CN101960355A

CN101960355A - 透射模式中的干涉式调制器

Info

Publication number: CN101960355A
Application number: CN2009801064366A
Authority: CN
Inventors: 苏耶普拉卡什·甘蒂; 卡斯拉·哈泽尼; 杰弗里·B·桑普塞尔
Original assignee: Qualcomm MEMS Technologies Inc
Current assignee: Qualcomm MEMS Technologies Inc
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2011-01-26
Also published as: JP2011515707A; US20110194169A1; KR20100138974A; US8693084B2; CA2717312A1; US20090225395A1; US8174752B2; US20120212795A1; RU2010134759A; BRPI0908985A2; EP2257846A1; WO2009114323A1; US7944604B2; JP5444255B2; TW200944470A

Abstract

本发明揭示一种透射性微机械装置，其包括：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。所述可移动薄膜可包括部分反射镜且经配置以从第一位置移动到第二位置。当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，且当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。

Description

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

图12C是说明当气隙是大约150

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-V_bias，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+V_bias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+V_bias还是-V_bias，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+V_bias及将适当行设置为-ΔV。在此实例中，通过将适当列设置为-V_bias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DMD^TM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。

Claims

1.一种透射性微机械装置，其包含：

衬底；

光学堆叠，其位于所述衬底上；以及

可移动薄膜，其位于所述光学堆叠上，所述可移动薄膜包含部分反射镜，所述可移动薄膜经配置以从第一位置移动到第二位置，其中在所述可移动薄膜处于所述第一位置的情况下，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的情况下，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。

2.根据权利要求1所述的透射性微机械装置，其中所述微机械装置经配置以阻挡至少90％的入射于所述衬底上的光。

3.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其中所述微机械装置经配置以阻挡至少95％的入射于所述衬底上的光。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其中所述微机械装置经配置以阻挡至少98％的入射于所述衬底上的光。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其中所述微机械装置经配置以阻挡至少99％的入射于所述衬底上的光。

6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其中在所述可移动薄膜处于所述第二位置的情况下，所述可移动薄膜至少部分地界定光学干涉腔，所述光学干涉腔经配置以传递具有预定波长的光；且其中所述微机械装置包含吸收体层，所述吸收体层经配置以吸收具有其它波长的光。

7.根据权利要求6所述的透射性微机械装置，其中所述吸收体层包含半导体。

8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其进一步包含机械层，所述机械层包含电介质材料。

9.根据权利要求8所述的透射性微机械装置，其中所述电介质材料包含SiN或SiO₂。

10.根据权利要求8所述的透射性微机械装置，其进一步包含设置在所述电介质材料的顶部上的金属薄层。

11.根据权利要求10所述的透射性微机械装置，其中所述金属薄层包含Au或Ag。

12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其中所述衬底包含透明衬底。

13.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其中所述镜包含柔性的涂有银的薄膜。

14.根据权利要求1到13中任一权利要求所述的透射性微机械装置，其进一步包含光源及透镜，所述透镜经配置以将从所述微机械装置射出的光聚焦。

15.一种透射性机械装置，其包含：

第一光学堆叠及第二光学堆叠，其由间隙可选择地分离，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。

16.根据权利要求15所述的透射性机械装置，其中所述至少一个低折射率层包含MgF₂。

17.根据权利要求16所述的透射性机械装置，其中所述至少一个高折射率层包含SiC。

18.根据权利要求17所述的透射性机械装置，其中所述第一光学堆叠包含两个MgF₂层及两个SiC层，其中所述MgF₂层中的第一者设置在所述衬底上，所述SiC层中的第一者设置在所述第一MgF₂层上，所述MgF₂层中的第二者设置在所述第一SiC层上，且所述SiC层中的第二者设置在所述第二MgF₂层上。

19.根据权利要求18所述的透射性机械装置，其中所述第二光学堆叠包含两个MgF₂层及两个SiC层，其中所述MgF₂层中的第一者设置在所述衬底上，所述SiC层中的第一者设置在所述第一MgF₂层上，所述MgF₂层中的第二者设置在所述第一SiC层上，且所述SiC层中的第二者设置在所述第二MgF₂层上。

20.根据权利要求15到19中任一权利要求所述的透射性机械装置，其进一步包含光源及透镜，所述透镜经配置以将从所述透射性机械装置射出的光聚焦。

21.一种透射性机械装置，其包含：

第一光学堆叠，其由间隙与第二光学堆叠分离，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。

22.根据权利要求21所述的透射性机械装置，其中具有较高相对折射率的第一材料夹着包含较低相对折射率的第二材料。

23.根据权利要求22所述的透射性机械装置，其中所述夹层的折射率与中间层的折射率之间的差经最大化。

24.根据权利要求21到23中任一权利要求所述的透射性机械装置，其中至少一个层包含电介质。

25.根据权利要求21到23中任一权利要求所述的透射性机械装置，其中至少一个层包含半导体。

26.根据权利要求21到25中任一权利要求所述的透射性机械装置，其中每一层的厚度大于入射于所述衬底上的光的波长的25％。

27.根据权利要求21到26中任一权利要求所述的透射性机械装置，其进一步包含光源及透镜，所述透镜经配置以将从所述透射性机械装置射出的光聚焦。

28.一种透射性干涉式调制器(“IMOD”)，其包含：

透明衬底；

第一反射表面，其设置在所述透明衬底上；以及

第二反射表面，其位于可移动薄膜上；

其中所述第二反射表面及所述第一反射表面形成可变光学腔。

29.根据权利要求28所述的透射性IMOD，其中所述第一反射表面包含具有大于2.0的折射率的材料。

30.根据权利要求28或29中任一权利要求所述的透射性IMOD，其中所述第一反射表面包含Au、Ag或SiC。

31.根据权利要求28到30中任一权利要求所述的透射性IMOD，其中随着所述可移动薄膜从第一位置移动到第二位置，所述可变光学腔得到调整。

32.根据权利要求28到31中任一权利要求所述的透射性IMOD，其中当所述可移动薄膜处于所述第一位置时，所述MEMS装置允许在可见范围外的紫外或红外光范围内的波长透射。

33.根据权利要求28到32中任一权利要求所述的透射性IMOD，其中当所述可移动薄膜处于所述第一位置时，所述半导体吸收大体上整个波长范围的入射可见光。

34.根据权利要求28到32中任一权利要求所述的透射性IMOD，其中入射光的整个波长是特定波长。

35.根据权利要求28所述的透射性IMOD，其中当所述可移动薄膜处于所述第一位置时，在大约300nm处，峰值透射为大约650nm。

36.根据权利要求28所述的透射性IMOD，其中当所述可移动薄膜处于所述第二位置时，峰值透射为大约450nm。

37.根据权利要求28到36中任一权利要求所述的透射性IMOD，其进一步包含线性偏光器。

38.根据权利要求28到37中任一权利要求所述的透射性IMOD，其进一步包含光学隔离器。

39.根据权利要求28到38中任一权利要求所述的透射性IMOD，其进一步包含光源及透镜，所述透镜经配置以将从所述透射性IMOD射出的光聚焦。

40.一种透射性干涉式调制器(“IMOD”)，其包含：

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IMOD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；以及

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。

41.根据权利要求40所述的透射性IMOD，其进一步包含光源。

42.根据权利要求40或41中任一权利要求所述的透射性IMOD，其进一步包含透镜，所述透镜经配置以将从所述透射性IMOD射出的光聚焦。

43.根据权利要求40到42中任一权利要求所述的透射性IMOD，其进一步包含透镜，所述透镜经配置以将光聚焦到像素上。

44.根据权利要求43所述的透射性IMOD，其中所述透镜包含透镜阵列。