導波路、マイクロプリズムおよび微小機械光変調器を含むディスプレイ
【課題】導波路、マイクロプリズムおよび微小機械光変調器を含むディスプレイを提供する。
【解決手段】光を生成するための光源２５と、光を受け取り、かつ、内部全反射によって光が伝搬する方向に一様に分散させるための光導波路２１と、光導波路の下部表面の反対側に傾斜した光射出ファセットとを備えた、間隔を隔てた複数のマイクロプリズム３２と、間隔を隔てたマイクロプリズムどうしの間に配置された、複数の傾斜光変調器とを備え、マイクロプリズムの個々の光射出ファセットから射出する光線の大部分が、個々の傾斜光変調器が第１の位置に位置している場合には観察者に向かって導かれ、あるいは個々の傾斜光変調器が第２の位置に位置している場合には光吸収体に吸収されるように構成した。
【解決手段】光を生成するための光源２５と、光を受け取り、かつ、内部全反射によって光が伝搬する方向に一様に分散させるための光導波路２１と、光導波路の下部表面の反対側に傾斜した光射出ファセットとを備えた、間隔を隔てた複数のマイクロプリズム３２と、間隔を隔てたマイクロプリズムどうしの間に配置された、複数の傾斜光変調器とを備え、マイクロプリズムの個々の光射出ファセットから射出する光線の大部分が、個々の傾斜光変調器が第１の位置に位置している場合には観察者に向かって導かれ、あるいは個々の傾斜光変調器が第２の位置に位置している場合には光吸収体に吸収されるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（相互関連出願の参照）
２００７年１２月１９日に出願された米国特許出願公開第１２／００４１１５号明細書、２００９年８月１３日に出願された米国特許出願公開第１２／５８３１５６号明細書、２０１０年５月２８日に出願された米国特許出願公開第１２／８０２０３７号明細書、２００８年１２月１８日に出願された国際公開第２００８／０８７４７１号パンフレットが、参考文献として本明細書に包含されている。
【０００２】
（技術分野）
本発明は一般にディスプレイに関する。より詳細には、本発明は、光導波路、光源および複数の電気機械画素を備えたディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、液晶ディスプレイは、フラットパネルディスプレイ市場を支配している。従来技術による液晶ディスプレイは、通常、照明のためのバックライトアセンブリ、光偏光子、カラーフィルタおよび中性密度フィルタ、ならびに薄膜トランジスタバックプレーンを備えた能動マトリックス液晶層を備えている。従来技術による典型的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の総合光効率は、主として、バックライトアセンブリからの光を偏光子、カラーフィルタおよび中性密度フィルタのいくつかの層を通過させなければならないため、１０％未満である。ＬＣＤが抱えている他の問題は、液晶の応答時間が遅く、そのために動画像を表示する際に好ましくない可視動アーチファクトが生じることである。
【０００４】
最近、ＬＣＤに対する有効な代替として、光導波路に基づく微小機械フラットパネルディスプレイが提案された。これらのディスプレイは、典型的には、電気的に駆動される微小機械画素のマトリックスがその上に構築される平行な表面を備えたプレーナ型導波路からなっている。光源からの光は、導波路の１つまたは複数の側面から導波路に導入され、内部全反射によって導波路内に拘束される。光は、エバネッセント波に結合させることによって、あるいはプレーナ型導波路の表面を変形させることによって導波路の平らな表面から抽出され、それにより画像が生成される。画像を表示するために画素を同時に活性化させる際の固有の光漏話問題が存在している。１つの画素の状態によって他の画素の輝度が変化する。光漏話問題に対する解決法の１つは、画素を連続的に活性化させることである。そのためには極めて高速の微小機械アクチュエータが必要であるが、光効率が著しく低下することになる。カラー画像またはグレースケール画像を表示することは、一般的には実際的ではない。もう１つの共通の問題は、光の方向を観察者に向けて変えるためにミラー表面を使用することに関連している。同じミラー表面によって周辺光が反射して観察者に向かって戻るため、周辺光のレベルが高い場合、コントラストが著しく低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は、光導波路をベースとする従来技術によるディスプレイに典型的に見られる光漏話問題を効果的に解決するディスプレイを提供することである。本発明の第２の目的は、高いレベルの周辺光で動作するハイコントラスト文字ディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態では、第１の目的は、光源と、光導波路とを備えたディスプレイを提供することによって達成される。光導波路は、複数の光出口に光を分散させる。個々の光出口で、画素は、光を観察者または光吸収体に選択的に導くことによって光を変調する。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、第２の目的は、観察表面の大部分が光吸収コーティングで被覆されたディスプレイを提供することによって達成される。
【０００８】
本発明の第２の目的は、光効率、画像品質およびコストの点でＬＣＤと比肩し得るディスプレイを提供することである。光が内部全反射によって光路の大部分を移動するディスプレイを提供することによって高い光効率が達成され、また、高度に反射性のマイクロミラーからの反射がより少なくてすむようにすることによって光が変調される。高速で有効な光変調器を提供することによって、改善された画像品質が達成される。
【０００９】
本発明の第１の目的ならびに第２の目的は、添付の図面に示され、かつ以降の本明細書に記載されている新規なディスプレイによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のディスプレイの概略斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った横断面図である。
【図３】図２の３−３で示されている領域の拡大図である。
【図４】本発明のディスプレイの一代替形態の概略横断面図である。
【図５】図４の５−５で示されている領域の拡大図である。
【図６】本発明のディスプレイの一代替形態の概略斜視図である。
【図７】図６の線６−６に沿って取った横断面図である。
【図８】図７の８−８で示されている領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面、とりわけ図１および２を参照すると、本発明のディスプレイの一形成が一括して数表示２０で示されている。図１に最も良好に示されているように、ディスプレイ２０には、ここでは、概ね長方形の形をした、断面が実質的にくさび形である光導波路２１が含まれている。導波路２１は、好ましいことには、値が約１．４５と約１．６の間である屈折率ｎ１を有するアクリル材料または他の光学的に透明な材料から構築されており、かつ、平行な側表面２８および２９によって結合された平行な第１および第２の末端表面２６および２７を備えている（図１参照）。また、導波路２１には、主上部表面３０および上部表面３０と共に収斂する下部表面３１が含まれている。図１に概略的に示されている下部表面３１は、平らな表面であり、上部表面３０との間に、値が約０．１度と約２．０度の間である角度２２を形成している（図２）。また、下部表面３１は、導波路２１の上部表面３０との間に可変角度を形成する湾曲した表面であってもよく、あるいは表示光の一様性を制御するための複数の階段状ファセットを含むことも可能である。上部表面３０には複数の実質的に等しく間隔を隔てたマイクロプリズム３２が構築されており、図１に概略的に示されているように側表面２８と２９の間に延在している。マイクロプリズム３２は、リソグラフィを使用して、値が約１．４５と約１．６の間である屈折率ｎ２を有するＵＶ硬化ポリマーから成形し、あるいは構築することができる。ＬＥＤ光源２５は、導波路２１の幅の広い方の縁２６の近傍に設置されており、また、複数の傾斜マイクロミラー３３は、マイクロプリズム３２どうしの間に構築されている。図２には、１列の傾斜マイクロミラーが３３ａ、３３ｂおよび３３ｃで示されている。また、図１には、カバーアセンブリ３４の断面が示されている。カバーアセンブリ３４のより詳細な構造が図３に示されている。
【００１２】
次に図面の図３を参照すると、多層オプティカルコーティングがより詳細に示されている。第１の層は、金属または多層誘電材料を使用して導波路２１の上部表面３０に構築された光反射層３５である。光反射層３５は、複数の光反射領域３６および光透過領域３７が形成されるようにパターン化されている。第２の光学層は、値が約１．３と約１．４の間である屈折率ｎ３を有するフッ素樹脂または他の実質的に透明な材料から形成された光透過層３９である。光透過層３９は、図３に示されているように、導波路２１の上部表面３０の光透過領域３７にのみ形成されている。また、光透過層３９は、光反射層３５と導波路２１の上部表面３０の間に形成された連続層であってもよい。第３の光学層は、光反射層３５の上に形成された光吸収層４０であり、この光吸収層４０は、光反射層３５を部分的に覆うようにパターン化されている。光反射層３５の上部表面には、光吸収層４０の代わりにブラックオキサイド層を形成することも可能である。
【００１３】
図３にはさらにマイクロプリズム３２が示されている。個々のマイクロプリズム３２は、光透過層３９を介して導波路２１の上部表面３０に光結合された光入射ファセット４１、および導波路２１の上部表面３０に対して傾斜し、導波路２１の上部表面３０との間に、値が約４５度と約６５度の間である角度２３を形成している光射出ファセット４２を備えている。マイクロプリズム３２の第３のファセット４３の上には反射ミラー膜が堆積し、光反射ファセット４７を形成している。この光反射ファセット４７は、同じく導波路２１の上部表面３０に対して傾斜しており、導波路２１の上部表面３０との間に、値が約３０度と約５０度の間である角度２４を形成している。
【００１４】
また、図３には、本発明のこの形態のマイクロミラーの各々の構造を代表している複数の傾斜マイクロミラー３３ｂのうちの１つが示されている。マイクロミラー３３ｂは、薄いアルミニウム合金弾性膜を備えており、この薄いアルミニウム合金弾性膜は、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２の上部部分に貼り付けられており、導波路２１の上部表面３０に対して実質的に平行の軸５０の周りで２つの方向に傾斜している。
【００１５】
図３には、さらに、マイクロプリズム３２の上部ファセットに貼り付けられたカバーアセンブリ３４が示されている。カバーアセンブリ３４は、ガラスまたは他の実質的に透明な材料でできた基板４４を備えている。基板４４の下部表面４６には、導電性光吸収膜でできた、あるいは導体層を含む多層膜でできた光吸収層５１が構築されている。光吸収層５１は、マイクロミラー３３の真上に配置された複数の光吸収領域４９および表示光射出領域４８が形成されるようにパターン化されている。カバーアセンブリ３４には、さらに、基板４４の上部表面４５に形成された光整形拡散板５２が含まれている。
【００１６】
周辺光を吸収するために、マイクロミラー３３の上部表面にブラックオキサイド層を形成することができ、また、パターン化された光吸収層５１を透明な導体に置き換えることができる。そのようにすることにより、パターン化された光吸収層５１とマイクロミラー３３を整列させる要求事項が除去される。
【００１７】
本発明のこの形態では、傾斜マイクロミラー３３は静電引力によって動作している。導電性光反射層３５および導電性光吸収層５１は、傾斜マイクロミラー３３のための固定電極として作用している。
【００１８】
導電性光反射層３５とマイクロミラー３３の間に適切な電圧が印加されると、マイクロミラーは、静電引力によって下に向かって傾斜する。導電性光吸収層５１とマイクロミラー３３の間に適切な電圧が印加されると、マイクロミラーは、静電引力によって上に向かって傾斜する。
【００１９】
マイクロミラーのスティクションを防止するためには、マイクロミラーの縁とランディング表面の間に微小ギャップ５８（図２）が必要である。この微小ギャップ５８は、ランディング表面に微小スペーサを構築するか、あるいはマイクロミラーの縁全体がランディング表面に接触しないよう、マイクロミラーの微小部分を縁に沿って延在させることによって実現することができる。
【００２０】
図面の図２に最も良好に示されているように、導波路２１の幅の広い方の縁２６から入射した光線５５は、内部全反射によって上部表面３０および下部表面３１で反射し、上部表面３０に対する法線に向かって角度が変化する。光線５５は、入射角が導波路２１の屈折率ｎ１および光透過層３９の屈折率ｎ３によって画定される臨界角３８未満になると、光透過領域３７を通って導波路２１から射出する（図３）。光透過層３９を通過した光線は、光入射ファセット４１からマイクロプリズム３２に入射し、マイクロプリズムの屈折率ｎ２によって画定される角度が変化する。光線は、光射出ファセット４２を通ってマイクロプリズムから射出する。
【００２１】
光線は、傾斜マイクロミラーの位置に応じて吸収され、あるいは観察者に向かって導かれる。傾斜マイクロミラーがマイクロミラー３３ｂ（図２）のようにアップ位置に位置している場合、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、マイクロミラーの下部表面で反射し、光反射ファセット４７で反射して観察者に向かって導かれる。マイクロミラーがマイクロミラー３３ａおよび３３ｃのように下に向かって傾斜すると、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、マイクロミラーの下部表面で反射し、光吸収層４０で吸収される。
【００２２】
マイクロミラーがダウン位置に傾斜している場合に、ギャップ５８からの光の漏れを防止するために、ディスプレイ２０は、光線がマイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出することができる、導波路２１の上部表面３０に対する最小角度を制限している。この最小角度は、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３および角度２３によって画定される。
【００２３】
次に図面の図４を参照すると、本発明のディスプレイの他の実施形態の横断面図が数表示７０で一括して示されている。この最後の実施形態は、いくつかの点で図面の図１および２に示されている実施形態に類似しており、同様のコンポーネントを識別するために図４には同様の番号が使用されている。
【００２４】
ディスプレイ７０はフルカラーディスプレイであり、個々の画素が、赤、緑および青のサブピクセルからなっており、また、白色光源から、あるいは導波路２１内で混合されるＲＧＢ光源からＲＧＢカラーを分離するための二色性フィルタが個々の画素に含まれている。
【００２５】
ディスプレイ７０には、光導波路２１および導波路２１の幅の広い方の縁２６の近傍に設置されたＬＥＤ光源２５が含まれている。また、ディスプレイ７０には、値が約１．４５と約１．６の間である屈折率ｎ４を有するガラスなどの実質的に透明な材料から構築された基板７２が含まれている。基板７２の下部表面７４は、値が約１．３と約１．４の間である屈折率ｎ３を有する実質的に透明な材料から形成された光学層７１を介して導波路２１の上部表面３０に光結合されている。
【００２６】
複数の等しく間隔を隔てたマイクロプリズム３２は、基板７２の上部表面７３に構築されており、また、傾斜マイクロミラー３３は、マイクロプリズム３２どうしの間に構築されている。この場合も、カバーアセンブリ３４は、マイクロプリズム３２の上部ファセットに貼り付けられている。
【００２７】
次に図面の図５を参照すると、多層オプティカルコーティングがより詳細に示されている。第１の光学層は、基板７２の上部表面７３に形成された二色性フィルタ７５である。第２の光学層は、二色性フィルタ７５の上に構築された金属製の光反射層３５である。光反射層３５は、複数の光反射領域３６および光透過領域３７が形成されるようにパターン化されている。第３の光学層は、光反射層３５の上に形成された光吸収層４０であり、この光吸収層４０は、光反射層３５を部分的に覆うようにパターン化されている。
【００２８】
また、図５にはマイクロプリズム３２が示されている。個々のマイクロプリズム３２は、二色性フィルタ７５を介して導波路２１の上部表面３０に光結合された光入射ファセット４１、基板７２および光学層７１を備えている。また、個々のマイクロプリズム３２には光射出ファセット４２が含まれており、また、マイクロプリズム３２の第３のファセット４３の上にはミラー膜が堆積し、光反射ファセット４７を形成している。
【００２９】
また、図５には、図３に関連して上で説明した複数のマイクロミラー３３のうちの１つおよびカバーアセンブリ３４が示されている。
【００３０】
図面の図４に最も良好に示されているように、導波路２１の幅の広い方の縁２６から入射した光線５５は、内部全反射によって上部表面３０および下部表面３１で反射し、上部表面３０に対する法線に向かって角度が変化する。光線５５は、入射角が導波路２１の屈折率ｎ１および光透過層７１の屈折率ｎ３によって画定される臨界角３８未満になると、上部表面３０を通って導波路２１から射出し、かつ、光透過層７１を通って基板７２に入射する（図５）。二色性フィルタは、光透過領域３７のＲＧＢカラーをマイクロプリズム３２中に選択的に通過させる。また、光は、光射出ファセット４２を通ってマイクロプリズム３２から射出する。この場合も、光線は、傾斜マイクロミラーの位置に応じて吸収され、あるいは観察者に向かって導かれる。
【００３１】
次に図面の図６、７および８を参照すると、本発明のディスプレイの他の実施形態が一括して数表示８０で示されている。
【００３２】
この場合も、ディスプレイ８０には、光導波路２１、導波路２１の幅の広い方の縁２６の近傍に設置された光源２５が含まれており、また、マイクロプリズム３２は上部表面３０に構築されており、図６に概略的に示されているように導波路２１の側表面２８と２９の間に延在している。ディスプレイ８０には、さらに、マイクロプリズム３２とマイクロプリズム３２の間に構築された複数の傾斜マイクロシャッタ８１が含まれている。図７には、１列の傾斜マイクロシャッタが８１ａ、８１ｂおよび８１ｃで示されている。また、図６には、カバーアセンブリ８４の断面が示されている。カバーアセンブリ８４のより詳細な構造が図８に示されている。
【００３３】
次に図面の図８を参照すると、多層オプティカルコーティングがより詳細に示されている。第１の層は、金属または多層誘電材料を使用して導波路２１の上部表面３０に構築された光反射層３５である。光反射層３５は、複数の光反射領域３６および光透過領域３７が形成されるようにパターン化されている。第２の光学層は、値が約１．３と約１．４の間である屈折率ｎ３を有するフッ素樹脂または他の実質的に透明な材料から形成された光透過層３９である。光透過層３９は、図８に示されているように、導波路２１の上部表面３０の光透過領域３７にのみ形成されている。また、光透過層３９は、光反射層３５と導波路２１の上部表面３０の間に形成された連続層であってもよい。第３の光学層は、光反射層３５の上の誘電材料から形成された光吸収層８２であり、この光吸収層８２は、光反射層３５を部分的に覆うようにパターン化されている。光反射層３５の上部表面には、光吸収層８２の代わりにブラックオキサイド層を形成することも可能である。また、光吸収層８２を光吸収膜に置き換え、導波路２１の下部表面３１の下方に配置することも可能である。
【００３４】
図８にはさらにマイクロプリズム３２が示されている。個々のマイクロプリズム３２は、光透過層３９を介して導波路２１の上部表面３０に光結合された光入射ファセット４１、および導波路２１の上部表面３０に対して傾斜し、導波路２１の上部表面３０との間に、値が約４５度と約６５度の間である角度２３を形成している光射出ファセット４２を備えている。マイクロプリズム３２には、さらに、光射出ファセット４２の反対側に傾斜したファセット４３、および光入射ファセット４１に対して概ね平行の上部ファセット４７が含まれている。
【００３５】
また、図８には、本発明のこの形態のマイクロシャッタの各々の構造を代表している複数の傾斜マイクロシャッタ８１ｂのうちの１つが示されている。マイクロシャッタ８１ｂは、薄いアルミニウム合金弾性膜を備えており、この薄いアルミニウム合金弾性膜は、マイクロプリズム３２の上部ファセット４７に貼り付けられており、導波路２１の上部表面３０に対して実質的に平行の軸８５の周りで２つの方向に傾斜している。光を吸収するために、マイクロシャッタ８１の表面にブラックオキサイド層またはブラックポリマー膜を形成することができる。
【００３６】
図８には、さらに、スペーサ８３（図７参照）を使用して導波路２１の上部表面３０に貼り付けられたカバーアセンブリ８４が示されている。カバーアセンブリ８４の構造は、上で説明したカバーアセンブリ３４の構造と同様である。
【００３７】
本発明のこの形態では、傾斜マイクロシャッタ８１は静電引力によって動作している。導電性光反射層３５および導電性光吸収層５１は、傾斜マイクロシャッタ８１のための固定電極として作用している。
【００３８】
導電性光反射層３５とマイクロシャッタ８１の間に適切な電圧が印加されると、マイクロシャッタは、静電引力によって下に向かって傾斜する。導電性光吸収層５１とマイクロシャッタ８１の間に適切な電圧が印加されると、マイクロシャッタは、静電引力によって上に向かって傾斜する。
【００３９】
マイクロシャッタのスティクションを防止するためには、マイクロシャッタの縁とランディング表面の間に微小ギャップが必要である。この微小ギャップは、摩擦が小さい材料でできた微小スペーサをランディング表面に構築するか、あるいはマイクロシャッタの縁全体がランディング表面に接触しないよう、マイクロシャッタの微小部分を縁に沿って延在させることによって実現することができる。さらに、マイクロシャッタの上のブラックポリマーコーティングを非粘着材料から形成することも可能である。
【００４０】
図面の図７に最も良好に示されているように、導波路２１の幅の広い方の縁２６から入射した光線５５は、内部全反射によって上部表面３０および下部表面３１で反射し、上部表面３０に対する法線に向かって角度が変化する。光線５５は、入射角が導波路２１の屈折率ｎ１および光透過層３９の屈折率ｎ３によって画定される臨界角３８未満になると、光透過領域３７を通って導波路２１から射出する（図８）。光透過層３９を通過した光線は、光入射ファセット４１からマイクロプリズム３２に入射し、マイクロプリズムの屈折率ｎ２によって画定される角度が変化する。光線は、光射出ファセット４２を通ってマイクロプリズムから射出する。
【００４１】
光線は、傾斜マイクロシャッタの位置に応じて吸収され、あるいは観察者に向かって導かれる。
【００４２】
傾斜マイクロシャッタがマイクロシャッタ８１ｂ（図７）のようにアップ位置に位置している場合、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、マイクロシャッタ８１の光吸収体コーティングに吸収される。マイクロシャッタ８１の下部表面で反射した光は、すべて、光吸収層４０に吸収されることになる。
【００４３】
マイクロシャッタがマイクロシャッタ８１ａおよび８１ｃのように下に向かって傾斜すると、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、表示光射出領域４８を通ってディスプレイ８０から射出し、観察者に向かって導かれる。
【００４４】
上で説明したディスプレイは、赤外光源、可視光源および紫外光源、ならびにそれらの組合せで動作する。
【００４５】
ディスプレイパネルの個々の画素は、ディスプレイのサイズおよび解像度に応じていくつかの傾斜光変調器を含むことができる。個々の光変調器のサイズが小さいため、必要な静電駆動電圧を低くすることができる。
【００４６】
また、画素毎の光変調器をグループ化することも可能であり、固定電極と選択されたグループの光変調器の間に適切な電圧を印加することにより、異なるレベルの光を変調することができる。これによって、ディスプレイのアドレス指定制約が緩和される。例えば、個々の画素は、１つ、２つおよび４つの数量にグループ化された７つの光変調器を含むことができ、これらを選択的にアドレス指定して８つのレベルの光を変調することができる。さらに、パルス幅変調ディスプレイに固有の一時的アーチファクトが抑制される。
【００４７】
効率を改善し、かつ、光の散乱を抑制するために、２つの異なる材料の間を光が透過する表面に様々な無反射コーティングを加えることができる。
【００４８】
青色のための低域通過フィルタおよび赤色のための高域通過フィルタを備えた二色性層を重畳するように光反射領域３６に形成することができる。
【００４９】
マイクロミラーの製造を単純化するために、マイクロプリズムを下部セクションおよび上部セクションに分割することができ、また、マイクロプリズムの下部セクションが形成された後の平らな表面にマイクロミラーを形成することができる。
【００５０】
以上、本発明について、特許制定法の要求事項に従って詳細に説明したが、当業者には、特定の要求事項または条件に合致するために、何の困難もなく個々の部品またはそれらに関連するアセンブリに変更および修正を加えることができよう。このような変更および修正は、特許請求の範囲に示されている本発明の範囲および精神から逸脱することなく実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
２０、７０、８０ ディスプレイ
２１ 光導波路
２２ 光導波路の上部表面と下部表面の間の角度
２３ 光導波路の上部表面と光射出ファセットの間の角度
２４ 光導波路の上部表面と光反射ファセットの間の角度
２５ ＬＥＤ光源（光源）
２６、２７ 光導波路の末端表面
２８、２９ 光導波路の側表面
３０ 光導波路の上部表面
３１ 光導波路の下部表面
３２ マイクロプリズム
３３ 傾斜マイクロミラー
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ １列の傾斜マイクロミラー
３４、８４ カバーアセンブリ
３５ 光反射層
３６ 光反射領域
３７ 光透過領域
３８ 導波路の屈折率ｎ１および光透過層の屈折率ｎ３によって画定される臨界角
３９ 光透過層
４０、８２ 光吸収層
４１ 光入射ファセット
４２ 光射出ファセット
４３ 第３のファセット（光射出ファセットの反対側に傾斜したファセット）
４４、７２ 基板
４５、７３ 基板の上部表面
４６、７４ 基板の下部表面
４７ 光反射ファセット（光入射ファセット４１に対して概ね平行の上部ファセット）
４８ 表示光射出領域
４９ 光吸収領域
５０、８５ 導波路の上部表面に対して実質的に平行の軸
５１ 光吸収層
５２ 光整形拡散板
５５ 光線
５８ 微小ギャップ
７１ 光学層（光透過層）
７５ 二色性フィルタ
８１ 傾斜マイクロシャッタ
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ １列の傾斜マイクロシャッタ
８３ スペーサ
【技術分野】
【０００１】
（相互関連出願の参照）
２００７年１２月１９日に出願された米国特許出願公開第１２／００４１１５号明細書、２００９年８月１３日に出願された米国特許出願公開第１２／５８３１５６号明細書、２０１０年５月２８日に出願された米国特許出願公開第１２／８０２０３７号明細書、２００８年１２月１８日に出願された国際公開第２００８／０８７４７１号パンフレットが、参考文献として本明細書に包含されている。
【０００２】
（技術分野）
本発明は一般にディスプレイに関する。より詳細には、本発明は、光導波路、光源および複数の電気機械画素を備えたディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、液晶ディスプレイは、フラットパネルディスプレイ市場を支配している。従来技術による液晶ディスプレイは、通常、照明のためのバックライトアセンブリ、光偏光子、カラーフィルタおよび中性密度フィルタ、ならびに薄膜トランジスタバックプレーンを備えた能動マトリックス液晶層を備えている。従来技術による典型的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の総合光効率は、主として、バックライトアセンブリからの光を偏光子、カラーフィルタおよび中性密度フィルタのいくつかの層を通過させなければならないため、１０％未満である。ＬＣＤが抱えている他の問題は、液晶の応答時間が遅く、そのために動画像を表示する際に好ましくない可視動アーチファクトが生じることである。
【０００４】
最近、ＬＣＤに対する有効な代替として、光導波路に基づく微小機械フラットパネルディスプレイが提案された。これらのディスプレイは、典型的には、電気的に駆動される微小機械画素のマトリックスがその上に構築される平行な表面を備えたプレーナ型導波路からなっている。光源からの光は、導波路の１つまたは複数の側面から導波路に導入され、内部全反射によって導波路内に拘束される。光は、エバネッセント波に結合させることによって、あるいはプレーナ型導波路の表面を変形させることによって導波路の平らな表面から抽出され、それにより画像が生成される。画像を表示するために画素を同時に活性化させる際の固有の光漏話問題が存在している。１つの画素の状態によって他の画素の輝度が変化する。光漏話問題に対する解決法の１つは、画素を連続的に活性化させることである。そのためには極めて高速の微小機械アクチュエータが必要であるが、光効率が著しく低下することになる。カラー画像またはグレースケール画像を表示することは、一般的には実際的ではない。もう１つの共通の問題は、光の方向を観察者に向けて変えるためにミラー表面を使用することに関連している。同じミラー表面によって周辺光が反射して観察者に向かって戻るため、周辺光のレベルが高い場合、コントラストが著しく低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は、光導波路をベースとする従来技術によるディスプレイに典型的に見られる光漏話問題を効果的に解決するディスプレイを提供することである。本発明の第２の目的は、高いレベルの周辺光で動作するハイコントラスト文字ディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態では、第１の目的は、光源と、光導波路とを備えたディスプレイを提供することによって達成される。光導波路は、複数の光出口に光を分散させる。個々の光出口で、画素は、光を観察者または光吸収体に選択的に導くことによって光を変調する。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、第２の目的は、観察表面の大部分が光吸収コーティングで被覆されたディスプレイを提供することによって達成される。
【０００８】
本発明の第２の目的は、光効率、画像品質およびコストの点でＬＣＤと比肩し得るディスプレイを提供することである。光が内部全反射によって光路の大部分を移動するディスプレイを提供することによって高い光効率が達成され、また、高度に反射性のマイクロミラーからの反射がより少なくてすむようにすることによって光が変調される。高速で有効な光変調器を提供することによって、改善された画像品質が達成される。
【０００９】
本発明の第１の目的ならびに第２の目的は、添付の図面に示され、かつ以降の本明細書に記載されている新規なディスプレイによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のディスプレイの概略斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った横断面図である。
【図３】図２の３−３で示されている領域の拡大図である。
【図４】本発明のディスプレイの一代替形態の概略横断面図である。
【図５】図４の５−５で示されている領域の拡大図である。
【図６】本発明のディスプレイの一代替形態の概略斜視図である。
【図７】図６の線６−６に沿って取った横断面図である。
【図８】図７の８−８で示されている領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面、とりわけ図１および２を参照すると、本発明のディスプレイの一形成が一括して数表示２０で示されている。図１に最も良好に示されているように、ディスプレイ２０には、ここでは、概ね長方形の形をした、断面が実質的にくさび形である光導波路２１が含まれている。導波路２１は、好ましいことには、値が約１．４５と約１．６の間である屈折率ｎ１を有するアクリル材料または他の光学的に透明な材料から構築されており、かつ、平行な側表面２８および２９によって結合された平行な第１および第２の末端表面２６および２７を備えている（図１参照）。また、導波路２１には、主上部表面３０および上部表面３０と共に収斂する下部表面３１が含まれている。図１に概略的に示されている下部表面３１は、平らな表面であり、上部表面３０との間に、値が約０．１度と約２．０度の間である角度２２を形成している（図２）。また、下部表面３１は、導波路２１の上部表面３０との間に可変角度を形成する湾曲した表面であってもよく、あるいは表示光の一様性を制御するための複数の階段状ファセットを含むことも可能である。上部表面３０には複数の実質的に等しく間隔を隔てたマイクロプリズム３２が構築されており、図１に概略的に示されているように側表面２８と２９の間に延在している。マイクロプリズム３２は、リソグラフィを使用して、値が約１．４５と約１．６の間である屈折率ｎ２を有するＵＶ硬化ポリマーから成形し、あるいは構築することができる。ＬＥＤ光源２５は、導波路２１の幅の広い方の縁２６の近傍に設置されており、また、複数の傾斜マイクロミラー３３は、マイクロプリズム３２どうしの間に構築されている。図２には、１列の傾斜マイクロミラーが３３ａ、３３ｂおよび３３ｃで示されている。また、図１には、カバーアセンブリ３４の断面が示されている。カバーアセンブリ３４のより詳細な構造が図３に示されている。
【００１２】
次に図面の図３を参照すると、多層オプティカルコーティングがより詳細に示されている。第１の層は、金属または多層誘電材料を使用して導波路２１の上部表面３０に構築された光反射層３５である。光反射層３５は、複数の光反射領域３６および光透過領域３７が形成されるようにパターン化されている。第２の光学層は、値が約１．３と約１．４の間である屈折率ｎ３を有するフッ素樹脂または他の実質的に透明な材料から形成された光透過層３９である。光透過層３９は、図３に示されているように、導波路２１の上部表面３０の光透過領域３７にのみ形成されている。また、光透過層３９は、光反射層３５と導波路２１の上部表面３０の間に形成された連続層であってもよい。第３の光学層は、光反射層３５の上に形成された光吸収層４０であり、この光吸収層４０は、光反射層３５を部分的に覆うようにパターン化されている。光反射層３５の上部表面には、光吸収層４０の代わりにブラックオキサイド層を形成することも可能である。
【００１３】
図３にはさらにマイクロプリズム３２が示されている。個々のマイクロプリズム３２は、光透過層３９を介して導波路２１の上部表面３０に光結合された光入射ファセット４１、および導波路２１の上部表面３０に対して傾斜し、導波路２１の上部表面３０との間に、値が約４５度と約６５度の間である角度２３を形成している光射出ファセット４２を備えている。マイクロプリズム３２の第３のファセット４３の上には反射ミラー膜が堆積し、光反射ファセット４７を形成している。この光反射ファセット４７は、同じく導波路２１の上部表面３０に対して傾斜しており、導波路２１の上部表面３０との間に、値が約３０度と約５０度の間である角度２４を形成している。
【００１４】
また、図３には、本発明のこの形態のマイクロミラーの各々の構造を代表している複数の傾斜マイクロミラー３３ｂのうちの１つが示されている。マイクロミラー３３ｂは、薄いアルミニウム合金弾性膜を備えており、この薄いアルミニウム合金弾性膜は、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２の上部部分に貼り付けられており、導波路２１の上部表面３０に対して実質的に平行の軸５０の周りで２つの方向に傾斜している。
【００１５】
図３には、さらに、マイクロプリズム３２の上部ファセットに貼り付けられたカバーアセンブリ３４が示されている。カバーアセンブリ３４は、ガラスまたは他の実質的に透明な材料でできた基板４４を備えている。基板４４の下部表面４６には、導電性光吸収膜でできた、あるいは導体層を含む多層膜でできた光吸収層５１が構築されている。光吸収層５１は、マイクロミラー３３の真上に配置された複数の光吸収領域４９および表示光射出領域４８が形成されるようにパターン化されている。カバーアセンブリ３４には、さらに、基板４４の上部表面４５に形成された光整形拡散板５２が含まれている。
【００１６】
周辺光を吸収するために、マイクロミラー３３の上部表面にブラックオキサイド層を形成することができ、また、パターン化された光吸収層５１を透明な導体に置き換えることができる。そのようにすることにより、パターン化された光吸収層５１とマイクロミラー３３を整列させる要求事項が除去される。
【００１７】
本発明のこの形態では、傾斜マイクロミラー３３は静電引力によって動作している。導電性光反射層３５および導電性光吸収層５１は、傾斜マイクロミラー３３のための固定電極として作用している。
【００１８】
導電性光反射層３５とマイクロミラー３３の間に適切な電圧が印加されると、マイクロミラーは、静電引力によって下に向かって傾斜する。導電性光吸収層５１とマイクロミラー３３の間に適切な電圧が印加されると、マイクロミラーは、静電引力によって上に向かって傾斜する。
【００１９】
マイクロミラーのスティクションを防止するためには、マイクロミラーの縁とランディング表面の間に微小ギャップ５８（図２）が必要である。この微小ギャップ５８は、ランディング表面に微小スペーサを構築するか、あるいはマイクロミラーの縁全体がランディング表面に接触しないよう、マイクロミラーの微小部分を縁に沿って延在させることによって実現することができる。
【００２０】
図面の図２に最も良好に示されているように、導波路２１の幅の広い方の縁２６から入射した光線５５は、内部全反射によって上部表面３０および下部表面３１で反射し、上部表面３０に対する法線に向かって角度が変化する。光線５５は、入射角が導波路２１の屈折率ｎ１および光透過層３９の屈折率ｎ３によって画定される臨界角３８未満になると、光透過領域３７を通って導波路２１から射出する（図３）。光透過層３９を通過した光線は、光入射ファセット４１からマイクロプリズム３２に入射し、マイクロプリズムの屈折率ｎ２によって画定される角度が変化する。光線は、光射出ファセット４２を通ってマイクロプリズムから射出する。
【００２１】
光線は、傾斜マイクロミラーの位置に応じて吸収され、あるいは観察者に向かって導かれる。傾斜マイクロミラーがマイクロミラー３３ｂ（図２）のようにアップ位置に位置している場合、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、マイクロミラーの下部表面で反射し、光反射ファセット４７で反射して観察者に向かって導かれる。マイクロミラーがマイクロミラー３３ａおよび３３ｃのように下に向かって傾斜すると、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、マイクロミラーの下部表面で反射し、光吸収層４０で吸収される。
【００２２】
マイクロミラーがダウン位置に傾斜している場合に、ギャップ５８からの光の漏れを防止するために、ディスプレイ２０は、光線がマイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出することができる、導波路２１の上部表面３０に対する最小角度を制限している。この最小角度は、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３および角度２３によって画定される。
【００２３】
次に図面の図４を参照すると、本発明のディスプレイの他の実施形態の横断面図が数表示７０で一括して示されている。この最後の実施形態は、いくつかの点で図面の図１および２に示されている実施形態に類似しており、同様のコンポーネントを識別するために図４には同様の番号が使用されている。
【００２４】
ディスプレイ７０はフルカラーディスプレイであり、個々の画素が、赤、緑および青のサブピクセルからなっており、また、白色光源から、あるいは導波路２１内で混合されるＲＧＢ光源からＲＧＢカラーを分離するための二色性フィルタが個々の画素に含まれている。
【００２５】
ディスプレイ７０には、光導波路２１および導波路２１の幅の広い方の縁２６の近傍に設置されたＬＥＤ光源２５が含まれている。また、ディスプレイ７０には、値が約１．４５と約１．６の間である屈折率ｎ４を有するガラスなどの実質的に透明な材料から構築された基板７２が含まれている。基板７２の下部表面７４は、値が約１．３と約１．４の間である屈折率ｎ３を有する実質的に透明な材料から形成された光学層７１を介して導波路２１の上部表面３０に光結合されている。
【００２６】
複数の等しく間隔を隔てたマイクロプリズム３２は、基板７２の上部表面７３に構築されており、また、傾斜マイクロミラー３３は、マイクロプリズム３２どうしの間に構築されている。この場合も、カバーアセンブリ３４は、マイクロプリズム３２の上部ファセットに貼り付けられている。
【００２７】
次に図面の図５を参照すると、多層オプティカルコーティングがより詳細に示されている。第１の光学層は、基板７２の上部表面７３に形成された二色性フィルタ７５である。第２の光学層は、二色性フィルタ７５の上に構築された金属製の光反射層３５である。光反射層３５は、複数の光反射領域３６および光透過領域３７が形成されるようにパターン化されている。第３の光学層は、光反射層３５の上に形成された光吸収層４０であり、この光吸収層４０は、光反射層３５を部分的に覆うようにパターン化されている。
【００２８】
また、図５にはマイクロプリズム３２が示されている。個々のマイクロプリズム３２は、二色性フィルタ７５を介して導波路２１の上部表面３０に光結合された光入射ファセット４１、基板７２および光学層７１を備えている。また、個々のマイクロプリズム３２には光射出ファセット４２が含まれており、また、マイクロプリズム３２の第３のファセット４３の上にはミラー膜が堆積し、光反射ファセット４７を形成している。
【００２９】
また、図５には、図３に関連して上で説明した複数のマイクロミラー３３のうちの１つおよびカバーアセンブリ３４が示されている。
【００３０】
図面の図４に最も良好に示されているように、導波路２１の幅の広い方の縁２６から入射した光線５５は、内部全反射によって上部表面３０および下部表面３１で反射し、上部表面３０に対する法線に向かって角度が変化する。光線５５は、入射角が導波路２１の屈折率ｎ１および光透過層７１の屈折率ｎ３によって画定される臨界角３８未満になると、上部表面３０を通って導波路２１から射出し、かつ、光透過層７１を通って基板７２に入射する（図５）。二色性フィルタは、光透過領域３７のＲＧＢカラーをマイクロプリズム３２中に選択的に通過させる。また、光は、光射出ファセット４２を通ってマイクロプリズム３２から射出する。この場合も、光線は、傾斜マイクロミラーの位置に応じて吸収され、あるいは観察者に向かって導かれる。
【００３１】
次に図面の図６、７および８を参照すると、本発明のディスプレイの他の実施形態が一括して数表示８０で示されている。
【００３２】
この場合も、ディスプレイ８０には、光導波路２１、導波路２１の幅の広い方の縁２６の近傍に設置された光源２５が含まれており、また、マイクロプリズム３２は上部表面３０に構築されており、図６に概略的に示されているように導波路２１の側表面２８と２９の間に延在している。ディスプレイ８０には、さらに、マイクロプリズム３２とマイクロプリズム３２の間に構築された複数の傾斜マイクロシャッタ８１が含まれている。図７には、１列の傾斜マイクロシャッタが８１ａ、８１ｂおよび８１ｃで示されている。また、図６には、カバーアセンブリ８４の断面が示されている。カバーアセンブリ８４のより詳細な構造が図８に示されている。
【００３３】
次に図面の図８を参照すると、多層オプティカルコーティングがより詳細に示されている。第１の層は、金属または多層誘電材料を使用して導波路２１の上部表面３０に構築された光反射層３５である。光反射層３５は、複数の光反射領域３６および光透過領域３７が形成されるようにパターン化されている。第２の光学層は、値が約１．３と約１．４の間である屈折率ｎ３を有するフッ素樹脂または他の実質的に透明な材料から形成された光透過層３９である。光透過層３９は、図８に示されているように、導波路２１の上部表面３０の光透過領域３７にのみ形成されている。また、光透過層３９は、光反射層３５と導波路２１の上部表面３０の間に形成された連続層であってもよい。第３の光学層は、光反射層３５の上の誘電材料から形成された光吸収層８２であり、この光吸収層８２は、光反射層３５を部分的に覆うようにパターン化されている。光反射層３５の上部表面には、光吸収層８２の代わりにブラックオキサイド層を形成することも可能である。また、光吸収層８２を光吸収膜に置き換え、導波路２１の下部表面３１の下方に配置することも可能である。
【００３４】
図８にはさらにマイクロプリズム３２が示されている。個々のマイクロプリズム３２は、光透過層３９を介して導波路２１の上部表面３０に光結合された光入射ファセット４１、および導波路２１の上部表面３０に対して傾斜し、導波路２１の上部表面３０との間に、値が約４５度と約６５度の間である角度２３を形成している光射出ファセット４２を備えている。マイクロプリズム３２には、さらに、光射出ファセット４２の反対側に傾斜したファセット４３、および光入射ファセット４１に対して概ね平行の上部ファセット４７が含まれている。
【００３５】
また、図８には、本発明のこの形態のマイクロシャッタの各々の構造を代表している複数の傾斜マイクロシャッタ８１ｂのうちの１つが示されている。マイクロシャッタ８１ｂは、薄いアルミニウム合金弾性膜を備えており、この薄いアルミニウム合金弾性膜は、マイクロプリズム３２の上部ファセット４７に貼り付けられており、導波路２１の上部表面３０に対して実質的に平行の軸８５の周りで２つの方向に傾斜している。光を吸収するために、マイクロシャッタ８１の表面にブラックオキサイド層またはブラックポリマー膜を形成することができる。
【００３６】
図８には、さらに、スペーサ８３（図７参照）を使用して導波路２１の上部表面３０に貼り付けられたカバーアセンブリ８４が示されている。カバーアセンブリ８４の構造は、上で説明したカバーアセンブリ３４の構造と同様である。
【００３７】
本発明のこの形態では、傾斜マイクロシャッタ８１は静電引力によって動作している。導電性光反射層３５および導電性光吸収層５１は、傾斜マイクロシャッタ８１のための固定電極として作用している。
【００３８】
導電性光反射層３５とマイクロシャッタ８１の間に適切な電圧が印加されると、マイクロシャッタは、静電引力によって下に向かって傾斜する。導電性光吸収層５１とマイクロシャッタ８１の間に適切な電圧が印加されると、マイクロシャッタは、静電引力によって上に向かって傾斜する。
【００３９】
マイクロシャッタのスティクションを防止するためには、マイクロシャッタの縁とランディング表面の間に微小ギャップが必要である。この微小ギャップは、摩擦が小さい材料でできた微小スペーサをランディング表面に構築するか、あるいはマイクロシャッタの縁全体がランディング表面に接触しないよう、マイクロシャッタの微小部分を縁に沿って延在させることによって実現することができる。さらに、マイクロシャッタの上のブラックポリマーコーティングを非粘着材料から形成することも可能である。
【００４０】
図面の図７に最も良好に示されているように、導波路２１の幅の広い方の縁２６から入射した光線５５は、内部全反射によって上部表面３０および下部表面３１で反射し、上部表面３０に対する法線に向かって角度が変化する。光線５５は、入射角が導波路２１の屈折率ｎ１および光透過層３９の屈折率ｎ３によって画定される臨界角３８未満になると、光透過領域３７を通って導波路２１から射出する（図８）。光透過層３９を通過した光線は、光入射ファセット４１からマイクロプリズム３２に入射し、マイクロプリズムの屈折率ｎ２によって画定される角度が変化する。光線は、光射出ファセット４２を通ってマイクロプリズムから射出する。
【００４１】
光線は、傾斜マイクロシャッタの位置に応じて吸収され、あるいは観察者に向かって導かれる。
【００４２】
傾斜マイクロシャッタがマイクロシャッタ８１ｂ（図７）のようにアップ位置に位置している場合、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、マイクロシャッタ８１の光吸収体コーティングに吸収される。マイクロシャッタ８１の下部表面で反射した光は、すべて、光吸収層４０に吸収されることになる。
【００４３】
マイクロシャッタがマイクロシャッタ８１ａおよび８１ｃのように下に向かって傾斜すると、マイクロプリズム３２の光射出ファセット４２から射出した光線の大部分は、表示光射出領域４８を通ってディスプレイ８０から射出し、観察者に向かって導かれる。
【００４４】
上で説明したディスプレイは、赤外光源、可視光源および紫外光源、ならびにそれらの組合せで動作する。
【００４５】
ディスプレイパネルの個々の画素は、ディスプレイのサイズおよび解像度に応じていくつかの傾斜光変調器を含むことができる。個々の光変調器のサイズが小さいため、必要な静電駆動電圧を低くすることができる。
【００４６】
また、画素毎の光変調器をグループ化することも可能であり、固定電極と選択されたグループの光変調器の間に適切な電圧を印加することにより、異なるレベルの光を変調することができる。これによって、ディスプレイのアドレス指定制約が緩和される。例えば、個々の画素は、１つ、２つおよび４つの数量にグループ化された７つの光変調器を含むことができ、これらを選択的にアドレス指定して８つのレベルの光を変調することができる。さらに、パルス幅変調ディスプレイに固有の一時的アーチファクトが抑制される。
【００４７】
効率を改善し、かつ、光の散乱を抑制するために、２つの異なる材料の間を光が透過する表面に様々な無反射コーティングを加えることができる。
【００４８】
青色のための低域通過フィルタおよび赤色のための高域通過フィルタを備えた二色性層を重畳するように光反射領域３６に形成することができる。
【００４９】
マイクロミラーの製造を単純化するために、マイクロプリズムを下部セクションおよび上部セクションに分割することができ、また、マイクロプリズムの下部セクションが形成された後の平らな表面にマイクロミラーを形成することができる。
【００５０】
以上、本発明について、特許制定法の要求事項に従って詳細に説明したが、当業者には、特定の要求事項または条件に合致するために、何の困難もなく個々の部品またはそれらに関連するアセンブリに変更および修正を加えることができよう。このような変更および修正は、特許請求の範囲に示されている本発明の範囲および精神から逸脱することなく実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
２０、７０、８０ ディスプレイ
２１ 光導波路
２２ 光導波路の上部表面と下部表面の間の角度
２３ 光導波路の上部表面と光射出ファセットの間の角度
２４ 光導波路の上部表面と光反射ファセットの間の角度
２５ ＬＥＤ光源（光源）
２６、２７ 光導波路の末端表面
２８、２９ 光導波路の側表面
３０ 光導波路の上部表面
３１ 光導波路の下部表面
３２ マイクロプリズム
３３ 傾斜マイクロミラー
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ １列の傾斜マイクロミラー
３４、８４ カバーアセンブリ
３５ 光反射層
３６ 光反射領域
３７ 光透過領域
３８ 導波路の屈折率ｎ１および光透過層の屈折率ｎ３によって画定される臨界角
３９ 光透過層
４０、８２ 光吸収層
４１ 光入射ファセット
４２ 光射出ファセット
４３ 第３のファセット（光射出ファセットの反対側に傾斜したファセット）
４４、７２ 基板
４５、７３ 基板の上部表面
４６、７４ 基板の下部表面
４７ 光反射ファセット（光入射ファセット４１に対して概ね平行の上部ファセット）
４８ 表示光射出領域
４９ 光吸収領域
５０、８５ 導波路の上部表面に対して実質的に平行の軸
５１ 光吸収層
５２ 光整形拡散板
５５ 光線
５８ 微小ギャップ
７１ 光学層（光透過層）
７５ 二色性フィルタ
８１ 傾斜マイクロシャッタ
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ １列の傾斜マイクロシャッタ
８３ スペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）光を生成するための光源と、
（ｂ）前記光を受け取り、かつ、分散させるための光導波路であって、屈折率ｎ１、上部表面、および間隔を隔てた、前記上部表面と共に収斂している下部表面を有する光導波路と、
（ｃ）間隔を隔てた複数のマイクロプリズムであって、個々のマイクロプリズムが、屈折率ｎ２と、前記屈折率ｎ２および前記屈折率ｎ１より小さく、かつ、１より大きい屈折率ｎ３を有する光学層を介して前記光導波路の前記上部表面に光結合された光入射ファセットと、前記光導波路の前記上部表面の上方に配置され、かつ、前記光導波路の前記下部表面の反対側に傾斜した光射出ファセットとを備えた、間隔を隔てた複数のマイクロプリズムと、
（ｄ）複数の傾斜光変調器であって、個々の傾斜光変調器が、前記光導波路の前記上部表面に対して実質的に平行の傾斜軸を有し、かつ、前記間隔を隔てたマイクロプリズムどうしの間に配置された、複数の傾斜光変調器と
を備え、前記マイクロプリズムの個々の前記光射出ファセットから射出する光線の大部分が、個々の傾斜光変調器が第１の位置に位置している場合には観察者に向かって導かれ、あるいは前記個々の傾斜光変調器が第２の位置に位置している場合には光吸収体に吸収されるディスプレイ。
【請求項２】
鏡面光反射下部表面および光吸収上部表面を有する金属から構築され、前記光導波路の前記上部表面の近傍に配置された光反射層をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記光学層が前記光反射層と前記光導波路の前記上部表面との間に形成された、請求項２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
個々の前記傾斜光変調器が静電力によって駆動され、前記光反射層が前記傾斜光変調器のための固定電極として機能する、請求項２または３に記載のディスプレイ。
【請求項５】
個々の前記傾斜光変調器が前記傾斜軸から２つの方向に傾斜している、請求項１から４のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記複数の傾斜光変調器が複数のグループに分割され、個々の前記グループの光変調器が静電力によって同時に傾斜する、請求項１から５のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項７】
実質的に透明な基板と、光吸収層と、前記実質的に透明な基板の上に形成された光整形拡散板層とを備えたカバーアセンブリをさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項８】
個々の前記マイクロプリズムの前記光射出ファセットが、前記光導波路の前記上部表面に対して約４５度と約６５度の間の角度を形成する、請求項１から７のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記屈折率ｎ１が約１．４５と１．６の間であり、前記屈折率ｎ２が約１．４５と１．６の間であり、前記屈折率ｎ３が約１．３と１．４の間である、請求項１から８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１０】
個々の前記マイクロプリズムの前記光入射ファセットが、二色性フィルタを介して前記光導波路の前記上部表面に光結合されている、請求項１から９のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１１】
個々の前記傾斜光変調器が、前記マイクロプリズムのうちの選択された１つに貼り付けられている、請求項１から１０のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記光学層がフルオロポリマーから構築され、個々の前記マイクロプリズムがＵＶ硬化ポリマーから構築されている、請求項１から１１のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１３】
個々の前記傾斜光変調器が光吸収表面を含む、請求項１から１２のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記マイクロプリズムの各々の第３のファセットの上に形成された光反射ファセットをさらに含み、個々の前記傾斜光変調器が、鏡面光反射下部表面および光吸収上部表面を備えた、請求項１から１２のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記マイクロプリズムの各々の前記第３のファセットが、前記光導波路の前記上部表面に対して約３０度と約５０度の間の角度を形成する、請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１】
（ａ）光を生成するための光源と、
（ｂ）前記光を受け取り、かつ、分散させるための光導波路であって、屈折率ｎ１、上部表面、および間隔を隔てた、前記上部表面と共に収斂している下部表面を有する光導波路と、
（ｃ）間隔を隔てた複数のマイクロプリズムであって、個々のマイクロプリズムが、屈折率ｎ２と、前記屈折率ｎ２および前記屈折率ｎ１より小さく、かつ、１より大きい屈折率ｎ３を有する光学層を介して前記光導波路の前記上部表面に光結合された光入射ファセットと、前記光導波路の前記上部表面の上方に配置され、かつ、前記光導波路の前記下部表面の反対側に傾斜した光射出ファセットとを備えた、間隔を隔てた複数のマイクロプリズムと、
（ｄ）複数の傾斜光変調器であって、個々の傾斜光変調器が、前記光導波路の前記上部表面に対して実質的に平行の傾斜軸を有し、かつ、前記間隔を隔てたマイクロプリズムどうしの間に配置された、複数の傾斜光変調器と
を備え、前記マイクロプリズムの個々の前記光射出ファセットから射出する光線の大部分が、個々の傾斜光変調器が第１の位置に位置している場合には観察者に向かって導かれ、あるいは前記個々の傾斜光変調器が第２の位置に位置している場合には光吸収体に吸収されるディスプレイ。
【請求項２】
鏡面光反射下部表面および光吸収上部表面を有する金属から構築され、前記光導波路の前記上部表面の近傍に配置された光反射層をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記光学層が前記光反射層と前記光導波路の前記上部表面との間に形成された、請求項２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
個々の前記傾斜光変調器が静電力によって駆動され、前記光反射層が前記傾斜光変調器のための固定電極として機能する、請求項２または３に記載のディスプレイ。
【請求項５】
個々の前記傾斜光変調器が前記傾斜軸から２つの方向に傾斜している、請求項１から４のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記複数の傾斜光変調器が複数のグループに分割され、個々の前記グループの光変調器が静電力によって同時に傾斜する、請求項１から５のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項７】
実質的に透明な基板と、光吸収層と、前記実質的に透明な基板の上に形成された光整形拡散板層とを備えたカバーアセンブリをさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項８】
個々の前記マイクロプリズムの前記光射出ファセットが、前記光導波路の前記上部表面に対して約４５度と約６５度の間の角度を形成する、請求項１から７のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記屈折率ｎ１が約１．４５と１．６の間であり、前記屈折率ｎ２が約１．４５と１．６の間であり、前記屈折率ｎ３が約１．３と１．４の間である、請求項１から８のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１０】
個々の前記マイクロプリズムの前記光入射ファセットが、二色性フィルタを介して前記光導波路の前記上部表面に光結合されている、請求項１から９のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１１】
個々の前記傾斜光変調器が、前記マイクロプリズムのうちの選択された１つに貼り付けられている、請求項１から１０のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記光学層がフルオロポリマーから構築され、個々の前記マイクロプリズムがＵＶ硬化ポリマーから構築されている、請求項１から１１のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１３】
個々の前記傾斜光変調器が光吸収表面を含む、請求項１から１２のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記マイクロプリズムの各々の第３のファセットの上に形成された光反射ファセットをさらに含み、個々の前記傾斜光変調器が、鏡面光反射下部表面および光吸収上部表面を備えた、請求項１から１２のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記マイクロプリズムの各々の前記第３のファセットが、前記光導波路の前記上部表面に対して約３０度と約５０度の間の角度を形成する、請求項１４に記載のディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−５９６７９（Ｐ２０１１−５９６７９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１８０９０１（Ｐ２０１０−１８０９０１）
【出願日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（５１０２２０５７４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０９０１（Ｐ２０１０−１８０９０１）
【出願日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（５１０２２０５７４）
【Ｆターム（参考）】
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