JP2011508252A

JP2011508252A - Ｍｅｍｓ型光学ディスプレイの画素動作電圧を低減するための装置と方法

Info

Publication number: JP2011508252A
Application number: JP2010538214A
Authority: JP
Inventors: セルブリード，マーティン，ジー; ヴァン・オストランド，ダニエル，ケイ
Original assignee: ランバス・インコーポレイテッド
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2011-03-10
Also published as: EP2229605A1; KR20110027637A; EP2229605A4; CN101978310A; US20110007377A1; US8548289B2; WO2009079414A1

Abstract

適宜連結された複数の変形可能な膜型ＭＥＭＳサブシステムから形成された画素から成るディスプレイが提供される。これは面内張力を動的に変化させる手段を備え、これにより、前記変形可能膜の有効ばね定数が、有効光学状態と無効光学状態との間で重力動き的に推進され、前記動的変化は前記変形可能膜の横方向圧電特性を利用することによって行われる。前記ばね定数を操作することによって、画素を有効（ＯＮ）にするのに必要な起動力を低減し、それによってそのようなサブシステムアレイからなるディスプレイの動作電圧を大幅に低減することが可能となる。ディスプレイ電力は画素駆動電圧の二乗と共に上昇するので、この構造によってより電力効率の高いディスプレイシステムが実現する。

Description

本出願は、ここに参考文献として組み込まれる２００７年１２月１４日出願の、「ＭＥＭＳ型光学ディスプレイの画素動作電圧を低減するための装置と方法」と題する米国仮特許出願第６１／０１３，７３８号の優先権を主張するものであり、本出願は、ここに参考文献として組み込まれる２００８年３月２８日出願の、「ＭＥＭＳ型光学ディスプレイの画素動作電圧を低減するための装置と方法」と題する米国仮特許出願第６１／０４０，５５４号の優先権を主張するものである。

本発明は、ディスプレイの分野、詳しくは、導波体からの光の放出(出射)を選択的に制御するためにマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を内蔵するディスプレイシステムに関する。

このセクションは、以下に又は特許請求の範囲に、あるいはその両方に記載した、本発明の種々の形態に関連する可能性がある種々の技術を紹介することを目的とする。この記載は、本発明のより良い理解を容易にする背景情報を提供することに役立つものである。従って、これらの記載はそのような観点から読まれるべきであって、従来技術の自認として読まれるべきものではない。

フラットディスプレイパネルは、コンピュータモニター、テレビ、携帯電話、携帯デジタルアシスタント（ＰＤＡ）、機器類、モニタ装置、などといった益々多くの製品に組み込まれている。フラットディスプレイパネルは、多くの場合、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、液体プラズマディスプレイを含む。これら及びその他のディスプレイシステムは、多くの場合、画像を作り出すための光の遮断を含む種々の機能を提供するために、ディスプレイ内部にマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を内蔵している。

一部のディスプレイシステムは、光をディスプレイの様々な領域に分配するように構成されたスラブ型導波体（例えば導光体）を備えている。光はその導波体内に導入され、この導波体内で、内部全反射（ＴＩＲ： total internal reflection）の原理に基づき反射される。「内部全反射光」と称されるこの導波体内の全反射された光は、漏れ内部全反射（ＦＴＩＲ：frustrated total internal reflection）原理に基づいて内反射が漏れ出す時に、導波体から放出される。例えば、導波体内のある箇所、個々の画素の箇所等、で起こっている全反射の漏れ出しを行うことでその領域で導波体から光を放出させることができる。そのような漏れ内部全反射ディスプレイの一例は、時分割光シャッタ（ＴＭＯＳ）フラットパネルディスプレイシステムであり、そこでは、局在化された領域（即ち、画素領域）で内部全反射光の漏れ出しを選択的に制御するためにＭＥＭＳ構造が使用されている。あるＭＥＭＳ型構造では、光学的に適した材料、例えば、変形可能な膜層、導波体の表面と接触、又は近似接触状態に駆動することによって内部全反射光を漏れ出して、導波体からの光を取り出し、これによって光が放出される有効（ＯＮ：アクティブ）領域を作り出す。従って、前記有効領域は、導波体のディスプレイ面と接触又は近似接触状態に配設された変形可能膜を含むことができ、それによって、内部全反射が漏れ出してその有効領域（即ち、「ＯＮ」画素）で導波体から出される。無効（ＯＦＦ：ディアクティブ）領域は、一般に、導波体から空隙によって十分に変位された変形可能膜であり、それによって、その空隙を介したエバネセント結合は無視できるものであって、光は導波体から導出されず、光学の法則に基づきその表面で生じる内部全反射により、その無効領域（即ち、「ＯＦＦ」画素）において導波体内で全反射される。ディスプレイシステムにおいては、そのようなＭＥＭＳ型領域の矩形のアレイを導波体の表面上に形成して画素のアレイを提供することができ、ここで各画素は、漏れ内部全反射によって、導波体から光を選択的に透過することが可能である。換言すると、各ＭＥＭＳ型領域は、それぞれ単一の画素の、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とに対応する有効状態と無効状態との間で選択的にスイッチングすることができる。ＯＮ状態にある画素は、導波体から光を透過することができ、これを画像として見ることができる。ＭＥＭＳ型領域の集合体は、通常は、フィールド・シーケンシャルカラー（例えば、画像としてのシーケンシャルに発生する赤、緑及び青の成分）技術とパルス幅変調技術とを利用して、カラー画像生成可能なビデオディスプレイとして機能する。ここにそれらの全体を参考文献として合体させる米国特許第５，３１９，４９１号及び第７，０９２，１４２号、は、漏れ内部全反射型ＭＥＭＳデバイスを代表するものであり、そのような装置の基本原理を記載している。

ＭＥＭＳ型システムは、システムからの光の放出を誘導するために漏れ内部全反射（ＦＴＩＲ）の原理を利用するフラットディスプレイパネルを含めて、適切に機能するにはある種の物理的要件を満たすことが必要であるかもしれない。例えば、ＭＥＭＳデバイスは、或る動作電圧レベルを有し、所定電力を消費する。しかしながら、ＭＥＭＳデバイスの多くは今日、高解像度でシステム上で駆動されていることから、なんらかの手段によって、そのようなディスプレイシステムの電力消費を低減することが望まれる。なぜなら、電力消費が過剰であれば、競合可能なディスプレイ構造であっても受け入れられない可能性がある。ＭＥＭＳ型光学ディスプレイにおいて画素動作電圧を減少させる装置と方法を提供することはこの技術の改善となるであろう。

米国特許第５，３１９，４９１号米国特許第７，０９２，１４２号

以下に、本発明とその範囲において対応するいくつかの形態について説明する。尚、これらの形態は、本発明がとりうるいくつかの形態の簡単な要約を提供することを目的とするものであって、これらの形態は本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明は、以下に記載されない種々の形態を含みうるものである。

本発明は、ＭＥＭＳ型光学ディスプレイにおける画素動作電圧を低減する装置と方法とを提供する。本発明の種々の実施形態に拠れば、導波体と、第１導体層と、第２導体層と、調節可能な有効ばね定数を有する圧電材料を含む変形可能膜層、とを有するシステムが提供され、ここで、前記変形可能膜層に電界を与えることによって、前記調節可能有効ばね定数が、第１ばね定数値から第２ばね定数値へと減少する。ＭＥＭＳ型光学ディスプレイシステムにおいて、各画素位置において前記変形可能膜層の前記有効ばね定数を動的に減少させる作用により、前記変形可能膜を前記導波体の表面に向けて駆動させることで生じる漏れ内部全反射によって前記導波体から内部全反射光の漏れを取り出すために必要な動作電圧の低減が可能となる。

それら全部の図面を通して類似の部材が類似の参照番号によって示されている添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって本発明の種々の特徴、形態及び利点がより良く理解されるだろう。
本発明による技術のいくつかの実施形態におけるディスプレイシステムを示す模式図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、導波体を使用するディスプレイシステムの側面図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、図２Ａのディスプレイシステムの平面図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、ディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、導波体上に導体を持たない、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、カバースリップを有する、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、カバースリップを有する、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造を有する、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造を有する、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造を有する、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造を有する、フラットパネルディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造のジオメトリを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造のジオメトリを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、光学微細構造のジオメトリを示す図である。本発明による技術のいくつかの実施形態における、フラットディスプレイシステムのＭＥＭＳデバイスを示す図である。

以下に、本発明の１つ又は複数の具体的実施形態について説明する。これらの記載される実施形態は本発明を例示するものに過ぎない。更に、これらの実施形態を簡潔に記載するべく、本明細書において実施の全ての特徴構成は記載されないかもしれない。そのような実施の開発に当たっては、全てのエンジニアリング又は設計プロジェクトと同様、実施形態毎に変わりうるシステム及びビジネスに関連する制約とも整合させるために、開発者の具体的目標を達成するためには数多くの実施形態にそれぞれの事情に応じた変更を行わなければならないことが理解される。更に、開発の努力は複雑で時間のかかるものとなるかもしれないが、それでも、それは、この開示の利点を受ける当業者にとってはその日常的な設計、製作、製造の取り組みとなるであろう。

下記に詳述するように、本発明による技術のいくつかの実施形態は、導波体からの光の励起を選択的に制御するために使用される装置（例えばＭＥＭＳデバイス）の動作電圧の低減に関する。そのようなシステムの電力消費は、そのシステムに適用される電圧の二乗に比例するので、ＭＥＭＳの動作電圧を低減することはそのような電圧低減特徴を実施可能な全てのディスプレイ構造の電力消費の大幅な低減をもたらすことができる。いくつかの実施形態において、電界を誘導してＭＥＭＳデバイス内の変形可能な膜層の少なくとも一部の物理的特性を変化させ、その変化した物理的特性によって有効（ＯＮ：アクティブ）又は有効化（ＯＮ化：アクティブ化）状態と無効（ＯＦＦ：ディアクティブ）又は無効化（ＯＦＦ化：ディアクティブ化）状態との間での変形可能膜の偏向を物理的に補助する。いくつかの実施形態において、そのような物理的補助によって、前記変形可能膜層の偏向を起こさせるためにそのような補助が無い場合において使用される電圧レベル（例えば動作電圧）が低減されると考えられる。従って、いくつかの実施形態において、そのような技術により、有効状態と無効状態（例えば、位置）との間で変形可能膜を偏向させるためにより低い動作電圧を使用することが可能となる。本発明による技術のこれら及びその他の実施形態は、以下に詳述するものを含む、種々のディスプレイシステムに使用することができる。

図１は、本発明の１つ又は複数の実施形態における画素生成デバイス（例えば、ＭＥＭＳデバイス）１２を組み込んだフラットパネルディスプレイシステム１０を示す。下記に詳述するように、前記デバイス１２は、動作電圧を低減するために種々の実施形態を含むことができる。図示されているように、前記ディスプレイシステム１０は、一般に、ディスプレイハウジング１４と、ディスプレイスクリーン１６とディスプレイコントローラ１７とを備えている。

前記ディスプレイハウジング１４は、一般に、前記ディスプレイスクリーン１６及びその他のコンポーネントを支持し保護するように構成されたリジッド構造を有する。例えば、前記ディスプレイハウジング１４は、前記ディスプレイシステム１０のコンポーネントの周りにシェルを提供するプラスチック、金属又はそれらに類似の材料を含むことができる。更に、前記ディスプレイハウジング１４は、前記ディスプレイスクリーン１６を位置決めするための切り欠き領域、および／又は、前記ディスプレイシステム１０の作動に関連する、前記ディスプレイコントローラ１７、電源、および／又はそれらに類似の装置をハウジングするための前記コンピュータハウジング１４の内部のキャビティ、を備えることができる。

前記ディスプレイコントローラ１７は、一般に、前記ディスプレイスクリーン１０の種々の機能を制御可能な回路又はコンピュータをベースとする装置を備える。例えば、前記コントローラ１７は、前記ディスプレイシステム１０内の電力を制御するために種々のルーチン又はソフトウエアを実行する内蔵又は外部コンピュータ装置（例えば、プロセッサ）、などを備えることができる。例えば、前記ディスプレイスクリーン１６が、連携して有効化、無効化される複数の画素のアレイを含む場合、前記ディスプレイコントローラ１７は、表示される画像が観察者に正確に認識されるように、これら画素のそれぞれと、それに連動するデバイスの作動を制御する信号（例えば、制御信号）を提供することができる。更に、表示される画像が内部又は外部信号（例えば、ケーブルプロバイダ、アンテナ、又はコンピュータの出力からの）を介してディスプレイシステムに提供される場合、前記ディスプレイコントローラ１７は、更に、その入力される信号を受信および／又は解釈し、ディスプレイスクリーン１６の作動を適切に連携するための変換回路も備えることができる。

上に示したように、前記ディスプレイスクリーン１６は、一般に、観察者によって認識される画像を投影する領域を有する。例えば、このディスプレイスクリーン１６には、観察者に対して光を向けるテレビ又はコンピュータモニターの一部、又は、それらに類似の装置を含めることができる。通常、前記ディスプレイスクリーン１６は、画素のアレイ１８を有し、ここでこの画素のアレイ１８の各画素１９は、画像の別々の部分を作り出す（表す）。前記画素のそれぞれ１９は、ある色と強度の光を放出し、前記画素のアレイ１８からの光が全て組み合わされて見られた時に、これが１つの画像として認識される。一般に、前記画素アレイ１８は、二次元アレイ（例えば、幅と高さとを有する）を含み、この画素アレイ１８が連動して作動されて１つ又は複数の二次元画像を提供する。各画素１９位置から放出される光は、種々のソースから発生させることができる。

以下に開示されるものを含むフラットパネルディスプレイシステム１０において、このディスプレイシステム１０、より具体的には、ディスプレイスクリーン１６は、光をディスプレイ面に沿って種々の位置（例えば画素位置）で透過するように構成されたディスプレイ面を有する導波体（又は導光体）を備えることができる。これらの位置のそれぞれが、表示される画像の画素１９の１つを表すことができ、前記画素アレイ１８は、１つ又は複数の画像の生成を可能にするべく、前記導波体のディスプレイ面を横切って配置することができる。これら導波体を横切って分布される複数の画素１９のそれぞれの作動の原理は、導波体内に閉じ込められた光の全反射を漏れ出させることにある。例えば、時分割光シャッタフラットパネルディスプレイシステムでは、光学的に適当な材料から成る変形可能膜層を導波体のディスプレイ面と接触又は近似接触へと駆動することによって内部全反射光を、漏れ出させることができる。ある種のディスプレイシステムでは、これは前記変形可能膜層を、導波体のディスプレイ面の近傍に、これら変形可能膜層と導波体のディスプレイ面との間に微視的な空隙が存在するように配設することを含む。有効画素１９としては、一般に、前記光学的に適切な材料が前記導波体のディスプレイ面と接触又は近似接触状態に配設されて内部反射された光（即ち内部全反射光）がその画素１９の位置において漏れ出し、その光が当該画素１９の位置で導波体から導出されることが可能なものが含まれる。これに対して、無効画素１９としては、一般に、前記変形可能膜層がスラブ導波体から十分に変位された状態にあり（例えば、それと接触又は近似接触状態にない）、前記空隙を介したエバネセント結合が無視できる程度であって、光が導波体から外へ導出されず、その代わりに、内部全反射（ＴＩＲ）の原理により、その無効画素１９の位置において、導波体内へと内部反射されるものが含まれる。

図２Ａ及び２Ｂは、図１に関して記載したもののような、更に、下記の実施形態のもののような、種々の画素有効化／無効化技術で使用可能なフラットパネルディスプレイシステム１０とディスプレイスクリーン１６との実施形態を示している。この図示の実施形態において、前記フラットパネルディスプレイシステム１０は、導波体（例えば導光体）２０と、光学的に適切な材料から成る変形可能膜層２２と、光源２４と、反射部材２６とを含む。前記変形可能膜層２２は、導波体２０のディスプレイ（上）面２５の近傍に配置され、前記光源２４は、導波体２０の導入エッジ２８の近傍に配置され、そして、前記反射部材２６は、前記導入エッジ２８の反対側の反射エッジ３０の近傍に配置されている。前記光源２４は、導波体２０の導入エッジ２８に空気結合することができる。図示されているように、前記光源２４としては、１つ又は複数の構成光源３２を含む。その作動において、光源２４から光が放出され、これが導入エッジ２８から導波体２０に導入され、その後、光路３４によって図示されているように、導波体２０内において内部全反射光として内部反射される。例えば、図示の実施形態において、前記光路３４は、導波体２０の底面３８、導波体２０の上面２５及び反射部材２６から反射される。

図２Ａに図示されているように、光路３４に沿う内部全反射光は、導波体２０の上面２５によって反射されるか、又は、それを通過することができる。例えば、上面２５のいくつかの位置で屈折率の境界状態（例えば、屈折率の物理的配置）を操作することによって、内部全反射光を導波体２０内に戻し反射させるか、若しくは、漏れ内部全反射によって導波体２０から導出することができる。換言すると、上面２５の場所での境界状態の物理的再構成によって、入射光は、その光のその後の軌道を決定する屈折率材料の連続に遭遇する。図示されているように、前記上面２５での境界状態は、前記変形可能膜層２２の位置／状態を、導波体２０の上面２５との接触（又は近似接触）状態へと移動することによって操作することができる。微小空隙３８が変形可能膜層２２と導波体２０の上面２５との間に存在する場合、空気の低い屈折率（即ち、導波体材料の屈折率よりも低い屈折率）によって、導波体２０の上面２５に当たった光は導波体２０の内部に向けて内部反射される。これを、無効領域、無効画素、ＯＦＦ状態の画素、などと呼ぶことができる。しかしながら、前記微小空隙３８が減少および／又は除去され前記変形可能膜層２２が上面２５と接触又は近似接触状態とされると、導波体２０の屈折率以上である膜層２２の屈折率が上面２５のニアフィールド近傍の光波によって感知され、それによってスタックシーケンスのより屈折率のより高い材料間の十分に小さな空隙に関連するエバネセント結合との組み合わせによる全反射の漏れ出しによって、光が導波体２０から外部へ導かれる。この動的に付与されるレイヤシーケンスを、有効領域、有効画素、ＯＮ状態の画素、などと称することができ、これの全体が参照番号４２によって示されている。換言すると、前記変形可能膜層２２を選択的に導波体２０の上面２５との接触又は近似接触状態にして、前記有効領域４２、又はその近傍における全反射が漏れ出し、それによって導波体２０から局所的に光を導出することができる。図示の実施形態に示されているように、光路２４に沿った光が無効領域４０（例えば、無効化画素）に当たる場合、この光は導波体２０の内部へ反射される。しかし、光路３４に沿った光が有効領域４２（例えば有効画素）に当たると、この光は導波体２０から導出される。画像を構築するためには、複数の有効及び無効領域４２及び４０が、一般には同時に、協働で（例えば、個々に又は選択的に制御されて）使用されて、前記画素アレイ１８とディスプレイシステム１０から認識可能な画像を生成する。

前記変形可能膜層２２は、一般には、前記導波体２０の上面２５上に配設され、導波体２０から光を制御可能に導出するのに適した構成と材料を含むことができる。例えば、前記変形可能膜層２２は、非常に高速で起こりうる前記接触／近似接触中に導波体２０からの光の導出を最適化するべく選択された屈折率を備えるポリマー材の隣接薄膜シートを含むことができる。これは、ビデオフレームレートに応じた各画素１９での複数の原色のための適切なグレースケールレベルを生成することを可能にし、画像における過剰な移動及びカラー崩壊アーチファクト（color breakup artifacts）の回避に役立ち、それによってスムースな画像及びビデオ生成を維持することに役立つ。

前記変形可能膜層２２の駆動は、この変形可能膜層２２の少なくとも一部を形成する隣接薄ポリマーシートの電気機械的および／又は重力動き的（ponderomotively）変形によって達成することが可能である。いくつかの実施形態において、前記変形可能膜層２２の駆動は、簡単に上述したように、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を介して提供される。そのような実施形態において、ディスプレイシステム１０の各画素１９は、１つ又は複数のＭＥＭＳデバイスによって制御することができる。例えば、１つの実施形態において、各画素がＭＥＭＳデバイスを備え、これが、前記スラブ導波体２０と変形可能膜層２２とに関連する導体間の空隙３８に適当な電位（例えば、電界）を与え、画素を有効化させる。この電位によって前記空隙３８を介して電界が与えられ、これが前記変形可能膜層２２を導波体２０に向けて弾性的に変形又は伸長させることによって、この変形可能膜層２２の高速運動を引き起こす。前記電界を取り除くと、変形可能膜が弾性的にその元の偏向されない状態（即ち、画素のＯＦＦ状態）に戻ることによって物理的に復元される。変形可能膜層２２がもはやそれ以上スラブ導波体２０の近くへ移動出来ない状態になった時、有効状態への起動は完了したと見なすことができる。変形可能膜層２２の移動は、変形可能膜層２２がそれ以上弾性変形できなくなること、および／又は、スラブ導波体２０との物理的接触、によって制限することができる。電界の生成は、変形可能膜層２２を導波体２０のディスプレイ面２５に向けて偏向させるのに十分なクーロン力を生成するのに十分高い電位を有する動作電圧を付与することを含むことができる。以下に詳述する実施形態は、変形可能膜層２２を偏向させ、それを行うための動作電圧を低減することが可能な種々の方法を提供する。

図３Ａ−３Ｃを参照すると、ここには、本発明による技術によるＭＥＭＳ１１０の１つの実施形態が図示されている。このようなＭＥＭＳ１１０は、いくつかの実施形態において、ディスプレイシステム１０の画素１９のそれぞれに使用することができる。図３Ａは、無効状態のＭＥＭＳ１１０（即ち、画素の休止又はＯＦＦ状態）を示す。図３Ｂは、画素１９が無効状態から有効状態へと変化する過渡的状態にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図３Ｃは、有効状態にあるＭＥＭＳ１１０（即ち、画素のＯＮ状態）を示す。

前記ＭＥＭＳ１１０は、ＭＥＭＳデバイス１１２と導波体２０とを含む。前記ＭＥＭＳデバイス１１２は、第１導体１１４と、第２導体１１６と、変形可能膜層１１８と、スタンドオフ（standoffs）１２０とを備えている。前記変形可能膜層１１８は、観察者に向かう光の放出の方向に面する上面１２２と、導波体２０のディスプレイ面２５に面する底面１２４とを含む。

１つの実施形態において、前記変形可能膜層１１８の少なくとも一部は、前記第１導体１１４と第２導体１１６との間に配設され、これにより、第１導体１１４と第２導体１１６との間に生成された電界によって、これらの間に位置する変形可能膜層１１８の部分に対して作用することが可能に構成されている。以下に詳述するように、前記電界は、前記変形可能膜層１１８の前記部分と、前記変形可能膜層１１８上又は内に位置するＭＥＭＳデバイス１１２の他の部分（例えば、導体１１４）の膨張および／又は弾性偏向を引き起こすことができる。図示の実施形態において、前記第１導体１１４は、変形可能膜層１１８の上面１２２上に位置し、前記第２導体１１８は、前記導波体２０のディスプレイ面２５上に位置している。この図示の実施形態では、変形可能膜層１１８の底面１２４上に位置する導体は無い。本実施形態又は以下のいくつかの実施形態では図示されていないが、この実施形態及び以下の実施形態において、前記第２導体１１６の上面および／又は導波体２０の上面上に絶縁層を配置することができる。前記変形可能膜層１１８の底面１２４と第２導体１１２６との間には空隙１２６が存在する。この空隙１２６は、変形可能膜層１１８の底面１２４と第２導体１１６との間に位置する前記スタンドオフ１２０によって提供される空間に帰することができる。

いくつかの実施形態において、導体間（例えば、前記第１導体１１４と第２導体１１６）の電界によって、少なくとも変形可能膜層１１８を前記導波体２０に対して遠近方向に偏向させる（例えば、変形可能膜層１１８を有効状態と無効状態との間で偏向させる）のに十分な力（例えば、クーロン引力による力）を作り出すことができる。しかしながら、いくつかの実施形態においては、変形可能膜層１１８を有効状態と無効状態との間で偏向させるのに必要な力の一部又は全部を提供するために補助力を利用することができる。画素起動中に変形可能膜層１１８を導波体２０に向けて偏向させるために必要な力を低減するために、変形可能膜層１１８は、それに対して電界が与えられた時にこのポリマー変形可能膜層１１８の有効状態と無効状態との間の偏向／変形に対してコンダクティブ（conductive）である性質を有する（即ち、間接的にそれを容易にする）材料から構成される。具体的には、前記ポリマー性変形可能膜層１１８は、横方向圧電特性を有する圧電材から構成される。電界が画素位置１９において変形可能膜層１１８を通して付与された時に、この変形可能膜層１１８は側方に（例えば、無効状態でこの変形可能膜層１１８を通って延出する平面内の方向で一般に導波体２０のディスプレイ面２５に対して平行な方向）弾性膨張する。この変形可能膜層の側方膨張によって、この膜は前記画素位置１９において長くなり、その結果、この膜層１１８の有効ばね定数（例えば、ヤング係数）を減少させる。前記電界を除去すると、前記横方向圧電作用が無くなり、その結果、変形可能膜層１１８はその無効状態における元のサイズと形状に弾性的に戻る。前記ポリマー性変形可能膜層１１８のこの横方向圧電性は、この変形可能膜層１１８の有効ばね定数を変化させる（例えば、それを増加減少させる）ために変形可能膜層１１８に対して電界を選択的に付与することによって利用することが可能である。同様に、前記動的に調節可能な有効ばね定数を減少させて第１導体１１４と第２導体１１６との間の電位差の大きさを減少させて変形可能膜層１１８を導波体２０および／又は第２導体１１６との接触（又は近似接触）状態へと移動（例えば、偏向）させ、これにより、画素の駆動中に（画素がＯＮにされる時）導波体２０のディスプレイ面２５での内部全反射状態を破って、光を観察者に対して放出させることができる。尚、放出された光は変形可能膜層１１８を通過するので、いくつかの実施形態において、この変形可能膜層１１８は透明又は少なくとも半透明又はトランスルーセントである。

図３Ａに図示されているように、無効状態において、前記変形可能膜層１１８は、１つの実施形態において、この変形可能膜層１１８が導波体２０の上面２５に対してほぼ平行になるように僅かにプリテンションされる。このプリテンションの方法としては、変形可能膜層１１８をこれがほぼピンと張るようにストレッチすることが含まれる。例えば、いくつかの実施形態では、前記変形可能膜層１１８を前記スタンドオフ１２０の間でストレッチするか、これらスタンドオフに対して固定することができ、或いは、別の実施形態では、ディスプレイの領域を介してストレッチされた、又はスタンドオフ１２０上に載置された材料層を含むものとすることができる。図３Ｂに図示されているように、画素が有効状態に移行しつつある時、変形可能膜層１１８を通過する電界（縦方向の破線で図示）によって変形可能膜層１１８が、この変形可能膜層１１８を通り、導波体２０のディスプレイ面に対してほぼ平行な平面１３４に沿って、側方に、矢印１３２の方向に、膨張する。この側方の膨張によって、空隙１２６を介して変形可能膜層１１８を変形させ駆動して導波体２０のディスプレイ面２５および／又は第２導体１６との接触（又は近似接触）状態として、導波体２０の内部全反射が漏れ出す。従って、有効状態と無効状態の間で変形可能膜層１１８を駆動するのに動作電圧（例えば、複数の導体を介した電位）を使用する場合、変形可能膜層１１８を介して電界を付与することによって、変形可能膜層１１８の膨張を誘導して、画素を有効状態と無効状態との間で起動する（例えば、偏向する）べく過渡状態中に必要な動作電圧レベルを低減することができる。その結果、変形可能膜層１１８のばね定数を有効に減少させ、従って、必要な画素動作電圧を有効に減少させることによって、変形可能膜層１１８を無効状態（例えば、図３Ａ）から有効状態（例えば、図３Ｃ）へと偏向させるべく導体（例えば、前記第１及び第２導体１１４と１１６）を介して必要な電位を提供するのに消費される電力の低減が可能となる。

画素が無効化される（ＯＦＦになる）と、前記電界１３０は減少又は除去され、変形可能膜層１１８は、有効状態から戻り、それによって変形可能膜層１１８のばね定数を有効に増大させる。１つの実施形態において、電界１３０が除去又はゼロ近くまで減少された時、変形可能膜層１１８の側方膨張が弾性的に反転して、その無効状態における変形可能膜の元の張力が復元される。変形可能膜層１１８の張力の増大によって、変形可能膜層１１８を有効状態（例えば、偏向状態）から無効状態（例えば、非偏向状態）へと付勢し移動させる復元力が提供される。そのような復元力は、変形可能膜層１１８を無効位置へと物理的に戻すことに抗する力（例えば、静止摩擦力）に打ち勝つのに役立つ。例えば、前記復元力は、変形可能膜層１１８を導波体２０から完全に離して、それがそれによって有効状態での接触中に変形可能膜層と導光体との間の境界で生じる局所的なせん断力によって無効状態に戻るようにするのを補助することができる。従って、変形可能膜層１１８を有効状態と無効状態との間で駆動するために動作電圧（例えば、複数の導体を介する電位）が使用される場合、電界１３０を除去することによって、変形可能膜層１１８が圧電材の横方向圧電定数（transverse piezoelectric constant（s））に比例して側方に収縮することができるので画素を有効状態から無効状態に戻すために利用可能な物理的復元力を増大させ、それによって、変形可能膜層１１８を有効状態から無効状態へと引く元の復元力を増大させることができる。従って、図３Ａ−３Ｃの実施形態において、変形可能膜層１１８の有効ばね定数がもはや定数ではなく、変形可能膜層１１８の横方向圧電性を利用することによって動的に変化されるので、低い起動（作動）電圧と高い復元力とが連続して共存することが可能である。

図４Ａ−４Ｃは、本発明による技術によるＭＥＭＳ１１０の別の実施形態を示す。図４Ａは、無効状態（即ち、画素の休止又はＯＦＦ状態）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図４Ｂは、過渡的状態（即ち、無効状態から有効状態への移行）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図４Ｃは、有効状態（即ち、画素のＯＮ状態）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。

前記ＭＥＭＳ１１０は、上述した実施形態に類似の、ＭＥＭＳデバイス１１２と導波体２０とを備えている。しかしながら、前記ＭＥＭＳデバイス１１２は、第１導体１１４の上下に変形可能膜層１１８の材料が存在し、それによって多層（例えば、二層）構造を形成するように変形可能膜層１１８内に埋設された第１導体１１４を備えている。換言すると、第１導体１１８は、変形可能膜層１１８の第１部分１４０が第１導体１１４の導波体２０に面する側に配設され、変形可能膜層１１８の第２部分１４２が第１導体１１４の第１部分１４０の反対側（例えば、導体の導波体２０の反対側で観察者への光の放出の方向）に配設されるように変形可能膜層１１８内に埋設されている。図示の実施形態において、前記第１部分１４０と第２部分１４２とは、第１導体１１４によって互いに完全に分離されている。しかしながら、いくつかの実施形態では、これらの二つの部分１４０及び１４２は、互いの間に１つ又は複数の連続のポイント（例えば、第１導体１４０を通って、および／又は、その周りで、前記二つの部分１４０，１４２の間を相互接続する）を備えることができる。

前述した実施形態に類似して、図４Ａ−４Ｃの実施形態は、適当に高い横方向圧電性を示す１つ又は複数の圧電材（例えば、ポリマー）を含む前記変形可能膜層１１８を利用するものである。そのような実施形態において、ＭＥＭＳ１１０に連動する画素が起動され第１導体１１４と第２導体１１６との間で電界１３０が発生されると、この電界（縦の破線として図示されている）は、変形可能膜層１１８の前記第１部分１４０のみを通過して、横方向圧電作用によって、この第１部分１４０を側方に膨張させ、それによって変形可能膜層１１８の第１部分１４０の有効ばね定数を減少させる。しかしながら、変形可能膜層１１８の第２部分１４２は電界１３０に晒されず、側方に膨張しない。前記変形可能膜層１１８の第２部分１４２は第１導体１１４および／又は第１部分１４０への結合（例えば、物理的結合）を介していくらかの側方膨張を示すかもしれないが、この第２部分１４２は、電界１３０に対して、したがって、その結果生じる横方向の圧電作用、に対して直接晒されておらず、この第２部分１４２は概して変化しないまま（即ち、未ストレッチ又は未膨張状態）に留まる。前記第１部分１４０と第２部分１４２とは互いに結合可能（例えば、互いに積層可能）であるので、これらの部分１４０及び１４２間の面内応力が発生して、それによって、図４Ｃに図示されているように、変形可能膜層１１８を第１部分１４０の方向で導波体２０および／又は、第２導体１１６に向けて変形又は偏向させるかもしれない。従って、画素が起動される時、両導体１１４及び１１６を介して加えられる動作電圧によって起こるクーロン引力（例えば、力）は、変形可能膜層１１８の応力差によって補助されて変形可能膜層１１８を導波体２０および／又は第２導体１１６との接触（又は近似接触）状態へと駆動する。換言すると、変形可能膜層１１８の第１部分１４０の張力（たとえば、ばね定数）の有効な低減と、変形可能膜層１１８の第１部分１４０と第２部分１４２との間の応力差との両方によって、変形可能膜層１１８を空隙１２６を介して導波体２０および／又は第２導体１１６との接触（又は近似接触）状態へと駆動し画素位置１９において導波体２０の内部全反射を漏れ出させるために必要な動作電圧が減少する。図３Ａ−３Ｃに関する上記説明に類似して、電界を除去することによって、ＭＥＭＳ１１０に連動する画素が無効化され、変形可能膜層１１８の第１部分１４０の側方膨張が弾性的に反転し、戻って、それによって変形可能膜層１１８のばね定数を有効に増大させ、変形可能膜層１１８を有効状態から無効状態へと移動させる元の復元力を増強する。従って、図４Ａ−４Ｃの実施形態において、変形可能膜層１１８の有効ばね定数がもはや定数ではなく、変形可能膜層１１８の横方向圧電性を利用することによって動的に変化されるので、低い起動（作動）電圧と高い復元力とが連続して共存することが可能である。

図５Ａ−５Ｃは、本発明による技術によるＭＥＭＳ１１０の別の実施形態を示す。図５Ａは、無効状態（即ち、画素の休止又はＯＦＦ状態）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図５Ｂは、過渡的状態（即ち、無効状態から有効状態への移行）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図５Ｃは、有効状態（即ち、画素のＯＮ状態）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。

前記ＭＥＭＳ１１０は、ＭＥＭＳデバイス１１２と導波体２０とを備えている。しかしながら、前記ＭＥＭＳデバイス１１２は、前記第１導体１１４と、前記第２導体１１６と、第３導体１４４と、前記変形可能膜層１１８と前記スタンドオフ１２０とを備えている。１つの実施形態において、前記変形可能膜層１１８の少なくとも一部が第１導体１１４と第２導体１１６との間に、これら第１導体１１４と第２導体１１６との間に生成される電界がそれらの間に位置する変形可能膜層１１８の部分に対して作用可能となるように配設されている。図示の実施形態において、前記第１導体１１４は変形可能膜層１１８の上面１２２上に配設され、第２導体１１６は変形可能膜層１１８の底面１２４上に配設されている。第３導体１４４は、導波体２０のディスプレイ面２５の近傍（例えばその上）に配設されている。第２導体１１６と第３導体１４４との間には空隙１２６が存在する。

図示の実施形態において、三つの導体１１４，１１６及び１４４の存在によって、これら各導体間の複数の電界を分離することが可能とされている。例えば、１つの実施形態において、第１導体１１４と第２導体１１６との間に第１電界１４６が作り出され、第２導体１１６と第３導体１４４との間に第２電界１４８が作り出される。いくつかの実施形態において、これら第１及び第２電界１４６及び１４８のそれぞれは、互いに分離することができ、かつ、互いに独立的に作り出すことができる。

１つの実施形態において、前記第１導体１１４と第２導体１１６とは、変形可能膜層１１８を介して前記第１電界１４６を生成するようにチャージされる。前記第２導体１１６と第３導体１４４とは、同時に、変形可能膜層１１８と導波体２０との間の空隙１２６を越えて前記第２電界１４８を生成するようにチャージすることができる。前の説明に類似して、前記第１電界１４６は変形可能膜層１１８の側方膨張を引き起こすことができ、それによって、変形可能膜層１１８の有効ばね定数を低減する。ここでも、変形可能膜層１１８のこの側方膨張は、変形可能膜層１１８内の張力を減少させ、それによって、それを空隙１２６を介して駆動するために必要な力を低減する。これにより、導体１１４及び１１６を介して前記ＭＥＭＳと連動する画素１９を起動するのに必要な動作電圧及び空隙１２６における第２電界１４８の強度が低減される。同時に発生する第２電界１４８は、第２導体１１６と第３導体１４４との間のクーロン力による、変形可能膜層１１８を導波体２０との接触（又は近似接触）へと駆動することによって画素を起動する力、を提供する。従って、前記第１電界１４６は、変形可能膜層１１８の有効ばね定数を低減することができ、第２電界１４８は、無効位置から有効位置への変形可能膜層１１８の偏向を促進するための力を提供することができる。変形可能膜層１１８の各表面上の導体１１４及び１１６の密な接触は、両導体とこの挙動に関連する変形可能膜層との間のこのようなレベルの緊密性（intimacy）を示さない二つの導体のみを含む前に開示した実施形態と異なり、有効ばね定数の動的な低減をもたらす横方向圧電作用を最大化するための加えられる電界の最も効率的な付与を提供する。

図３Ａ−３Ｃに関する前述の記載に類似して、ＭＥＭＳ１１０に連動する画素が無効化されると、第１及び第２電界１４６及び１４６が減少又は除去され、変形可能膜層１１８が退避し、この変形可能膜層１１８のばね定数を有効に増加させ、それによって、変形可能膜層１１８を有効状態から無効状態へと移動させる元の復元力を増強する。従って、有効状態と無効状態の間で変形可能膜層１１８を駆動するのに動作電圧（例えば、複数の導体を介した電位）を使用する場合、前記変形可能膜層１１８は収縮可能であり、それによってこの変形可能膜層１１８を有効状態から無効状態へと引き込む復元力を提供するので、画素を有効状態から無効状態へと駆動するための動作電圧を低減することができる。このような、図５Ａ−５Ｃの実施形態において、変形可能膜層１１８の有効ばね定数がもはや定数ではなく、変形可能膜層１１８の横方向圧電性を利用することによって動的に変化されるので、低い起動（作動）電圧と高い復元力とが連続して共存することが可能である。更にいくつかの実施形態において、前記第２電界１４８を、変形可能膜層を無効状態に向けて付勢する力を補助（例えば、元の復元力を増加させる）ために有効状態か無効状態への移行中に利用することが可能である。例えば、第２導体１１６と第３導体１４４とをそれらが互いに反撥するようにチャージすることができる。

図６Ａ−６Ｃは、本発明による技術によるＭＥＭＳ１１０の別の実施形態を示している。図６Ａは、無効状態（即ち、画素の休止又はＯＦＦ状態）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図６Ｂは、過渡的状態（即ち、無効状態から有効状態への移行）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。図６Ｃは、有効状態（即ち、画素のＯＮ状態）にあるＭＥＭＳ１１０を示す。

ここでも、前記ＭＥＭＳ１１０は、ＭＥＭＳデバイス１１２と導波体２０とを備えている。前記ＭＥＭＳデバイス１１２は、前記第１導体１１４と、前記第２導体１１６と、前記第３導体１４４と、前記変形可能膜層１１８と、前記スタンドオフ１２０とを有している。図４Ａ−４Ｃに関して記載した実施形態と同様に、前記第１導体１１４の上下に変形可能膜層１１８の一部が存在しそれによって多層（例えば二層）構造を形成するように第１導体１１４が変形可能膜層１１８内に埋設されている。換言すると、第１導体１１８は、変形可能膜層１１８の第１部分１４０が第１導体１１４の導波体２０に面する側に配設され、変形可能膜層１１８の第２部分１４２が第１導体１１４の第１部分１４０の反対側（例えば、導体の導波体２０の反対側で光の放出の方向）に配設されるように変形可能膜層１１８内に埋設されている。図示の実施形態において、前記第１部分１４０と第２部分１４２とは、第１導体１１４によって互いに完全に分離されている。しかしながら、いくつかの実施形態では、これらの二つの部分１４０及び１４２は、互いの間に１つ又は複数の連続のポイント（例えば、第１導体１４０を通って、および／又は、その周りで、前記二つの部分１４０，１４２の間を相互接続する）を備えることができる。

図５Ａ−５Ｃに関して前述した実施形態と同様に、図示の実施形態では、変形可能膜層１１８の第１部分１４０は、第１導体１１４と第２導体１１６との間に生成された電界がそれらの間に位置する変形可能膜層１１８の第１部分１４０上に作用することができるように、第１導体１１４と第２導体１１６との間に配設されている。図示の実施形態において、前記第１導体１１４は変形可能膜層１１８の上面１４９（例えば、変形可能膜層１１８の二つの部分１４０及び１４２の間の表面）上に配設され、第２導体１１６は、変形可能膜層１１８の底面１２４上に配設されている。第３導体１４４は、導波体２０のディスプレイ面２５の近傍（例えば、その上）に配設されて、前記第２導体１１６と第３導体１４４との間に空隙１２６が存在する。

１つの実施形態において、前記第１導体１１４と第２導体１１６とは、変形可能膜層１１８を介して前記第１電界１４６を生成するようにチャージすることができる。前記第２導体１１６と第３導体１４４とは、同時に、変形可能膜層１１８と導波体２０との間に前記第２電界１４８を生成するようにチャージすることができる。ここでも、前記第１電界１４６は変形可能膜層１１８の側方膨張を引き起こすことができ、それによって、変形可能膜層１１８の有効ばね定数を低減する。前の実施形態に類似して、変形可能膜層１１８のこの側方膨張は、変形可能膜層１１８内の張力を減少させ、それによって、それを空隙１２６を介して駆動するために必要な力を低減する。これにより、連動する画素位置においてＭＥＭＳ１１０を起動するのに必要な動作電圧が低減される。同時に発生する第２電界１４８は、第２導体１１６と第３導体１４４との間のクーロン力による、変形可能膜層１１８を導波体２０との接触（又は近似接触）へと駆動することによって画素を起動する力、を提供する。従って、前記第１電界１４６は、変形可能膜層１１８の有効ばね定数を低減することができ、第２電界１４８は、無効位置から有効位置への変形可能膜層１１８の偏向を促進するための力を提供することができる。

更に、ＭＥＭＳ１１０とそれに連動する画素が起動され第１導体１１４と第２導体１１６との間で第１電界１４６が発生されると、この電界（縦の破線として図示されている）１４６は、変形可能膜層１１８の前記第１部分１４０のみを通過する。しかしながら、変形可能膜層１１８の第２部分１４２は電界１４６に晒されず、側方に膨張しない。前記変形可能膜層１１８の第２部分１４２は第１導体１１４および／又は第１部分１４０への結合（例えば、物理的結合）を介していくらかの側方膨張を示すかもしれないが、この第２部分１４２は、前記第１電界１４６に対して直接晒されておらず、この第２部分１４２は概して変化しないままに留まる。前記第１部分１４０と第２部分１４２とは互いに結合可能（例えば、互いに積層可能）であるので、これらの部分１４０及び１４２間の面内応力が発生して、それによって、図６Ｃに図示されているように、変形可能膜層１１８を第１部分１４０の方向で導波体２０および／又は、第２導体１１６に向けて変形又は偏向させるかもしれない。従って、ＭＥＭＳ１１０とそれに連動する画素が起動される時、前記第２電界１４８によって引き起こされるクーロン引力は、変形可能膜層１１８中の応力差によって補助されて、変形可能膜層１１８を導波体２０および／又は第２導体１１６との接触（又は近似接触）状態へと駆動する。ここでも、これによってＭＥＭＳ１１０と連動する画素とを駆動するのに必要な動作電圧が提言される。

前の説明に類似して、ＭＥＭＳ１１０と連動する画素が無効化されると、第１及び第２電界１４６及び１４８が低減および／又は除去され、変形可能膜層１１８が退避して、それによって、変形可能膜層１１８を有効状態から無効状態へと移動させるより強い力を提供する。従って、図６Ａ−６Ｃの実施形態において、変形可能膜層１１８の有効ばね定数がもはや定数ではなく、変形可能膜層１１８の横方向圧電性を利用することによって動的に変化されるので、低い起動（作動）電圧と高い復元力とが連続して共存することが可能である。

上述の実施形態のそれぞれにおいて、ＭＥＭＳ１１２装置は、導波体２０のディスプレイ面２５の近傍に配設されるか、もしくは、それに接続された伝導材層（例えば、図３Ａ−３Ｃの第２導体層１１６と図５Ａ−５Ｃ及び６Ａ−６Ｃの第３導体層１４４）を備えている。これらの実施形態のそれぞれにおいて、このディスプレイ面２５の近傍に配設された導体層は、変形可能膜層（１つ又は複数）と導光体との関連する導体間にクーロン引力を誘導する電界を作り出すために少なくとも１つのもう一つの導体層と協働で使用される。しかしながら、他の実施形態においては、伝導材層は、導波体２０のディスプレイ面２５の近傍に配置又は、それに接続されないかもしれない。そのような実施形態においてクーロン引力は低減又は消滅し、変形可能膜層１１８の作動状態と非作動状態とを切り換える（偏向）は他の作用（メカニズム）によって行われる、換言すると、それらの状態間の偏向はクーロン引力によって補助されない。いくつかの実施形態において、前記偏向は、変形可能膜層１１８の側方膨張のみによって引き起こすことができる。例えば、いくつかの実施形態においては、変形可能膜層１１８の偏向は、ＭＥＭＳデバイス１１２の構造の構成によって、導波体２０の方向に促進付勢される。別の実施形態において、前記偏向は、ＭＥＭＳデバイス１１２の一部とすることもあるいはその一部としないことも可能な外部装置又は機構によって導光体の方向に付勢される。

図７Ａは、本発明による技術によるＭＥＭＳ１１０の１つの実施形態を示す。ここに図示のＭＥＭＳ１１０において、ＭＥＭＳデバイス１１２は、図６Ａ−６Ｃのものに類似の構造を有するが、導波体２０に接続された、又はその近傍に配設された導体層（例えば、導体層１４４）は持たない。従って、変形可能膜層１１８の偏向は、この変形可能膜層１１８の一部を介して発生する第１電界１４６によって起こされる。その作動において、図６Ａ−６ＣのＭＥＭＳと同様、ＭＥＭＳ１１２とそれに連動する画素とを駆動するために、１つの実施形態において、第１導体１１４と第２導体１１６とをチャージして変形可能膜層１１８を介して第１電界１４６を発生することができる。この第１電界１４６は、変形可能膜層１１８の第１部分１４０の側方膨張を引き起こし、それによって変形可能膜層１１８の有効ばね定数を低減する。前の説明と同様、変形可能膜層１１８の側方膨張によって、その面内張力か減少し、更に、それによって、それを空隙１２６を介して、導波体２０のディスプレイ面２５との接触又は近似接触状態へと駆動するのに必要な力を提供することができる。第１導体１１４および／又は第１部分１４０に対する結合（例えば物理的結合）により、変形可能膜層１１８の第２部分１４２は幾分かの側方膨張を示すかもしれないが、この第２部分１４２は第１電界１４６に対して直接晒されていないので、第２部分１４２はほぼ変化しない状態に留まる。これらの部分１４０及び１４２間の面内応力の差が生じて、それによって変形可能膜層１１８を変形させるか、又は、導波体２０に向けて偏向させる。従って、連動する画素がＯＮにされる時に、変形可能膜層１１８を導波体２０に向けて、これと接触又は近似接触させるために追加の力は不要である。その代わりに、変形可能膜層１１８の偏向は、クーロン引力を作り出す第２電界（例えば、図５及び６に図示の第２電界１４８）の追加無く、提供される。ここでも、これによってＭＥＭＳ１１０と連動する画素とを駆動するのに必要な動作電圧が低減される。前述の説明と同様、ＭＥＭＳ１１０と対応の画素が無効化されると、第１電界１４６を減少又は除去することによって、それに伴う有効ばね定数の増加によって、変形可能膜層１１８を退避させ有効状態から無効状態へと移動させる元の復元力が増強される。その他の実施形態は、変形可能膜層１１８の有効状態と無効状態との間の偏向を提供するための変形および／又は側方膨張に基づく類似の構成を備えることができる。例えば、図５Ａ−５Ｃに類似の実施形態において、第３導体１４４は省略又は使用しなくてもよく、変形可能膜層１１８の偏向を、別の電界によって作り出されるクーロン引力などの追加の寄与無しで変形可能膜層１１８の側方膨張及び収縮によって提供することができる。

図７Ｂ及び７Ｃは、本発明による技術によるＭＥＭＳ１１０の別実施形態を示す。図７Ｂに図示の無効状態において、ＭＥＭＳ１１０は、図５Ａ−５Ｃに関して説明したものに類似の構成を有するが、第３導体１４４は持たない、ＭＥＭＳ１１２の上面上に配設されたカバースリップ１５０を有している。ＭＥＭＳ１１２上に配設されたこのカバースリップ１５０の存在によって、移行状態中に、変形可能膜層１１８の側方膨張が必ず変形可能膜層１１８と、それに連動する導体の、導波体２０から離間する方向ではなく、この導波体２０に向かう、偏向をもたらすようになる。換言すると、変形可能膜層１１８の側方膨張が起こり、補助力が存在しない場合、図７Ｃの有効化状態に示されているように、前記カバースリップ１５０は変形可能膜層１１８の導波体２０から離間する方向での偏向を阻止し、この変形可能膜層１１８が導波体２０の方に向かって偏向し移動するように促進する。したがって、導波体に向かうクーロン引力が存在しない場合、又は、導波体２０に向かうクーロン引力、および／又は、変形可能膜層１１８の一部（例えば、第２部分１４２）における偏向が非常に小さく導波体２０に向かう偏向を確保するのに不十分である場合に、前記カバースリップ１５０は変形可能膜層が導波体２０から離れる方向に偏向することを阻止することができる。１つの実施形態において、前記カバースリップ１５０は、ポリマー、ガラス、又はＭＥＭＳ１１２装置の偏向に抗することが可能な、その他類似の材料を含む。更に、放出された光は一般にカバースリップ１５０を通過するので、いくつかの実施形態において、このカバースリップ１５０は透明材から成る。図５Ａ−５Ｃのものに類似のシステムに関してそのような実施形態は記載されないが、その他の実施形態は、ここに記載のＭＥＭＳ１１０のすべての実施形態との関連において前記カバースリップ１５０を含ませることが可能である。

前述した実施形態では示されなかったが、いくつか実施形態において、前記変形可能膜層１１８は、光の取り出しを増強し取り出された光を制御する光学微細構造を備えることができる。図８Ａは、変形可能膜層１１８の下面１２４が複数の光学微細構造１６０を備える、無効状態での画素を示す。図示の実施形態において、前記微細構造１６０は、変形可能膜層１１８の底面１２４を通って延出する平面から導波体２０に向かって延出する突起１６２を含む。これらの突起１６２は、側面１６６と底面（例えば、光開口部）１６８とを含む。前記底面１６６は、導波体２０のディスプレイ面２５に対してほぼ平行である。前記側面１６６は、変形可能膜層１１８の底面１２４と微細構造１６０の底面１６８との間に延出している。１つの実施形態において、前記微細構造１６０は、前記突起１６２のそれぞれの間に谷（例えば、陥没部）１７０を形成するアレイ又はパターンで配設されている。

前記ＭＥＭＳ１１０の他の実施形態と同様、無効化状態において、前記変形可能膜層１１８と微細構造１６０とは、導波体２０に接触せず、光波は導波体２０内で全反射される。有効化状態において、変形可能膜層１１８は、導波体２０との接触（又は近似接触）状態へと偏向され、微細構造１６０の光開口部１６８は導波体２０の上面２５と接触又は接触に近い状態（近似接触）になって、この導波体２０からの光を取り出し（漏れ内部全反射による）、その光を観察者の方に向ける。

図示の実施形態において、前記第１導体１１４は、変形可能膜層１１８の上面１２２の近傍に位置し、第２導体１１６は、図３Ａ−３Ｃのものに類似の構成において導波体２０の近傍に位置する。しかしながら、そのような微細構造１６０は、ここに開示されるＭＥＭＳ１１０のいずれとも使用することが可能である。例えば、１つの実施形態は、図４Ａ−４Ｃに関して記載したもののような、埋設された導体と使用される類似構成の微細構造１６０を備えることができる。別の実施形態において、図７Ａ−７Ｃに関して記載したように、導波体２０の近傍に配設される導体を無くし、第２導体１１６を微細構造１６０と変形可能膜層１１８との間に埋設することができる。

図８Ｂは、本発明による技術による微細構造１６０を備えるＭＥＭＳ１１０の別実施形態を示す。図示の実施形態において、第２導体１１６は微細構造１６０の周りに配設されている。より具体的には、第２導体１１６は、微細構造１６０の側面１６６の一部の周りと、微細構造１６０のそれぞれの間の谷１７０内、に位置する伝導材層を有する。好ましくは、前記第２導体１１６は不透明である。

ＭＥＭＳ１１０の他の実施形態と同様、無効状態において、変形可能膜層１１８と、微細構造１６０と第２導体１１６とは、空隙によって、導波体２０のディスプレイ面２５から分離されている。有効化状態では、変形可能膜層１１８は導波体２０との接触（又は近似接触）状態へと偏向し、光開口部１６８がディスプレイ面２５と接触（近似接触）して漏れ内部全反射によって導波体２０から光を導出してこの光を観察者に向ける。第２導体１１６と第３導体１４４との間の電界は、導波体２０に向かう変形可能膜層１１８の偏向と移動とを引き起こすクーロン引力を作り出す。

図示の実施形態において、図５Ａ−５Ｃの構成に類似して、前記第１導体１１４は、変形可能膜層１１８の上面１２２の近傍に位置し、第２導体１１６は変形可能膜層１８８の底面１２４の近傍に位置している。但し、そのような微細構造１６０は、ここに記載のＭＥＭＳ１１０のいずれとも使用可能である。例えば、１つの実施形態は、図６Ａ−６Ｃに関して記載したような、埋め込み式導体と使用される類似構成の微細構造１６０を含むことができる。別の実施形態においては、図７Ａ−７Ｃに関して記載したように、導波体の近傍に位置する導体は設けられない。

図８Ｃは、本発明による技術による微細構造１６０を含むＭＥＭＳ１１０の別実施形態を示す。図示の実施形態において、第２導体１１６は、微細構造１６０の周りに配設されている。より具体的には、第２導体１１６は、各微細構造１６０間の間隔領域又は谷１７０内に配設された伝導材の層を有する。この実施形態において、前記第２導体は、側面１６６の一部に当接しているが図８Ｂに前に図示したように、微細構造１６０の側面１６６に沿って延出していない。ここでも、好ましくは、第２導体１１６は不透明である。

ＭＥＭＳ１１０の他の実施形態と同様、無効化状態において、前記変形可能膜層１１８と微細構造１６０は導波体２０に接触しない。有効化状態においては、圧電材からなる変形可能膜層１１８は、ここに記載したもののような技術により、接触又は近似接触状態へと偏向され、光学微細構造０の光開口部１６８は導波体２０に接触（又は近似接触）し、導波体２０から光を導出し（漏れ内部全反射によって）、その光を観察者に向ける。従って、光は各微細構造１６０の開口部１６８を通過することができる。１つの実施形態において、光が主として光開口部１６８を、又はこの光開口部１６８のみを通過し、大きな部分の光が前記谷１７０および／又は第２導体１１６は通過しないことが望ましいかもしれない。従って、１つの実施形態において、変形可能膜層１１８と微細構造１６０とは透明であり、第２導体１１６は不透明である。

図示の実施形態において、図５Ａ−５Ｃの構成に類似して、前記第１導体１１４は、変形可能膜層１１８の上面１２２の近傍に位置し、第２導体１１６は導波体２０の近傍に位置している。但し、そのような微細構造１６０は、ここに記載のＭＥＭＳ１１０のいずれとも使用可能である。例えば、１つの実施形態は、図６Ａ−６Ｃに関して記載したもののような、埋め込み型導体と使用される類似構成の微細構造１６０を備えることができる。別実施形態においては、図７Ａ−４Ｃに関して記載したように、導波体の近傍に位置する導体は設けられない。

図８Ｄは、本発明による技術による微細構造１６０を備えるＭＥＭＳ１１０の別実施形態を示す。図示の実施形態において、微細構造１６０は第２導体１１６内に形成されている。より詳しくは、第２導体１１６は、変形可能膜層１１８の底面１２４に沿って配設されるとともに微細構造１６０を有する伝導材の層を有している。或いは、前記微細構造１６０は伝導材を含むことも可能である。この実施形態において、第２導体１１６は好ましくは透明である。又、好ましくは、それぞれ第２導体と第３導体１１６及び１４４の間の短絡を防止するために第３導体１４４上に絶縁体の層を設けることができる。

ＭＥＭＳ１１０の他の実施形態と同様、無効化状態では、変形可能膜層１１８と第２導体１１６（微細構造１６０を含めて）は、導波体２０に接触しない。有効化状態では、変形可能膜層１１８は、ここに開示したもののような技術によって、偏向し、光学微細構造１６０の光開口部１６８が導波体２５の上面２５に接触（又は近似接触）して導波体２０から光を導出し（漏れ内部全反射によって）、この光を観察者に向ける。従って、光は第２導体１１６の微細構造１６０を形成している部分を通過することができる。１つの実施形態において、第２導体１１６の微細構造１６０の開口部１６８の近傍で通過する光の光路にある部分は透明である。別の実施形態においては、前述したように、第２導体１１６の大きな部分又は全部分は不透明である。

図９Ａ−９Ｃは、本発明による技術による光学微細構造の種々の実施形態を示す。前記光学微細構造は、任意のジオメトリ、例えば、ピラミッド状錐台、円錐台、複合放物形、複合楕円形、ポリオブジェクト（polyobject）又は回転されて立体を形成する任意の円錐部、を有することができる。図９Ａは、ピラミッド状錐台ジオメトリを有する光学微細構造の１つの実施形態を示す。このピラミッド状錐台ジオメトリは、互いに対して隣接するとともに、かつこの光学微細構造１６０の周部の周りに位置する複数のほぼ平坦な面（例えば、６つの平坦な面）から成る側面１６６と、多角形状（例えば、六角形）ジオメトリから成る底面１６８とを含む。図９Ｂは、円錐台形状のジオメトリを有する光微細構造１６０の別の実施形態を図示し、ここでは、前記側面１６６は、鋭角で軸心周りで回転される直線を有する。図９Ｃは、複合放物形状ジオメトリを有する光学微細構造１６０の更に別の実施形態を図示し、ここでは、側面１６６は、凸状に軸心周りで回転される曲線を有する。前記光学微細構造の構成は、導光体からの光を案内するのに適した、任意の形状、配置、等を備えたものとすることができる。ここにその全体を参考文献として合体させる、２００６年１月２６日出願の「光の抽出と制御のための光学微細構造」と題する米国特許公開公報Ｎｏ．２００７／０１７２１７１に開示のディスプレイシステムは、変形可能膜層（即ち、有効層）１１８の表面上に光学微細構造１６０を備える漏れ内部全反射型ＭＥＭＳデバイスのより詳細な説明を含んでいる。

尚、前記ディスプレイシステム１０の実施形態は、ここに開示し技術の任意の組み合わせを備えたものとすることができる。例えば、次に、図１０を参照すると、ここには、前に記載した技術のいくつかの組み合わせを含むＭＥＭＳ１１０の１つの実施形態が図示されている。より詳しくは、前記ＭＥＭＳ１１０は、ＭＥＭＳデバイス１１２と、導波体２０と、カバースリッブ１５０とを備えている。前記ＭＥＭＳデバイス１１２は、第１導体１１４と第２導体１１６とが、それぞれ、変形可能膜層１１８の上面１２２と底面１２４とに近接して配置されている図５Ａ−５Ｃのものに類似の構成を備えている。前記ＭＥＭＳ１１２は、図７Ｂ及び７Ｃに関して記載したものに類似して構成されたカバースリップ１５０を備えている。さらにＭＥＭＳデバイス１１２は図８Ｃに関して記載したものに類似して構成された光学微細構造を備える。同様に、他の実施形態は、ここに記載の技術の任意の組み合わせを備えることができる。

本発明は、種々の改造及び別形態にすることが可能なものであるが、具体的実施形態を、図示し、詳細に説明した。しかしながら、本発明は、ここに開示された特定の形態に限定されることを意図されるものではない。むしろ、本発明は、下記の添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の要旨と範囲内に含まれる全ての改造構成、均等物、及び代替構成をカバーするものである。

Claims

導光体と、
第１チャージを選択的に受け取るように構成された第１導体層と、
第２チャージを選択的に受け取るように構成された第２導体層と、
圧電材を含む変形可能膜層とを備え、
前記変形可能膜層の少なくとも一部は、前記第１導体層と前記第２導体層との間に位置しており、前記第１導体層と前記第２導体層との間に加えられる電位差によって前記変形可能膜層は前記導光体に向けて偏向されるシステム。
前記変形可能膜層は、横方向圧電性を有する請求項１に記載のシステム。
前記第１導体層は前記変形可能膜層の第１面上に配設され、前記第２導体層は前記第１面の反対側の前記変形可能膜層の第２面上に配設されている請求項１に記載のシステム。
前記第２導体層は、前記導光体の近傍に位置し、前記変形可能膜層と前記第２導体層との間には空隙が存在する請求項３に記載のシステム。
前記第２導体層は前記変形可能膜層の近傍に位置し、前記第２導体層と前記導光体との間には空隙が存在する請求項３に記載のシステム。
前記導光体の近傍に位置する第３導体層を有し、ここで、前記第２導体層は前記変形可能膜層の近傍に位置し、前記第２導体層と前記第３導体層との間には空隙が存在する請求項３に記載のシステム。
前記第１導体層は、前記変形可能膜層の第１部分が前記第１導体層の第１面上に位置し、前記変形可能膜層の第２部分が前記第１導体層の第２面上であって、前記第１導体層と前記第２導体層との間に位置するように、前記変形可能膜層内の埋設されている請求項１に記載のシステム。
前記第２導体層は前記導光体の近傍に位置し、前記変形可能膜層の前記第２部分と前記導光体との間には空隙が存在する請求項７に記載のシステム。
前記第２導体層は前記変形可能膜層の近傍に位置し、前記第２導体層と前記導光体との間には空隙が存在する請求項７に記載のシステム。
前記導光体の近傍に位置する第３導体層を有し、前記第２導体層と前記第３導体層との間に前記空隙が存在する請求項９に記載のシステム。
前記変形可能膜層を前記導光体に向けて優先的に偏向するように付勢するスリップカバーを有する請求項１に記載のシステム。
前記変形可能膜層は光学微細構造を含む請求項１に記載のシステム。
前記第２導体層は前記光学微細構造の１つ又は複数の面上に配設されている請求項１２に記載のシステム。
前記光学微細構造の少なくとも一部は透明であり、前記第２導体層の少なくとも一部は不透明である請求項１３に記載のシステム。
前記第２導体層は、光学微細構造を含む請求項１に記載のシステム。
変形可能膜の有効ばね定数を減少させる電界を第１導体と第２導体との間に誘導し、
前記変形可能膜を、導光体に対して第１状態から第２状態へと偏向させる方法。
前記第１導体と前記第２導体との間の前記電界を減少させて、予めテンションをかけられた前記変形可能膜内に蓄えられた物理的ポテンシャルエネルギを利用して前記変形可能膜を無効化状態へと復元する請求項１６に記載の方法。
前記変形可能膜における前記有効ばね定数の減少化として、前記変形可能膜が膨張させられる請求項１６に記載の方法。
前記変形可能膜の偏向は、前記変形可能膜を移動させる力を付与することで行われる請求項１６に記載の方法。
前記力の付与は、導体に動作電圧を加えることで実現する請求項１９に記載の方法。
前記力の付与は、スリップカバーを介して前記変形可能膜の移動を阻止することを含む請求項１９に記載の方法。
第１導体と第２導体と圧電材を含む変形可能膜とを含む画素からなる画素アレイが備えられ、前記変形可能膜の少なくとも一部は前記第１導体と前記第第２導体との間に配置されているディスプレイシステム。
前記画素アレイを選択的に制御するように構成されたコントローラが備えられている請求項２２に記載のディスプレイシステム。
前記画素アレイがディスプレイスクリーンを構築している請求項２２のディスプレイシステム。
変形可能膜層の少なくとも一部の周りに第１導体層と第２導体層とを形成し、前記変形可能膜層を、前記第１導体層と前記第２導体層との間に加えられた電位差によって前記変形可能膜の少なくとも一部が導光体に向けて偏向されるように構成する方法。