤＭＤ ２０６ フレームランダムアクセスメモリ ４００ ＤＭＤアレイ ６００ ＤＭＤアレイ ４０８ ミラー素子 ５０８ ミラー素子 ７０４ 光源 ７１４ 像形成レンズ ７１６ スクリーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスプレイシステムであって、 ａ．ディジタルビデオデータソース、 ｂ．該データソースから該データを受取るビデオメモ
   リ、 ｃ．該ビデオメモリから前記ディジタルビデオデータを
   受取り、該データをディスプレイのために処理する信号
   プロセッサ、 ｄ．該処理されたデータを該プロセッサから受取るバッ
   ファメモリ、 ｅ．該バッファメモリから前記処理されたデータを受取
   る少なくとも１つのディジタルマイクロミラーデバイス
   であって、それぞれの該変調器が個々にアドレス指定可
   能なセルのアレイおよびアドレス指定回路を含み、それ
   ぞれの前記個々のセルが前記処理されたデータに応答す
   るように、該アドレス指定回路が前記個々のセルに対す
   る前記処理されたデータを受取る、前記少なくとも１つ
   のディジタルマイクロミラーデバイス、 ｆ．前記個々のセルが前記アドレス指定データに応答し
   ている時間間隔中に該個々のセルを照明する少なくとも
   １つの光源、 ｇ．前記セルの偏向角を変化させる作用をもつデータを
   受取りつつある前記個々のセルから反射された光を捕捉
   しかつディスプレイ面上に集束させる光学装置、を有す
   るディスプレイシステム。
2. 【請求項２】 ディジタルデータをリフォーマットする
   方法であって、 ａ．画素平面データ入力をメモリに受取るステップ、 ｂ．該画素平面データをビット平面データに変換するス
   テップ、 ｃ．前記メモリから該ビット平面データを出力するステ
   ップ、 ｄ．該ビット平面データをディジタルマイクロミラーデ
   バイスに受取るステップ、を有するリフォーマット方
   法。