透射模式中的干涉式调制器 【技术领域】
本发明的领域涉及微机电系统 (“MEMS” )。背景技术 微机电系统 (MEMS) 包括微机械元件、 激活器及电子设备。可使用沉积、 蚀刻及 / 或其它蚀刻掉衬底及 / 或沉积材料层的部分或添加层以形成电及机电装置的微机械加工 工艺来产生微机械元件。一种类型的 MEMS 装置被称为干涉式调制器。在本文中使用时， 术 语干涉式调制器或干涉光调制器意指使用光学干涉原理选择性地吸收及 / 或反射光的装 置。 在某些实施例中， 干涉式调制器可包括一对导电板， 其中的一者或两者可整体或部分地 是透明及 / 或反射的， 且能够在施加适当电信号后发生相对运动。在特定实施例中， 一个板 可包括沉积在衬底上的固定层， 且另一板可包括通过气隙与固定层分离的可移动薄膜。如 本文更详细描述， 一个板相对于另一板的位置可改变入射在干涉式调制器上的光的光学干 涉。所述装置具有广泛应用， 且利用及 / 或修改这些类型装置的特性使得其特征可用以改 进现有产品和产生尚未开发的新产品在此项技术中将是有利的。
发明内容
在一个方面中， 一种透射性微机械装置包括 ： 衬底 ； 光学堆叠， 其位于所述衬底 上； 及可移动薄膜， 其位于所述光学堆叠上， 其中所述可移动薄膜包括部分反射镜， 且其中 所述可移动薄膜经配置以从第一位置移动到第二位置， 使得 ： 其中在所述可移动薄膜处于 所述第一位置时， 所述透射性微机械装置经配置以传递具有预定色彩的光， 且其中在所述 可移动薄膜处于所述第二位置时， 所述微机械装置经配置以阻挡大体上所有入射于所述衬 底上的光。
在另一方面中， 一种透射性机械装置包括 ： 第一光学堆叠及第二光学堆叠， 其通过 间隙可选择地分离， 其中所述第一光学堆叠包含一大体上透明的衬底、 至少一个低折射率 层及至少一个高折射率层 ； 且其中所述第二光学堆叠包含一大体上透明的衬底、 至少一个 低折射率层及至少一个高折射率层。
在另一方面中， 一种透射性机械装置包括 ： 第一光学堆叠及第二光学堆叠， 其通过 间隙分离， 其中所述第一光学堆叠包含一玻璃衬底、 至少一种具有大于 2 的折射率的材料 及至少一种具有小于 1.3 的折射率的材料， 且其中所述第二光学堆叠包含至少一种具有大 于 2 的折射率的材料及至少一种具有小于 1.3 的折射率的材料。
在另一方面中， 一种透射性干涉式调制器包括 ： 透明衬底 ； 第一反射表面， 其位于 所述透明衬底上 ； 及第二反射表面， 其设置在可移动薄膜上， 使得所述第二反射表面与所述 第一反射表面形成可变光学腔 (optical cavity)。
在另一方面中， 一种透射性干涉式调制器 (“IMOD” ) 包括 ： 透明衬底 ； 第一反射表 面， 其设置在所述透明衬底上 ； 第二反射表面， 其位于可移动薄膜上， 使得所述第二反射表 面与所述第一反射表面形成可变光学腔， 其中所述干涉式调制器经配置以在所述第一反射表面设置在第一位置的情况下传递具有预定色彩的光 ； 及半导体层， 其经配置以在所述第 一反射表面设置在第二位置的情况下吸收大体上所有入射于所述衬底上的可见光。 附图说明 图 1 是描绘示范性干涉式调制器显示器的一部分的等角视图， 其中第一干涉式调 制器的可移动反射层处于松弛位置， 且第二干涉式调制器的可移动反射层处于激活位置。
图 2 是说明并入有 3×3 干涉式调制器显示器的示范性电子装置的系统框图。
图 3 是图 1 的干涉式调制器的一个示范性实施方案的可移动镜位置对所施加电压 的图。
图 4 是可用以驱动干涉式调制器显示器的一组行电压及列电压的说明。
图 5A 说明图 2 的 3×3 干涉式调制器显示器中的显示数据的一个示范性帧。
图 5B 说明可用以写入图 5A 的帧的行信号及列信号的一个示范性时序图。
图 6A 及图 6B 是说明包含多个干涉式调制器的示范性视觉显示装置的系统框图。
图 7A 是图 1 的装置的横截面。
图 7B 是替代干涉式调制器的横截面。
图 7C 是另一替代干涉式调制器的横截面。
图 7D 是又一替代干涉式调制器的横截面。
图 7E 是额外替代干涉式调制器的横截面。
图 8 是透射性干涉式调制器的一个实施例的图。
图 9A 是说明当图 8 的干涉式调制器处于亮状态时所述干涉式调制器在一波长范 围内的模拟透射率的曲线图。
图 9B 是说明当图 8 的干涉式调制器处于暗状态时所述干涉式调制器在一波长范 围内的模拟透射率的曲线图。
图 10 是包括由气隙分离的两个光学堆叠的透射性干涉式调制器的另一实施例， 所述光学堆叠各包括一衬底层、 一银层及一 SiO2 层。
图 11A 是说明当气隙是大约 3000 时图 10 的干涉式调制器的模拟透射率的曲线 图。
图 11B 是说明当气隙是大约 250 时图 10 的干涉式调制器的模拟透射率的曲线 图。
图 11C 是说明当气隙是大约 150 时图 10 的干涉式调制器的模拟透射率的曲线 图。
图 11D 是说明图 10 的实施例的模拟色谱的色彩曲线。
图 12A 是说明当气隙是大约 3000 时具有 20nm 银厚度的图 10 的干涉式调制器的 模拟透射率的曲线图。
图 12B 是说明当气隙是大约 250 时具有 20nm 银厚度的图 10 的干涉式调制器的 模拟透射率的曲线图。
图 12C 是说明当气隙是大约 150 时具有 20nm 银厚度的图 10 的干涉式调制器的 模拟透射率的曲线图。
图 12D 是说明具有 20nm 银厚度的图 10 的实施例的模拟色谱的色彩曲线。
图 13 是包括由气隙分离的两个光学堆叠的透射性干涉式调制器的另一实施例， 所述光学堆叠各包括一衬底层及交替的 SiC 层与 MgF2 层。
图 14A 是说明当气隙是大约 2000 时图 13 的干涉式调制器的模拟透射率的曲线 图。
图 14B 是说明当气隙是大约 1000 时图 13 的干涉式调制器的模拟透射率的曲线 图。
图 14C 是说明当气隙是大约 500 时图 13 的干涉式调制器的模拟透射率的曲线 图。
图 14D 是说明图 13 的实施例的模拟色谱的色彩曲线。
图 15 是并入有一 IMOD 装置的透射性投影系统的侧视图。
图 16 是并入有三个 IMOD 装置的透射性投影系统的俯视平面图。
图 17 是并入有一 IMOD 装置的反射性投影系统的俯视平面图。
图 18 是并入有一 IMOD 装置的反射性投影系统的俯视平面图。
图 19A 是光组合器中所使用的一种类型的架构的等角投影视图。
图 19B 是光组合器中所使用的一种类型的架构的俯视图。 图 19C 是光组合器中所使用的一种类型的架构的侧面正视图。
图 19D 是光组合器中所使用的一种类型的架构的俯视图。
图 20 是具有介电镜的与图 7A 到图 7E 中所说明的架构类似的架构的干涉式调制 器的一个实施例的横截面侧视图。
图 21 是在正面上具有吸收性黑色掩模且在背面上具有反射性黑色掩模的显示器 的一个实施例的横截面侧视图。
图 22 是说明背光灯的一个实施例的横截面侧视图， 所述背光灯包括导光板、 角度 转动膜、 用以使光准直且帮助再循环的膜及反射体。
图 23 说明像素布局的俯视平面图。
具体实施方式
以下详细描述是针对本发明的某些特定实施例。然而， 本文中的教示可以许多不 同方式应用。在此描述中参看图式， 其中相同部分始终用相同数字表示。从以下描述将容 易明白， 所述实施例可在任何经配置以显示图像 ( 无论是运动图像 ( 例如， 视频 ) 还是固定 图像 ( 例如， 静态图像 )， 且无论是文字图像还是图形图像 ) 的装置中实施。 更确切地说， 预 期所述实施例可在多种电子装置中实施或与其相关联， 所述电子装置例如 ( 但不限于 ) 是 移动电话、 无线装置、 个人数据助理 (PDA)、 手持式或便携式计算机、 GPS 接收器 / 导航仪、 相 机、 MP3 播放器、 便携摄像机、 游戏控制台、 腕表、 钟表、 计算器、 电视监视器、 平板显示器、 计 算机监视器、 车载显示器 ( 例如， 里程计显示器等 )、 驾驶舱控制器及 / 或显示器、 相机视野 显示器 ( 例如， 车辆中的后视相机的显示器 )、 电子照片、 电子展板或电子标志、 投影仪、 建 筑结构、 封装及美学结构 ( 例如， 一件珠宝上的图像显示 )。 与本文所述的 MEMS 装置结构类 似的 MEMS 装置也可用于非显示器应用， 例如用于电子开关装置。
下文将描述的某些实施例提供一种透射性背光式干涉式调制器显示器。 在一个实 施例中， 所述背光显示器包括背光灯及透射性干涉式调制器 (IMOD) 阵列。每一干涉式调制器包括固定光学堆叠及可移动光学堆叠。在松弛状态下， 干涉式调制器使在所要波长范围 内的光被透射， 同时反射剩余光的至少一部分。 在激活状态下， 干涉式调制器使大体上所有 在所要波长范围内的光被吸收 ( 例如， 在一些实施例中， 透射状态与吸收状态之间的对比 率为至少 10 ∶ 1)。所述透射性 IMOD 可使用关于图 1 到图 7 所描述的反射性 IMOD 的某些 方面。
图 1 中说明一个包含干涉式 MEMS 显示元件的反射性干涉式调制器 (IMOD) 显示 器。在这些装置中， 像素处于亮状态或暗状态。在亮 (“接通” 或 “打开” ) 状态下， 显示元 件将大部分入射可见光反射到用户。当在暗 (“断开” 或 “关闭” ) 状态下， 显示元件将极少 入射可见光反射到用户。 “接通” 及 “断开” 状态的光反射性质可视实施例而逆转。MEMS 像 素可经配置以主要在选定色彩下反射， 从而允许除黑白外的彩色显示。
图 1 是描绘视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角视图， 其中每一像 素包括一 MEMS 干涉式调制器。在一些实施例中， 干涉式调制器显示器包括干涉式调制器的 行 / 列阵列， 其中两个所述 IMOD 是图 1 中描绘的类型。每一干涉式调制器包括至少一对反 射层 ( 或层堆叠 )， 两者彼此相距可变且可控距离而定位以形成具有至少一个可变尺寸的 光学共振间隙。举例来说， 所述反射层中的一者可在两个位置之间移动。在第一位置 ( 本 文称为松弛位置 ) 中， 可移动反射层定位在距固定部分反射层相对较大距离处。在第二位 置 ( 本文称为激活位置 ) 中， 可移动反射层定位在较紧密邻近于所述部分反射固定层处。 从 两个层反射的入射光视可移动反射层的位置而发生相长或相消干涉， 从而为每一像素产生 总体反射或非反射状态。 图 1 中的像素阵列的所描绘部分包括两个相邻反射性干涉式调制器 12a 及 12b。 在左边的干涉式调制器 12a 中， 可移动反射层 14a 被说明为位于距光学堆叠 16a 预定距离 的松弛位置中， 所述光学堆叠 16a 包括部分反射层。在右边的干涉式调制器 12b 中， 可移动 反射层 14b 被说明为位于邻近于光学堆叠 16b 的激活位置中。
如本文所参考， 光学堆叠 16a 及 16b( 统称为光学堆叠 16) 可包括若干融合层 (fusedlayer)， 所述融合层可包括一电极层及一个或一个以上光学层 ( 例如氧化铟锡 (ITO))、 部分反射层 ( 例如铬 ( 吸收体 )) 及透明电介质。光学堆叠 16 因此是导电的， 且可 ( 例如 ) 通过在透明衬底 20 上沉积上述层中的一者或一者以上来制造。 部分反射层可由例 如各种金属、 半导体及电介质的具有部分反射性的多种材料形成。部分反射层可由一层或 一层以上材料形成， 且所述层中的每一者可由单一材料或材料组合形成。
如以下进一步描述， 光学堆叠 16 的层可被图案化为平行条带， 且可形成显示装置 中的行电极。可将可移动反射层 14a、 14b 形成为沉积在柱 18 的项部上的沉积金属层 ( 垂 直于行电极 16a、 16b) 及沉积在柱 18 之间的介入牺牲材料的一系列平行条带。当牺牲材料 被蚀刻掉时， 可移动反射层 14a、 14b 由所界定的间隙 19 与光学堆叠 16a、 16b 分离。例如铝 的高度导电且反射的材料可用于反射层 14， 且这些条带可形成显示装置中的列电极。
在不施加电压的情况下， 如由图 1 中的像素 12a 所说明， 间隙 19 保持在可移动反 射层 14a 与光学堆叠 16a 之间， 其中可移动反射层 14a 处于机械松弛状态。然而， 当将一电 位差施加到选定行及列时， 形成在对应像素处的行电极与列电极的相交处的电容器变得带 电， 且静电力将电极拉到一起。如果电压足够高， 则可移动反射层 14 变形， 且被迫抵靠着光 学堆叠 16。如由图 1 中的右边的像素 12b 所说明， 光学堆叠 16 内的介电层 ( 未在此图中说
明 ) 可防止短路并控制层 14 与 16 之间的分离距离。无论所施加的电位差的极性如何， 所 述行为不变。以此方式， 可控制反射对非反射像素状态的行 / 列激活在许多方面类似于常 规 LCD 及其它显示技术中所用的行 / 列激活。
图 2 到图 5B 说明一种在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的示范性过程及系 统。
图 2 是说明可并入有本文中的教示的方面的电子装置的一个实例的系统框 图。所述电子装置可包括处理器 21， 其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器， 例如 ARM、 Pentium Pentium Pentium Pro、 8051、 Power 或任何专用微处理器， 例如数字信号处理器、 微控制器或可编程门阵 列。按照此项技术中的常规情况， 处理器 21 可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除 执行操作系统外， 处理器还可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序， 包括网络浏览 器、 电话应用程序、 电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一个实例中， 处理器 21 还经配置以与阵列驱动器 22 通信。阵列驱动器 22 可包 括将信号提供到显示阵列或面板 30 的行驱动器电路 24 及列驱动器电路 26。图 1 中所说明 的阵列的横截面由图 2 中的线 1-1 展示。对于 MEMS 干涉式调制器， 行 / 列激活协议可利用 图 3 中所说明的这些装置的滞后性质。可能包括 ( 例如 )10 伏特电位差来使可移动层从松 弛状态变形为激活状态。然而， 当电压从所述值减小时， 可移动层随着电压降回到 10 伏特 以下而维持其状态。在图 3 中， 可移动层直到电压降到 2 伏特以下才完全松弛。因此， 在图 3 中所说明的实例中存在约 3V 到 7V 的所施加电压窗， 装置在所述窗内稳定地处于松弛状 态或激活状态。此窗在本文中称为 “滞后窗” 或 “稳定窗” 。对于具有图 3 的滞后特性的显 示阵列， 可对行 / 列激活协议进行设计以使得在行选通期间， 将选通的行中的待激活的像 素暴露于约 10 伏特的电压差， 且将待松弛的像素暴露于接近于零伏特的电压差。在选通之 后， 将像素暴露于约 5 伏特的稳态状态电压差， 使得其保持在行选通将其置于的任何状态。 在被写入之后， 在此实例中每一像素在 3 到 7 伏特的 “稳定窗” 内经历一电位差。此特征使 图 1 中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定在激活预存在状态或松弛预存在 状态。 由于干涉式调制器的每一像素无论处于激活状态还是松弛状态均可被视为由固定反 射层及移动反射层形成的电容器， 因而此稳定状态可在滞后窗内的电压下得以保持而几乎 无功率耗散。如果所施加的电位是固定的， 则没有 ( 或很少有 ) 电流流进像素中。
在一些应用中， 可通过根据第一行中的所要激活像素组来断言列电极组而产生显 示帧。接着将行脉冲施加到行 1 电极， 从而激活对应于断言的列线的像素。接着将断言的 列电极组改变为对应于第二行中的所要激活像素组。接着向行 2 电极施加一脉冲， 从而根 据所断言的列电极激活行 2 中的适当像素。行 1 像素不受行 2 脉冲影响， 且保持在其在行 1 脉冲期间被设置的状态。可以顺序方式对整个行系列重复此过程以产生帧。通常， 通过以 每秒某一所要数目的帧不断重复此过程而用新的显示数据刷新及 / 或更新帧。用以驱动像 素阵列的行及列电极以产生显示帧的多种协议也是众所周知的， 且可结合本发明而使用。
图 4、 图 5A 及图 5B 说明一种用以在图 2 的 3×3 阵列上产生显示帧的可能的激活 协议。图 4 说明可用于展现出图 3 的滞后曲线的像素的可能的列及行电压电平组。在图 4 中， 激活像素涉及将适当列设置为 -Vbias， 及将适当行设置为 +ΔV， 其可分别对应于 -5 伏特 及 +5 伏特。通过将适当列设置为 +Vbias 且将适当行设置为相同 +ΔV 从而产生跨越像素的零伏特电位差来实现对像素的松弛。在行电压保持在零伏特的那些行中， 无论列处于 +Vbias 还是 -Vbias， 像素均稳定在其最初所处的任何状态。也如图 4 中所说明， 可使用极性与上述 电压的极性相反的电压， 举例来说， 激活像素可涉及将适当列设置为 +Vbias 及将适当行设置 为 -ΔV。在此实例中， 通过将适当列设置为 -Vbias 且将适当行设置为相同 -ΔV 从而产生跨 越像素的零伏特电位差来实现对像素的释放。
图 5B 是展示施加到将产生图 5A 中所说明的显示布置 ( 其中激活像素为非反射性 的 ) 的图 2 的 3×3 阵列的一系列行信号及列信号的时序图。在写入图 5A 中所说明的帧之 前， 所述像素可处于任何状态， 且在此实例中， 所有行处于 0 伏特， 且所有列处于 +5 伏特。 在 这些所施加电压下， 所有像素均稳定在其现有激活或松弛状态。
在图 5A 帧中， 激活像素 (1， 1)、 (1， 2)、 (2， 2)、 (3， 2) 及 (3， 3)。为实现此目的， 在 行1的 “线时间” 期间， 将列 1 及 2 设置为 -5 伏特， 且将列 3 设置为 +5 伏特。此不改变任 何像素的状态， 因为所有像素均保持在 3 到 7 伏特的稳定窗内。接着使用从 0 伏特升到 5 伏特又返回到零的脉冲对行 1 进行选通。此激活 (1， 1) 及 (1， 2) 像素并松弛 (1， 3) 像素。 阵列中的其它像素不受影响。为按需要设置行 2， 将列 2 设置为 -5 伏特且将列 1 及 3 设置 为 +5 伏特。施加到行 2 的相同选通将接着激活像素 (2， 2) 并松弛像素 (2， 1) 及 (2， 3)。同 样， 阵列的其它像素不受影响。通过将列 2 及 3 设置为 -5 伏特且将列 1 设置为 +5 伏特而 类似地设置行 3。行 3 选通如图 5A 中所示对行 3 像素进行设置。在写入帧之后， 行电位为 零， 且列电位可保持在 +5 或 -5 伏特， 且显示器于是稳定在图 5A 的布置。相同程序可用于 几十或几百行及列的阵列。在上文概述的一般原理内， 可广泛地改变用以执行行及列激活 的电压的时序、 顺序及电平， 且以上实例仅为示范性的， 且任何激活电压方法均可与本文所 述的系统及方法一起使用。
图 6A 及图 6B 是说明示范性显示装置 40 的系统框图。显示装置 40 可为 ( 例如 ) 蜂窝式或移动电话。然而， 显示装置 40 的相同组件或其略微变化形式也说明各种类型的显 示装置， 例如电视及便携式媒体播放器。
显示装置 40 包括外壳 41、 显示器 30、 天线 43、 扬声器 45、 输入装置 48 及麦克风 46。外壳 41 一般由多种制造工艺 ( 包括注射模制及真空成型 ) 中的任一者形成。此外， 外 壳 41 可由多种材料 ( 包括 ( 但不限于 ) 塑料、 金属、 玻璃、 橡胶及陶瓷或其组合 ) 中的任一 者制成。在一个实施例中， 外壳 41 包括可与具有不同色彩或含有不同标识、 图片或符号的 其它可移除部分互换的可移除部分 ( 未图示 )。
示范性显示装置 40 的显示器 30 可为多种显示器 ( 包括如本文所述的双稳态显示 器 ) 中的任一者。在其它实施例中， 显示器 30 包括如上所述的平板显示器 ( 例如等离子、 EL、 OLED、 STN LCD 或 TFT LCD)， 或非平板显示器 ( 例如 CRT 或其它管式装置 )。然而， 为了 描述的目的， 显示器 30 包括如本文所述的干涉式调制器显示器。
图 6B 中示意地说明示范性显示装置 40 的组件。所说明的示范性显示装置 40 包 括外壳 41， 且可包括至少部分封闭在所述外壳 41 中的额外组件。举例来说， 示范性显示装 置 40 包括一包括天线 43 的网络接口 27， 所述天线 43 耦合到收发器 47。收发器 47 连接到 处理器 21， 所述处理器 21 连接到调节硬件 52。调节硬件 52 可经配置以调节信号 ( 举例来 说， 对信号进行滤波 )。调节硬件 52 连接到扬声器 45 及麦克风 46。处理器 21 还连接到输 入装置 48 及驱动器控制器 29。驱动器控制器 29 耦合到帧缓冲器 28， 且耦合到阵列驱动器22， 所述阵列驱动器 22 又耦合到显示阵列 30。电源 50 向特定示范性显示装置 40 设计包括 的所有组件提供电力。
网络接口 27 包括天线 43 及收发器 47， 以使得示范性显示装置 40 可经由网络与一 个或一个以上装置通信。网络接口 27 还可具有一些处理能力以缓解对处理器 21 的要求。 天线 43 是任何用以发射及接收信号的天线。在一个实例中， 天线根据 IEEE 802.11 标准 ( 包括 IEEE 802.11(a)、 (b) 或 (g)) 来发射及接收 RF 信号。在另一实例中， 天线根据蓝牙 标准来发射及接收 RF 信号。在蜂窝式电话的情况下， 天线经设计以接收用以在无线蜂窝电 话网络内进行通信的 CDMA、 GSM、 AMPS 或其它已知信号。收发器 47 对从天线 43 接收的信号 进行预处理， 使得所述信号可由处理器 21 接收并进一步操纵。收发器 47 还处理从处理器 21 接收的信号， 使得所述信号可经由天线 43 而从示范性显示装置 40 发射。
在替代实例中， 收发器 47 可由接收器替代。在又一替代方案中， 网络接口 27 可由 图像源替代， 所述图像源可存储或产生待发送到处理器 21 的图像数据。举例来说， 图像源 可为含有图像数据的数字视频盘 (DVD) 或硬盘驱动器， 或产生图像数据的软件模块。
处理器 21 通常控制示范性显示装置 40 的总体操作。处理器 21 从网络接口 27 或 图像源接收数据 ( 例如压缩图像数据 )， 且将所述数据处理为原始图像数据或处理为容易 处理为原始图像数据的格式。处理器 21 接着将经处理的数据发送到驱动器控制器 29 或帧 缓冲器 28 以进行存储。原始数据可意指识别图像内每一位置处的图像特性的信息。举例 来说， 所述图像特性可包括色彩、 饱和度及灰度级。 在一个实例中， 处理器 21 包括微控制器、 CPU 或逻辑单元以控制示范性显示装置 40 的操作。调节硬件 52 通常包括用以将信号发射到扬声器 45 且用以从麦克风 46 接收信 号的放大器及滤波器。调节硬件 52 可为示范性显示装置 40 内的离散组件， 或可并入在处 理器 21 或其它组件内。
驱动器控制器 29 直接从处理器 21 或从帧缓冲器 28 获得由处理器 21 产生的原始 图像数据， 且将原始图像数据适当重新格式化以供高速发射到阵列驱动器 22。 具体来说， 驱 动器控制器 29 将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流， 使得所述数据流 具有适合用以跨越显示阵列 30 进行扫描的时间次序。接着， 驱动器控制器 29 将经格式化 的信息发送到阵列驱动器 22。尽管驱动器控制器 29( 例如 LCD 控制器 ) 常常作为独立集成 电路 (IC) 与系统处理器 21 相关联， 但所述控制器可以许多方式来实施。其可作为硬件嵌 入在处理器 21 中， 作为软件嵌入在处理器 21 中， 或以硬件的形式与阵列驱动器 22 完全集 成。
阵列驱动器 22 从驱动器控制器 29 接收经格式化的信息， 且将视频数据重新格式 化为一组平行波形， 所述波形每秒许多次地施加到来自显示器的 x-y 像素矩阵的数百且有 时数千个引线。
在一个实例中， 驱动器控制器 29、 阵列驱动器 22 及显示阵列 30 适用于本文所述 的任何类型的显示器。举例来说， 驱动器控制器 29 是常规显示控制器或双稳态显示控制器 ( 举例来说， 干涉式调制器控制器 )。在另一实例中， 阵列驱动器 22 是常规驱动器或双稳态 显示驱动器 ( 举例来说， 干涉式调制器显示器 )。驱动器控制器 29 可与阵列驱动器 22 集 成。此通用于例如蜂窝式电话、 手表及其它小面积显示器的高度集成系统。在又一实例中， 显示阵列 30 是显示阵列或双稳态显示阵列 ( 举例来说， 包括干涉式调制器阵列的显示器 )。
输入装置 48 允许用户控制示范性显示装置 40 的操作。输入装置 48 可包括小键 盘， 例如 QWERTY 键盘或电话小键盘、 按钮、 开关、 触敏式屏幕或者压敏或热敏薄膜。在一个 实例中， 麦克风 46 是用于示范性显示装置 40 的输入装置。当使用麦克风 46 来将数据输入 到装置时， 可由用户提供语音命令以控制示范性显示装置 40 的操作。
电源 50 可包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说， 电源 50 可为可再充电电池， 例如镍镉电池或锂离子电池。在另一实例中， 电源 50 是可再生能源、 电 容器或太阳能电池 ( 包括塑料太阳能电池及太阳能电池涂料 )。在另一实例中， 电源 50 经 配置以从壁装插座接收电力。
如上所述， 在一些实例中， 控制可编程性驻存在可位于电子显示系统中的若干位 置处的驱动器控制器中。在一些实例中， 控制可编程性驻存在阵列驱动器 22 中。上述最佳 化可以任何数目的硬件及 / 或软件组件且以各种配置来实施。
根据上述原理操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛地改变。举例来说， 图 7A 到图 7E 说明可移动反射层 14 及支撑结构的五个不同实施例。图 7A 是图 1 的横截面， 其中 金属材料条带 14 沉积在垂直延伸的支撑件 18 上。在图 7B 中， 可移动反射层 14 仅在拐角 处在系栓 32 上附着到支撑件。在图 7C 中， 可移动反射层 14 从可变形层 34 悬浮， 所述可变 形层 34 可包括柔性金属。可变形层 34 直接或间接地连接到在可变形层 34 的周边周围的 衬底 20。本文中将这些连接称为支撑柱。图 7D 展示在上面搁置可变形层 34 的支撑柱插塞 42。与在图 7A 到图 7C 中一样， 可移动反射层 14 保持悬浮在间隙上， 但可变形层 34 并不通 过填充可变形层 34 与光学堆叠 16 之间的孔而形成支撑柱。实情为， 支撑柱由用以形成支 撑柱插塞 42 的平坦化材料形成。图 7E 中所说明的装置是基于图 7D， 但也可适于与图 7A 到 图 7C 中所说明的变化形式中的任一者一起起作用。如图 7E 所示， 已使用额外金属层或其 它导电材料来形成总线结构 44。此允许沿干涉式调制器的背面来路由信号， 从而消除原本 可能必须形成在衬底 20 上的若干电极。
如图 7 所示， 干涉式调制器可充当直观式装置， 其中从透明衬底 20 的前侧观看图 像， 所述侧与在上面布置调制器的侧相对。在这些实例中， 反射层 14 光学上遮蔽干涉式调 制器在反射层的与衬底 20 相对的侧上的部分， 包括可变形层 34。此允许所遮蔽区域在不 对图像质量造成负面影响的情况下被配置并操作。此遮蔽允许图 7E 中的总线结构 44 提供 将调制器的光学性质与调制器的机电性质 ( 例如寻址及由所述寻址产生的移动 ) 分离的能 力。 此可分离调制器架构允许用于调制器的机电方面及光学方面的结构设计及材料可彼此 独立选择并起作用。此外， 图 7C 到图 7E 中所示的实例具有从使反射层 14 的光学性质与其 机械性质分离得到的额外益处， 所述机械性质由可变形层 34 实行。此允许用于反射层 14 的结构设计及材料相对于光学性质而最佳化， 且允许用于可变形层 34 的结构设计及材料 相对于所要机械性质而最佳化。
一些应用可包括大的显示器 ( 例如， 用于电视或多媒体应用的大于约 14 英寸乘 16 英寸的大的矩形显示器 )， 在环境照明降低的状况下可很好地观看所述显示器。对于所述 应用， 例如上文关于图 1 到图 7 所描述的反射性显示器可能无法很好地工作， 因为反射性显 示器可能包括前光灯， 且在应用于大的对角屏幕时， 反射性显示器的前光灯性能可能受损 ( 例如， 由于缺少在显示器上的均匀的光分布 )。存在将前光灯应用于反射型干涉式调制器 显示器的各种方法， 但所述前光灯可能是低效的且会降低显示器的感知到的性能。下文描述的某些实施例提供一种包含多个干涉式调制器结构的透射性背光式干 涉式调制器或背光式干涉式调制器显示器。在一个实施例中， 所述背光式显示器包括背 光灯及透射性干涉式调制器结构阵列， 每一干涉式调制器包含固定光学堆叠及移动光学堆 叠。所述透射性干涉式调制器使在所要波长范围内的光被透射， 同时吸收剩余光的至少一 部分。与透射性干涉式调制器显示器相关的实施例可并入在例如上文关于图 1 到图 7E 所 描述的显示器应用中。
图 8 中说明透射性干涉式调制器 54 内的光学膜堆叠的一个实施例。为清楚起见， 未图示并入有所述光学膜的例如图 1 到图 7 中所示的 MEMS 结构的 MEMS 结构。图 8 是透射 性干涉式调制器 54 的横截面图， 所述透射性干涉式调制器 54 包含固定光学堆叠 ( 固定透 射层 )55 及移动光学堆叠 ( 移动透射层 )57， 其由间隙 62( 例如， 气隙、 部分真空、 介电流体 或其它气体等 ) 分离。如图 8 中所说明， 固定光学堆叠 55 包括透明衬底 56A， 所述透明衬底 可包括玻璃及 35nm 的银层 60A。可移动光学堆叠 57 包括 35nm 的银层 60B、 透明电极层 58 及透明衬底层 56B， 所述透明衬底层 56B 像透明衬底 56A 一样可包括玻璃。
在操作中， 透射性干涉式调制器显示器的像素处于亮或暗状态。照明显示元件的 光源及显示元件的用户 ( 未图示 ) 可位于显示元件的不同侧。在亮 (“接通” 或 “打开” ) 状态下， 显示元件将所要波长范围内的大部分入射可见光透射到用户。当在暗 (“断开” 或 “关闭” ) 状态下时， 显示元件阻挡大体上所有光到达用户。视实施例而定， 可逆转 “开” 及 “关” 状态的光透射性质。在一些实施例中， MEMS 像素经配置以主要在选定色彩下透射， 从 而允许除黑色及白色外的彩色显示。
在一些实施例中， 干涉式调制器显示器包括这些透射性干涉式调制器的行 / 列阵 列。每一干涉式调制器包括一对透射层， 其定位成彼此相距一可变且可控的距离以形成具 有至少一个可变尺寸的共振光学间隙。在一个实施例中， 可使所述透射层中的一者在两个 位置之间移动。在第一位置 ( 在本文中称为松弛位置 ) 中， 可移动透射层定位成离固定透 射层有相对大的距离。在第二位置 ( 在本文中称为激活位置 ) 中， 可移动透射层定位成较 紧密地邻近于固定透射层。 透射穿过所述两个层的入射光视固定层与可移动层之间的间隙 的高度而发生相长或相消干涉， 从而在所要波长范围内为每一像素产生整体透射或非透射 状态。像素在透射状态下传递特定波长范围的光， 且在非透射状态下阻挡大体上所有在相 同波长范围内的可见光。在某些实施例中， 可移动透射层可移动到不是松弛位置及激活位 置的第三位置。
在透射性干涉式调制器 54 中， 处于松弛位置的可移动透射层 57 离固定透射层 55 有预定距离。如本文中所参考的透射层 55 及 57 可由各种部分透明的材料形成， 所述材料 例如是各种电介质及 / 或透明导电氧化物 ( 例如， ITO)。在一些实施例中， 透射层 55 及 57 由透明电介质形成。
透射层 55 及 57 操作性地耦合到提供静电激活以改变透射层 55 与 57 之间的距离 的电极。在一些实施例中， 透射层 55 及 57 操作性地连接到环形电极 ( 未图示 )， 其中所述 电极围绕透射层 55 及 57。 举例来说， 在与图 7B 所示的实施例类似的实施例中， 可移动元件 14 可在像素的中心包括透射层 55 及 57， 而在柱附近的环形电极提供静电激活。所述电极 可包括导电材料， 例如金属或金属氧化物。 所述电极可类似地成形且彼此对准， 以使得所述 电极在静电力下彼此吸引。在一示范性实施例中， 显示器包括沉积在大体上透明的衬底的背面 ( 相对于观看者 ) 上的干涉式调制器阵列。
在一个实施例中， 所述电极包括导电材料， 例如吸光的金属或金属氧化物。 所述电 极可包括大体上透明的金属或金属氧化物， 例如氧化锌或 ITO。 所述电极可类似地成形且彼 此对准， 以使得所述电极在静电力下彼此吸引。 所述电极可为环形， 以使得穿过所述透射层 而透射的光可穿过由所述电极围绕的中央透射部分。 所述中央透射部分界定一个示范性透 射性干涉式调制器的光学活性区域， 所述区域是所述干涉式调制器的由可移动透射层及固 定透射层以干涉方式来调制入射光之处的区域。 干涉式调制器显示器的剩余部分被称为非 活性区域。非环形的电极配置也可用于电极。
透射层 55 及 57 以及电极可例如通过将上述层中的一者或一者以上沉积到透明衬 底上而制造。 每一层可由一个或一个以上材料层形成， 且可由单一材料或材料的组合形成。
可移动电极可以各种方式连接到支撑结构。 举例来说， 在一些实施例中， 电极的边 角可经由系栓而附接到支撑件。
在未将电压差施加于电极上的情况下， 间隙保留在可移动透射层 55 与固定透射 层 57 之间。然而， 当将电位差施加于电极上时， 静电力将所述电极拉在一起。如果电压足 够高， 则使系栓变形且将可移动电极压到固定电极上， 以使得随所述电极一起移动的可移 动透射层 57 因此被压到固定透射层 55 上。无论所施加的电位差的极性如何， 所述表现不 变。 因此， 由气隙分离的两个部分透射层的组合可用以传递一波长范围内的光， 同时吸收所 述范围外的光。
在一个实施例中， 显示器经配置以再循环从背光灯发射的光的至少一部分。举例 来说， 从背光灯入射于像素的非活性区域上的光可由反射性黑掩模反射回到背光灯。从背 光灯入射于像素的活性区域上的光可由两个透射层 55 及 57 中的一者或一者以上反射且可 再进入背光灯。经背反射的光可被再循环且可再次进入干涉式调制器阵列的活性区域中。
图 9A 是说明当图 8 的干涉式调制器处于亮状态时所述干涉式调制器的随波长而 变的模拟透射率 66A 的曲线图 64A。在亮状态下， 干涉式调制器中的可移动层处于 “上升” 位置。如图所示， 此实施例在 600nm 与 700nm 之间实现光的最大透射率 68。
图 9B 是说明当图 8 的干涉式调制器处于 “暗” 状态时所述干涉式调制器的随波长 而变的模拟透射率 66B 的曲线图 64B。在暗状态下， 干涉式调制器中的可移动层处于 “下 降” 位置。如所说明， 当干涉式调制器处于暗状态时， 阻挡大体上所有可见光。在一些实施 例中， “大体上所有” 包括大于 90％的入射于衬底上的光。在一些实施例中， “大体上所有” 包括大于 95％的入射于衬底上的光。在一些实施例中， “大体上所有” 包括大于 98％的入射 于衬底上的光。在一些实施例中， “大体上所有” 包括大于 99％的入射于衬底上的光。
图 10 中说明透射性干涉式调制器 74 的另一实施例。透射性干涉式调制器 74 包 括由间隙 82( 例如， 气隙 ) 分离的两个光学堆叠 75、 77。固定光学堆叠 75 包括衬底层 76A、 银层 80A 及 SiO2 层 78A。可移动光学堆叠 77 包括衬底层 76B、 银层 80B 及 SiO2 层 78B。在 每一光学堆叠中， 银层 80A、 80B 毗邻气隙 82， 且 SiO2 层 78A、 78B 夹在银层 80A、 80B 与衬底 76A、 76B 之间。在图 10 的所说明实施例中， SiO2 层 78A、 78B 中的每一者具有 94nm 的厚度， 且银层 80A、 80B 中的每一者具有 35nm 的厚度。
图 11A 是说明图 10 中所示的透射性干涉式调制器的模型化透射率 86A 的曲线图 84A。图 10A 的模型化实施例具有两个光学堆叠， 其中每一者包括衬底层、 银层及 SiO2 层。如上文关于图 10 所述， 每一银层具有大约 35nm 的厚度， 且每一 SiO2 层具有大约 94nm 的厚 度。图 11A 中所示的所说明的模型化透射率在气隙为大约 3000 时发生。最大透射率 88A 在大约 700nm 的波长处发生。
图 11B 是说明当气隙为大约 250 时图 10 的透射性干涉式调制器的模型化透射率 86B 的曲线图 84B。最大透射率 88B 在大约 600nm 的波长处发生。
图 11C 是说明当气隙为大约 150 时处于 “下降” 状态的图 10 的干涉式调制器的 模型化透射率 86C 的曲线图 84C。如所说明， 阻挡大体上所有入射光， 且因此透射很少的入 射光。
图 11D 是说明图 10 的实施例的可实现的色谱的模型化色彩曲线 (“色空间色度 图” )90。在外部弯曲边界 94 内的是一般人可见的所有色彩， 其也称为人类视觉色域。在人 类视觉色域内的是分别对应于绿色、 红色及蓝色的点 92A、 92B 及 92C。线 96 描绘图 10 的透 射性干涉式调制器的实施例的针对变化的间隙距离的模型化光谱反射率。
图 12A 是说明与图 10 中所示的实施例类似的透射性干涉式调制器的模型化透射 率曲线 106A 的曲线图 104A。透射率曲线图 104A 是基于具有两个光学堆叠的实施例， 所述 两个光学堆叠中的每一者包括衬底层、 银层及 SiO2 层。与图 10 的实施例不同， 在所述实施 例中造成图 12A 的模型化曲线图的所述银层中的每一者具有 20nm 的厚度。SiO2 层的厚度 保持为 94nm。图 12A 的实施例的所说明的模型化透射率曲线 106A 在气隙具有大约 3000 的厚度时发生。此透射性干涉式调制器实施例的最大透射率 108A 在略微大于 700nm 的波 长处发生。
图 12B 是说明当气隙为大约 250 时造成图 12A 的模型化曲线图的所述实施例 ( 如 图 10 中所描绘的配置， 但具有 20nm 的 Ag 层 80A、 80B 以及 94nm 的 SiO2 层 78A、 78B) 的模 型化透射率曲线 106B 的曲线图 104B。 所述透射性干涉式调制器的最大透射率 108B 在略微 大于 600nm 的波长处发生。
图 12C 是说明当气隙为大约 150 时处于 “下降” 状态的干涉式调制器 ( 如图 10 中所描绘， 但具有 20nm 的 Ag 层 80A、 80B 以及 94nm 的 SiO2 层 78A、 78B) 的模型化透射率曲 线 106C 的曲线图 104C。如所说明， 阻挡大体上所有入射光， 且因此透射很少的在所图式的 波长范围内的入射光。
图 12D 是说明产生图 12A 的模型化透射曲线图的所述实施例 ( 如图 10 中所描绘 的配置， 但具有 20nm 的 Ag 层 80A、 80B 以及 94nm 的 SiO2 层 78A、 78B) 的模拟可实现色谱的 色空间色度图 110。 在外部弯曲边界 114 内的是一般人可见的所有色彩， 其也称为人类视觉 色域。在人类视觉色域内的是分别对应于绿色、 红色及蓝色的色彩点 112A、 112B 及 112C。 线 116 描绘用以产生图 12A 的曲线图 104A 的透射性干涉式调制器的实施例的针对变化的 间隙距离的模型化光谱反射率。
图 13 是透射性干涉式调制器 124 的另一实施例， 其包含由气隙 132 分离的两个光 学堆叠 125、 127。固定光学堆叠 125 包括衬底层 126A 与交替的 SiC 层 130A、 130B 及 MgF2 层 128A、 128B。可移动光学堆叠 127 包括衬底 126B 与交替的 SiC 层 130C、 130D 及 MgF2 层 128C、 128D。在此实施例中， 每一光学堆叠 125、 127 具有两个 SiC 层及两个 MgF2 层， 其设置 在衬底上以使得每一光学堆叠具有一毗邻气隙 132 的 SiC 层 ( 分别为 130B、 130C)。如所说 明， 每一 SiC 层 130A、 130B、 130C、 130D 具有 52nm 的厚度， 且每一 MgF2 层 128A、 128B、 128C、128D 具有 99nm 的厚度。
图 14A 是说明当气隙 132 为大约 2000 时图 13 的干涉式调制器的模拟透射率曲 线 136A 的曲线图 134A。最大透射率 138A( 大约 1.0， 100％透射 ) 在大约 450nm 的波长处 发生。对于在 500nm 与 700nm 之间的波长范围， 阻挡大约所有入射光。
图 14B 是说明当气隙 132 为大约 1000 时图 13 的干涉式调制器的模拟透射率曲 线 136B 的曲线图 134B。最大透射率 138B( 大约 1.0) 在稍低于 800nm 的波长处发生。对于 在 450nm 与 650nm 之间的波长范围， 阻挡大约所有入射光。
图 14C 是说明当气隙 132 为大约 500 时图 13 的干涉式调制器的模拟透射率曲线 136C 的曲线图 134C。最大透射率 138C( 大约 1.0) 在稍低于 700nm 的波长处发生。对于在 450nm 与 600nm 之间的波长范围， 阻挡大约所有入射光。
图 14D 是说明图 13 的实施例的可实现色谱的模拟色空间色度图 140。 在外部弯曲 边界 144 内的是一般人可见的所有色彩， 其也称为人类视觉色域。在人类视觉色域内的是 分别对应于绿色、 红色及蓝色的色彩点 142A、 142B 及 142C。线 146 表示图 13 的透射性干涉 式调制器 124 的针对变化的间隙距离的模型化光谱反射率。
投影 IMOD
投影显示系统可包括 IMOD 调制器。可根据 IMOD 特性来特定调适投影显示器的属性。 当今使用的两种常见的空间光调制器 (SLM) 是液晶显示器 (LCD) 及数字微镜装置 (DMD)。有若干不同类型的 LCD 正在使用， 而 DMDTM 是由德州仪器 (TexasInstruments) 公司 提供的独特装置。 三种类型的常见 LCD 是透射性的 ( 其基于两个玻璃嵌板 (glass pane))、 反射性的 ( 其基于两个玻璃嵌板 ) 及反射性的 ( 其基于接合到硅衬底的一玻璃嵌板 )。后 一种反射性类型通常称为硅上液晶 (LCOS) 装置。
由于 (1) 偏振光的使用、 (2) 低小孔比的现实及 / 或 (3) 用以产生平行板 LCD 结 构的材料的固有的低光学透射， 所有液晶装置均遭受光通量的低效率。此外， 尽管在不断 改进， 但 LCD 材料的响应时间相对于视频速度可能较慢。上文提及的德州仪器装置具有优 点， 所述优点包括固有的较高光学通量及较快响应时间两者。 因此， 可在硅衬底上制成所述 装置且所述装置可较小， 以便使成本保持较低。此导致低的小孔比。此外， 最常见的以 DMD 为基础的产品以色场循序方式使用一个装置， 以避免不得不使用三个装置来调制单独的红 色、 绿色及蓝色通道。以上因素导致与以 LCD 为基础的投影仪中所发现的照明低效率相似 的照明低效率。事实上， 当观看竞争性 LCD 及 DMD 产品时， 发现每一者的性能大体相同。每 一者的性能被认为是足够的， 且两个产品的销量均较强劲。
然而， 可能需要降低这些调制器的成本， 降低整个投影系统的成本且减少功率消 耗。倘若照明系统更加高效， 则可实现这些目标中的每一者。
如上文所提及， 已通过使用单个装置 ( 德州仪器 ) 及使 LCD 尺寸保持较小 ( 各家 制造商 ) 来降低成本。这些方法会限制性能， 但与降低功率消耗的目标背道而驰。另外， 在 投影仪架构中已有大量创新。 不幸的是， 新架构可能包括大量重新装备成本， 而仅得到勉强 够格的性能增益。
图 15 到图 18 展示将一 IMOD 装置集成到反射性及透射性投影系统中的四种不同 方法。 图 19A 到图 19D 说明用以在透射性投影系统中使用 IMOD 调制器的四种替代方法。 系
统可为图 15 到 18 中所说明且下文所论述的类型中的一者。IMOD 架构可能对于系统内的 架构配置没有明确偏好。 此可为优点， 因为当前调制器类型偏好一特定架构胜过另一架构。 因此， 在一些实施例中， 在 ( 例如直观式 IMOD 显示器中所使用的 ) 区域调制方案或 ( 例如 DMD 所使用的 ) 脉宽调制方案中操作 IMOD 装置以实现灰度级。
图 15 说明透射性 IMOD 投影装置 200。装置 200 包括光源 202， 所述光源 202 经配 置以将光传播通过透射性干涉式调制器 ( “IMOD” )204 及一系列透镜。在一些实施例中， 光 源 202 为灯。如图 15 中所说明， 来自光源 202 的光穿过第一透镜 206A 及第二透镜 206B， 然 后进入透射性 IMOD 204 的背面。在穿过透射性 IMOD 204 之后， 光穿过第三透镜 206C 及第 四透镜 206D。透射性 IMOD 204 放置在透镜 206A 与 206B 的组合的后焦平面处， 所述后焦 平面对应于透镜 206A 与 206B 的组合的傅立叶变换平面。因此， 在图 15 的所说明的实施例 中， 第一透镜 206A 及第二透镜 206B 在透射性 IMOD 204 上产生一照明图案， 所述照明图案 对应于光源 202 的傅立叶变换。因此， 实际上为 ( 例如 ) 点源的光源 202 将有利地在 IMOD 阵列 204 上产生均匀的照明图案。光源 202 的光分布的傅立叶变换透射穿过透射性 IMOD 204， IMOD 204 对所述光分布进行调制。经调制的光分布传播通过透镜 206C 及 206D， 透镜 206C 及 206D 经设置以将透射性 IMOD 204 成像到投影屏幕上以供观看。在此实施例中， 第 三透镜 206C 及第四透镜 206D 还经配置以在投影屏幕上提供 IMOD 204 的倒像。
图 16 说明另一透射性 IMOD 投影装置 220 的俯视平面图。 装置 220 包括 ： 光源 222 ； 透射性 IMOD 224A、 224B、 224C ； 透镜 226A、 226B、 226C ； 双色滤光片 228A、 228B ； 及镜 230A、 230B、 230C。 在操作中， 从光源 222 传播光， 且由第一双色滤光片 228A 按波长将光分裂。 在所 说明的实施例中， 红光穿过第一双色滤光片 228A， 所述光接着到达第一镜 230A 且被反射到 第一透射性 IMOD 224A。绿光及蓝光由第一双色滤光片 228A 反射到第二双色滤光片 228B。 绿光由第二双色滤光片 228B 反射且进入第二透射性 IMOD 224B。蓝光穿过第二双色滤光 片 228B， 且接着穿过第一透镜 226A， 然后首先由第二镜 230B 反射， 且接着由第三镜 230C 反 射， 然后进入第三透射性 IMOD 224C。
穿过第一透射性 IMOD 224A 的红光、 穿过第二透射性 IMOD 224B 的绿光及穿过第 三透射性 IMOD 224C 的蓝光全部在组合器立方体 232 中重组。由包含第二透镜 226B 及第 三透镜 226C 的透镜组反转从组合器立方体 232 射出的光且使其聚焦。在一些实施例中， 组 合器立方体 232 使用第 2005/0157265 号美国专利申请公开案中所揭示的类型的色彩旋转 器架构， 该案的全文以引用的方式并入本文。所述色彩旋转器架构使用由偏光旋转膜或凹 口膜分离的多个透明立方体将红光、 绿光及蓝光分量组合成从所述组合器立方体 232 射出 的白光。在一些实施例中， 透明立方体涂覆有抗反射涂层。图 19A 是说明色彩旋转器架构 300 的等角投影视图。
在一些实施例中， 通过使用第 5,416,514 号美国专利中所揭示的类型的旋转棱镜 立方体， 在时间域而非几何域中组合个别的红色、 绿色及蓝色光束， 所述专利的全文以引用 的方式并入本文。棱镜组合件具有四个相等的平坦面且使其绕其中心纵轴旋转。棱镜组合 件的旋转使通过折射而以循序方式向下 ( 或向上 ) 扫描红色、 绿色及蓝色色带。图 19B 是 说明此类型的旋转棱镜组合件架构 310 的侧视平面图。
在一些实施例中， 通过使用旋转圆盘架构来组合红光、 绿光及蓝光而完成时间上 的组合。第 6,870,581 号美国专利中揭示了一些类型的旋转圆盘架构， 所述专利的全文以引用的方式并入本文。图 19C 是说明旋转圆盘架构 320 的正面侧视图。如所说明， 旋转圆 盘架构 320 具有一圆盘， 所述圆盘具有一允许所述圆盘自旋的轴。所述元件足够快地自旋 以使红色、 蓝色及绿色色带在观看平面上快速扫过， 以使得观看者不会感知到运动假影， 且 即使个别光束彼此不同相， 所显示的色彩看起来仍然仿佛是完全组合的。
在一些实施例中， 组合器立方体 232 使用彩色棱镜架构。像上文所参考的架构的 情况一样， 使用彩色棱镜架构来将红光、 绿光及蓝光组合成在单一方向上从组合器立方体 232 射出的白光。 第 2003/0081178 号美国专利申请公开案中揭示了一些类型的彩色棱镜架 构， 该案的全文以引用的方式并入本文。图 19D 是说明一种类型的彩色棱镜架构 330 的俯 视平面图。
图 17 说明反射性 IMOD 投影装置 240 的俯视平面图。装置 240 包括光源 242， 所述 光源 242 经配置以将光传播通过偏光器 244 且传播到偏光光束分光器 250 中。偏振光进入 偏光光束分光器 250 且被反射出光束分光器而到达 1/4 波片 248。偏振光由 1/4 波片部分 地旋转， 接着到达 IMOD 252 且从 IMOD 252 反射。光再次穿过 1/4 波片且接着继续前进到 偏光光束分光器中。在经历两次 1/4 波旋转及在 IMOD 处的反射后， 光直接穿过光束分光器 250 且穿出光束分光器 250。包括第一透镜 246A 及第二透镜 246B 的透镜组反转从所述投 影装置 240 射出的光且使其聚焦。
图 18 说明前面升高型 IMOD 投影装置 260 的一个实施例的侧视平面图。 从光源 262 传播光且朝向包括第一透镜 266A 及第二透镜 266B 的透镜组将其反射离开反射性 IMOD264， 所述透镜组经配置以在光从所述装置 260 射出时反转光且使其聚焦。
由于可在投影仪中控制照明源的发散角度 ( 与由环境光照明的直观式显示器中 的情形相反 )， 所以可能不要求将漫射膜附着到用于投影的 IMOD 显示器。 事实上， 可在投影 情形中利用 IMOD 对入射光角度的色彩依赖性。很窄的光束可产生高度饱和的色彩， 且较宽 的光束可产生较亮、 较不饱和的色彩。系统设计者可基于此情形来做出权衡。此为与当前 投影仪中不同的情形， 在当前投影仪中， 较大角度的光束也可产生较亮色彩， 但代价是较低 的对比率及恶化的黑阶。
透射性 IMOD 显示器可尤其有效， 因为投影系统排斥对可能使用透射性 IMOD SLM 的直观式显示器设计造成难题的前表面反射类型。
在大的玻璃片上制造的 IMOD SLM 的低成本提供另一设计优点。并非因成本而限 于很小的尺寸 ( 像 DMD 及 LCOS 装置一样 )， 可使用较大面板来利用区域调制， 以便实现竞争 性技术无法达到的高位深度 (bit depth)。
由于 IMOD 由光学堆叠开始， 所以可引入制造节约。大多数投影仪在照明光学系 统中具有冷光镜以避免将不必要的热量传递到 SLM。在一些实施例中， 可将冷光镜制造为 IMOD 的前表面的一部分以减少最终投影仪组合件中的零件数。
在投影应用中， IMOD 没有显著的 SLM 尺寸限制。 较小 SLM 通常产生较小投影系统， 但极小在较大投影系统中并无特别优点。可依据每种应用来调适 IMOD SLM 的尺寸。此允 许每种应用中的最佳性能。
IMOD 可在对对比率性能无直接且强烈的影响的情况下牺牲色彩性能。
IMOD 具有区域阵列及脉宽调制两者的可能性。 此允许针对高功率及低功率应用两 者而使所述装置最佳化。用于大屏幕显示器的介电干涉式调制器
大屏幕 IMOD 显示器装置可结合电视及计算机监视器来使用。在一些实施例中， 这 些装置连接到干线服务 (100-110VAC 或大于 200V， 例如在英国或欧洲 )， 因此， 功率关于施 加于便携式由电池组供电的装置的约束无关紧要。在一些实施例中， 显示器可使用脉宽调 制技术来实现灰度级。在一些实施例中， 脉宽调制驱动器要求短的帧时间及 / 或高度导电 的行迹线及列迹线。在一些实施例中， 装置为背光式装置。在一些实施例中， 装置包括具有 多层膜堆叠的透射性 IMOD。
在一些实施例中， IMOD 可使用两个介电镜 ( 代替金属镜 ) 来在每一像素处透射一 选定色带， 同时反射所有其它波长。这些调制器元件的阵列可与共同设计的背光灯一起用 来形成透射性背光式显示器。
大的直观式显示器几乎普遍是自发射的或背光式的。 常在降低的环境照明的状况 下观看这些显示器， 尤其是针对电视应用而设计的显示器。此使反射性显示器在这些应用 中不利， 因为反射性显示器可包括前光灯， 且在应用于大的对角屏幕时， 前光灯性能受损。 存在背光照明一反射性 IMOD 显示器的若干方式， 但其往往是低效的且降低 IMOD 的感知到 的性能。
存在各种用于反射性 IMOD 的当前背光方法。第一种方法包含将面向内的反射体 放置在 IMOD 衬底的前表面上及通过迫使来自背板后方的光穿过在 IMOD 像素周围的小孔而 照明所述面向内的反射体。接着可将此光反射到所述像素上。此方法可很有可能仅照明所 述像素的边缘。此方法可能是低效的且导致可见的 “成核” (coring) 效应。
第二种方法包含将面向后的发射器放置在 IMOD 衬底的前表面上。此在逻辑上可 能是复杂的， 可能损害 IMOD 光学性能， 且可能仍不会产生有利的观看体验。
还存在使用 IMOD 结构 ( 例如支撑柱 ) 从 IMOD 的背面到正面用管路输送光的方法， 但所有这些方法均有损于设计。
图 20 说明包括背面总线 354 及透明衬底 356 的大屏幕显示器 350 的一个实施例的 横截面侧视图。在一些实施例中， 透明衬底 356 包含玻璃。如图 20 中所说明， 一个或一个 以上高柱 358 连接透明衬底 356 与背面总线 354。一个或一个以上静止光学堆叠 360 设置 在透明衬底 356 上， 在透明衬底 356 与背面总线 354 之间。一个或一个以上可移动光学堆 叠 362 也定位于透明衬底 356 与背面总线 354 之间。所述一个或一个以上可移动光学堆叠 362 上的附接环 364 连接到较低柱 366， 所述柱 366 附接到透明衬底 356。如图 20 中所示， 在与图 7A 到图 7E 中所说明的架构类似的架构中的电流反射镜可由介电镜 354 替换。在一 些实施例中， 所述光学堆叠经修改以包含单一且更复杂的光学堆叠。由气隙分离的两个光 学堆叠的所得组合可经组合以传递一个波长带， 同时反射所有其它波长。
来自与图 7A 到图 7E 中所说明的架构类似的架构的机械层用于其通常的支撑镜且 提供弹簧复原力的目的。 此外， 此层还覆盖介电镜的一部分以形成导电电极， 所述导电电极 可由衬底上的类似地成形的电极吸引。在一些实施例中， 所述电极是环形的。在其它实施 例中， 所述电极并非环形的。
像在常规 IMOD 中一样， 光学堆叠 ( 所述一个或一个以上静止光学堆叠 360 及所述 一个或一个以上可移动光学堆叠 362) 经设计以使得随着所述两个介电堆叠被拉在一起， 共振波长移出可见光谱， 从而使所述镜对观看者的眼睛呈黑色。所述一个或一个以上静止光学堆叠 360 与所述一个或一个以上可移动光学堆叠 362 的组合可产生一从所述特定像素 所得的色彩。所述一个或一个以上静止光学堆叠 360 及所述一个或一个以上可移动光学堆 叠 362 两者均可包括通光中心小孔， 其中导电外部环掩蔽所述通光小孔周围的区域。所述 外部环充当用以通过静电吸引而将可移动光学堆叠 362 向静止光学堆叠 360 拉近的电极。 背面总线 354 经配置以提供高导电性。在一些实施例中， 可包括正面总线， 因为相当大的面 积已让给电极、 柱及总线。
图 21 说明大屏幕显示器 370 的另一实施例的横截面侧视图。大屏幕显示器 370 包括背光灯 374、 背面透明层 376 及正面透明层 378。在一些实施例中， 背面透明层 376 及 正面透明层 378 包含玻璃。一个或一个以上静止光学层 380 设置在正面透明层 378 上。一 个或一个以上移动光学层 382 通过附接环 384 而彼此连接。柱将背面透明层 376 连接到正 面透明层 378。在图 21 中， 展示一吸收性黑色掩模 390， 其设置在正面透明层 378 上以改进 对比率， 且展示一反射性黑色掩模 392， 其设置在背面透明层 376 上以使从背光灯进入 IMOD 的背面的光无法到达像素的非活性区域。反射性黑色掩模 392 的反射性质增加了光的再循 环。
在一些实施例中， 正面透明层 378 由一吸收性黑色掩模完全掩蔽， 所述吸收性黑 色掩模经配置以使寄生光无法从正面进入非活性区域且防止已进入这些区域的光射出到 正面。在一些实施例中， 反射性黑色掩模 392 经配置以确保仅来自背光灯的光进入像素的 活性区域。在一些实施例中， 背光灯 374 是再循环背光灯， 以补偿百分比活性区域显示中的 限制。在一些实施例中， 背光灯 374 经配置以提供不触及活性区域的光。在一些实施例中， 背光灯 374 经配置以提供触及活性区域的光及 / 或对照所述光的波长进行选择、 再进入所 述背光灯且有机会被反射且再次进入 IMOD 的光。最终， 此光有机会触及适当活性区域。图 22 中说明此背光灯。
图 22 说明包含光学堆叠 402 的大屏幕显示器 400 的另一实施例的横截面侧视图。 光学堆叠 402 包括反射体层 404、 设置在反射体层 404 上的导光板 406， 及设置在导光板 406 上的角度转动膜 408。导光板已经设计以从其顶面朝向角度转动膜发射光。反射体层 404 提供对已从 IMOD 414 反射来的光的再循环及对已从导光板 406 的顶面散射来的任何光的 重定向。光从反射体层 404 穿过导光板 406 及角度转动膜 408， 且接着穿过间隙 410 然后进 入亮度膜 412。亮度膜 412 经配置以使光准直且帮助光再循环。穿过亮度膜 412 的光接着 进入透射性 IMOD 414 然后从大屏幕显示器 400 射出。
在图 23 中， 更详细地说明像素布局 420 的俯视平面图。像素布局 420 包括一移 动光学堆叠 422、 多个柱 424 及一电极环 426。电极环 426 包括位于电极环 426 的中心处 的小孔 428。一柔性机械层将移动光学堆叠 422 连接到所述多个柱 424。所述机械层被图 案化在移动光学堆叠 422 的背面上以形成电极环 426。一类似的电极环可被图案化在衬底 上。在一些实施例中， 可将介电镜紧密堆积， 可使电极部分尽可能小， 且可使用脉宽调制来 产生灰度级。脉宽调制的高速度可包括高电导行迹线及列迹线， 因此可使用背面总线连接 (bussing)。可将背板直接应用于用以支撑背面总线引线的最高层柱。此留下很小的衬底 间间隙， 所述间隙允许用回焊的金属边缘密封物来装配所述结构以实现气密封装。
由于像素的 “牛眼” (bulls-eye) 性质， 可能需要将小透镜阵列与像素对准。在此 情况下， 可能优选使背板与小透镜阵列成一体式。在优选实施例中， 可使用大多数现有 IMOD 制造方法 ( 成本相对低 ) 来制造背光式 平板 TV。在一些实施例 ( 例如图 20 到图 23 中所说明的实施例 ) 中， 两个介电光学堆叠可 用以在从彼此移除时传递可见光谱中的一优选波长带， 且在彼此靠近时传递可见光谱外的 光谱区域中的一频带或多个频带。 在一些实施例中， 未经传递的光并非被吸收， 而是被反射 回到背光灯中。 在一些实施例中， 背光灯经设计成以统计方式来再循环光以供再使用， 或其 可经明确地设计以优选将被拒绝的光反射到相邻像素。在一些实施例中， 并非在 IMOD 的 背面上使用反射性掩模， 而是使用微透镜阵列将入射光会聚到微透镜阵列的通光有效小孔 中。
前述描述内容详述了某些实施例。 然而， 无论前述内容在文字上看起来有多详细， 本文中所描述的教示均可以额外方式来实践。 在描述某些特征或方面时对特定术语的使用 不应被视为暗示所述术语在本文中经重新定义成局限于包括与所述术语相关联的特征或 方面的任何具体特性。此外， 本发明的装置可能有许多应用。将了解， 在不背离本发明的范 围的情况下可做出各种修改及改变。 这些修改及改变希望属于如随附权利要求书所界定的 本发明的范围。