JP5314039B2 - Simultaneous focusing and illumination for active displays - Google Patents

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Abstract

In various embodiments described herein, a display device (85) comprising a light collection film (80) and a photovoltaic device (86) disposed on an edge of the collection film. The collection film has a plurality of light-turning features (94) for redirecting light between the front and back surface of the collection film and the photovoltaic device. In some embodiments, a light source (90) is also disposed on an edge of the collection film and emits light which is turned by the light-turning features toward the display.

Description

本願は、２００８年９月２日出願の米国仮出願第６１／０９３６８６号、及び２００７年１１月１６日出願の米国特許出願第１１／９４１８５１号の優先権を主張する。本願は、２００８年９月９日出願の米国特許出願第１２／２０７２７０号に関連する。   This application claims priority from US Provisional Application No. 61/093686, filed September 2, 2008, and US Patent Application No. 11/941851, filed November 16, 2007. This application is related to US patent application Ser. No. 12 / 207,270, filed Sep. 9, 2008.

本願は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）に関する。   The present application relates to a microelectromechanical system (MEMS).

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、微小機械素子、アクチュエータ、及び、電子機器を含む。微小機械素子は、堆積、エッチング、及び／又は、他の微小機械加工プロセス（基板及び／又は堆積させた物質層の一部をエッチングしたり、電気的及び電気機械的装置を形成するための層を追加したりする）を用いて、形成され得る。ＭＥＭＳ装置の一種類は、干渉変調器（“ＩＭＯＤ”，ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる。本願において、干渉変調器、干渉光変調器又はＩＭＯＤという用語は、光干渉原理を用いて光を選択的に吸収及び／又は反射する装置を指称する。特定の実施形態において、干渉変調器は、一対の導電性板を備える。その一対の導電性板の一方または両方は、その全体または一部が透明及び／又は反射性であり、適切な電気信号の印加に対して相対的に動くことができる。特定の実施形態において、一方の板は、基板上に堆積させた静止層を備え、他方の板は、空隙によって静止層から離隔された金属膜を備える。本願において詳述されるように、他方の板に対する一方の板の位置によって、干渉変調器に入射する光の光学干渉を変化させることができる。   Microelectromechanical systems (MEMS) include micromechanical elements, actuators, and electronic devices. A micromechanical element is a layer for depositing, etching, and / or other micromachining processes (such as etching a portion of a substrate and / or deposited material layer or forming electrical and electromechanical devices). Or the like) can be formed. One type of MEMS device is called an interferometric modulator (“IMOD”, interferometric modulator). In this application, the term interferometric modulator, interferometric light modulator or IMOD refers to a device that selectively absorbs and / or reflects light using the principle of optical interference. In certain embodiments, the interferometric modulator comprises a pair of conductive plates. One or both of the pair of conductive plates is transparent and / or reflective in whole or in part and can move relative to the application of an appropriate electrical signal. In certain embodiments, one plate comprises a stationary layer deposited on the substrate, and the other plate comprises a metal film separated from the stationary layer by a gap. As described in detail in the present application, the optical interference of light incident on the interferometric modulator can be changed depending on the position of one plate with respect to the other plate.

ＩＭＯＤをアドレス可能アレイに配置して、アクティブディスプレイを形成することができる。同様に、他のＭＥＭＳ技術や、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ，ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）、発光ダイオード（ＬＥＤ，ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）（有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ，ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ）を含む）、電気泳動ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ，ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ）等の非ＭＥＭＳ技術も全て、テレビ、コンピュータのモニタ、携帯電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）のスクリーン等として採用される。このような装置は広範な応用を有し、こうした種類の装置の特性を利用及び／又は変更する分野において有用であり、その特徴を、既存の製品を改善し、また、未だ開発されていない新規製品を創作するのに活かすことができる。   The IMOD can be placed in an addressable array to form an active display. Similarly, other MEMS technologies, liquid crystal displays (LCD, liquid crystal display), light emitting diodes (LEDs, including organic LEDs (OLEDs), organic LEDs), electrophoretic displays, field emission displays ( All non-MEMS technologies such as FED (Field Emission Display) are also adopted as televisions, computer monitors, mobile phones, PDA (Personal Digital Assistant) screens, and the like. Such devices have a wide range of applications and are useful in the field of utilizing and / or modifying the characteristics of these types of devices, improving their features, improving existing products, and new, yet to be developed Can be used to create products.

米国特許出願公開第２００６／２６２５６２号明細書US Patent Application Publication No. 2006/262562 米国特許出願公開第２００７／１９６０４０号明細書US Patent Application Publication No. 2007/196040 特開２００６−０６５３６０号公報JP 2006-065360 A 米国特許第６１２３４３１号明細書US Pat. No. 6,123,431 米国特許出願公開第２００７／１７１４１８号明細書US Patent Application Publication No. 2007/171418 国際公開第９９／０４２９６号International Publication No. 99/04296 米国特許出願公開第２００６／０６６７８３号明細書US Patent Application Publication No. 2006/066783 米国特許出願公開第２００６／０６６５４１号明細書US Patent Application Publication No. 2006/066541

一実施形態では、ディスプレイ装置は、視聴者に向き合うディスプレイ前面及びディスプレイ背面を有するディスプレイ画素のアクティブアレイと、ディスプレイ前面又は背面の一方に隣接した少なくとも一つの集光膜と、光起電装置とを含み、集光膜は、集光膜前面、集光膜背面、少なくとも一つのエッジ、複数の光方向転換特徴部を有し、光方向転換特徴部は、集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されていて、光起電装置は、集光膜のエッジに配置されていて、集光膜を介して光方向転換特徴部から横方向に透過した光を受光するような向きにされる。   In one embodiment, the display device comprises an active array of display pixels having a display front and a display back facing the viewer, at least one light collection film adjacent to one of the display front or back, and a photovoltaic device. The light collecting film includes a light collecting film front surface, a light collecting film back surface, at least one edge, and a plurality of light redirecting features. The photovoltaic device is arranged at the edge of the condensing film and laterally extends from the light redirecting feature through the condensing film. The orientation is such that the transmitted light is received.

他の実施形態では、ディスプレイ装置は、ディスプレイ画素のアレイを含む。少なくとも一つの集光膜がディスプレイ画素のアレイの隣に配置される。その集光膜は複数の光方向転換特徴部を有し、その光方向転換特徴部は、集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている。少なくとも一つの光起電装置が集光膜のエッジに配置されて、その光起電装置は、光方向転換特徴部から集光膜を横方向に透過した光を受光する向きにされている。少なくとも一つの光源がエッジに配置され、その光源は、集光膜を介して横方向に光を放出し、その光は、ディスプレイ画素のアレイに向けて光方向転換特徴部によって方向転換される。   In other embodiments, the display device includes an array of display pixels. At least one light collection film is disposed next to the array of display pixels. The light collecting film has a plurality of light redirecting features, the light redirecting features configured to redirect light between the front or back of the light collecting film and the edge of the light collecting film. Yes. At least one photovoltaic device is disposed at the edge of the collection film, and the photovoltaic device is oriented to receive light transmitted laterally through the collection film from the light redirecting feature. At least one light source is disposed at the edge, the light source emits light laterally through the collection film, and the light is redirected by the light redirecting feature toward the array of display pixels.

他の実施形態では、ディスプレイ装置は、ディスプレイ画素のアレイ上に画像を表示する手段と、光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段と、ディスプレイ表面上の入射方向から、光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段に向けて、ディスプレイ表面に沿った横方向に光を方向転換させる手段とを含む。   In other embodiments, the display device includes means for displaying an image on an array of display pixels, means for converting light energy into other forms of energy, and other light energy from the direction of incidence on the display surface. Means for diverting light laterally along the display surface towards means for converting to form energy.

他の実施形態では、光を集光及び画像表示の方法は、画像領域にアクティブに画像を表示する段階と、画像領域から光を集光する段階と、画像領域からの光を画像領域の少なくとも一つのエッジに方向転換させる段階と、光を電流に変換する段階とを含む。   In another embodiment, a method of concentrating light and displaying an image includes: actively displaying an image in an image region; condensing light from the image region; and illuminating light from the image region at least in the image region. Redirecting to one edge and converting light into current.

他の実施形態では、ディスプレイ装置の製造方法は、集光膜をディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ前面又は背面に動作可能に結合する段階を含む。集光膜は、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくも一つのエッジと、複数の光方向転換特徴部とを有する。また、本方法は、環境光が光方向転換特徴部によって集光膜前面から集光膜のエッジの光起電装置に方向転換されて、電気エネルギーに変換されるように、光起電装置を集光膜のエッジと整列させる段階も含む。   In another embodiment, a method of manufacturing a display device includes operably coupling a light collection film to the display front or back of an active array of display pixels. The light collecting film has a front surface of the light collecting film, a back surface of the light collecting film, at least one edge, and a plurality of light redirecting features. The method also allows the photovoltaic device to be redirected by the light redirecting feature from the front surface of the collector film to the photovoltaic device at the edge of the collector film and converted to electrical energy. Aligning with the edge of the light collecting film is also included.

一番目の干渉変調器の可動反射層が緩和位置にあり、二番目の干渉変調器の可動反射層が作動位置にある干渉変調器ディスプレイの一実施形態の一部を示す等角図である。FIG. 6 is an isometric view of a portion of one embodiment of an interferometric modulator display with the movable reflective layer of the first interferometric modulator in the relaxed position and the movable reflective layer of the second interferometric modulator in the activated position. ３×３干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。FIG. 2 is a system block diagram illustrating one embodiment of an electronic device incorporating a 3 × 3 interferometric modulator display. 図１の干渉変調器の実施形態の一例に対する可動ミラーの位置対印加電圧の図である。FIG. 2 is a diagram of movable mirror position versus applied voltage for an example embodiment of the interferometric modulator of FIG. 干渉変調器ディスプレイを駆動するために使用可能な行及び列の電圧の組の図である。FIG. 6 is a diagram of row and column voltage sets that can be used to drive an interferometric modulator display. 図２の３×３干渉変調器ディスプレイの表示データのフレームの一例である。3 is an example of a frame of display data on the 3 × 3 interferometric modulator display of FIG. 2. 図５Ａのフレームを描くために使用可能な行及び列の信号用のタイミング図の一例である。FIG. 5B is an example of a timing diagram for row and column signals that can be used to draw the frame of FIG. 5A. 複数の干渉変調器を備えた画像表示装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。It is a system block diagram which shows one Embodiment of the image display apparatus provided with the several interferometric modulator. 複数の干渉変調器を備えた画像表示装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。It is a system block diagram which shows one Embodiment of the image display apparatus provided with the several interferometric modulator. 図１の装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus of FIG. 干渉変調器の代替実施形態の断面図である。6 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of an interferometric modulator. FIG. 干渉変調器の他の代替実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another alternative embodiment of an interferometric modulator. 干渉変調器の更に他の代替実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of yet another alternative embodiment of an interferometric modulator. 干渉変調器の更なる代替実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further alternative embodiment of an interferometric modulator. ディスプレイ画素のアレイの上方を覆う集光膜及びそれに設けられた光起電装置と、ディスプレイ画素のアレイの下方を覆う他の同様の集光膜との概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a light collecting film covering the top of the array of display pixels and a photovoltaic device provided thereon, and another similar light collecting film covering the bottom of the array of display pixels. ディスプレイ画素のアレイの上方を覆う集光膜並びにそれに設けられた光起電装置及び光源と、ディスプレイ画素の下方を覆う他の同様の集光膜との概略的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a light collection film covering the top of an array of display pixels, a photovoltaic device and a light source provided thereon, and another similar light collection film covering the bottom of the display pixel. 光方向転換特徴部を有する集光膜の上面図であり、その集光膜の一コーナーに光起電装置及び光源が隣同士に配置されている。It is a top view of the condensing film | membrane which has a light direction change characteristic part, and the photovoltaic apparatus and the light source are arrange | positioned adjacent to one corner of the condensing film | membrane. 光起電装置及び光源を備えた集光膜の一実施形態のコーナーの概略図である。1 is a schematic view of a corner of one embodiment of a light collection film comprising a photovoltaic device and a light source. FIG. 光起電装置及び光源の構成の更なる実施形態を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a further embodiment of the configuration of the photovoltaic device and the light source. 光を光起電装置に集光及び導光する複数のプリズム特徴部を備えたプリズム集光膜の概略的な側断面図である。It is a schematic sectional side view of a prism condensing film provided with a plurality of prism features for condensing and guiding light to a photovoltaic device. 光を光起電装置に集光及び導光する複数のプリズム特徴部を備えたプリズム集光膜の他の概略的な断面図である。It is another schematic sectional drawing of the prism condensing film | membrane provided with the some prism characteristic part which condenses and guides light to a photovoltaic apparatus. 光を光起電装置に集光及び導光する複数のプリズムスリットを備えたプリズム集光膜の他の概略的な断面図である。It is another schematic sectional drawing of the prism condensing film provided with the some prism slit which condenses and guides light to a photovoltaic apparatus. より効率良く光を光起電装置に集光及び導光するスタガード特徴部を備えて積層された二層のプリズム集光膜を備えた実施形態を示す。3 illustrates an embodiment with a two-layer prism concentrating film stacked with a staggered feature that concentrates and guides light to a photovoltaic device more efficiently. 回折方向転換特徴部を含む集光膜の概略図である。It is the schematic of the condensing film | membrane containing a diffraction direction change characteristic part. 集光膜の上面に配置された透過型ホログラムを備えた光方向転換特徴部を概略的に示す。1 schematically illustrates a light redirecting feature with a transmission hologram disposed on the top surface of a light collection film. 集光膜の下面に配置された反射型ホログラムを備えた光方向転換特徴部を概略的に示す。1 schematically illustrates a light redirecting feature with a reflective hologram disposed on the bottom surface of a light collection film. 前面に集光膜を有する反射型干渉変調器ディスプレイの一実施形態の概略的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a reflective interferometric modulator display having a collection film on the front surface. FIG. 背面に集光膜を有する反射型干渉変調器ディスプレイの他の実施形態の概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a reflective interferometric modulator display having a collection film on the back. 行及び列に配置されたアクティブディスプレイ画素のアレイの概略的な平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of an array of active display pixels arranged in rows and columns. バックライトを含む半透過半反射型干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイの概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a transflective interferometric modulator (IMOD) display including a backlight. バックライトが方向転換特徴部を有する集光／照明膜によって提供される半透過半反射型ＩＭＯＤディスプレイの概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a transflective IMOD display provided by a light collecting / illuminating film with a backlight having a turning feature. 前面に集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の実施形態の概略的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of an emissive display device having a light collecting film on the front surface. 背面に集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の他の実施形態の概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of an emissive display device having a light collecting film on the back surface. アクティブディスプレイ画素とバックライトとの間に集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の他の実施形態の概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of an emissive display device having a light collecting film between active display pixels and a backlight. 非対称な方向転換特徴部を備えた集光膜を有する放出型ディスプレイ装置の他の実施形態の概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of an emissive display device having a light collecting film with an asymmetric turning feature.

以下の詳細な記載は、本発明の特定の実施形態に対するものである。しかしながら、本発明は、多種多様な方法で実施可能である。この記載においては、全体にわたり同様の部分には同様の参照符号を付した図面を参照する。以下の記載から明らかになるように、動的な画像（例えば、ビデオ）または静的な画像（例えば、静止画）や、文字または図表の画像をプログラム可能に表示するように設計されているあらゆる装置において、本実施形態を実装可能である。更に、携帯電話、無線装置、ＰＤＡ、携帯型コンピュータ、ＧＰＳ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、置時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ（例えば、走行距離計等）、コックピット制御機器及び／又はディスプレイ、カメラビューのディスプレイ（例えば、自動車の後方ビューカメラのディスプレイ）、電子写真、電光掲示板または電光サイン、プロジェクタ、建築物、パッケージング、審美的構造（例えば、宝石に対する画像表示）等の多種多様な電子機器において又はこれらに関連して、本実施形態を実施可能であるが、これらに限定されるものではない。   The following detailed description is with respect to specific embodiments of the invention. However, the present invention can be implemented in a wide variety of ways. In this description, reference is made to the drawings wherein like parts are designated with like reference numerals throughout. As will become apparent from the following description, any dynamic image (eg, video) or static image (eg, still image), or any text or chart image designed to be displayed programmably This embodiment can be implemented in an apparatus. Furthermore, mobile phones, wireless devices, PDAs, portable computers, GPS receivers / navigators, cameras, MP3 players, camcorders, game machines, watches, clocks, calculators, TV monitors, flat panel displays, computer monitors, automotive displays ( Odometer, etc.), cockpit control equipment and / or display, camera view display (eg car rear view camera display), electrophotography, electronic bulletin board or electronic sign, projector, building, packaging, aesthetics The present embodiment can be implemented in or in connection with a wide variety of electronic devices such as a mechanical structure (for example, an image display for a jewel), but is not limited thereto.

本発明の特定の実施形態は、アクティブディスプレイ領域を介して光を集めて、その光を電気エネルギーに変換するために光起電装置に結合された集光膜を対象にしている。集光膜は、ディスプレイ画素のアレイの上方又は下方に配置され、アクティブディスプレイ領域上に受光された光の一部を方向転換させて、少なくとも一つの光起電装置が配置された集光膜のエッジにその光を向ける光方向転換特徴部を有する。一部実施形態では、ＬＥＤ等の光源も、同一の膜のエッジに配置されて、ディスプレイを照明するために光方向転換特徴部によって方向転換される光を放出する。   Certain embodiments of the invention are directed to a collection film coupled to a photovoltaic device to collect light through the active display area and convert the light into electrical energy. The light collection film is disposed above or below the array of display pixels, and redirects a portion of the light received on the active display area to provide at least one photovoltaic device disposed on the light collection film. A light redirecting feature that directs the light to the edge. In some embodiments, a light source, such as an LED, is also placed at the same film edge to emit light that is redirected by a light redirecting feature to illuminate the display.

図８〜図２０の実施形態は、多様なディスプレイ技術と組み合わせて、光起電装置を備えた集光膜を採用し得るが、図１〜図７Ｅは、図８〜図２０の実施形態に有用な干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイ技術を例示する。   The embodiments of FIGS. 8-20 may employ a light collection film with a photovoltaic device in combination with various display technologies, but FIGS. 1-7E are similar to the embodiments of FIGS. 1 illustrates a useful interferometric modulator (IMOD) display technology.

干渉ＭＥＭＳディスプレイ素子を備えた干渉変調器ディスプレイの一実施形態を、図１に示す。この装置において、画素は、明状態または暗状態のどちらかである。明（“オン”、“オープン”）状態において、ディスプレイ素子は、入射可視光の大部分を使用者に反射する。暗（“オフ”、“クローズ”）状態において、ディスプレイ素子は、入射可視光の僅かしか使用者に反射しない。実施形態に応じて、“オン”及び“オフ”状態の光の反射性を逆にしてもよい。ＭＥＭＳ画素は、選択された色を主に反射するように構成可能であり、白黒に加えてカラーディスプレイが可能である。   One embodiment of an interferometric modulator display with an interferometric MEMS display element is shown in FIG. In this device, the pixels are in either a bright state or a dark state. In the bright (“on”, “open”) state, the display element reflects a large portion of incident visible light to a user. In the dark (“off”, “closed”) state, the display element reflects only a small amount of incident visible light to the user. Depending on the embodiment, the reflectivity of light in the “on” and “off” states may be reversed. MEMS pixels can be configured to primarily reflect selected colors, allowing for color displays in addition to black and white.

図１は、画像ディスプレイの一続きの画素の内の二つの隣接する画素を示す等角図である。ここで、各画素は、ＭＥＭＳ干渉変調器を備えている。一部実施形態では、干渉変調器ディスプレイは、これら干渉変調器の行列のアレイを備える。各干渉変調器は、互いに可変で制御可能な距離に配置された一対の反射層を含み、少なくとも一つの可変寸法を備えた共鳴光学ギャップを形成する。一実施形態において、反射層の一方は、二つの位置の間を移動し得る。第一の位置（緩和位置と称する）では、可動反射層は、固定された部分反射層から比較的離れた位置に在る。第二位置（作動位置と称する）では、可動反射層は、部分反射層により近づいて隣接する位置に在る。これら二つの層から反射される入射光は、可動反射層の位置に応じて、建設的にまたは破壊的に干渉して、各画素に対して全体的な反射状態または非反射状態のどちらかがもたらされる。   FIG. 1 is an isometric view showing two adjacent pixels in a series of pixels in an image display. Here, each pixel includes a MEMS interferometric modulator. In some embodiments, the interferometric modulator display comprises an array of matrices of these interferometric modulators. Each interferometric modulator includes a pair of reflective layers disposed at a variable and controllable distance from each other to form a resonant optical gap with at least one variable dimension. In one embodiment, one of the reflective layers can move between two positions. In the first position (referred to as a relaxation position), the movable reflective layer is located relatively far from the fixed partially reflective layer. In the second position (referred to as the actuated position), the movable reflective layer is closer to and adjacent to the partially reflective layer. Incident light reflected from these two layers interferes constructively or destructively depending on the position of the movable reflective layer, and is either totally reflective or non-reflective for each pixel. Brought about.

図１に示される画素アレイの一部は、二つの隣接する干渉変調器１２ａ及び１２ｂを含む。左側の干渉変調器１２ａでは、可動反射層１４ａが、光学積層体１６ａ（部分反射層を含む）から所定の距離離れた緩和位置で示されている。右側の干渉変調器１２ｂでは、可動反射層１４ｂが、光学積層体１６ｂに隣接した作動位置で示されている。   The portion of the pixel array shown in FIG. 1 includes two adjacent interferometric modulators 12a and 12b. In the left interferometric modulator 12a, the movable reflective layer 14a is shown at a relaxation position that is a predetermined distance away from the optical laminate 16a (including the partial reflective layer). In the right interferometric modulator 12b, the movable reflective layer 14b is shown in an operating position adjacent to the optical stack 16b.

本願において、光学積層体１６ａ及び１６ｂ（まとめて光学積層体１６と称する）は典型的に複数の結合層を備え、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ，ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）等の電極層、クロム等の部分反射層、及び、透明誘電体を含み得る。従って、光学積層体１６は、導電性であり、部分的には透明で部分的には反射性であり、例えば、透明基板２０上に上述の層を一層以上堆積させることによって、製造可能である。部分反射層は、多様な金属、半導体、誘電体等の部分反射性である多様な物質から形成可能である。部分反射層は一層以上の物質層で形成可能であり、各層は単一の物質または複数の物質の組み合わせで形成可能である。   In the present application, the optical laminates 16a and 16b (collectively referred to as the optical laminate 16) typically include a plurality of bonding layers, an electrode layer such as indium tin oxide (ITO), and a portion such as chromium. A reflective layer and a transparent dielectric can be included. Accordingly, the optical laminate 16 is electrically conductive, partially transparent and partially reflective, and can be manufactured, for example, by depositing one or more of the above layers on the transparent substrate 20. . The partially reflective layer can be formed from a variety of materials that are partially reflective, such as a variety of metals, semiconductors, and dielectrics. The partially reflective layer can be formed of one or more material layers, and each layer can be formed of a single material or a combination of a plurality of materials.

一部実施形態では、光学積層体１６の層が平行なストリップにパターニングされて、以下に記載するようなディスプレイ装置の行電極を形成し得る。可動反射層１４ａ、１４ｂは、ポスト１８の上面と、ポスト１８間に堆積させた介在犠牲物質の上面とに堆積させた堆積金属層（一層または複数層）の一続きの平行なストリップ（１６ａ及び１６ｂの行電極に直交する）として形成され得る。犠牲物質がエッチングされると、画定されたギャップ１９によって、可動反射層１４ａ、１４ｂが光学積層体１６ａ、１６ｂから離隔される。反射層１４用には、アルミニウム等の高導電性及び反射性物質を使用可能であり、そのストリップが、ディスプレイ装置の列電極を形成し得る。   In some embodiments, the layers of the optical stack 16 may be patterned into parallel strips to form display device row electrodes as described below. The movable reflective layers 14a, 14b are a series of parallel strips (16a and 16a) of deposited metal layer (s) deposited on the upper surface of the posts 18 and the upper surface of the intervening sacrificial material deposited between the posts 18. 16b row electrode). When the sacrificial material is etched, the movable reflective layers 14a, 14b are separated from the optical stacks 16a, 16b by the defined gap 19. For the reflective layer 14, a highly conductive and reflective material such as aluminum can be used, and the strip can form the column electrode of the display device.

電圧が印加されていないと、図１の画素１２ａに示されるように、可動反射層１４ａと光学積層体１６ａとの間にギャップ１９が残ったままであり、可動反射層１４ａは、機械的に緩和状態にある。一方で、選択された行と列に電位差が印加されると、対応する画素の行電極と列電極の交差する部分に形成されるキャパシタが帯電して、静電力が電極を互いに引き寄せる。電圧が十分に高いと、可動反射層１４が変形して、光学積層体１６に押し付けられる。光学積層体１６内の誘電体層（図１に示さず）は、短絡を防止して、図１の右側の画素１２ｂに示されるように、層１４と層１６との間の間隔を制御することができる。印加される電位差の極性に関わり無く、挙動は同じである。このように、反射画素状態対非反射画素状態を制御可能な行／列の作動は、従来のＬＣＤや他のディスプレイ技術で用いられているものと多くの点で類似している。   If no voltage is applied, the gap 19 remains between the movable reflective layer 14a and the optical stack 16a as shown in the pixel 12a of FIG. 1, and the movable reflective layer 14a is mechanically relaxed. Is in a state. On the other hand, when a potential difference is applied to the selected row and column, the capacitor formed at the intersection of the row electrode and the column electrode of the corresponding pixel is charged, and the electrostatic force attracts the electrodes to each other. When the voltage is sufficiently high, the movable reflective layer 14 is deformed and pressed against the optical laminate 16. A dielectric layer (not shown in FIG. 1) in the optical stack 16 prevents short circuit and controls the spacing between layers 14 and 16 as shown in the right pixel 12b of FIG. be able to. The behavior is the same regardless of the polarity of the applied potential difference. Thus, row / column actuation that can control reflective vs. non-reflective pixel states is similar in many respects to that used in conventional LCD and other display technologies.

図２から図５Ｂは、ディスプレイ応用における干渉変調器のアレイを用いるためのプロセス及びシステムの一例を示す。   FIGS. 2-5B illustrate an example process and system for using an array of interferometric modulators in a display application.

図２は、本発明の複数の側面を組み込み得る電子装置の一実施形態を示すシステムブロック図である。例示的な実施形態では、電子装置はプロセッサ２１を含み、そのプロセッサ２１は、ＡＲＭ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＩ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＩＩ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ＩＶ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）Ｐｒｏ、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ ＰＣ（登録商標）、ＡＬＰＨＡ（登録商標）等の汎用のシングルチップまたはマルチチップのマイクロプロセッサであり、または、デジタル信号プロセッサや、マイクロコントローラやプログラマブルゲートアレイ等の専用マイクロプロセッサであり得る。従来技術のように、プロセッサ２１は、一つ以上のソフトウェアモジュールを実行するように構成され得る。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、ｅメールプログラムや、他のソフトウェアアプリケーション等の一つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成され得る。   FIG. 2 is a system block diagram illustrating one embodiment of an electronic device that may incorporate multiple aspects of the invention. In the exemplary embodiment, the electronic device includes a processor 21, which is ARM, Pentium®, Pentium® II, Pentium® III, Pentium® IV, Pentium. (Registered Trademark) Pro, 8051, MIPS (Registered Trademark), Power PC (Registered Trademark), ALPHA (Registered Trademark) and other general-purpose single-chip or multichip microprocessors, or a digital signal processor or microcontroller Or a dedicated microprocessor such as a programmable gate array. As in the prior art, the processor 21 may be configured to execute one or more software modules. In addition to executing the operating system, the processor may be configured to execute one or more software applications, such as a web browser, telephone application, email program, or other software application.

一実施形態では、プロセッサ２１は、アレイドライバ２２と通信するようにも構成されている。一実施形態では、アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイ又はパネル３０に信号を提供する行ドライバ回路２４及び列ドライバ回路２６を含む。図１に示されるアレイの断面図は、図２の線１‐１に沿って示されている。ＭＥＭＳ干渉変調器に対しては、行／列の作動プロトコルは、図３に示される装置のヒステリシス特性を利用し得る。例えば、可動層を緩和状態から作動状態に変形させるには、１０ボルトの電位差が必要とされる。一方で、この値よりも電圧が減少すると、電圧が１０ボルト未満に下がっても、可動層がその状態を維持する。図３の例示的な実施形態では、可動層は、電圧が２ボルト未満に下がるまでは完全に緩和しない。従って、装置が緩和状態または作動状態のどちらかで安定している印加電圧のウィンドウ（図３に示される例では略３から７Ｖ）が存在する。これを本願では、“ヒステリシスウィンドウ”または“安定ウィンドウ”と称する。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイに対しては、行／列の作動プロトコルを以下のように構成可能である。即ち、行のストローブ中には、作動されるべきストローブ行が略１０ボルトの電圧に晒されて、緩和されるべき画素がゼロボルトに近い電圧に晒されるように構成可能である。ストローブ後には、画素が略５ボルトの安定状態電圧に晒されて、画素が、行のストローブによって与えられた状態を保つ。描かれた後には、各画素は、本実施例では３〜７ボルトの“安定ウィンドウ”内の電位差を見る。この特徴は、図１に示される画素構造を、同一の印加電圧条件の下において、作動または緩和の既存状態のどちらかで安定させる。干渉変調器の各画素（作動または緩和状態）は本質的に、固定反射層及び可動反射層によって形成されたキャパシタであるので、ほぼ電力消費無く、ヒステリシスウィンドウ内の電圧において、この安定状態を保持することができる。印加電位が固定されていれば、本質的に電流は画素内に流れない。   In one embodiment, the processor 21 is also configured to communicate with the array driver 22. In one embodiment, the array driver 22 includes a row driver circuit 24 and a column driver circuit 26 that provide signals to a display array or panel 30. A cross-sectional view of the array shown in FIG. 1 is shown along line 1-1 in FIG. For MEMS interferometric modulators, the row / column actuation protocol may take advantage of the hysteresis characteristics of the device shown in FIG. For example, a potential difference of 10 volts is required to deform the movable layer from the relaxed state to the activated state. On the other hand, when the voltage decreases below this value, the movable layer maintains its state even when the voltage drops below 10 volts. In the exemplary embodiment of FIG. 3, the movable layer does not relax completely until the voltage drops below 2 volts. Thus, there is a window of applied voltage (approximately 3 to 7 V in the example shown in FIG. 3) where the device is stable in either a relaxed state or an operational state. This is referred to herein as a “hysteresis window” or “stable window”. For the display array having the hysteresis characteristics of FIG. 3, the row / column operating protocol can be configured as follows. That is, during a row strobe, the strobe row to be actuated can be exposed to a voltage of approximately 10 volts and the pixels to be relaxed can be exposed to a voltage close to zero volts. After the strobe, the pixel is exposed to a steady state voltage of approximately 5 volts, keeping the pixel as given by the row strobe. After being drawn, each pixel sees a potential difference within a “stable window” of 3-7 volts in this example. This feature stabilizes the pixel structure shown in FIG. 1 in either the active or relaxed existing state under the same applied voltage conditions. Each pixel of the interferometric modulator (actuated or relaxed state) is essentially a capacitor formed by a fixed reflective layer and a movable reflective layer, so that this stable state is maintained at a voltage within the hysteresis window with almost no power consumption. can do. Essentially no current flows into the pixel if the applied potential is fixed.

典型的な応用では、表示フレームは、第１番目の行（行１）の作動画素の所望の組に従った列電極の組をアサートすることによって、生成され得る。その後、行パルスが行１の電極に印加されて、アサートされた列ラインに対応する画素を作動させる。その後、第２番目の行（行２）の作動画素の所望の組に対応するために、列電極のアサートされる組を変更する。その後、パルスが行２の電極に印加されて、アサートされた列電極に従った行２の適切な画素を作動させる。行１の画素は、行２のパルスによって影響されず、行１のパルスの間に設定された状態のままである。このことが、一続きの行全体に対して逐次的に反復されて、フレームを生成する。一般的に、秒毎の所望のフレーム数でこのプロセスを連続的に反復することによって、フレームがリフレッシュされ及び／又は新しい表示データに更新される。表示フレームを生成するために画素アレイの行電極及び列電極を駆動するプロトコルは、多種多様なものが周知であり、本発明と組み合わせて使用可能である。   In a typical application, a display frame may be generated by asserting a set of column electrodes according to the desired set of working pixels in the first row (row 1). A row pulse is then applied to the row 1 electrode, actuating the pixels corresponding to the asserted column lines. Thereafter, the asserted set of column electrodes is changed to correspond to the desired set of actuated pixels in the second row (row 2). A pulse is then applied to the row 2 electrode, actuating the appropriate pixels in row 2 according to the asserted column electrodes. The row 1 pixels are not affected by the row 2 pulse and remain in the state they were set to during the row 1 pulse. This is repeated sequentially for the entire series of rows to produce a frame. In general, frames are refreshed and / or updated with new display data by continually repeating this process at the desired number of frames per second. A wide variety of protocols for driving the row and column electrodes of a pixel array to generate a display frame are well known and can be used in conjunction with the present invention.

図４、図５Ａ及び図５Ｂは、図２の３×３アレイ上に表示フレームを生成する作動プロトコルとして考えられるものの一つを示す。図４は、図３のヒステリシス曲線を示す画素に対して使用され得る列及び行の電圧レベルの組として考えられるものの一つを示す。図４の実施形態において、画素を作動させることには、適切な列を−Ｖバイアスに設定し、適切な行を＋ΔＶに設定することが含まれ、それぞれ−５ボルトと＋５ボルトに対応し得る。画素の緩和は、適切な列を＋Ｖバイアスに設定し、適切な行を同じ＋ΔＶに設定して、画素に対する電位差をゼロボルトにすることによって、達成される。行の電圧がゼロボルトに保たれている行においては、列が＋Ｖバイアスであるか−Ｖバイアスであるかに関わらず、元々の状態で安定である。また、図４に示されるように、上述のものとは逆極性の電圧も使用可能であるということを認識されたい。例えば、画素を作動させることは、適切な列を＋Ｖバイアスに設定し、適切な行を−ΔＶに設定することを含むことができる。この実施形態では、画素の緩和は、適切な列を−Ｖバイアスに設定し、適切な行を同じ−ΔＶに設定して、画素に対して電位差をゼロボルトにすることによって、達成される。 4, 5A and 5B show one possible operating protocol for generating display frames on the 3 × 3 array of FIG. FIG. 4 shows one possible set of column and row voltage levels that can be used for the pixel showing the hysteresis curve of FIG. In the embodiment of FIG. 4, actuating the pixels includes setting the appropriate column to −V bias and the appropriate row to + ΔV, which may correspond to −5 volts and +5 volts, respectively. . Pixel relaxation is achieved by setting the appropriate column to + V bias , the appropriate row to the same + ΔV, and the potential difference to the pixel to zero volts. In a row where the row voltage is held at zero volts, it is stable in its original state regardless of whether the column is + V bias or -V bias . It should also be appreciated that voltages of opposite polarity to those described above can be used, as shown in FIG. For example, actuating a pixel can include setting the appropriate column to + V bias and setting the appropriate row to -ΔV. In this embodiment, pixel relaxation is achieved by setting the appropriate column to -V bias and the appropriate row to the same -ΔV to bring the potential difference to zero volts for the pixel.

図５Ｂは、図２の３×３アレイに印加される一続きの行及び列の信号を示すタイミング図であり、図５Ａに示される表示配置がもたらされる。ここで、駆動画素は非反射性である。図５Ａに示されるフレームを描く前においては、画素はいずれの状態であってもよく、この例では、全ての行は０ボルトであり、全ての列は＋５ボルトである。これらの印加電圧に対しては、全ての画素は、作動または緩和のその時点での状態で安定である。   FIG. 5B is a timing diagram showing a series of row and column signals applied to the 3 × 3 array of FIG. 2, resulting in the display arrangement shown in FIG. 5A. Here, the drive pixel is non-reflective. Prior to drawing the frame shown in FIG. 5A, the pixels may be in any state, and in this example, all rows are 0 volts and all columns are +5 volts. For these applied voltages, all pixels are stable in their current state of operation or relaxation.

図５Ａのフレームでは、画素（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）、（３，３）が作動している。これを達成するためには、行１に対する“ライン時間”中に、列１及び列２は−５ボルトに設定され、列３は＋５ボルトに設定される。全ての画素が３〜７ボルトの安定ウィンドウ内のままであるので、これによっては、いずれの画素の状態も変化しない。その後、行１が、０から５ボルトに上がりゼロに戻るパルスで、ストローブされる。これによって、（１，１）及び（１，２）の画素を作動させて、（１，３）の画素を緩和する。アレイの他の画素は影響を受けない。要求どおりに行２を設定するため、列２を−５ボルトに設定し、列１及び列３を＋５ボルトに設定する。その後、行２に印加される同じストローブによって、画素（２，２）を作動させて、画素（２，１）及び（２，３）を緩和する。ここでも、アレイの他の画素は影響を受けない。同様に、列２及び列３を−５ボルトに設定して、列１を＋５ボルトに設定することによって、行３を設定する。行３のストローブは、行３の画素を図５Ａに示されるように設定する。フレームを描いた後において、行の電位はゼロであり、列の電位は＋５または−５ボルトのどちらかを保つことができ、そうして、ディスプレイは図５Ａに示される配置で安定である。同じ手順を、数十または数百の行列のアレイに対して用いることができるということを認識されたい。また、行及び列の作動を実施するために用いられるタイミング、シーケンス及び電圧レベルは、上述の基本原理内において多様に変更可能であり、上述の例は単の例示的なものであり、他の作動電圧方法を本願のシステム及び方法で使用可能であることも認識されたい。   In the frame of FIG. 5A, the pixels (1,1), (1,2), (2,2), (3,2), (3,3) are operating. To achieve this, during the “line time” for row 1, columns 1 and 2 are set to −5 volts, and column 3 is set to +5 volts. This does not change the state of any pixel, since all the pixels remain within the 3-7 volt stability window. Row 1 is then strobed with a pulse that goes from 0 to 5 volts and back to zero. This actuates the (1,1) and (1,2) pixels and relaxes the (1,3) pixel. Other pixels in the array are not affected. To set row 2 as required, column 2 is set to -5 volts, and columns 1 and 3 are set to +5 volts. Thereafter, the same strobe applied to row 2 activates pixel (2, 2) to relax pixels (2, 1) and (2, 3). Again, the other pixels of the array are not affected. Similarly, row 3 is set by setting columns 2 and 3 to -5 volts and column 1 to +5 volts. The row 3 strobe sets the row 3 pixels as shown in FIG. 5A. After drawing the frame, the row potential is zero and the column potential can be kept at either +5 or -5 volts, so the display is stable in the arrangement shown in FIG. 5A. It should be appreciated that the same procedure can be used for arrays of dozens or hundreds of matrices. Also, the timing, sequence and voltage levels used to perform row and column operations can be varied within the basic principles described above, the above examples are merely exemplary, It should also be appreciated that the operating voltage method can be used with the present systems and methods.

図６Ａ及び図６Ｂは、ディスプレイ装置４０の一実施形態を示すシステムブロック図である。ディスプレイ装置４０は例えば携帯電話である。しかしながら、ディスプレイ装置４０の同一の構成要素またはその僅かな変形体は、テレビや携帯型メディアプレーヤー等の多種多様なディスプレイ装置の実例にもなる。   6A and 6B are system block diagrams illustrating an embodiment of the display device 40. The display device 40 is, for example, a mobile phone. However, the same components of display device 40 or slight variations thereof are also illustrative of a wide variety of display devices such as televisions and portable media players.

ディスプレイ装置４０は、ハウジング４１と、ディスプレイ３０と、アンテナ４３と、スピーカー４５と、入力装置４８と、マイク４６とを含む。ハウジング４１は、当業者に周知の多種多様な製造方法のいずれかによって一般的には形成され、射出成形、真空成形が挙げられる。また、ハウジング４１は、多種多様な物質のいずれかから形成可能であり、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、セラミック、それらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、ハウジング４１は、取り外し可能部（図示せず）を含む。該取り外し可能部は、色の異なるまたは異なるロゴや画像やシンボルを含む他の取り外し可能部と交換可能である。   The display device 40 includes a housing 41, a display 30, an antenna 43, a speaker 45, an input device 48, and a microphone 46. The housing 41 is generally formed by any of a wide variety of manufacturing methods well known to those skilled in the art, and includes injection molding and vacuum forming. In addition, the housing 41 can be formed from any of a wide variety of materials, including but not limited to plastic, metal, glass, rubber, ceramic, and combinations thereof. In one embodiment, the housing 41 includes a removable portion (not shown). The removable part can be replaced with other removable parts containing logos, images or symbols of different or different colors.

例示的なディスプレイ装置４０のディスプレイ３０は、多種多様なディスプレイのいずれかであり得て、本願に記載されるような双安定性（ｂｉ−ｓｔａｂｌｅ）ディスプレイが含まれる。他の実施形態では、ディスプレイは、当業者に周知なように、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤ、ＴＦＴ ＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイや、ＣＲＴや他のチューブデバイス等の非フラットパネルディスプレイを含む。しかしながら、本願の実施形態を説明するために、ディスプレイ３０は、本願で説明されるような干渉変調器ディスプレイを含む。   The display 30 of the exemplary display device 40 can be any of a wide variety of displays, including a bi-stable display as described herein. In other embodiments, the display includes flat panel displays such as plasma, EL, OLED, STN LCD, TFT LCD, etc., as well known to those skilled in the art, and non-flat panel displays such as CRT and other tube devices. However, to illustrate embodiments of the present application, display 30 includes an interferometric modulator display as described herein.

図６Ｂに、例示的なディスプレイ装置４０の一実施形態の構成要素を概略的に示す。図示されている例示的なディスプレイ装置４０は、ハウジング４１を含み、また、それに少なくとも部分的に封入される追加の構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態では、例示的なディスプレイ装置４０は、送受信機４７に結合されているアンテナ４３を含むネットワークインターフェイス２７を備える。送受信機４７はプロセッサ２１に接続されていて、プロセッサ２１は調整ハードウェア５２に接続されている。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（例えば信号をフィルタリングする）ように構成可能である。調整ハードウェア５２は、スピーカー４５及びマイク４６に接続されている。また、プロセッサ２１は、入力装置４８及びドライバ制御装置２９にも接続されている。ドライバ制御装置２９は、フレームバッファ２８及びアレイドライバ２２に結合されている。アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイ３０に結合されている。電源５０は、この特定の例示的なディスプレイ装置４０の構成に必要とされるような全ての構成要素に電力を供給する。   FIG. 6B schematically illustrates components of one embodiment of exemplary display device 40. The illustrated exemplary display device 40 includes a housing 41 and can include additional components at least partially enclosed therein. For example, in one embodiment, the exemplary display device 40 includes a network interface 27 that includes an antenna 43 coupled to a transceiver 47. The transceiver 47 is connected to the processor 21, and the processor 21 is connected to the adjustment hardware 52. The conditioning hardware 52 can be configured to condition the signal (eg, filter the signal). The adjustment hardware 52 is connected to the speaker 45 and the microphone 46. The processor 21 is also connected to an input device 48 and a driver control device 29. Driver controller 29 is coupled to frame buffer 28 and array driver 22. Array driver 22 is coupled to display array 30. The power supply 50 provides power to all components as required for the configuration of this particular exemplary display device 40.

ネットワークインターフェイス２７は、アンテナ４３及び送受信機４７を含み、例示的なディスプレイ装置４０が、ネットワーク上の一つ以上の装置と通信できるようになっている。一実施形態では、ネットワークインターフェイス２７は、プロセッサ２１の要求を軽減するためにある程度の処理能力を有し得る。アンテナ４３は、信号の送受信用として当業者に知られているアンテナのいずれかである。一実施形態では、アンテナは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格（ＩＥＥＥ８０２．１１（ａ）、（ｂ）または（ｇ）を含む）に準拠したＲＦ信号を送受信する。他の実施形態では、アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ規格に準拠したＲＦ信号を送受信する。携帯電話の場合には、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ等の無線携帯電話ネットワーク内で通信するために用いられる周知の信号を受信するようにアンテナが設計されている。送受信機４７は、アンテナ４３から受信した信号を前処理して、その後、信号がプロセッサ２１によって受信されて、更に処理されるようにし得る。また、送受信機４７は、プロセッサ２１から受信した信号も処理して、その後、信号が、アンテナ４３を介して例示的なディスプレイ装置４０から送信されるようにし得る。   The network interface 27 includes an antenna 43 and a transceiver 47 so that the exemplary display device 40 can communicate with one or more devices on the network. In one embodiment, the network interface 27 may have some processing power to reduce processor 21 demand. The antenna 43 is any antenna known to those skilled in the art for transmitting and receiving signals. In one embodiment, the antenna transmits and receives RF signals compliant with the IEEE 802.11 standard (including IEEE 802.11 (a), (b) or (g)). In other embodiments, the antenna transmits and receives RF signals compliant with the BLUETOOTH standard. In the case of a cellular phone, the antenna is designed to receive well-known signals that are used to communicate within a wireless cellular network such as CDMA, GSM, AMPS. The transceiver 47 may pre-process the signal received from the antenna 43, after which the signal is received by the processor 21 for further processing. The transceiver 47 may also process the signal received from the processor 21, after which the signal may be transmitted from the exemplary display device 40 via the antenna 43.

代替的な一実施形態では、送受信機４７が、受信機に交換可能である。更の他の代替的な実施形態では、ネットワークインターフェイス２７が、プロセッサ２１に送信されるべき画像データを記憶することまたは発生させることが可能な画像ソースに交換可能である。例えば、画像ソースは、画像データを発生するソフトウェアモジュールや、画像データを含むＤＶＤやハードディスクドライブであり得る。   In an alternative embodiment, the transceiver 47 can be replaced with a receiver. In yet another alternative embodiment, the network interface 27 can be replaced with an image source capable of storing or generating image data to be transmitted to the processor 21. For example, the image source can be a software module that generates image data, a DVD that contains the image data, or a hard disk drive.

プロセッサ２１は一般的に、例示的なディスプレイ装置４０の動作全体を制御する。プロセッサ２１は、データ（ネットワークインターフェイス２７や画像ソースからの圧縮画像データ等）を受信し、そのデータを生の画像データに処理するか、または、生の画像データに容易に処理されるフォーマットに処理する。その後、プロセッサ２１は、記憶用のフレームバッファ２８にまたはドライバ制御装置２９に処理されたデータを送信する。生データは典型的に、画像内の各位置において画像特性を識別する情報を参照する。例えば、このような画像特性は、色、彩度、グレイスケールレベルを含み得る。   The processor 21 generally controls the overall operation of the exemplary display device 40. The processor 21 receives data (such as compressed image data from the network interface 27 or an image source) and processes the data into raw image data or processes it into a format that can be easily processed into raw image data. To do. Thereafter, the processor 21 transmits the processed data to the frame buffer 28 for storage or to the driver control device 29. Raw data typically refers to information that identifies the image characteristics at each location in the image. For example, such image characteristics may include color, saturation, and gray scale level.

一実施形態では、プロセッサ２１は、例示的なディスプレイ装置４０の動作を制御するマイクロ制御装置、ＣＰＵ、または、論理ユニットを含む。調整ハードウェア５２は一般的に、スピーカー４５に信号を送信するための、また、マイク４６から信号を受信するためのアンプ及びフィルタを含む。調整ハードウェア５２は、例示的なディスプレイ装置４０内の個別の構成要素であってもよく、プロセッサ２１や他の構成要素に組み込まれたものであってもよい。   In one embodiment, the processor 21 includes a microcontroller, CPU, or logic unit that controls the operation of the exemplary display device 40. The conditioning hardware 52 typically includes an amplifier and a filter for transmitting signals to the speaker 45 and for receiving signals from the microphone 46. The conditioning hardware 52 may be a separate component within the exemplary display device 40, or may be incorporated into the processor 21 or other component.

ドライバ制御装置２９は、プロセッサ２１が発生させた生の画像データを、プロセッサから直接、または、フレームバッファ２８から受信し、アレイドライバ２２に対する高速送信用に適切な生の画像データに再フォーマットする。特に、ドライバ制御装置２９は、生の画像データを、ラスタ状フォーマットを有するデータフローに再フォーマットして、データフローが、ディスプレイアレイ３０にわたる走査に適した時間オーダを有するようになる。その後、ドライバ制御装置２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２に送信する。ＬＣＤ制御装置等のドライバ制御装置２９は、独立型の集積回路（ＩＣ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）としてシステムプロセッサ２１と関係していることが多いが、このような制御装置は多種多様な方法で実装可能である。このような制御装置は、ハードウェアとしてプロセッサ２１内に組み込み可能であるし、ソフトウェアとしてプロセッサ２１内に組み込み可能であるし、アレイドライバ２２と共にハードウェア内に完全に集積可能でもある。   The driver controller 29 receives the raw image data generated by the processor 21 directly from the processor or from the frame buffer 28 and reformats it into raw image data suitable for high-speed transmission to the array driver 22. In particular, the driver controller 29 reformats the raw image data into a data flow having a raster-like format so that the data flow has a time order suitable for scanning across the display array 30. Thereafter, the driver control device 29 transmits the formatted information to the array driver 22. The driver control device 29 such as an LCD control device is often related to the system processor 21 as a stand-alone integrated circuit (IC), but such a control device can be implemented in various ways. is there. Such a control device can be incorporated in the processor 21 as hardware, can be incorporated in the processor 21 as software, or can be completely integrated in hardware together with the array driver 22.

典型的には、アレイドライバ２２は、ドライバ制御装置２９からフォーマットされた情報を受信し、ビデオデータを、波形の並列的な組に再フォーマットする。この波形の並列的な組は、ディスプレイの画素のｘ‐ｙマトリクスによってもたらされる数百の（数千のこともある）リードに対して、一秒間に何度も印加される。   Typically, the array driver 22 receives formatted information from the driver controller 29 and reformats the video data into a parallel set of waveforms. This parallel set of waveforms is applied many times per second to the hundreds (possibly thousands) of leads provided by the xy matrix of display pixels.

一実施形態では、ドライバ制御装置２９、アレイドライバ２２及びディスプレイアレイ３０は、本願で記載されるあらゆる種類のディスプレイに対しても適合するものである。例えば、一実施形態では、ドライバ制御装置２９は、従来のディスプレイ制御装置、または、双安定性ディスプレイ制御装置（例えば、干渉変調器制御装置）である。他の実施形態では、アレイドライバ２２は、従来のドライバ、または、双安定性ディスプレイドライバ（例えば、干渉変調器ディスプレイ）である。一実施形態では、ドライバ制御装置２９は、アレイドライバ２２と集積される。このような実施形態は、携帯電話、腕時計、他の小型ディスプレイ等の高集積システムにおいて一般的である。更に他の実施形態では、ディスプレイアレイ３０は、典型的なディスプレイアレイ、または、双安定性ディスプレイアレイ（例えば、干渉変調器のアレイを含むディスプレイ）である。   In one embodiment, driver controller 29, array driver 22, and display array 30 are compatible with all types of displays described herein. For example, in one embodiment, the driver controller 29 is a conventional display controller or a bi-stable display controller (eg, an interferometric modulator controller). In other embodiments, the array driver 22 is a conventional driver or a bi-stable display driver (eg, an interferometric modulator display). In one embodiment, the driver controller 29 is integrated with the array driver 22. Such an embodiment is common in highly integrated systems such as mobile phones, watches, and other small displays. In yet other embodiments, the display array 30 is a typical display array or a bi-stable display array (eg, a display that includes an array of interferometric modulators).

入力装置４８によって、使用者が例示的なディスプレイ装置４０の動作を制御することが可能になる。一実施形態では、入力装置は、キーパッド（ＱＷＥＲＴＹキーパッドや電話のキーパッド等）、ボタン、スイッチ、タッチスクリーン、感圧または感熱膜を含む。一実施形態では、マイク４６が、例示的なディスプレイ装置４０用の入力装置になる。マイク４６を用いて装置にデータを入力する場合には、例示的なディスプレイ装置４０の動作を制御するために、使用者によって音声命令が提供され得る。   Input device 48 allows a user to control the operation of exemplary display device 40. In one embodiment, the input device includes a keypad (such as a QWERTY keypad or telephone keypad), buttons, switches, touch screens, pressure sensitive or thermal sensitive films. In one embodiment, the microphone 46 becomes an input device for the exemplary display device 40. When inputting data into the device using the microphone 46, voice commands may be provided by the user to control the operation of the exemplary display device 40.

電源５０は、当該分野で周知の多種多様なエネルギー貯蔵装置を含むことができる。例えば、一実施形態では、電源５０は、ニッケル・カドミウム電池やリチウムイオン電池等の充電可能な電池である。他の実施形態では、電源５０は、再生可能エネルギー源、キャパシタ、または、太陽電池であり、プラスチック太陽電池や太陽電池ペイントが挙げられる。他の実施形態では、電源５０は、壁コンセントから電力を供給されるように構成されている。   The power supply 50 can include a wide variety of energy storage devices well known in the art. For example, in one embodiment, the power source 50 is a rechargeable battery such as a nickel cadmium battery or a lithium ion battery. In other embodiments, the power source 50 is a renewable energy source, a capacitor, or a solar cell, including a plastic solar cell or a solar cell paint. In other embodiments, the power supply 50 is configured to be powered from a wall outlet.

一部実施形態では、上述のように、電子ディスプレイシステム内の複数の位置に配置可能なドライバ制御装置に、プログラム可能性が備わっている。一部実施例では、プログラム可能性は、アレイドライバ２２に備わっている。当業者は、上述の最適化が、如何なる数のハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素においても、また、多種多様な構成において実施可能であるということを認識されたい。   In some embodiments, as described above, programmability is provided in a driver controller that can be placed at multiple locations within an electronic display system. In some embodiments, programmability is provided by the array driver 22. One skilled in the art will recognize that the above-described optimization can be implemented in any number of hardware and / or software components and in a wide variety of configurations.

上述の原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は、多種多様なものであり得る。例えば、図７Ａ〜図７Ｅは、可動反射層１４とその支持構造体の五つの異なる実施形態を示す。図７Ａは、図１の実施形態の断面図であり、金属物質のストリップ１４が、直交して延伸する支持体１８の上に堆積されている。図７Ｂでは、可動反射層１４が、テザー３２に対して、角でのみ支持体に取り付けられている。図７Ｃでは、可動反射層１４が、フレキシブル金属を含み得る変形可能層３４から懸架されている。変形可能層３４は、該変形可能層３４の周囲において、基板２０に直接的又は間接的に接続する。この接続は、本願において、支持体１８と指称され、ポスト、ピラー、レール又は壁の形状をとることができる。図７Ｄに示される実施形態は、支持ポストプラグ４２を有する。この支持ポストプラグの上に、変形可能層３４が横たわる。図７Ａ〜７Ｃのように、可動反射層１４はギャップ上に懸架されている。しかしながら、変形可能層３４と光学積層体１６との間のホールを充填することによって、変形可能層３４が支持ポストを形成してはいない。むしろ、支持体１８は、支持ポストプラグ４２を形成するために用いられる平坦化物質から形成される。図７Ｅに示される実施形態は、図７Ｄに示される実施形態をベースにしたものであるが、図７Ａ〜図７Ｃに示される実施形態、並びに、図示されていない追加の実施形態のいずれにおいても機能し得るものである。図７Ｅに示される実施形態では、金属又は他の導電性物質の追加的な層が用いられて、バス構造４４を形成している。これによって、信号が、干渉変調器の背面に沿ってルーティングすることが可能になり、基板２０上に形成しなければならなかった多数の電極を省略することが可能になる。   The details of the structure of interferometric modulators that operate in accordance with the principles set forth above may vary widely. For example, FIGS. 7A-7E illustrate five different embodiments of the movable reflective layer 14 and its support structure. FIG. 7A is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 1, in which a strip of metallic material 14 is deposited on a support 18 that extends orthogonally. In FIG. 7B, the movable reflective layer 14 is attached to the support only at the corners relative to the tether 32. In FIG. 7C, the movable reflective layer 14 is suspended from a deformable layer 34 that may include a flexible metal. The deformable layer 34 is connected directly or indirectly to the substrate 20 around the deformable layer 34. This connection is referred to herein as support 18 and can take the form of a post, pillar, rail or wall. The embodiment shown in FIG. 7D has a support post plug 42. A deformable layer 34 lies on the support post plug. 7A-7C, the movable reflective layer 14 is suspended over the gap. However, the deformable layer 34 does not form a support post by filling the holes between the deformable layer 34 and the optical stack 16. Rather, the support 18 is formed from a planarizing material that is used to form the support post plug 42. The embodiment shown in FIG. 7E is based on the embodiment shown in FIG. 7D, but in any of the embodiments shown in FIGS. 7A-7C as well as any additional embodiments not shown. It can function. In the embodiment shown in FIG. 7E, an additional layer of metal or other conductive material is used to form the bus structure 44. This allows the signal to be routed along the back side of the interferometric modulator, thus eliminating the large number of electrodes that had to be formed on the substrate 20.

図７Ａ〜図７Ｅに示されるような実施形態では、干渉変調器は、直視型装置として機能し、画像は透明基板２０の前面から視られ、その反対側に変調器が配置されている。こうした実施形態では、反射層１４は、変形可能層３４を含む基板２０に対向する反射層の側において、干渉変調器の一部を光学的に遮蔽する。これによって、遮蔽された領域を、画像の質に悪影響を与えずに、構成及び動作させることが可能になる。このような遮蔽によって、変調器の光学的特性を変調器の電気機械的特性（アドレシングや該アドレシングの結果による移動等）から分離する性能を提供する図７Ｅのバス構造４４が可能になる。この分離可能な変調器の設計によって、変調器の電気機械的側面及び光学的側面用に用いられる構造設計及び物質が、互いに独立に選択され、また、機能することが可能になる。更に、図７Ｃ〜図７Ｅに示される実施形態は、反射層１４の光学的特性をその機械的特性から切り離すこと（このことは、変形可能層３４によって達成される）に因る追加的な利点を有する。これによって、光学的特性に関して、反射層１４に用いられる構造設計及び物質を最適化することが可能になり、また、所望の機械的特性に関して、変形可能層３４に用いられる構造設計及び物質を最適化することが可能になる。   In the embodiment as shown in FIGS. 7A to 7E, the interferometric modulator functions as a direct-view device, and the image is viewed from the front surface of the transparent substrate 20, and the modulator is disposed on the opposite side. In such embodiments, the reflective layer 14 optically shields a portion of the interferometric modulator on the side of the reflective layer that faces the substrate 20 that includes the deformable layer 34. This allows the shielded area to be configured and operated without adversely affecting image quality. Such shielding allows the bus structure 44 of FIG. 7E to provide the ability to separate the optical characteristics of the modulator from the electromechanical characteristics of the modulator (such as addressing and movement as a result of the addressing). This separable modulator design allows the structural design and materials used for the electromechanical and optical aspects of the modulator to be selected and function independently of each other. Furthermore, the embodiment shown in FIGS. 7C-7E has additional advantages due to decoupling the optical properties of the reflective layer 14 from its mechanical properties (this is achieved by the deformable layer 34). Have This makes it possible to optimize the structural design and material used for the reflective layer 14 with respect to optical properties and to optimize the structural design and material used for the deformable layer 34 with respect to the desired mechanical properties. It becomes possible to become.

図８及び図９に示されるような実施形態では、前面集光膜８０が、ディスプレイ画素のアレイ８２の前面の上方又は上に配置される。背面集光膜８４は、ディスプレイ画素のアレイ８２の背面の上方又は上に配置される。ディスプレイ画素のアレイ８２は、反射型であり得て、ＬＣＤ、ＭＥＭＳ装置（例えば、干渉変調器又はＩＭＯＤディスプレイ）、電気泳動装置、前面又は視聴側から光を反射するディスプレイ技術の他の種類のものの形状をとり得る。ディスプレイ画素のアレイ８２は、放出型であり得て、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、バックライト式微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置（例えば、半透過半反射型でバックライト式の干渉変調器ディスプレイ（ＩＭＯＤ））、又は、光を内部で生じさせて放出させるディスプレイ技術の他の種類のものであり得る。本願において、“放出型”ディスプレイ技術には、バックライト式技術が含まれる。   In the embodiment as shown in FIGS. 8 and 9, a front light collection film 80 is disposed above or on the front surface of the array 82 of display pixels. The back collecting film 84 is disposed above or on the back of the display pixel array 82. The array of display pixels 82 may be reflective, such as LCDs, MEMS devices (eg, interferometric modulators or IMOD displays), electrophoretic devices, or other types of display technologies that reflect light from the front or viewing side. Can take shape. The array of display pixels 82 can be emissive, such as a liquid crystal display (LCD), light emitting diode (LED), organic light emitting diode (OLED), field emission display (FED), backlit microelectromechanical system (MEMS). It can be a device (eg, a transflective, backlit interferometric modulator display (IMOD)) or other type of display technology that produces and emits light internally. In this application, “emissive” display technology includes backlighting technology.

特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、前面集光膜８０のみを備えて形成され得る。他の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、背面集光膜８４のみを備えて形成され得る。図８は、前面及び背面集光膜８０、８４の各々が、集光膜８０、８４のエッジ８８に配置された光起電（ＰＶ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）装置８６を備える実施形態を示す。図８は、概略的なものであり、集光膜、ＰＶ装置及びアクティブディスプレイの相対的な位置関係を伝えるものであり、ディスプレイ又は画像領域が受光した光の一部がＰＶ装置に向けられる位置関係等を伝える。   In a specific embodiment, the display device 85 may be formed with only the front light collecting film 80. In other embodiments, the display device 85 may be formed with only the back collector film 84. FIG. 8 illustrates an embodiment in which each of the front and back collector films 80, 84 includes a photovoltaic (PV) device 86 disposed at an edge 88 of the collector films 80, 84. FIG. 8 is schematic and conveys the relative positional relationship of the light collecting film, the PV device and the active display, and the position where a part of the light received by the display or image area is directed to the PV device. Communicate relationships.

図９は、光起電装置８６及び光源９０の両方が集光膜８０、８４のエッジ８８に配置されている他の実施形態を示す。一部実施形態では、光起電装置８６及び光源９０は隣同士に配置され得る。他の実施形態では、光起電（ＰＶ）装置８６及び光源９０は、集光膜８０、８４のエッジ８８上の異なる位置に配置される。図８と同様に、本装置は、前面集光膜８０、背面集光膜８４のいずれか、または図示されるように両方を含み得る。図８と同様に、アクティブディスプレイの画像領域からの又は画像領域への光の一部は、画像領域のエッジ上のＰＶ装置に向けられる。更に、集光膜は、エッジの光源からの光の一部をディスプレイアレイ８２の画像領域に向ける。ＰＶ装置８６及び光源９０は、同じエッジに、又は集光膜８０、８４のエッジ８８の同じ側に存在している必要はない。   FIG. 9 shows another embodiment in which both the photovoltaic device 86 and the light source 90 are located at the edge 88 of the collection films 80, 84. In some embodiments, the photovoltaic device 86 and the light source 90 may be placed next to each other. In other embodiments, the photovoltaic (PV) device 86 and the light source 90 are located at different locations on the edges 88 of the collection films 80, 84. Similar to FIG. 8, the apparatus may include either the front collection film 80, the back collection film 84, or both as shown. Similar to FIG. 8, some of the light from or to the image area of the active display is directed to the PV device on the edge of the image area. Further, the condensing film directs a part of the light from the edge light source to the image area of the display array 82. The PV device 86 and the light source 90 need not be on the same edge or on the same side of the edge 88 of the collection films 80, 84.

図９に示される実施形態では、集光膜８０、８４は図８のものと同様の構造を有することができる。しかしながら、膜８０、８４は、光源９０からの光が光起電装置８６に到達する光の反対方向に伝わる限りにおいて、照明膜としても機能することができる。集光膜８０、８４は、後述の図１１Ａ〜図１３Ｂからより良く理解されるような光方向転換特徴部を含む。光源は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え得る。   In the embodiment shown in FIG. 9, the light collection films 80, 84 can have a structure similar to that of FIG. However, the films 80, 84 can also function as illumination films as long as the light from the light source 90 travels in the opposite direction of the light reaching the photovoltaic device 86. The collection films 80, 84 include light redirecting features as can be better understood from FIGS. 11A-13B described below. The light source may comprise, for example, a light emitting diode (LED).

各集光膜８０、８４は二表面を備える。上面は環境光を受光するように構成される。下面は上面の下方に配置される。集光膜８０、８４はその全周囲がエッジ８８によって画定されている。典型的には、集光膜８０、８４の長さ及び幅は、集光膜８０、８４の厚さよりも実質的に大きい。集光膜８０、８４の厚さは、例えば０．５から１０ｍｍであり得る。集光膜８０、８４の主要な表面の面積は０．０１から１００００ｃｍ２であり得る。一部実施形態では、集光膜８０、８４を備える物質の屈折率は、周囲の媒体よりも顕著に高くて、全内部反射（ＴＩＲ，ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によって環境光の大部分を集光膜８０、８４内部に導光する。 Each of the light collecting films 80 and 84 has two surfaces. The top surface is configured to receive ambient light. The lower surface is disposed below the upper surface. The entire circumference of the light collecting films 80 and 84 is defined by an edge 88. Typically, the length and width of the light collecting films 80 and 84 are substantially larger than the thickness of the light collecting films 80 and 84. The thickness of the light collecting films 80 and 84 may be, for example, 0.5 to 10 mm. The area of the main surface of the light collecting films 80, 84 may be 0.01 to 10,000 cm 2 . In some embodiments, the refractive index of the material including the light collection films 80 and 84 is significantly higher than that of the surrounding medium, and most of the ambient light is collected by total internal reflection (TIR). The light is guided inside 80 and 84.

図１０Ａ〜図１０Ｃは、集光膜８０、８４のエッジ８８に光起電装置８６及び光源９０の両方を配置するための多様な構成を示す。一部実施形態では、光源９０が省略され得る。図１０Ａに示されるような実施形態では、光起電装置８６及び光源９０が集光膜８０、８４の一コーナー９２に隣同士で配置される。集光膜８０、８４は、その集光膜８０、８４の表面上に円弧で概略的に示される光方向転換特徴部９４を備える。光方向転換特徴部は、プリズム性、回折性、ホログラム性、又は、集光膜８０、８４の上面又は下面の入射方向から集光膜８０、８４のエッジ８８に向けて横方向に光を方向転換させるための他のメカニズムであり得る。一部実施形態では、光起電装置８６及び／又は光源９０は、集光膜８０、８４のコーナー９２ではなくて、エッジ８８の一側に沿って中央に配置され得る。図１０Ａは、隣同士に配置されている光起電装置８６及び光源９０を例示するものであるが、光起電装置８６及び光源９０は、図１０Ｂ及び１０Ｃに示されるように同心状又は重畳するものでもあり得て、又は、集光膜８０、８４のエッジ８８上の異なる位置に配置され得て、例えば互いに向かい合う。一部実施形態では、集光膜８０、８４は、集光膜８０、８４のエッジ上の多様な位置に配置された複数の光起電装置８６及び／又は光源９０を有する。   FIGS. 10A-10C show various configurations for placing both the photovoltaic device 86 and the light source 90 on the edge 88 of the light collection films 80, 84. In some embodiments, the light source 90 may be omitted. In the embodiment as shown in FIG. 10A, the photovoltaic device 86 and the light source 90 are arranged next to each other in one corner 92 of the condensing films 80 and 84. The light collecting films 80, 84 include a light redirecting feature 94, schematically indicated by an arc, on the surfaces of the light collecting films 80, 84. The light redirecting feature directs light laterally from the incident direction of the upper or lower surface of the condensing films 80, 84 toward the edge 88 of the condensing films 80, 84. There may be other mechanisms for converting. In some embodiments, the photovoltaic device 86 and / or the light source 90 may be centrally located along one side of the edge 88 rather than the corner 92 of the collection films 80, 84. FIG. 10A illustrates the photovoltaic device 86 and the light source 90 arranged next to each other, but the photovoltaic device 86 and the light source 90 are concentric or overlapping as shown in FIGS. 10B and 10C. Or can be located at different positions on the edge 88 of the light collection films 80, 84, for example, facing each other. In some embodiments, the collection films 80, 84 have a plurality of photovoltaic devices 86 and / or light sources 90 disposed at various locations on the edges of the collection films 80, 84.

図１１Ａ〜図１３Ｂは、光の集光及び光起電変換用に、又はディスプレイ装置８５の集光及び照明の両方に使用可能な光方向転換特徴部を有する例を示す。   FIGS. 11A-13B show examples having light redirecting features that can be used for light collection and photovoltaic conversion, or for both collection and illumination of the display device 85.

環境光を光起電装置内に動作可能に結合するのに用いられるプリズム集光膜の一実施形態が図１１Ａに示されている。プリズム導光コレクタは、相互主義に基づいている。つまり、光は、プリズム集光膜の表面とエッジとの間の経路に沿って前後に伝わることができる。図１１Ａは、光起電装置１００に対して配置された集光膜１０４を備えた実施形態の側面図である。一部実施形態では、集光膜１０４は、基板１０５と、その上又は中に形成された複数のプリズム特徴部１０８とを備える。集光膜１０４は、上面１３０及び下面１４０を備え、その間に複数のエッジ１１０を有し得る。集光膜１０４に入射する光１１２は、複数のプリズム特徴部１０８によって集光膜１０４内に方向転換され、上面及び下面における複数の全内部反射によって集光膜１０４内に横方向に導光される。集光膜１０４は、光起電装置が反応する一以上の波長の放射に対して透明である光透過性物質を備え得る。例えば、一実施形態では、集光膜１０４は、可視及び近赤外領域の波長に対して透明であり得る。他の実施形態では、集光膜１０４は、紫外又は赤外領域の波長に対して透明であり得る。集光膜１０４は、ガラスやアクリル等の硬質又は半硬質物質から形成され得て、本実施形態に構造安定性を与える。代わりに、集光膜１０４は、フレキシブルポリマー等のフレキシブル物質で形成され得る。   One embodiment of a prismatic collection film used to operably couple ambient light into the photovoltaic device is shown in FIG. 11A. The prism light guide collector is based on reciprocity. That is, light can travel back and forth along the path between the surface of the prism condensing film and the edge. FIG. 11A is a side view of an embodiment with a collection film 104 disposed relative to the photovoltaic device 100. In some embodiments, the light collection film 104 comprises a substrate 105 and a plurality of prism features 108 formed thereon or therein. The light collection film 104 may include an upper surface 130 and a lower surface 140, and may have a plurality of edges 110 therebetween. Light 112 incident on the condensing film 104 is redirected into the condensing film 104 by a plurality of prism features 108 and guided laterally into the condensing film 104 by a plurality of total internal reflections on the upper and lower surfaces. The The collection film 104 can comprise a light transmissive material that is transparent to radiation of one or more wavelengths to which the photovoltaic device reacts. For example, in one embodiment, the collection film 104 can be transparent to wavelengths in the visible and near infrared regions. In other embodiments, the collection film 104 can be transparent to wavelengths in the ultraviolet or infrared region. The light collecting film 104 can be formed of a hard or semi-hard material such as glass or acrylic, and provides structural stability to the present embodiment. Alternatively, the light collection film 104 may be formed of a flexible material such as a flexible polymer.

一実施形態では、図１１Ａに示されるように、プリズム特徴部１０８の形状の光方向転換特徴部は、基板１０５の下面１４０上に、又は光源から離して配置される。プリズム特徴部１０８は一般的に、基板１０５の下面１４０上に形成された細長の溝である。溝は光透過性物質で充填され得る。プリズム特徴部１０８は、成形、エンボス、エッチング又は他の代替方法によって、基板１０５の下面上に形成され得る。代わりに、プリズム特徴部１０８は、基板１０５の下面上に積層され得る膜の上に配置され得る。プリズム膜を備えた実施形態では、光はプリズム膜内のみに導光され得る。このような実施形態では、基板１０５は構造安定性のみを提供し得る。プリズム特徴部１０８は多様な形状を備え得る。例えば、プリズム特徴部１０８は、線形のＶ字溝、又はスリットであり得る。代わりに、プリズム特徴部１０８は曲線又は非線形の形状を備え得る。   In one embodiment, as shown in FIG. 11A, light redirecting features in the form of prism features 108 are disposed on the lower surface 140 of the substrate 105 or away from the light source. The prism feature 108 is generally an elongated groove formed on the lower surface 140 of the substrate 105. The groove may be filled with a light transmissive material. The prism feature 108 may be formed on the lower surface of the substrate 105 by molding, embossing, etching or other alternative methods. Alternatively, the prism feature 108 can be placed on a film that can be stacked on the lower surface of the substrate 105. In embodiments with a prism membrane, light can be guided only into the prism membrane. In such an embodiment, the substrate 105 may only provide structural stability. The prism feature 108 may have a variety of shapes. For example, the prism feature 108 can be a linear V-groove or slit. Alternatively, the prism feature 108 may comprise a curved or non-linear shape.

図１１Ｂは、線形のＶ字溝１１６の形状のプリズム特徴部の拡大図を示す。Ｖ字溝１１６は、図１１Ｂに示されるように、二つの平面ファセットＦ１及びＦ２を備え、その間の角度αで配置される。ファセット間の角度分離αは、集光膜１０４又は周囲の媒体の屈折率に依存し、又は１５度から１２０度であり得る。一部実施形態では、ファセットＦ１及びＦ２は等しい長さのものであり得る。図示されている非対称な実施形態では、一つのファセットの長さが、他のファセットのものよりも長い。二つの連続するＶ字溝間の距離‘ａ’は、０．０１から０．５ｍｍの間であり得る。Ｖ字溝の幅（‘ｂ’で示す）は、０．００１から０．１００ｍｍの間であり得て、‘ｄ’で示されるＶ字溝の深さは０．００１から０．５ｍｍの間であり得る。   FIG. 11B shows an enlarged view of the prism feature in the shape of a linear V-groove 116. As shown in FIG. 11B, the V-shaped groove 116 includes two planar facets F1 and F2, and is disposed at an angle α therebetween. The angle separation α between the facets depends on the refractive index of the light collecting film 104 or the surrounding medium, or can be 15 to 120 degrees. In some embodiments, facets F1 and F2 may be of equal length. In the illustrated asymmetric embodiment, the length of one facet is longer than that of the other facet. The distance 'a' between two consecutive V-grooves can be between 0.01 and 0.5 mm. The V-groove width (denoted by 'b') can be between 0.001 and 0.100 mm, and the V-groove depth denoted by 'd' is between 0.001 and 0.5 mm. It can be.

図１１Ｃは、非対称スリット１０８の形状のプリズム特徴部の拡大図を示す。スリット１０８は、集光膜の表面に対して角度βで配置された二つの実質的に平行な平面ファセットＦ３及びＦ４を備える。集光膜の表面とスリットとの間の角度βは、集光膜１０４又は周囲の媒体の屈折率に依存し得て、又は５度から７０度であり得る。平面ファセットＦ３は、集光膜前面及び背面１３０、１４０における複数の内部反射によって、集光膜前面１３０からの光を集光膜１０４の一エッジ１１０に向けて横方向に方向転換させる。   FIG. 11C shows an enlarged view of the prism feature in the shape of the asymmetric slit 108. The slit 108 comprises two substantially parallel planar facets F3 and F4 arranged at an angle β with respect to the surface of the light collection film. The angle β between the surface of the light collecting film and the slit may depend on the refractive index of the light collecting film 104 or the surrounding medium, or may be 5 to 70 degrees. The plane facet F3 redirects light from the front surface 130 of the condensing film laterally toward the one edge 110 of the condensing film 104 by a plurality of internal reflections on the front and back surfaces 130 and 140 of the condensing film.

図１１Ａ及び図１１Ｃを参照すると、光起電装置１００は、集光膜１０４のエッジ１１０に隣接して、その膜１０４に対して横方向に配置されている。光起電装置１００は、プリズム特徴部１０８によって集光膜１０４を介して方向転換された光を受光するように構成及び配向されている。光起電装置１００は、単層又は多層のｐ‐ｎ接合を備え得て、シリコン、アモルファスシリコン又は他の半導体（テルル化カドミウム）製であり得る。一部実施形態では、光起電装置１００は、光電気化学電池、ポリマー、又はナノテクノロジーに基づいたものであり得る。光起電装置１００は、薄いマルチスペクトル層も備え得る。マルチスペクトル層は更に、ポリマー中に分散させたナノ結晶を備え得る。複数のマルチスペクトル層を積層させて、光起電装置１００の効率を上昇させ得る。図１１Ａ及び図１１Ｂは、光起電装置１００が集光膜１０４の一エッジ１１０に沿って配置されている（例えば、集光膜１０４の左側に）実施形態を示す。しかしながら、他の光起電装置も、集光膜１０４の他のエッジに配置され得る（たとえば集光膜１０４の右側に）。図１１Ｃに示されるように、複数の光起電装置を集光膜１０４の両側に配置し得る（例えば集光膜１０４の左側及び右側に）。集光膜１０４に対する光起電装置１００の配置の他の構成も可能である。   Referring to FIGS. 11A and 11C, the photovoltaic device 100 is disposed laterally with respect to the film 104 adjacent to the edge 110 of the light collection film 104. Photovoltaic device 100 is configured and oriented to receive light redirected by prism feature 108 through condensing film 104. The photovoltaic device 100 may comprise a single layer or multiple layer pn junction and may be made of silicon, amorphous silicon or other semiconductor (cadmium telluride). In some embodiments, the photovoltaic device 100 may be based on a photoelectrochemical cell, polymer, or nanotechnology. The photovoltaic device 100 may also comprise a thin multispectral layer. The multispectral layer can further comprise nanocrystals dispersed in the polymer. Multiple multi-spectral layers can be stacked to increase the efficiency of the photovoltaic device 100. 11A and 11B illustrate an embodiment in which the photovoltaic device 100 is disposed along one edge 110 of the light collection film 104 (eg, on the left side of the light collection film 104). However, other photovoltaic devices can also be placed on other edges of the collection film 104 (eg, on the right side of the collection film 104). As shown in FIG. 11C, a plurality of photovoltaic devices may be placed on either side of the light collection film 104 (eg, on the left and right sides of the light collection film 104). Other configurations of the photovoltaic device 100 with respect to the collection film 104 are possible.

集光膜１０４の上面に入射する光は、光路１１２で示されるように、集光膜１０４を透過する。プリズム特徴部１０８のファセットに当たると、光は、集光膜１０４の上面及び下面１３０、１４０からの複数の反射によって全内部反射される。集光膜１０４のエッジ１１０に当たった後、光線は集光膜１０４から出射し、光起電装置１００に光学的に結合される。レンズ又は光パイプを用いて、集光膜１０４からの光を光起電装置１００に光学的に結合し得る。例えば、一実施形態では、集光膜１０４は、光起電装置１００に近い端部に向けてプリズム特徴部１０８を欠いたものであり得る。プリズム特徴部を有さない集光膜１０４の部分は、光パイプとして機能し得る。集光膜によって集光及び導光される光の量は、プリズム特徴部の幾何学的形状、種類及び密度に依存する。集光される光の量は、導光物質の屈折率にも依存し、開口数を決定する。   Light incident on the upper surface of the light collecting film 104 passes through the light collecting film 104 as indicated by an optical path 112. When hitting the facets of the prism feature 108, the light is totally internally reflected by a plurality of reflections from the upper and lower surfaces 130, 140 of the condensing film 104. After striking the edge 110 of the collection film 104, the light beam exits the collection film 104 and is optically coupled to the photovoltaic device 100. The light from the collection film 104 can be optically coupled to the photovoltaic device 100 using a lens or light pipe. For example, in one embodiment, the collection film 104 may lack the prism feature 108 toward the end closer to the photovoltaic device 100. The portion of the light collection film 104 that does not have a prism feature can function as a light pipe. The amount of light collected and guided by the collection film depends on the geometry, type and density of the prism features. The amount of collected light also depends on the refractive index of the light guide material and determines the numerical aperture.

従って、光は、全内部反射（ＴＩＲ）によって集光膜１０４を介して導光される。特定の光線が、上面又は下面に対して或る角度で配向し得るが、正味の方向転換は、膜の主要な表面（上面又は下面）に対する入射方向から、膜１０４のエッジ１１０の向かう、一般的には光の入射する表面に平行な、横方向へのものである。導光された光には、集光膜における吸収及び他のファセットからの散乱による損失が生じ得る。導光された光のこの損失を減じるために、集光膜１０４の横方向の長さを数十インチ未満に制限して、反射の回数を減少させることが望ましい。しかしながら、集光膜１０４の長さを制限することは、光が集光される面積を減少させることになり得る。従って、一部実施形態では、集光膜１０４の長さを、数十インチよりも大きくし得る。他の実施形態では、光学コーティングを集光膜１０４の表面上に堆積させて、フレネル損失を減じ得る。   Therefore, the light is guided through the condensing film 104 by total internal reflection (TIR). Although a particular ray may be oriented at an angle with respect to the top or bottom surface, the net turn is generally from the direction of incidence relative to the main surface (top or bottom surface) of the membrane toward the edge 110 of the membrane 104 Specifically, it is in a lateral direction parallel to the surface on which light is incident. The guided light can be lost due to absorption in the light collection film and scattering from other facets. In order to reduce this loss of guided light, it is desirable to limit the lateral length of the collection film 104 to less than tens of inches to reduce the number of reflections. However, limiting the length of the light collection film 104 may reduce the area where light is collected. Accordingly, in some embodiments, the length of the light collection film 104 can be greater than tens of inches. In other embodiments, an optical coating may be deposited on the surface of the collection film 104 to reduce Fresnel loss.

光線が、プリズム特徴部１０８を欠いている集光膜１０４の部分（典型的には膜表面の大部分）に当たると、集光膜を透過して、集光膜内には方向転換されない。入射光の大部分が膜を介することが望ましい以下の実施形態においては、透過した光がアクティブディスプレイを照明することができる。しかしながら、方向転換される光の量を調整して、光起電装置１００の集光を増大させることが望ましくなり得る。光起電装置１００に向けられる光の量を増加させるため、プリズム特徴部を備えた複数の集光膜を積層させることが有利になり得て、プリズム特徴部は、図１１Ｄに示されるように互いにずらされる。図１１Ｄは、プリズム特徴部２０８を有する第一の集光膜層２０４とプリズム特徴部２１６を有する第二の集光膜層２１２を備えた実施形態を示す。光起電装置２００は、二枚の集光膜層２０４及び２１２に対して側方に配置されている。プリズム特徴部２０８及び２１６は、互いにずらされるように設計されているか、又は光方向転換特徴部の非整列性の傾向が高くなるようにランダムにされる。光線２２０は、上述のように、第一の集光膜２０４によって方向転換及び導光される。点Ａにおいて第一の集光膜２０４を通り抜ける光線２２４は、第二の集光膜２１２によって方向転換及び導光される。このようにプリズム特徴部２０８及び２１６をずらすことによって、特徴部間の間隔が減少し、プリズム特徴部の密度が増大する。特徴部をずらすことが、光起電装置に光学的に結合される光の量を増加させることによって、光起電装置の電気出力が増大し得る（透過光と引き換えに）。集光膜層２０４、２１２は薄いものであり得るので、複数の集光膜層を積層させて、ＰＶ電池に結合される光の量を増加させることが可能である。互いに積層可能な層の数は、各層のサイズ及び／又は厚さ、各層の界面におけるフレネル損失、更には、所望の応用に対する透過光の許容可能な損失（例えば層を介してディスプレイ装置を見る場合）に依存する。一部実施形態では、２から１０枚の集光膜層を互いに積層させ得る。   When a light ray strikes a portion of the light collection film 104 that lacks the prism feature 108 (typically most of the film surface), it passes through the light collection film and is not redirected into the light collection film. In the following embodiments where it is desirable for most of the incident light to pass through the film, the transmitted light can illuminate the active display. However, it may be desirable to increase the light collection of the photovoltaic device 100 by adjusting the amount of light redirected. In order to increase the amount of light directed to the photovoltaic device 100, it may be advantageous to stack a plurality of light collection films with prism features, the prism features as shown in FIG. 11D. Are shifted from each other. FIG. 11D shows an embodiment with a first light collection film layer 204 having a prism feature 208 and a second light collection film layer 212 having a prism feature 216. The photovoltaic device 200 is disposed laterally with respect to the two concentrating film layers 204 and 212. The prism features 208 and 216 are designed to be offset from each other or are randomized to increase the tendency of the light redirecting features to be non-aligned. The light beam 220 is redirected and guided by the first light collection film 204 as described above. The light ray 224 passing through the first light collecting film 204 at the point A is redirected and guided by the second light collecting film 212. By shifting the prism features 208 and 216 in this manner, the spacing between the features is reduced and the density of the prism features is increased. Shifting the feature can increase the electrical output of the photovoltaic device (in exchange for transmitted light) by increasing the amount of light that is optically coupled to the photovoltaic device. Since the light collecting film layers 204 and 212 can be thin, it is possible to stack multiple light collecting film layers to increase the amount of light coupled to the PV cell. The number of layers that can be stacked on each other depends on the size and / or thickness of each layer, the Fresnel loss at the interface of each layer, and the acceptable loss of transmitted light for the desired application (eg when viewing a display device through the layers) ). In some embodiments, 2 to 10 light collecting film layers may be laminated together.

光起電装置に向けて光を集光するプリズム導光板、シート又は膜を用いることの利点は、所望の電気出力を達成するのに必要な光起電装置の数が少なくなり得ることである。従って、本方法には、光起電装置で発生させるエネルギーのコストを減少させる可能性がある。他の利点は、反射型ディスプレイへの光の透過、又は或るタイプのディスプレイからの光の透過を過度に減少させることなく電力を生じさせるために光を集光できるという性能である。   The advantage of using a prismatic light guide plate, sheet or film that collects light towards the photovoltaic device is that fewer photovoltaic devices may be required to achieve the desired electrical output. . Thus, the method may reduce the cost of energy generated by the photovoltaic device. Another advantage is the ability to collect light to generate power without excessively reducing the transmission of light to a reflective display or light transmission from certain types of displays.

図１２は他の集光膜を示し、方向転換特徴部は、プリズム特徴部ではなくて、回折特徴部３０８を備える。多様な好ましい実施形態において、回折特徴部３０８は、光が集光膜１０４内部を伝播し、集光膜１０４のエッジ１１０から出射し、光起電装置１００内に向かう角度で、集光膜１０４に入射する光（例えば光線３１２）を方向転換させるように構成されている。光は、集光膜１０４の長さ方向に沿って伝播し得て、例えば、グレージング角（例えば略４０°以上（集光膜１０４の表面に対する垂線から測定して））での全内部反射によるものである。この角度は、スネルの法則によって求められる臨界角以上であり得る。回折光３１２は、集光膜１０４の長さ方向に対してほぼ垂直に方向転換される。回折特徴部３０８は、表面又は体積回折特徴部を備え得る。回折特徴部３０８は、集光膜１０４の第一の面１３０上の回折方向転換膜上に含まれ得る。回折特徴部はホログラム特徴部を備え得る。同様に、一部実施形態では、回折方向転換膜は、ホログラム、又はホログラム膜を備え得る。物質の相対的な屈折率及び反射率に応じて、回折微小構造は、集光膜１０４の上面、下面又は側面上に存在し得る。   FIG. 12 shows another condensing film, in which the direction changing feature comprises a diffraction feature 308 instead of a prism feature. In various preferred embodiments, the diffractive feature 308 causes the light collection film 104 to be at an angle at which light propagates within the light collection film 104, exits the edge 110 of the light collection film 104, and is directed into the photovoltaic device 100. Is configured to change the direction of light (for example, light beam 312) incident on the. The light can propagate along the length direction of the light collecting film 104, for example, by total internal reflection at a glazing angle (for example, approximately 40 ° or more (measured from a perpendicular to the surface of the light collecting film 104)). Is. This angle can be greater than or equal to the critical angle determined by Snell's law. The diffracted light 312 is redirected substantially perpendicularly to the length direction of the light collecting film 104. The diffractive feature 308 may comprise a surface or volume diffractive feature. A diffractive feature 308 may be included on the diffraction redirecting film on the first surface 130 of the light collection film 104. The diffractive feature may comprise a holographic feature. Similarly, in some embodiments, the diffraction redirecting film may comprise a hologram or a hologram film. Depending on the relative refractive index and reflectivity of the material, the diffractive microstructure can be on the top, bottom or side of the collection film 104.

図１３Ａ及び図１３Ｂは、他のタイプの光方向転換素子２４２を備えた集光膜２４０の実施形態を示す。光方向転換素子２４２は、微小構造化薄膜であり得る。一部実施形態では、光方向転換素子２４２は、体積又は表面回折特徴部又はホログラムを備え得る。光方向転換素子２４２は、薄い板、シート又は膜であり得る。光方向転換素子２４２の厚さは、一部実施形態では略１μｍから１００μｍとなり得るが、より大きく又はより小さくもなり得る。一部実施形態では、光方向転換素子又は層２４２の厚さは、５μｍから５０μｍの間であり得る。他の実施形態では、光方向転換素子又は層２４２の厚さは１μｍから１０μｍの間であり得る。光方向転換素子２４２は、接着剤によって集光膜２４０の基板２４４上の層に取り付けられ得る。接着剤は、基板２４４を備える物質と屈折率の整合がとられ得る。一部実施形態では、接着剤は、光方向転換素子２４２を備える物質と屈折率の整合がとられ得る。一部実施形態では、光方向転換素子２４２を基板２４４上に積層させて、集光膜２４０を形成し得る。特定の他の実施形態では、体積又は表面回折特徴部又はホログラムは、堆積又は他のプロセスによって、基板２４４の上面又は下面の上に形成され得る。   FIGS. 13A and 13B show an embodiment of a light collection film 240 with another type of light redirecting element 242. The light redirecting element 242 can be a microstructured thin film. In some embodiments, the light redirecting element 242 may comprise a volume or surface diffraction feature or hologram. The light redirecting element 242 can be a thin plate, sheet or film. The thickness of the light redirecting element 242 can be approximately 1 μm to 100 μm in some embodiments, but can be larger or smaller. In some embodiments, the thickness of the light redirecting element or layer 242 can be between 5 μm and 50 μm. In other embodiments, the thickness of the light redirecting element or layer 242 can be between 1 μm and 10 μm. The light redirecting element 242 may be attached to a layer on the substrate 244 of the light collecting film 240 by an adhesive. The adhesive can be index matched to the material comprising the substrate 244. In some embodiments, the adhesive can be index-matched with the material comprising the light redirecting element 242. In some embodiments, the light redirecting element 242 may be stacked on the substrate 244 to form the light collection film 240. In certain other embodiments, volume or surface diffractive features or holograms may be formed on the top or bottom surface of substrate 244 by deposition or other processes.

体積又は表面回折素子又はホログラムは、透過又は反射モードで動作可能である。透過回折素子又はホログラムは一般的に、光透過性物質を備え、それを通過する光を回折する。反射回折要素又はホログラムは一般的に、反射物質を備え、そこから反射される光を回折する。特定の実施形態では、体積又は表面回折素子／ホログラムは、透過及び反射構造のハイブリッドであり得る。回折素子／ホログラムは、レインボウホログラム、コンピュータ生成回折素子又はホログラム、他の種類のホログラム又は回折光学素子を含み得る。一部実施形態では（例えばディスプレイの背面に対して）、透過ホログラムよりも反射ホログラムの方が好ましいものとなり得て、高い割合の入射光が光起電装置に向けられる（一部実施形態では光源から光起電装置に向けられる）。何故ならば、反射ホログラムは、透過ホログラムよりも良好に、白色光を集光及び導光することができるからである。より高い透明性が望まれる実施形態では（たとえばディスプレイの前面に対して）、透過ホログラムが使用され得る。複数の層を備える実施形態では、反射ホログラムよりも透過ホログラムが好ましいものとなり得る。以下の特定の実施形態では、透過層の積層体が、光学性能を上昇させるのに特に有用である。上述のように、透過層は、集光膜がディスプレイの前面に存在する実施形態に対しても有用であり得て、高い割合の入射光が、集光膜の下方のディスプレイへと、又はそのディスプレイから集光膜を通り抜けることができる。   Volume or surface diffractive elements or holograms can operate in transmission or reflection mode. A transmission diffraction element or hologram generally comprises a light transmissive material and diffracts light passing therethrough. A reflective diffractive element or hologram generally comprises a reflective material and diffracts light reflected therefrom. In certain embodiments, the volume or surface diffractive element / hologram may be a hybrid of transmissive and reflective structures. The diffractive elements / holograms may include rainbow holograms, computer generated diffractive elements or holograms, other types of holograms or diffractive optical elements. In some embodiments (eg, relative to the back of the display), a reflection hologram can be preferred over a transmission hologram, and a high percentage of incident light is directed to the photovoltaic device (in some embodiments a light source). To the photovoltaic device). This is because the reflection hologram can collect and guide white light better than the transmission hologram. In embodiments where higher transparency is desired (eg, relative to the front of the display), transmission holograms can be used. In embodiments with multiple layers, transmission holograms may be preferred over reflection holograms. In certain embodiments below, a laminate of transmissive layers is particularly useful for increasing optical performance. As mentioned above, the transmissive layer can also be useful for embodiments where the collection film is in front of the display, so that a high percentage of incident light is directed to the display below the collection film or to that It can pass through the light collecting film from the display.

光方向転換素子２４２の一つの考えられる利点を、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、以下説明する。図１３Ａは、光方向転換素子２４２が透過ホログラムを備え、基板２４４の上面に配置されて、集光膜２４０を形成している実施形態を示す。環境光の光線２４６ｉは、入射角θ１で光方向転換素子２４２の上面に入射する。光方向転換素子２４２は、入射光線２４６を方向転換又は回折する。回折光線２４６ｒは基板２４４に入射し、基板２４４内への光線２４６ｒの伝播角が、θＴＩＲよりも大きいθ”１となる。集光膜２４０の外側へと透過し、光方向転換素子２４２の存在しない基板２４４内に横方向に導光されない光線２４６ｉは、光方向転換素子２４２の存在している集光膜２４０内に横方向に集光及び導光される。従って、光方向転換素子２４２は、集光膜２４０の集光効率を増大させることができる。逆に、膜２４０のエッジの光源からの光は、上面に向けて方向転換される傾向が高い。 One possible advantage of the light redirecting element 242 is described below with reference to FIGS. 13A and 13B. FIG. 13A shows an embodiment in which the light redirecting element 242 includes a transmission hologram and is disposed on the upper surface of the substrate 244 to form the light collection film 240. Ray 246i of the ambient light is incident on the upper surface of the light turning element 242 at an incident angle theta 1. The light redirecting element 242 redirects or diffracts the incident light beam 246. The diffracted light beam 246r is incident on the substrate 244, and the propagation angle of the light beam 246r into the substrate 244 is θ ″ 1 which is larger than θ TIR . The light is transmitted to the outside of the condensing film 240 and the light redirecting element 242 The light beam 246i that is not guided in the lateral direction in the non-existing substrate 244 is condensed and guided in the lateral direction in the condensing film 240 in which the light redirecting element 242 exists. Can increase the light collection efficiency of the light collection film 240. Conversely, the light from the light source at the edge of the film 240 tends to be redirected toward the top surface.

図１３Ｂは、光方向転換素子２４２が反射ホログラムを備え、基板２４４の下面に配置されている実施形態を示す。光線２４８は、角度θ１で集光膜２４０の上面に入射し、光線２４８の屈折角がθ’１となる。光方向転換素子２４２に当たる際に、回折光２４８ｒは、基板２４４に対する臨界角θＴＩＲよりも大きい角度θ”１で光線２４８ｂとして、光方向転換素子２４２によって反射される。角度θ”１が臨界角θＴＩＲよりも大きいので、次に、光線２４８ｂは、複数の全内部反射によって集光膜２４０内に導光される。従って、基板２４４で導光されなかった光線２４８ｉは、光方向転換素子２４２の存在のため、集光膜２４０内部に導光される。逆に、膜２４０のエッジの光源からの光は、上面に向けて方向転換される傾向が高い。 FIG. 13B shows an embodiment in which the light redirecting element 242 includes a reflection hologram and is disposed on the lower surface of the substrate 244. The light ray 248 is incident on the upper surface of the condensing film 240 at an angle θ 1 , and the refraction angle of the light ray 248 becomes θ ′ 1 . When striking the light redirecting element 242, the diffracted light 248r is reflected by the light redirecting element 242 as a light ray 248b at an angle θ ″ 1 greater than the critical angle θ TIR relative to the substrate 244. The angle θ ″ 1 is the critical angle. Since it is larger than θ TIR , the light beam 248 b is then guided into the light collection film 240 by a plurality of total internal reflections. Accordingly, the light beam 248 i that has not been guided by the substrate 244 is guided into the condensing film 240 due to the presence of the light redirecting element 242. On the contrary, the light from the light source at the edge of the film 240 tends to be redirected toward the upper surface.

図１４は、集光膜８０が、反射型ディスプレイ８２用のアクティブ画素のアレイのディスプレイ前面に配置されているディスプレイ装置８５の一実施形態を示す。図示される実施形態では、反射型ディスプレイ８２は、アクティブＭＥＭＳアレイを備え、特に、図１〜図７Ｅに関して上述したような、アレイに配置された個々のアドレス可能画素を備えたアクティブ干渉変調器（ＩＭＯＤ）を備える。他の実施形態では、反射型ディスプレイ８２は、ＬＣＤ、ＤＬＰ、電気泳動アクティブディスプレイ技術を備えることができる。図１４に示される反射型ディスプレイ８２は、ディスプレイ前面を含み、その上に集光膜８０が取り付けられている。ディスプレイ前面は、ディスプレイ画素のアレイ８２周辺のスペーサ３００及び／又はシーティングフリットによって、バックプレート８７に接続される。アレイ８２は、基板２０と、静止（透明）電極を含む光学積層体１６と、支持体１８によって基板２０に接続された可動電極又はミラー１４とを含む。例示のため、図１４及び図１５のＩＭＯＤアレイは、単一のＩＭＯＤによって概略的に代表されている。   FIG. 14 illustrates one embodiment of a display device 85 in which a collection film 80 is disposed on the display front of an array of active pixels for a reflective display 82. In the illustrated embodiment, the reflective display 82 comprises an active MEMS array, in particular an active interferometric modulator with individual addressable pixels arranged in the array (as described above with respect to FIGS. 1-7E). IMOD). In other embodiments, the reflective display 82 may comprise LCD, DLP, electrophoretic active display technology. The reflective display 82 shown in FIG. 14 includes a display front surface, and a light collecting film 80 is attached thereon. The front surface of the display is connected to the backplate 87 by spacers 300 and / or sheeting frits around the array 82 of display pixels. The array 82 includes a substrate 20, an optical stack 16 including stationary (transparent) electrodes, and a movable electrode or mirror 14 connected to the substrate 20 by a support 18. For illustration purposes, the IMOD arrays of FIGS. 14 and 15 are schematically represented by a single IMOD.

図１４の実施形態では、前面集光膜８０は、集光膜前面８０ａと、集光膜背面８０ｂと、少なくとも一つのエッジ８８とを有する。光起電装置８６は集光膜８０のエッジ８８に配置され、光源９０は、光起電装置８６の隣に、又は他のエッジ位置に配置される。集光膜前面８０ａは環境光９５を受光する。集光膜８０の光方向転換特徴部９４は、環境光９５を膜８０のエッジ８８に向けて、光起電装置８６に受光させて電気エネルギーに変換させる。光源９０は、反射型ディスプレイ８２に向けて光方向転換特徴部９４によって方向転換される光を放出し、十分な環境光９５が存在しない場合にディスプレイ８２を照明し、又は環境光９５と組み合わせて反射型ディスプレイ８２を明るくする。一部実施形態では、光源９０は省略可能である。   In the embodiment of FIG. 14, the front light collecting film 80 has a light collecting film front surface 80 a, a light collecting film back surface 80 b, and at least one edge 88. The photovoltaic device 86 is disposed at the edge 88 of the light collection film 80, and the light source 90 is disposed next to the photovoltaic device 86 or at another edge position. The condensing film front surface 80 a receives the ambient light 95. The light redirecting feature 94 of the condensing film 80 directs the ambient light 95 toward the edge 88 of the film 80 to be received by the photovoltaic device 86 and converted to electrical energy. The light source 90 emits light redirected by the light redirecting feature 94 towards the reflective display 82 and illuminates the display 82 when there is not enough ambient light 95 or in combination with the ambient light 95. The reflective display 82 is brightened. In some embodiments, the light source 90 can be omitted.

図１５は反射型ディスプレイ装置８５の他の実施形態を示し、同様の要素には同様の参照符号が付されていて、集光膜前面８４ａ及び集光膜背面８４ｂを有する集光膜８４が、ディスプレイ８２用のアクティブ画素のアレイの背面に配置されている。環境光９５は、支持体１８又は、ディスプレイ８２のアクティブ領域間の他の透明な非アクティブ領域を通り抜けて、背面集光膜８４の集光膜前面８４ａに受光される。集光膜８４の光方向転換特徴部９４は、光９５を集光膜８４のエッジ８８に向けて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換させる。   FIG. 15 shows another embodiment of the reflective display device 85, in which similar elements are given the same reference numerals, and the condensing film 84 having the condensing film front surface 84a and the condensing film rear surface 84b includes Located on the back of the array of active pixels for the display 82. The ambient light 95 passes through the support 18 or other transparent inactive area between the active areas of the display 82 and is received by the light collecting film front surface 84 a of the back light collecting film 84. The light redirecting feature 94 of the condensing film 84 causes the light 95 to be converted into electrical energy by the photovoltaic device 86 toward the edge 88 of the condensing film 84.

図１６は、反射型ディスプレイ８２用の画素１６１のアレイの平面図を示す。ディスプレイ画素１６１は行１６２及び列１６３に配置されている。行１６２と列１６３との間の領域、又は非アクティブ領域は、支持体１８及びギャップ１６４を含む。典型的には、支持体１８やギャップ１６４等の非アクティブ領域は、これらの領域からの反射を最小化し、ディスプレイ画素１６１のコントラスト比を最小化し、性能を改善するために、ブラックマスクでマスクオフされている。ディスプレイ画素１６１が反射型である本発明の一部実施形態では、光は反射型ディスプレイ８２の行１６２及び列１６３の間のポスト１８及びギャップ１６４を介して、背面集光膜８４へと通り抜けることができる。方向転換特徴部は、光の集光又は照明を最大化するために、非アクティブ領域に整列され得て、集光膜はディスプレイ８２の前面又は背面に存在している。従って、典型的にはブラックマスクによって吸収される光が、代わりに集光膜８０、８４のエッジ上の光起電装置８６に向けられるので、ブラックマスクを省略することができる。従って、これらの領域からの反射及びコントラスト損失が減少する一方で、これらの領域に受光される光を用いて電力を発生することができる。ブラックマスク物質、ブラックマスクの堆積及びパターニング段階を省略することによって、ディスプレイ装置８５の製造の総コストが減少し得る。集光膜８４が背面に存在する場合（図１５）、行又は列の間のギャップ１６４の電極ストリップに、開口部１６５を形成して、光の透過を増大させることができる。図１６は、行電極１６２が透明であるＩＭＯＤ例を示すので、反射列電極１６３のみが、列電極１６３が行１６２間のギャップ１６４と交差する箇所において開口部１６５を有する必要がある。図１６の列電極１６３が、図１４及び図１５の可動電極又はミラーに対応する一方、図１６の行電極１６２は、図１４及び図１５の光学積層体１６（静止透明電極を含む）に対応する。   FIG. 16 shows a plan view of an array of pixels 161 for the reflective display 82. Display pixels 161 are arranged in rows 162 and columns 163. The area between row 162 and column 163, or inactive area, includes support 18 and gap 164. Typically, inactive areas such as support 18 and gap 164 are masked off with a black mask to minimize reflections from these areas, minimize the contrast ratio of display pixels 161, and improve performance. Has been. In some embodiments of the invention in which the display pixels 161 are reflective, light passes through the posts 18 and gaps 164 between the rows 162 and columns 163 of the reflective display 82 to the back collector film 84. Can do. The redirecting feature may be aligned with the inactive area to maximize light collection or illumination, with the collection film being on the front or back of the display 82. Therefore, typically the light absorbed by the black mask is instead directed to the photovoltaic device 86 on the edges of the collection films 80, 84, so that the black mask can be omitted. Therefore, reflection from these regions and contrast loss are reduced, while power can be generated using light received in these regions. By omitting the black mask material, black mask deposition and patterning steps, the total cost of manufacturing the display device 85 may be reduced. If the collection film 84 is on the back (FIG. 15), openings 165 can be formed in the electrode strips of the gaps 164 between the rows or columns to increase light transmission. Since FIG. 16 shows an example of an IMOD in which the row electrode 162 is transparent, only the reflective column electrode 163 needs to have an opening 165 where the column electrode 163 intersects the gap 164 between the rows 162. The column electrode 163 in FIG. 16 corresponds to the movable electrode or mirror in FIGS. 14 and 15, while the row electrode 162 in FIG. 16 corresponds to the optical laminate 16 (including the stationary transparent electrode) in FIGS. 14 and 15. To do.

図１７Ａは、アクティブに変更される画像において、一部光がディスプレイ８２’を通り抜け、一部光がディスプレイ８２’の画素に反射される半透過半反射型ディスプレイ８２’を示す。特定の実施形態では、ディスプレイ画素のアクティブアレイを通り抜ける可視光の割合は略５％から略５０％である。図１７に示されるディスプレイ８２’は、基板１７０と吸収体層１７１と光学共鳴キャビティ１７２と部分反射体層１７３と光源１７４とを備えた単一のＩＭＯＤによって図面では代表されている透明干渉変調器（ＩＭＯＤ）のアレイである。基板１７０は、少なくとも部分的には光学的に透明である。吸収体層１７１は基板１７０の下に配置され、且つ、吸収体層１７１は部分的には光学的に透過性である。反射体層１７３は、基板１７０の下に配置され、吸収体層１７１から離隔されていて、吸収体層１７１は基板１７０と反射体層１７３との間に位置する。部分反射体１７３は、上述のＩＭＯＤの説明に従って、光学キャビティ１７２内を移動することができる。また、反射体層１７３は、部分的に反射性で部分的に透過性である。光源１７４は、吸収体層１７１及び反射体層１７３が基板１７０と光源１７４との間に位置するように、基板１７０に対して位置決めされる。図示されてはいないが、バックプレートが、部分反射体１７３とバックライト１７４との間に位置し得る。   FIG. 17A shows a transflective display 82 'in which the partial light passes through the display 82' and the partial light is reflected to the pixels of the display 82 'in the actively changed image. In certain embodiments, the percentage of visible light that passes through the active array of display pixels is from about 5% to about 50%. The display 82 ′ shown in FIG. 17 is a transparent interferometric modulator represented in the drawing by a single IMOD comprising a substrate 170, an absorber layer 171, an optical resonant cavity 172, a partial reflector layer 173, and a light source 174. (IMOD) array. The substrate 170 is at least partially optically transparent. The absorber layer 171 is disposed under the substrate 170, and the absorber layer 171 is partially optically transmissive. The reflector layer 173 is disposed below the substrate 170 and is separated from the absorber layer 171, and the absorber layer 171 is located between the substrate 170 and the reflector layer 173. The partial reflector 173 can move in the optical cavity 172 according to the description of IMOD above. The reflector layer 173 is partially reflective and partially transmissive. The light source 174 is positioned with respect to the substrate 170 such that the absorber layer 171 and the reflector layer 173 are located between the substrate 170 and the light source 174. Although not shown, a back plate may be located between the partial reflector 173 and the backlight 174.

特定の実施形態では、ディスプレイ８２’から第一の方向１７５に放出される光は、光の第一部分と、光の第二部分と、光の第三部分とを備える。光の第一部分は、基板１７０に入射して、基板１７０を透過して、吸収体層１７１を透過して、反射体層１７３で反射され、吸収体層１７１を透過して、基板１７０を透過して、基板１７０から第一の方向１７５に放出される。光の第二部分は、基板１７０に入射して、基板１７０を透過して、吸収体層１７１によって反射され、基板１７０を透過して、基板１７０から第一の方向１７５に放出される。光の第三部分は、光源１７４から反射体層１７３に入射して、反射体層１７３を透過して、吸収体層１７１を透過して、基板１７０を透過して、基板１７０から第一の方向１７５に放出される。   In certain embodiments, the light emitted from the display 82 'in the first direction 175 comprises a first portion of light, a second portion of light, and a third portion of light. The first portion of light enters the substrate 170, passes through the substrate 170, passes through the absorber layer 171, is reflected by the reflector layer 173, passes through the absorber layer 171, and passes through the substrate 170. Then, it is emitted from the substrate 170 in the first direction 175. The second portion of light enters the substrate 170, passes through the substrate 170, is reflected by the absorber layer 171, passes through the substrate 170, and is emitted from the substrate 170 in the first direction 175. The third part of the light enters the reflector layer 173 from the light source 174, passes through the reflector layer 173, passes through the absorber layer 171, passes through the substrate 170, and passes through the substrate 170. Released in direction 175.

特定の実施形態では、基板１７０はガラス又はプラスチック物質を備える。特定の実施形態では、吸収体層１７１はクロムを備える。特定の実施形態では、反射体層１７３は金属層を備える（例えば、厚さ３００オングストローム未満のアルミニウム層）。特定の実施形態の反射体層１７３の透過性は、反射体層１７３の厚さに依存する。   In certain embodiments, the substrate 170 comprises a glass or plastic material. In certain embodiments, the absorber layer 171 comprises chrome. In certain embodiments, the reflector layer 173 comprises a metal layer (eg, an aluminum layer less than 300 angstroms thick). The transparency of the reflector layer 173 in certain embodiments depends on the thickness of the reflector layer 173.

図示される半透過半反射型ＩＭＯＤに対して、吸収体層１７１及び反射体層１７３のうち少なくとも一つは、吸収体層１７１と反射体層１７３との間の間隔を変化させるように選択的に可動して、干渉原理を用いて二つの光学状態を選択的に発生させる。特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、ディスプレイシステムの作動可能素子（例えば画素や、サブ画素）を備える。   With respect to the illustrated transflective IMOD, at least one of the absorber layer 171 and the reflector layer 173 is selective so as to change the distance between the absorber layer 171 and the reflector layer 173. To selectively generate two optical states using the interference principle. In certain embodiments, the display device 85 comprises display system actuatable elements (eg, pixels and sub-pixels).

特定の実施形態では、図１〜図７Ｅを参照して説明した通常のＩＭＯＤ動作に従って、
光の第一部分及び光の第二部分が干渉して、第一の色を有する光を生じさせる。第一の色は、少なくとも二つの状態の間で変更可能な光学キャビティのサイズに依存する。 In certain embodiments, according to the normal IMOD operation described with reference to FIGS.
The first portion of light and the second portion of light interfere to produce light having a first color. The first color depends on the size of the optical cavity that can be changed between at least two states.

特定の実施形態では、光源１７４は、光の第一及び第二部分の干渉の和の色を選択的に変更することができる。光源１７４をオンにして、異なる色を生成する第三の状態を生じさせることができる。環境光が存在しない場合には、更に他の色を生じさせることができる。   In certain embodiments, the light source 174 can selectively change the color of the sum of the interference of the first and second portions of light. The light source 174 can be turned on to produce a third state that produces a different color. In the absence of ambient light, further colors can be produced.

特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５は、第一の方向１７５と、一般的に第一の方向の反対の第二の方向１７６との両方から視認可能である。例えば、このような特定の実施形態のディスプレイ装置８５は、ディスプレイ装置８５の第一の側の第一の位置から、及び、ディスプレイ装置８５の第二の側の第二の位置から視認可能である。特定の実施形態では、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される光は、光の第四部分と、光の第五部分と、光の第六部分とを備える。特定の実施形態の光の第四部分は、基板１７０に入射して、基板１７０を透過して、吸収体層１７１を透過して、反射体層１７３を透過して、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される。特定の実施形態の光の第五部分は、反射体層１７３に入射して、反射体層１７３を透過して、吸収体層１７１から反射されて、反射体層１７３を透過して、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される。特定の実施形態の光の第六部分は、反射体層１７３に入射して、反射体層１７３から反射されて、ディスプレイ装置８５から第二の方向１７６に放出される。特定の実施形態では、光の第五部分は光源１７４から放出される光を備え、光の第六部分は光源１７４から放出される光を備える。前面の場合と同様に、バックライト１７４がオン又はオフのいずれであるか、環境光が存在するかどうかに依存して、追加の色状態が背面又は第二の方向１７６から視認可能である。   In certain embodiments, the display device 85 is visible from both a first direction 175 and a second direction 176 that is generally opposite the first direction. For example, such a particular embodiment of the display device 85 is visible from a first position on the first side of the display device 85 and from a second position on the second side of the display device 85. . In certain embodiments, the light emitted from the display device 85 in the second direction 176 comprises a fourth portion of light, a fifth portion of light, and a sixth portion of light. A fourth portion of the light of certain embodiments is incident on the substrate 170, transmitted through the substrate 170, transmitted through the absorber layer 171, transmitted through the reflector layer 173, and is transmitted from the display device 85 to the second portion. In the direction 176. A fifth portion of the light of certain embodiments is incident on the reflector layer 173, is transmitted through the reflector layer 173, is reflected from the absorber layer 171 and is transmitted through the reflector layer 173, and the display device From 85 to the second direction 176. The sixth portion of light in certain embodiments is incident on the reflector layer 173, reflected from the reflector layer 173, and emitted from the display device 85 in the second direction 176. In certain embodiments, the fifth portion of light comprises light emitted from light source 174 and the sixth portion of light comprises light emitted from light source 174. As with the front face, additional color states are visible from the back or second direction 176 depending on whether the backlight 174 is on or off and whether ambient light is present.

図１７Ｂを参照すると、図１７Ａのバックライトを、光源９０からの光（例えば集光膜８４のエッジ８８に沿って投入される）を受光し、集光膜８４に沿って光を導光し、半透過半反射型ディスプレイ８２’の画素に向けて光を方向転換及び放出することによって、背面照明を提供する背面集光膜８４に置換することができる。集光膜８４は、その集光膜８４の内部又は上に配置された方向転換特徴部を含み得て、その方向転換特徴部は、集光膜８４内部の光の伝播を妨げて、ディスプレイ８２’の前面に向けて、背面集光膜８４の前面８４ａにわたって均一に放出させる。更に、光源９０からの前面照明を、半透過半反射型ＩＭＯＤディスプレイ８２’の前面の前面集光／照明膜８０と組み合わせることによって、追加的な色状態を生じさせることができる。光起電装置８６を、前面又は背面集光膜８０、８４のいずれかに設けることができる。   Referring to FIG. 17B, the backlight of FIG. 17A receives light from the light source 90 (for example, input along the edge 88 of the condensing film 84), and guides the light along the condensing film 84. By redirecting and emitting light towards the pixels of the transflective display 82 ', it can be replaced by a back collecting film 84 that provides back lighting. The light collection film 84 may include a turning feature disposed within or on the light collection film 84 that prevents light propagation within the light collection film 84 and causes the display 82 to display. The light is uniformly emitted over the front surface 84a of the rear light collecting film 84 toward the front surface of '. Further, additional color states can be created by combining the front illumination from the light source 90 with the front collection / illumination film 80 in front of the transflective IMOD display 82 '. A photovoltaic device 86 can be provided on either the front or back collector films 80, 84.

図１８は、放出型ディスプレイ８２”のディスプレイ前面８２ａ上に配置された前面集光膜８０を有するディスプレイ装置８５の実施形態を示す。ディスプレイ８２”の画素は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＦＥＤ技術等の放出型であり、又は、ディスプレイ８２”はバックライトを含む。一部実施形態では、ディスプレイ画素は、図１７Ａ又は図１７Ｂのバックライト式ＩＭＯＤ等の半透過半反射型であり、一部光がディスプレイ８２”のアクティブ画素領域を通り抜けることができる。   FIG. 18 shows an embodiment of a display device 85 having a front collection film 80 disposed on the display front surface 82a of the emissive display 82 ″. The pixels of the display 82 ″ are LCD, LED, OLED, FED technology, etc. Or display 82 "includes a backlight. In some embodiments, the display pixels are transflective, such as the backlit IMOD of FIG. 17A or FIG. Can pass through the active pixel area of the display 82 ″.

環境光９５は前面集光膜８０の集光膜前面８０ａによって受光されて、光方向転換特徴部９４によって集光膜８０のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。放出型ディスプレイ装置８２”からの光は、前面集光膜８０の集光膜背面８０ｂによって受光される光を放出する。光方向転換特徴部９４は、集光膜８０のエッジ８８に向けて光を方向転換させて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換する。放出型ディスプレイ８２”からの光は、方向転換特徴部８４間を通過する光を放出して、ディスプレイ装置８５を照明することができる。   The ambient light 95 is received by the condensing film front surface 80 a of the front condensing film 80, redirected to the edge 88 of the condensing film 80 by the light redirecting feature 94, and converted into electrical energy by the photovoltaic device 86. Is done. The light from the emission display device 82 ″ emits light received by the light collecting film back surface 80b of the front light collecting film 80. The light redirecting feature 94 is directed toward the edge 88 of the light collecting film 80. Is redirected and converted to electrical energy by the photovoltaic device 86. Light from the emissive display 82 "emits light passing between the redirecting features 84 to illuminate the display device 85. Can do.

図１９は、背面集光膜８４が放出型ディスプレイ８２”の下に配置されているディスプレイ装置８５の実施形態を示す。図示されるように、背面集光膜８４は、光源９０に結合されて、図１７Ｂの半透過半反射型ＩＭＯＤ８２’と同様に、集光ユニット及びバックライトの両方として機能する。図１９のバックライト方式を取り入れた放出型ディスプレイ８２”は、バックライト式ＬＣＤ等のあらゆるバックライト式アクティブディスプレイ技術を利用することができる。   FIG. 19 shows an embodiment of a display device 85 in which a back collector film 84 is disposed below the emissive display 82 ″. As shown, the back collector film 84 is coupled to a light source 90. 17B, which functions as both a condensing unit and a backlight, similar to the transflective IMOD 82 ′ of FIG. 17B. The emission display 82 ″ incorporating the backlight system of FIG. Backlit active display technology can be used.

図１９に示されるように、環境光９５は、ディスプレイ装置８２”を通り抜けて、光方向転換特徴部９４によって、背面集光膜８４の集光膜前面８４ａから、背面集光膜８４のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。光源９０は、背面集光膜８４のエッジ８８に配置されて、光を放出し、その光は、ディスプレイ装置８５を照明するために、光方向転換特徴部９４によってディスプレイ８２”に向けて方向転換される。   As shown in FIG. 19, ambient light 95 passes through the display device 82 ″ and is directed by the light redirecting feature 94 from the light collection film front surface 84 a of the back light collection film 84 to the edge 88 of the back light collection film 84. And is converted to electrical energy by the photovoltaic device 86. A light source 90 is disposed at the edge 88 of the back collector film 84 to emit light, which illuminates the display device 85. In order to do so, it is redirected by the light redirecting feature 94 towards the display 82 ".

図２０は、放出型ディスプレイ８２”と、放出型ディスプレイ８２”用バックライト１７４との間に配置された背面集光膜８４を示す。環境光９５は、ディスプレイ８２”を通り抜けて、背面集光膜８４の集光膜前面８４ａによって受光されて、光方向転換特徴部９４によって、背面集光膜８４のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。バックライト１７４は光を放出し、その光は、背面集光膜８４の集光膜背面８４ｂによって受光され、また、光方向転換特徴部９４によって、背面集光膜８４のエッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって（又は別のエッジの別の光起電装置によって）電気エネルギーに変換される。また、バックライト１７４は、ディスプレイ装置８５を照明するようにディスプレイ８２”を介して光を向ける。放出型ディスプレイ８２”とバックライト１７４との間に集光膜８４を配置して、ディスプレイ装置８５の非アクティブ領域と光方向転換特徴部を整列させることが、ディスプレイ画素１６１上のブラックマスクに取って代わることができる。何故ならば、環境光９５及び放出光は、集光膜８４のエッジの光起電装置８６に向けられて、電気エネルギーに変換されて、非アクティブ領域から視聴者に向けて反射又は透過する光が減少するからである。ウォッシュアウトを減少させること（つまり、アクティブ画素に対するコントラストを増大させること）におけるブラックマスクの機能は、集光膜によって満たされ、電力も発生するし、ブラックマスクを形成する段階を省略することができる。上述のように、ブラックマスクの省略は、総処理コスト及び製造時間を低下させることができる。   FIG. 20 shows the back collector film 84 disposed between the emission display 82 ″ and the backlight 174 for the emission display 82 ″. The ambient light 95 passes through the display 82 ″, is received by the light collecting film front surface 84 a of the back light collecting film 84, and is redirected by the light redirecting feature 94 to the edge 88 of the back light collecting film 84. It is converted into electrical energy by the photovoltaic device 86. The backlight 174 emits light, which is received by the light collecting film back surface 84b of the back light collecting film 84, and also by the light redirecting feature 94. , Redirected to the edge 88 of the back collector film 84 and converted to electrical energy by the photovoltaic device 86 (or by another photovoltaic device at another edge), and the backlight 174 is a display Light is directed through display 82 "to illuminate device 85. Arranging the light-collecting film 84 between the emissive display 82 ″ and the backlight 174 to align the inactive areas and the light redirecting features of the display device 85 takes on the black mask on the display pixel 161. The ambient light 95 and the emitted light are directed to the photovoltaic device 86 at the edge of the collection film 84 and converted to electrical energy, from the inactive area to the viewer. This is because the function of the black mask in reducing the washout (ie, increasing the contrast for the active pixels) is fulfilled by the light collection film and also generates power. The step of forming the black mask can be omitted, as described above. It can reduce the cost and manufacturing time.

図２１は、反射型ディスプレイ８２上に配置された前面集光膜８０を有する実施形態を示す。本実施形態に示されるように、前面集光膜８０は、図１１Ｃのもの等の非対称な光方向転換特徴部１０８を備える。環境光９５は、前面集光膜８０の集光膜前面８０ａによって受光されて、光方向転換特徴部１０８によって、集光膜８０の一エッジ８８に方向転換されて、光起電装置８６によって電気エネルギーに変換される。光源９０は、前面集光膜８０の他の対向するエッジに配置されて、光を放出し、その光は、ディスプレイ装置８５を照明するために、光方向転換特徴部１０８によって、ディスプレイ８２に向けて方向転換される。   FIG. 21 shows an embodiment having a front collection film 80 disposed on the reflective display 82. As shown in this embodiment, the front collection film 80 includes an asymmetric light redirecting feature 108 such as that of FIG. 11C. The ambient light 95 is received by the condensing film front surface 80 a of the front condensing film 80, redirected to one edge 88 of the condensing film 80 by the light redirecting feature 108, and electrically generated by the photovoltaic device 86. Converted into energy. A light source 90 is disposed at the other opposing edge of the front collector film 80 to emit light that is directed to the display 82 by the light redirecting feature 108 to illuminate the display device 85. Turn around.

上述の詳細な説明は本願の複数の実施形態を開示したが、この開示は単に例示的なものであって、本発明を限定するものではないことを理解されたい。開示される特定の構成及び動作は上述のものとは異なり得て、本願で開示される方法は、半導体装置の製造以外においても使用可能であることに留意されたい。   While the foregoing detailed description has disclosed a plurality of embodiments of the present application, it should be understood that this disclosure is illustrative only and is not intended to limit the invention. It should be noted that the specific configurations and operations disclosed may differ from those described above, and the methods disclosed herein may be used outside of semiconductor device manufacturing.

１４ 可動電極（ミラー）
１６ 光学積層体
１８ 支持体
２０ 基板
８０ 前面集光膜
８２ ディスプレイ画素のアレイ
８４ 背面集光膜
８５ ディスプレイ装置
８６ 光起電装置
８７ バックプレート
９０ 光源
９４ 光方向転換特徴部
９５ 環境光
１００ 光起電装置
１０４ 集光膜
１０５ 基板
１０８ プリズム特徴部
３００ スペーサ 14 Movable electrode (mirror)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Optical laminated body 18 Support body 20 Board | substrate 80 Front condensing film 82 Display pixel array 84 Back condensing film 85 Display apparatus 86 Photovoltaic apparatus 87 Backplate 90 Light source 94 Light redirection characteristic part 95 Ambient light 100 Photovoltaic Device 104 Condensing film 105 Substrate 108 Prism feature 300 Spacer

Claims (26)

視聴者に向き合うディスプレイ前面及びディスプレイ背面を有する干渉変調器（ＩＭＯＤ）のディスプレイ画素のアクティブアレイと、
前記ディスプレイ前面に隣接する少なくとも一つの集光膜であって、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、前記集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する集光膜と、
前記集光膜のエッジに結合され、前記光方向転換特徴部から前記集光膜の表面を横方向に透過した光を受光する向きにされた光起電装置とを備えたディスプレイ装置。 An active array of display pixels of an interferometric modulator (IMOD) having a display front and a display back facing the viewer;
At least one condensing film adjacent to the front surface of the display, comprising: a front surface of the condensing film; a back surface of the condensing film; at least one edge; and the front or back surface of the condensing film and the edge of the condensing film. A light collection film having a plurality of light redirecting features configured to redirect light in between,
A display device comprising: a photovoltaic device coupled to an edge of the light collecting film and oriented to receive light transmitted laterally through the surface of the light collecting film from the light redirecting feature. 前記集光膜のエッジに結合された光源を更に備えた請求項１に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 1, further comprising a light source coupled to an edge of the light collecting film. 前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項２に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 2, wherein the light source comprises a light emitting diode (LED). 前記光源が前記光起電装置と同一のエッジ上に結合されている、請求項２に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 2, wherein the light source is coupled on the same edge as the photovoltaic device. 前記光源が前記光起電装置とは異なる位置に結合されている、請求項２に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 2, wherein the light source is coupled to a position different from the photovoltaic device. 前記集光膜が、略０．５ｍｍから１０ｍｍの厚さの薄膜を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 1, wherein the light collecting film includes a thin film having a thickness of approximately 0.5 mm to 10 mm. 積層構造の複数の集光膜を更に備え、各集光膜が、集光膜前面と、集光膜背面と、少なくとも一つのエッジと、前記集光膜前面又は背面と前記集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する、請求項１に記載のディスプレイ装置。   The light collecting film further includes a plurality of light collecting films having a laminated structure, and each light collecting film has a front surface of the light collecting film, a back surface of the light collecting film, at least one edge, and a front surface or back surface of the light collecting film and an edge of the light collecting film The display device of claim 1, further comprising: a plurality of light redirecting features configured to redirect light between. 前記集光膜の光方向転換特徴部がプリズム特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 1, wherein the light redirecting feature of the condensing film comprises a prism feature. 前記プリズム特徴部が対称である、請求項８に記載のディスプレイ装置。   9. A display device according to claim 8, wherein the prism feature is symmetrical. 前記プリズム特徴部が非対称である、請求項８に記載のディスプレイ装置。   9. A display device according to claim 8, wherein the prism feature is asymmetric. 前記プリズム特徴部がスリットを備える、請求項１０に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 10, wherein the prism feature comprises a slit. 前記光起電装置及び光源が、前記集光膜の対向するエッジに結合されていて、前記集光膜の非対称なプリズム特徴部が、前記集光膜前面からの環境光を前記光起電装置に方向転換させ、且つ、前記光源からの放出光を前記集光膜背面に方向転換させるように構成されている、請求項１０に記載のディスプレイ装置。   The photovoltaic device and the light source are coupled to opposing edges of the condensing film, and the asymmetric prism feature of the condensing film transmits ambient light from the front surface of the condensing film to the photovoltaic device The display device according to claim 10, wherein the display device is configured to change the direction of the emitted light from the light source and to change the direction of the emitted light to the back surface of the light collecting film. 前記光方向転換特徴部が回折特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 1, wherein the light redirecting feature comprises a diffractive feature. 前記光方向転換特徴部がホログラム特徴部を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。   The display device of claim 1, wherein the light redirecting feature comprises a hologram feature. 第二の集光膜が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイのディスプレイ背面に配置されている、請求項１に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 1, wherein a second light collecting film is disposed on a display rear surface of the active array of the display pixels. 環境光が、前記アレイのアクティブ画素領域間の少なくとも一つの非アクティブ領域を通り抜けることができる、請求項１５に記載のディスプレイ装置。   16. The display device of claim 15, wherein ambient light can pass through at least one inactive area between active pixel areas of the array. 前記ディスプレイ画素のアクティブアレイの画素が半透過半反射型であり、環境光の一部がアクティブ画素領域を通り抜けて前記第二の集光膜に到達する、請求項１６に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 16, wherein the pixels of the active array of the display pixels are of a transflective type, and part of the ambient light passes through the active pixel region and reaches the second light collecting film. 前記非アクティブ領域が画素の間の領域を備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。   The display device according to claim 16, wherein the inactive area comprises an area between pixels. 可視光の略５％から略５０％が前記ディスプレイ画素のアクティブアレイを通り抜けることができる、請求項１６に記載のディスプレイ装置。   17. A display device according to claim 16, wherein from about 5% to about 50% of visible light can pass through the active array of display pixels. 視聴者に向き合うディスプレイ前面及びディスプレイ背面を有する反射型干渉変調器（ＩＭＯＤ）の画像を表示及び変更する手段と、
光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段と、
前記画像を表示する手段に入射する方向からの光を、前記光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段に向けて、ディスプレイ表面に沿って横方向に方向転換させる手段であって、前記ディスプレイ前面に隣接する少なくとも一つの集光膜を含む手段とを備えたディスプレイ装置。 Means for displaying and modifying an image of a reflective interferometric modulator (IMOD) having a display front and a display back facing the viewer;
Means for converting light energy into other forms of energy;
Means for redirecting light from a direction incident on the means for displaying the image laterally along a display surface toward means for converting the light energy into another form of energy, the display And a means including at least one light collecting film adjacent to the front surface. 光を放出する手段を更に備えた請求項２０に記載のディスプレイ装置。 21. A display device according to claim 20 , further comprising means for emitting light. 前記画像を表示する手段が、ディスプレイ画素のアクティブアレイを備える、請求項２０に記載のディスプレイ装置。 21. A display device according to claim 20 , wherein the means for displaying an image comprises an active array of display pixels. 前記光エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する手段が光起電装置を備える、請求項２０に記載のディスプレイ装置。 21. A display device according to claim 20 , wherein the means for converting the light energy into another form of energy comprises a photovoltaic device. 前記集光膜が、集光膜前面と、集光膜背面と、前記集光膜前面又は背面と集光膜のエッジとの間に光を方向転換させるように構成されている複数の光方向転換特徴部とを有する、請求項２０に記載のディスプレイ装置。 The light collecting film is configured to redirect light between a light collecting film front surface, a light collecting film back surface, and the light collecting film front surface or back surface and an edge of the light collecting film. 21. A display device according to claim 20 , comprising a conversion feature. 光の集光及び画像表示の方法であって、
画像領域に画像をアクティブに表示する段階と、
前記画像領域から光を集光する段階と、
前記画像領域からの光を前記画像領域の少なくとも一つのエッジに方向転換させる段階と、
前記光を電流に変換する段階とを備え、
前記アクティブに表示する段階が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを移動させる段階を備え、前記画像領域が、ディスプレイ画素のアレイを備え、前記ディスプレイ画素のアレイが、該ディスプレイ画素のアレイの前面に結合された少なくとも一つの集光膜を有する、方法。 A method of condensing light and displaying an image,
Actively displaying an image in the image area;
Collecting light from the image area;
Redirecting light from the image area to at least one edge of the image area;
Converting the light into current,
The actively displaying comprises moving a microelectromechanical system (MEMS) mirror, the image area comprises an array of display pixels, and the array of display pixels is in front of the array of display pixels. A method having at least one collection film coupled thereto. 前記画像領域のエッジから光を放出し、該光を画像領域に方向転換させる段階を更に備えた請求項２５に記載の方法。 26. The method of claim 25 , further comprising emitting light from an edge of the image area and redirecting the light to the image area.
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