JP2013519121A - 低温封孔流体充填ディスプレイ装置を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本明細書において説明するこの方法およびデバイスは、ディスプレイ、およびＭＥＭＳを含む低温封孔流体充填ディスプレイを製造する方法に関する。この流体は、ＭＥＭＳディスプレイの可動構成要素を実質的に囲んで静摩擦作用を低減させ、ディスプレイの光学性能および電気機械的性能を向上させる。本発明は、蒸気気泡が封止温度よりも約１５℃〜約２０℃低くならないかぎり形成されないようにＭＥＭＳディスプレイを低温で封止する方法に関する。いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳディスプレイ装置は、第１の基板と、ギャップによって第１の基板から分離された光変調器のアレイを支持する第２の基板と、ギャップを実質的に充填する流体と、ギャップ内の複数のスペーサと、第１の基板を第２の基板に接合する封止材料とを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００８年８月４日に出願された米国特許出願第１２／２２１６０６号明細書の一部継続出願である。この出願は、２０１０年２月２日に出願された米国特許仮出願第６１／３００７３１号明細書および２０１０年２月３日に出願された米国特許仮出願第６１／３０１０１５号明細書の利益も主張するものである。これらの出願の各々の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

本発明は、概して、撮像ディスプレイおよび投影ディスプレイのようなディスプレイの分野に関する。特に、本発明は、流体充填ディスプレイ装置の組立ておよび操作に関する。

機械的光変調器を組み込んだディスプレイは、数百個、数千個、または場合によっては数百万個の可動素子を含むことがある。デバイスによっては、素子が動くたびに静摩擦が生じて、１つまたは複数の素子が不能になることがある。この動きは、すべての部品を作動流体（流体とも呼ばれる）に浸漬させ、ＭＥＭＳディスプレイセルの流体空間すなわち流体ギャップ内に流体を（たとえば、接着剤を用いて）封止することによって容易になる。流体は通常、摩擦係数が小さく、粘度が低く、長期にわたって劣化効果が最低限に抑えられる流体である。

流体が、流体を含む基板とは異なる熱膨張係数を有することがあるので、動作温度が変動すると、ディスプレイ内の流体圧力が激しく変動する場合がある。このような内部圧力変動によってディスプレイ表面が膨らむかあるいはたわみ、場合によってはディスプレイ内に蒸気気泡が形成されることがある。たとえば、ＭＥＭＳ基板に使用されることがあるガラスのＣＴＥは約３．５ｐｐｍ／Ｋである場合があり、適切な作動流体の体積ＣＴＥは約１２００ｐｐｍ／Ｋである場合がある。また、ディスプレイ内に流体を封止するのに使用される接着剤のＣＴＥがセルギャップの膨張に影響を及ぼすことがある。いくつかの実施形態では、接着剤のＣＴＥは約８０ｐｐｍ／Ｋである場合がある。したがって、ＭＥＭＳディスプレイのギャップ内の作動流体は、ガラスと比べて概ね４００倍大きく膨張収縮し、接着剤と比べて１５倍大きく膨張収縮する。温度差が約５０℃ある場合、基板と流体の体積差は約５．５％である。したがって、ディスプレイが約２０℃で封止され、後で約８０℃に加熱された場合、流体はガラスＭＥＭＳ基板よりも約５．５％大きく膨張し、この膨張は、接着剤の膨らみすなわち膨張の影響を受ける。膨張の差によってガラスに力が加わり、ディスプレイの一部が膨らむ。ガラスＭＥＭＳ基板は縁部の周りを接着剤によって拘束されており、一般に中央部が自由に変形するので、上記の膨らみ量をＭＥＭＳディスプレイの縁部の周りで正確に推定するのは困難である。いくつかの実施形態では、この膨らみが、ＭＥＭＳディスプレイのギャップの中心では、約１．５マイクロメートルにもなることがある。ＭＥＭＳディスプレイを冷却したときも同様の作用が生じる場合がある。ディスプレイを約５０℃に冷却した場合、約５．５％の同じ流体体積差が生じる。

米国特許出願第１１／３２６６９６号明細書 米国特許出願第１１／６４３０４２号明細書 米国特許出願第１１／２５１０３５号明細書 米国特許第５２３３４５９号明細書 米国特許第５７８４１８９号明細書 米国特許第５７７１３２１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１０４８０４号明細書 米国特許出願第１１／６０７７１５号明細書 米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書 米国特許出願第１１／７３１６２８号明細書 米国特許出願第１１／２１８６９０号明細書 米国特許出願第１１／５２８１９１号明細書 米国特許第６６７４５６２号明細書

Ｄｅｎ Ｂｏｅｒ、「Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」 （Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、２００５） Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ ｅｄ．、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ， Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ＆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」 （ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ， Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ， Ｗａｓｈ， １９９７）

本明細書に記載された方法および装置は、蒸気気泡の形成が実質的に防止される撮像ディスプレイを製造するのを可能にする。

ディスプレイセルの内圧が封止圧力よりも低くなり、事前にディスプレイ内に蒸気気泡が存在していないときに、蒸気気泡が形成される。すなわち、ディスプレイの複数の位置において１つまたは複数の蒸気気泡が急激に核形成する。ディスプレイが室温で封止されている場合、蒸気気泡は室温よりもずっと低い温度で形成されることがある。実際、蒸気気泡は、封止温度よりも約１５℃〜２０℃低くなるまで出現しない。気泡が形成される実際の温度は、内圧およびスペーサが収縮および／または膨張の一部を吸収する能力に依存するので予測が困難である。

蒸気気泡が形成される条件は一般に、ディスプレイセルのギャップ内の流体の体積が減るとともにセルが収縮を制限されたときに存在する。ディスプレイセルの周囲温度が低下すると、基板が収縮を開始する。しかし、互いに向かい合うスペーサ同士が接触し、すなわち、セルの第１の基板上のスペーサがセルの第２の基板（たとえば、開口プレート）上の隣接するスペーサに接触すると、ディスプレイセルは拘束され、それ以上収縮できなくなり、一方、流体は収縮し続ける。この拘束によってディスプレイセル内部の圧力が低下する。温度が引き続く低下した場合、セル内部の圧力は、蒸気気泡が形成されるような圧力になることがある。ユーザが見る光学部内に蒸気気泡が形成されると、障害が生じ、通常ディスプレイが交換される。

本明細書に記載された装置および方法は、特に低温での蒸気気泡の形成を防止するのを助ける解決手段に関する。特に、本明細書に記載された装置および方法は、低温で行われる流体充填プロセスおよび封止プロセスを含む機械的に作動されるディスプレイ装置の組立てに関する。ＭＥＭＳディスプレイセルを低温、たとえば０℃よりも低い温度、好ましくは約−１０℃から約−２５℃の間の温度でＭＥＭＳディスプレイセルを封止する方法について説明する。この方法は、蒸気気泡が、周囲温度が封止温度よりも低くなったときにすぐには形成されず、その代わりに、封止温度よりも約１５℃から約２０℃低くなったときに形成されるという知見を考慮した方法である。このように、蒸気気泡が形成することのできる温度が約−２５℃よりも低い温度まで低下される。

当業者には、標準的な封止技術が室温において実施され、一方、本明細書に記載された封止プロセスが室温よりも実質的に低い温度（すなわち、低温）において実施され、したがって、本明細書ではディスプレイ装置を製造する「低温封孔」プロセスについて説明されることが認識されよう。

一態様では、本発明は、第１の透明基板と第２の透明基板とを含むディスプレイ組立体を製造する方法に関する。この方法は、第２の透明基板上に光変調器のアレイの少なくとも一部を設けるステップを含む。この方法は、第１の基板および第２の基板に連結された複数のスペーサを設けて２枚の基板間にギャップを確立するステップをさらに含む。この方法は、第１の基板の周縁と第２の基板の周縁を結合するための接着剤エッジシールを設け、このディスプレイ組立体に第１の温度で流体を充填するステップも含む。この方法は、ディスプレイ組立体を第１の温度よりも実質的に低い第２の温度まで冷却するステップと、ディスプレイ組立体を圧縮するステップと、それによって第１の基板と第２の基板を少なくとも部分的に互いに押し付けるステップとをさらに含む。この方法は、シール材料を硬化して第１の基板と第２の基板との間に流体を封止することも含む。

いくつかの実施形態では、圧縮ステップは第２の温度で実施される。いくつかの実施形態では、複数のスペーサは、２枚の基板の間に少なくとも第１のギャップを維持する。いくつかの実施形態では、この接着剤エッジシールは、第１の基板の縁部と第２の基板の縁部を第２のギャップによって分離された状態に維持する。いくつかの実施形態では、接着剤エッジシールは少なくとも１つのエッジスペーサを含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、ディスプレイ組立体が充填されてからディスプレイ組立体が室温に戻されるまでの間にディスプレイ組立体の縁部に沿って配置されたフィルホールにシール材料を注入するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、フィルホールは、接着剤エッジシールの開口部を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイをフィルホールを介して充填するステップは、流体が第１の温度において光変調器の可動部を実質的に囲むように実施される。

いくつかの実施形態では、第１の温度は実質的に室温である。いくつかの実施形態では、第１の温度は約１８℃から約３０℃の間である。いくつかの実施形態では、第２の温度は約０℃よりも低い。いくつかの実施形態では、シール材料の硬化は、約０℃よりも低い温度で生じる。いくつかの実施形態では、第２の温度は約−１０℃から−２５℃の間である。

いくつかの実施形態では、流体は液体、気体、および潤滑材のいずれかである。いくつかの実施形態では、流体は、ハイドロフルオロエーテル液体を含む。いくつかの実施形態では、流体は少なくとも１つのペルフルオロカーボンと少なくとも１つのハイドロフルオロエーテルの液体混合物を含む。

いくつかの実施形態では、光変調器はＭＥＭＳ光変調器である。いくつかの実施形態では、この方法は、第１の透明基板上にさらなるＭＥＭＳ光変調器のアレイを設けるステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、第１の透明基板と第２の透明基板の少なくとも一方上に複数のスペーサを製造して２枚の基板間にギャップを維持するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、複数のスペーサは２枚の基板間に少なくとも第１のギャップを維持し、接着剤エッジシールは、第１の基板の縁部と第２の基板の縁部が第２のギャップによって分離された状態に維持し、第２のギャップの高さは、第１のギャップの高さよりも高い。いくつかの実施形態では、第２のギャップの高さは、第１のギャップの高さよりも約０．５マイクロメートルから約４マイクロメートルの間の高さだけ高い。いくつかの実施形態では、第２のギャップの高さは約８マイクロメートルから約１４マイクロメートルの間である。

他の態様では、本発明は、第１の透明基板と第２の透明基板とを含むディスプレイ組立体を製造する方法に関する。この方法は、第２の透明基板上に光変調器のアレイの少なくとも一部を設けるステップを含む。この方法は、第１の基板および第２の基板に連結された複数のスペーサを設けて２枚の基板間にギャップを確立するステップをさらに含む。この方法は、第１の基板の周縁と第２の基板の周縁を結合するための接着剤エッジシールを設けるステップも含む。この方法は、ディスプレイ組立体を圧縮し、それによって第１の基板と第２の基板を少なくとも部分的に互いに押し付けるステップをさらに含み、この場合、圧縮は室温よりも実質的に低い温度で実施される。この方法は、シール材料を硬化して第１の基板と第２の基板との間に流体を封止するステップも含む。

いくつかの実施形態では、室温は約１８℃から約３０℃の間である。いくつかの実施形態では、実質的に室温よりも低い温度は約０℃よりも低い。いくつかの実施形態では、実質的に室温よりも低い温度は約−１０℃から−２５℃の間である。いくつかの実施形態では、シール材料の硬化は、少なくとも部分的に、室温よりも実質的に低い温度で実施される。

いくつかの実施形態では、複数のスペーサは、２枚の基板の間に少なくとも第１のギャップを維持する。いくつかの実施形態では、この接着剤エッジシールは、第１の基板の縁部と第２の基板の縁部を第２のギャップによって分離された状態に維持する。いくつかの実施形態では、接着剤エッジシールは少なくとも１つのエッジスペーサを含む。

いくつかの実施形態では、この方法は、ディスプレイ組立体が室温に戻されるまでの間にディスプレイ組立体の縁部に沿って配置されたフィルホールにシール材料を注入するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、フィルホールは、接着剤エッジシールの開口部を含む。

第３の態様では、本発明はディスプレイ装置に関する。ディスプレイ装置は、第１の基板と、少なくとも第１のギャップによって第１の基板から分離された光変調器のアレイの少なくとも一部を含む第２の基板とを含む。ディスプレイ装置は、第１の基板および第２の基板に連結され第１のギャップを維持する複数のスペーサと、ディスプレイ装置の縁部同士を少なくとも第２のギャップによって分離された状態に維持する接着剤エッジシールとをさらに含む。第２のギャップの高さは第１のギャップの高さよりも高い。ディスプレイ装置は、第１のギャップ内に含まれる流体と、流体を第１のギャップ内に封止する硬化済みのシール材料とをさらに含む。いくつかの実施形態では、装置はフィルホールをさらに含み、フィルホールは接着剤エッジシールの開口部を含む。

いくつかの実施形態では、流体は液体、気体、および潤滑材のいずれかである。いくつかの実施形態では、流体は、ハイドロフルオロエーテル液体を含む。いくつかの実施形態では、流体は少なくとも１つのペルフルオロカーボンと少なくとも１つのハイドロフルオロエーテルの液体混合物を含む。

いくつかの実施形態では、光変調器はＭＥＭＳ光変調器である。いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳ光変調器はシャッタ方式光変調器を備える。いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳ光変調器はエレクトロウェッティング光変調器を備える。いくつかの実施形態では、光変調器は液晶変調器を備える。いくつかの実施形態では、第１の透明基板は、光変調器のアレイのさらなる一部を含む。

いくつかの実施形態では、第１の透明基板と第２の透明基板の一方上に複数のスペーサが製造される。いくつかの実施形態では、第１の基板は、その上に形成されたカラーフィルタアレイまたは開口層の一方を備える。いくつかの実施形態では、上部基板と下部基板は電気的に絶縁される。いくつかの実施形態では、第２のギャップの高さは、第１のギャップの高さよりも約０．５マイクロメートルから約４マイクロメートルの間の高さだけ高い。いくつかの実施形態では、第２のギャップの高さは約８マイクロメートルから約１４マイクロメートルの間である。いくつかの実施形態では、接着剤エッジシールはエポキシシールである。いくつかの実施形態では、エポキシシールは紫外線光源を使用して硬化可能である。いくつかの実施形態では、接着剤エッジシールは少なくとも１つのエッジスペーサを含む。

本明細書の例示的な説明は、温度が低下したときの気泡形成がさらに低減するようにＭＥＭＳ基板の収縮を制限するのに使用できる方法を含む。たとえば、非常に低い温度に達するまで互いに向かい合うスペーサが完全には接触しないようにスペーサを利用することによって、ディスプレイ装置の温度内での蒸気気泡の形成がさらに低減される。いくつかの実施形態では、ディスプレイセルは、ディスプレイセル内部の各スペーサの高さよりも実質的に高い高さを有する接着剤材料によって封止されてもよい。接着剤は、エポキシ材料であってもよい。シールは、ディスプレイセルの縁部に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、シール材料は、プラスチック、ガラス、セラミック、またはその他の材料で作られたスペーサを含んでもよい。スペーサは圧縮不能であってもよい。いくつかの実施形態では、スペーサは任意の適切な微小構成であってもよい。適切な微小構造はビードまたは球を含む。ビードまたは球はガラスまたはシリカで形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、シール材料は、圧縮時でも、基板同士の間の、基板のシールの近くの領域に、最小離隔距離またはセルギャップを維持する。いくつかの実施形態では、シール材料を備えた微小構造は、圧縮時でも、基板同士の間の、基板のシール材料の近くの領域に、最小離隔距離またはセルギャップを維持する。

（たとえば、セルプレスによって）ディスプレイ装置のセルを圧縮すると、スペーサの大部分がそれぞれの向かい合うスペーサに接触する。しかし、セルプレス圧力が高過ぎず、シール材料が基板の互いに向かい合うスペーサの総高さよりも大きい場合、場合によっては、シール材料の圧縮不能なスペーサがディスプレイセルの極縁に配置されるので、スペーサのいくつかはディスプレイセルの極縁部に沿った位置において基板に接触しない。このため、流体の体積を少なくするとセルの体積をさらに少なくすることができる。それにもかかわらず、温度がさらに低下すると、事実上すべてまたはほぼすべてのスペーサが基板に接触し、かつ／あるいはセルがその最低許容状態まで接触する。

いくつかの実施形態では、ディスプレイは、ディスプレイセルの冷却を実施するカセットを含む製造機器を使用して組み立てられる。いくつかの実施形態では、製造機器は、各ディスプレイセルを圧縮するための内蔵セルプレスを有する。いくつかの実施形態では、ディスプレイセルギャップに室温で流体が充填され、ディスプレイの押付けおよび封止のみが低温で実施される。

この応用例では、実装形態について、主として、ＭＥＭＳ光変調器から構成されたディスプレイに関して説明する。しかし、本明細書において開示されるシステム、方法、ならびに方法およびデバイスは、エレクトロウェッティングディスプレイおよび液晶ディスプレイを含む他の種類のディスプレイに適用可能であり、より一般的には内部に流体が配置された装置に適用可能である。ＭＥＭＳベースの代替光変調器の例には、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、干渉変調ディスプレイ（ＩＭＯＤ）、および光タップディスプレイまたは内部反射減衰（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）ディスプレイが含まれる。

上記の説明は、以下の図面を参照した本発明の以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。

本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置の等角図である。 本発明の例示的な実施形態による図１Ａのディスプレイ装置のブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイに組み込むのに適した例示的なシャッタ方式光変調器の斜視図である。 本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイに組み込むのに適したローラシェード方式光変調器の断面図である。 本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイの代替実施形態に組み込むのに適した光タップ方式光変調器の断面図である。 本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイの代替実施形態に組み込むのに適したエレクトロウェッティング方式光変調器の断面図である。 本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイに組み込まれた光変調器を制御するのに適した制御マトリックスの概略図である。 本発明の例示的な実施形態による図３Ａの制御マトリックスに接続されたシャッタ方式光変調器のアレイの斜視図である。 本発明の例示的な実施形態による開状態の２段駆動シャッタ組立体の平面図である。 本発明の例示的な実施形態による閉状態の２段駆動シャッタ組立体の平面図である。 本発明の例示的な実施形態によるシャッタ方式ディスプレイ装置の断面図である。 本発明の例示的な実施形態によるＭＥＭＳダウン構成に使用される開口プレートの構造を示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるＭＥＭＳダウン構成に使用される開口プレートの構造を示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるディスプレイの断面図である。 本発明の例示的な実施形態による精密基板位置合わせ装置の概念図である。 本発明の例示的な実施形態による、それぞれ複数の変調器アレイおよび開口アレイを備える変調器基板および開口プレートの平面図である。 本発明の例示的な実施形態による、位置合わせ後のパネル組立体の平面図である。 本発明の例示的な実施形態による、流体充填セル組立て方法のフローチャートである。 本発明の例示的な実施形態による流体充填装置の図である。 本発明の例示的な実施形態による複数のアレイ用の流体充填セル組立て方法のフローチャートである。 本発明の例示的な実施形態による、ディスプレイ装置を組み立てるための低温封孔方法を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、開口プレートと第１の基板が実質的に平行なＭＥＭＳディスプレイセルを示す図である。 本発明の例示的な各実施形態による圧縮下のディスプレイセルを示す図である。 本発明の例示的な各実施形態による圧縮下のディスプレイセルを示す図である。本発明の例示的な実施形態による封止温度よりも低い温度でさらに圧縮された後の状態のディスプレイセルを示す図である。 本発明の例示的な各実施形態による圧縮下のディスプレイセルを示す図である。本発明の例示的な実施形態による、セルがセル圧力または温度の低下によるさらなる圧縮を受けるディスプレイセルを示す図である。 本発明の例示的な各実施形態による圧縮下のディスプレイセルを示す図である。スペーサが、弾性係数を小さくするための材料として選択された材料から形成された弾性材料で作られる、本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ組立体を示す図である。 本発明の例示的な各実施形態による圧縮下のディスプレイセルを示す図である。本発明の例示的な実施形態による、セルが温度の上昇によって弛緩させられたときでもスペーサが互いに接触したままになる条件のディスプレイ組立体の形態を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、ディスプレイ組立体がプレスから解放され、封止され、室温まで暖められた後の状態のディスプレイ組立体の別の図である。

本発明を完全に理解できるように、次に、画像を表示する装置および方法を含む例示的な実施形態について説明する。しかし、当業者には、本明細書において説明するシステムおよび方法が、対処中の用途に対して適宜適合され修正されてよく、かつ本明細書において説明するシステムおよび方法が、他の適切な用途に使用されてよく、かつそのような他の追加および修正が本発明の範囲から逸脱しないことが理解されよう。

図１Ａは、本発明の例示的な実施形態による直視型ＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００の概略図である。ディスプレイ装置１００は、行列状に配置された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（総称的に「光変調器１０２」）を含む。ディスプレイ装置１００では、光変調器１０２ａおよび１０２ｄは開状態であり、光を通過させる。光変調器１０２ｂおよび１０２ｃは閉状態であり、光の通過を妨げる。ディスプレイ装置１００は、光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することによって、ランプ１０５によって照明される場合にバックライト付きディスプレイ用の画像１０４を形成するのに利用することができる。別の実装形態では、装置１００は、装置の前方から生じる周囲光を反射することによって画像を形成してもよい。別の実装形態では、装置１００は、ディスプレイの前方に位置するランプ、すなわちフロントライトからの光を反射することによって画像を形成してもよい。閉状態および開状態の一方では、光変調器１０２は、光路における光に干渉し、たとえば、制限なしに、光の特性または経路を遮断、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折、またはその他の方法で変更する。

ディスプレイ装置１００では、各光変調器１０２は、画像１０４内の画素１０６に対応する。他の実装形態では、ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器を利用して画像１０４内の画素１０６を形成してもよい。たとえば、ディスプレイ装置１００は、３つの色特異的（ｃｏｌｏｒ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）光変調器１０２を含んでもよい。ディスプレイ装置１００は、特定の画素１０６に対応する１つまたは複数の色特異的光変調器１０２を選択的に開くことによって、画像１０４内に色画素１０６を生成してもよい。別の実施例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４にグレースケールを実現する画素１０６当たり２つ以上の光変調器１０２を含む。画像に関して、「画素」は、画像の解像度によって形成される最小の絵素に相当する。ディスプレイ装置１００の構造構成要素に関して、語「画素」は、画像の単一の画素を形成する光を変調するのに利用される機械的構成要素と電気的構成要素の組合せを指す。

ディスプレイ装置１００は、撮像光学機器を必要としないという点で直視型ディスプレイである。ユーザは、ディスプレイ装置１００を直接見ることによって画像を見る。代替実施形態では、ディスプレイ装置１００は投影ディスプレイに組み込まれる。そのような実施形態では、ディスプレイは、スクリーンまたは壁に光を投影することによって画像を形成する。投影用途では、ディスプレイ装置１００は、投影される画像１０４よりも実質的に小さい。

直視型ディスプレイは透過モードまたは反射モードのいずれかで動作してもよい。透過ディスプレイでは、光変調器が、ディスプレイの後方に位置するランプから発された光をフィルタリングまたは選択的に遮断する。ランプからの光は、任意に光導波路または「バックライト」に注入される。透過直視型ディスプレイ実施形態は、透明基板またはガラス基板上に構成され、光変調器を含む１枚の基板がバックライトの真上に位置するサンドイッチ組立体構成を容易にする。いくつかの透過ディスプレイ実施形態では、カラーフィルタ材料を各変調器１０２に関連付けることによって色特異性光変調器が作製される。他の透過ディスプレイ実施形態では、後述のように、それぞれの異なる原色を有するランプに交互に照明させることによりフィールド順次カラー方法を使用することによって色を生成することができる。

各光変調器１０２は、シャッタ１０８と開口１０９とを含む。画像１０４内の画素１０６を照明するとき、シャッタ１０８は、光が開口１０９を通過して観察者の方へ送られるように位置する。画素１０６を照明しないようにするとき、シャッタ１０８は、光が開口１０９を通過するのを妨げるように位置する。開口１０９は、反射材料または光吸収材料を貫通するようにパターン化された開口部によって形成されている。

ディスプレイ装置は、基板に接続されるとともにシャッタの移動を制御するために光変調器に接続された制御マトリックスも含む。制御マトリックスは、画素行当たり少なくとも１つの書込み許可配線１１０（「スキャンライン配線」とも呼ばれる）と、画素列ごとの１つのデータ配線１１２と、すべての画素または少なくともディスプレイ装置１００内の複数の列と複数の行の両方における画素に共通の電圧を供給する１つの共通配線１１４とを含む、一連の電気配線（たとえば、配線１１０、１１２、および１１４）を含む。適切な電圧（「書込み許可電圧Ｖ_ｗｅ」）が印加されたことに応答して、所与の画素行用の書込み許可配線１１０が、新しいシャッタ移動命令を受け入れるように行中の画素を用意する。データ配線１１２は、新しい移動命令をデータ電圧パルスの形で伝達する。データ配線に印加されたデータ電圧パルスは、いくつかの実装形態では、シャッタの静電移動に直接寄与する。他の実装形態では、データ電圧パルスは、スイッチ、たとえば、通常データ電圧よりも高い別個の作動電圧の光変調器１０２への印加を制御するトランジスタまたは他の非線形回路要素を制御する。これらの作動電圧を印加すると、シャッタ１０８が静電駆動されて移動する。

図１Ｂはディスプレイ装置１００のブロック図１５０である。図１Ａおよび図１Ｂを参照する。ディスプレイ装置１００は、ブロック図１５０に示されているような上述のディスプレイ装置１００の素子だけでなく、複数のスキャンドライバ１５２（「書込み許可電圧源」とも呼ばれる）と複数のデータドライバ１５４（「データ電圧源」とも呼ばれる）とを含む。スキャンドライバ１５２は、スキャンライン配線１１０に書込み許可電圧を印加する。データドライバ１５４は、データ配線１１２にデータ電圧を印加する。ディスプレイ装置のいくつかの実施形態では、データドライバ１５４は、特に画像１０４のグレースケールがアナログ的に得られる場合に光変調器にアナログデータ電圧を供給するように構成される。アナログ動作では、光変調器１０２は、様々な中間電圧がデータ配線１１２を通して印加されるときに、シャッタ１０８において様々な中間開状態が生じ、したがって、画像１０４内に様々な中間照明状態すなわちグレースケールが生じるように設計される。

他の場合には、データドライバ１５４は、縮小セットの２つ、３つ、または４つのデジタル電圧レベルのみを制御マトリックスに印加するように構成される。これらの電圧レベルは、各シャッタ１０８に開状態または閉状態のいずれかをデジタル的に設定するように設計される。

スキャンドライバ１５２とデータドライバ１５４はデジタルコントローラ回路１５６（「コントローラ１５６」とも呼ばれる）に接続されている。コントローラ１５６は、入力画像信号１５７を処理してディスプレイ１００の空間アドレス指定機能およびグレースケール機能に適切なデジタル画像フォーマットに変換する受信処理モジュール１５８を含む。各画像の画素位置およびグレースケールデータはフレームバッファ１５９に記憶され、したがって、データを必要に応じてデータドライバ１５４に供給することができる。データは、ほぼ連続的にデータドライバ１５４に送られ、行ごとおよび画像フレームごとにグループ分けされた所定のシーケンスとして構成される。データドライバ１５４は、直並列データ変換器、レベルシフティング、および用途によってはデジタルアナログ電圧変換器を含んでもよい。

ディスプレイ装置１００は任意に、共通電圧源とも呼ばれる１組の共通ドライバ１５３を含む。いくつかの実施形態では、共通ドライバ１５３は、たとえば一連の共通配線１１４に電圧を供給することによって、光変調器のアレイ１０３内のすべての光変調器にＤＣ共通電位を供給する。他の実施形態では、共通ドライバ１５３は、コントローラ１５６からのコマンドに従って、光変調器のアレイ１０３に電圧パルスまたは信号、たとえばアレイ１０３の複数の行および列におけるすべての光変調器の同時作動を駆動および／または開始することのできるグローバル作動パルスを発行する。

それぞれの異なる表示機能用のすべてのドライバ（たとえば、スキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、および共通ドライバ１５３）に対して、コントローラ１５６内のタイミング制御モジュール１６０が時刻同期をとる。モジュール１６０からのタイミングコマンドは、ランプドライバ１６８を介した赤色ランプ、緑色ランプ、および青色ランプ、ならびに白色ランプ（それぞれ１６２、１６４、１６６、および１６７）の照明と、画素のアレイ１０３内の特定の行の書込み許可および順序付けと、データドライバ１５４からの電圧の出力と、光変調器を作動させる電圧の出力とを調和させる。

コントローラ１５６は、アレイ１０３内の各シャッタ１０８を新しい画像１０４に適切な照明レベルに再設定することのできる順序付け方式またはアドレス指定方式を決定する。適切なアドレス指定技術、画像形成技術、およびグレースケール技術の詳細は、参照により全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／３２６６９６号明細書および米国特許出願第１１／６４３０４２号明細書に記載されている。新しい画像１０４を周期間隔に設定してもよい。たとえば、ビデオディスプレイの場合、カラー画像１０４またはビデオフレームが１０ヘルツから３００ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実施形態では、アレイ１０３に対する画像フレームの設定とランプ１６２、１６４、および１６６の照明との同期がとられ、それによって、交互に代わる画像フレームが、赤色、緑色、および青色のような、交互に代わる一連の色によって照明される。それぞれの色ごとの画像フレームをカラーサブフレームと呼ぶ。フィールド順次カラー方法と呼ばれるこの方法では、カラーサブフレームが２０Ｈｚを超える周波数で交互に表示される場合、人間の脳は交互に代わるフレーム画像を平均化し、様々な連続した色を有する画像を認識する。代替実装形態では、原色を有する４つ以上のランプを、赤色、緑色、および青色以外の原色を使用するディスプレイ装置１００において使用してもよい。

いくつかの実装形態では、ディスプレイ装置１００がシャッタ１０８を開状態と閉状態とにデジタル的に切り替えるように設計され、コントローラ１５６は、各画像フレーム間のアドレス指定順序および／または時間間隔を決定し、適切なグレースケールを有する画像１０４を生成する。特定のフレームにおいてシャッタ１０８が開かれる時間を調節することによって可変レベルのグレースケールを生成するプロセスを時分割グレースケールと呼ぶ。時分割グレースケールのいくつかの実施形態では、コントローラ１５６は、シャッタ１０８が開状態のままでいられる期間または各フレーム内の時間を、その画素の所望の照明レベルまたはグレースケールに応じて求める。他の実装形態では、コントローラ１５６は、画像フレームごとに、アレイ１０３の複数の行および列に複数のサブフレーム画像を設定し、かつコントローラは、各サブフレーム画像が、グレースケール用の符号語内に使用されるグレースケール値または有意値に比例して照明される持続時間を変更する。たとえば、一連のサブフレーム画像の照明時間をバイナリ符号化系列１、２、４、８・・・に比例して変更することができる。次に、アレイ１０３内の各画素用のシャッタ１０８を、グレーレベルの画素のバイナリ符号化語内の対応する位置の値に応じてサブフレーム内で開状態または閉状態に設定する。

他の実装形態では、コントローラは、特定のサブフレーム画像に望ましいグレースケール値に比例してランプ１６２、１６４、および１６６からの光の強度を変更する。シャッタ１０８のアレイから色およびグレースケールを形成するのにいくつかの混成技術も利用可能である。たとえば、上述の時分割技術を画素当たりに複数のシャッタ１０８を使用する技術と組み合わせてもよく、あるいは特定のサブフレーム画像用のグレースケールを、サブフレームタイミングとランプ強度の両方を組み合わせることによって確立してもよい。これらの実施形態およびその他の実施形態の詳細は、上述の米国特許出願第１１／６４３０４２号明細書に記載されている。

いくつかの実装形態では、画像状態１０４に関するデータが、コントローラ１５６により、スキャンラインとも呼ばれる個々の行を順次アドレス指定することによって変調器アレイ１０３にロードされる。シーケンス内の行またはスキャンラインごとに、スキャンドライバ１５２が、アレイ１０３のその行用の書込み許可配線１１０に書込み許可電圧を印加し、その後データドライバ１５４が、所望のシャッタ状態に対応するデータ電圧を、選択された行における列ごとに供給する。このプロセスは、アレイ内のすべての行に対してデータがロードされるまで繰り返される。いくつかの実装形態では、データローディングに関して選択される行のシーケンスは線形であり、アレイ内を１番上から１番下まで進行する。他の実装形態では、選択される行のシーケンスは、視覚的アーチファクトを最低限に抑えるために疑似ランダム化される。他の実装形態では、順序付けが各ブロックによって構成され、あるブロックについては、画像状態１０４のある部分のみに関するデータが、たとえば、シーケンス内のアレイの５行目おきの行のみをアドレス指定することによってアレイにロードされる。

いくつかの実装形態では、アレイ１０３に画像データをロードするプロセスがシャッタ１０８を作動させるプロセスと時間的に分離される。これらの実装形態では、変調器アレイ１０３はアレイ１０３内の画素ごとのデータメモリ要素を含んでよく、制御マトリックスは、共通ドライバ１５３からのトリガ信号を伝達し、メモリ要素に記憶されているデータに従って各シャッタ１０８の同時作動を開始するグローバル作動配線を含んでもよい。多くが米国特許出願第１１／６４３０４２号明細書に記載されている様々なアドレス指定シーケンスをタイミング制御モジュール１６０によって調和させることができる。

代替実施形態では、画素のアレイ１０３および画素を制御する制御マトリックスを矩形の行列以外の構成に配置してもよい。たとえば、各画素を六角形アレイまたは曲線行列に配置してもよい。一般に、本明細書では、語スキャンラインは、書込み許可配線を共有する複数の画素を指すものとする。

ディスプレイ１００は、タイミング制御モジュール１６０、フレームバッファ１５９、スキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、ならびにドライバ１５３および１６８を含む複数の機能ブロックで構成されている。各ブロックは、区別可能なハードウェア回路および／または実行可能なコードのモジュールを表すものと理解することができる。いくつかの実装形態では、各機能ブロックは、回路基板および／またはケーブルによって互いに接続されたそれぞれの異なるチップまたは回路として設けられる。あるいは、これらの回路の多くは、同じガラス基板またはプラスチック基板上に画素アレイ１０３と一緒に製造されてもよい。他の実装形態では、ブロック図１５０における複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および／または制御機能を、後で画素アレイ１０３を保持する透明基板に直接結合される単一のシリコンチップ内に一緒に集積してもよい。

コントローラ１５６は、コントローラ１５６内で実施されるアドレス指定アルゴリズム、色アルゴリズム、および／またはグレースケールアルゴリズムを特定の用途の要件に応じて変更するのを可能にするプログラミングリンク１８０を含む。いくつかの実施形態では、プログラミングリンク１８０は、周囲光センサまたは周囲温度センサのような環境センサから情報を伝達し、それによって、コントローラ１５６は環境条件に応じて撮像モードまたはバックライトパワーを調整することができる。コントローラ１５６は、ランプに必要であるとともに光変調器の作動に必要なパワーを供給する電力供給入力１８２も備える。ドライバ１５２、１５３、１５４、および／または１６８は、必要に応じて、１８２の入力電圧を、シャッタ１０８の作動またはランプ１６２、１６４、１６６、および１６７などのランプの照明に十分な様々な電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣ変換器を含むかあるいはそのようなＤＣ−ＤＣ変換器に関連付けられてもよい。

ＭＥＭＳ光変調器
図２Ａは、本発明の例示的な実施形態による図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００に組み込むのに適した例示的なシャッタ方式光変調器２００の斜視図である。シャッタ方式光変調器２００（シャッタ組立体２００とも呼ばれる）は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッタ２０２を含む。アクチュエータ２０４は、２００５年１０月１４日に出願された米国特許出願第１１／２５１０３５号明細書に記載された２つの別個の適合電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）から形成されている。シャッタ２０２は一方の側においてアクチュエータ２０５に結合されている。アクチュエータ２０５は、シャッタ２０２を、表面２０３の上方において、表面２０３に実質的に平行な運動面内を横方向に移動させる。シャッタ２０２の反対側は、アクチュエータ２０４によって加えられる力に対抗する復元力を加えるばね２０７に結合されている。

各アクチュエータ２０５は、シャッタ２０２をロードアンカー２０８に連結する適合ロードビーム２０６を含む。ロードアンカー２０８は、適合ロードビーム２０６と一緒に、機械的支持体として働き、シャッタ２０２を表面２０３の近くに懸垂した状態に維持する。ロードアンカー２０８は、適合ロードビーム２０６およびシャッタ２０２を表面２０３に物理的に連結し、ロードビーム２０６をバイアス電圧、場合によってはグランドに電気的に接続する。

各アクチュエータ２０５は、各ロードビーム２０６に隣接して位置する適合駆動ビーム２１６も含む。各駆動ビーム２１６は、一方の端部の所で、各駆動ビーム２１６に共有される駆動ビームアンカー２１８に結合されている。各駆動ビーム２１６の他方の端部は自由に動く。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端部およびロードビーム２０６の固定端部の近くにおいてロードビーム２０６に最も近くなるように湾曲している。

表面２０３は、光を通過させるための１つまたは複数の開口２１１を含む。シャッタ組立体２００が、たとえばシリコンで作られた不透明基板上に形成される場合、表面２０３は基板の表面であり、開口２１１は、基板に穴のアレイをエッチングすることによって形成される。シャッタ組立体２００が、たとえばガラスまたはプラスチックで作られた透明基板上に形成される場合、表面２０３は、基板上に付着させた遮光層の表面であり、開口は、表面２０３に穴２１１のアレイをエッチングすることによって形成される。開口２１１は、概ね円形、楕円形、多角形、蛇行形状、または不規則形状であってもよい。

動作時には、光変調器２００を組み込んだディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を加える。ロードビーム２０６に第２の電位を印加してもよい。結果として得られる駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との電位差によって、駆動ビーム２１６の自由端がロードビーム２０６の固定端部の方へ引かれ、ロードビーム２０６のシャッタ端部が駆動ビーム２１６の固定端部の方へ引かれ、それによって、シャッタ２０２が横方向に駆動アンカー２１８の方へ駆動される。適合部材２０６はばねとして働き、したがって、ビーム２０６および２１６の両端間の電圧を除去すると、ロードビーム２０６がシャッタ２０２をその最初の位置に押し戻し、ロードビーム２０６に蓄積していた応力を解放する。

シャッタ組立体２００は、弾性シャッタ組立体とも呼ばれ、電圧が除去された後でシャッタをその休止位置または弛緩位置に戻すための、ばねのような受動復元力を組み込んでいる。いくつかの弾性復元機構および様々な静電継手を静電アクチュエータに組み込むように設計するかあるいは静電アクチュエータと連動するように設計することができ、シャッタ組立体２００に示されている適合ビームは一例に過ぎない。他の実施例は、参照により全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／２５１０３５号明細書および第１１／３２６６９６号明細書に記載されている。たとえば、「開」動作状態と「閉」動作状態との急激な遷移を優先し、多くの場合、シャッタ組立体の双安定動作特性またはヒステレシス動作特性を実現する、非線形性の高い電圧ずれ応答を実現することができる。アナロググレースケール動作に好ましい場合がある、より増分的な電圧ずれ応答およびかなり低減されたヒステレシスを有する他の静電アクチュエータを設計してもよい。

弾性シャッタ組立体内のアクチュエータ２０５は、閉位置または作動位置と弛緩位置とに切り替わって動作すると言える。しかし、設計者は、アクチュエータ２０５がその弛緩位置にあるときはいつでも、シャッタ組立体２００が光を通過させる「開」状態と光を遮断する「閉」状態のいずれかになるように開口２１１を配置することを選択してもよい。例示のために、本明細書において説明する弾性シャッタ組立体は弛緩状態において開かれるように設計されていると仮定する。

多くの場合、制御電子機器がシャッタを開状態および閉状態の各々に静電駆動することができるように、「開」アクチュエータと「閉」アクチュエータの二重セットをシャッタ組立体の一部として設けることが好ましい。

ディスプレイ装置１００は、代替実施形態では、上述のシャッタ組立体２００のような、横シャッタ方式光変調器以外の光変調器を含む。たとえば、図２Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００の代替実施形態に組み込むのに適したローリングアクチュエータシャッタ方式光変調器２２０の断面図である。参照により全体が本明細書に組み込まれる、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の米国特許第５２３３４５９号明細書および「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」という名称の米国特許第５７８４１８９号明細書にさらに記載されているように、ローリングアクチュエータ方式光変調器は、固定電極の反対側に配置され、電界が印加されたときに好ましい方向に移動してシャッタを形成するように付勢される可動電極を含む。いくつかの実施形態では、光変調器２２０は、基板２２８と絶縁層２２４との間に配置された平面電極２２６と、絶縁層２２４に取り付けられた固定端部２３０を有する可動電極２２２とを含む。印加された電圧が存在しない場合、可動電極２２２の可動端部２３２は、自由に固定端部２３０の方へ丸まり、丸まった状態を形成する。電極２２２と電極２２６の間に電圧を印加すると、可動電極２２２が展開し、絶縁層２２４にぴったりと接し、それによって、可動電極２２２は、光が基板２２８を透過するのを妨げるシャッタとして働く。可動電極２２２は、電圧が除去された後で弾性復元力によって丸まった状態に戻る。丸まった状態への付勢は、可動電極２２２を異方性応力状態を含むように製造することによって実現することができる。

図２Ｃは、例示的な非シャッタ方式ＭＥＭＳ光変調器２５０の断面図である。光タップ変調器２５０は、本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００の代替実施形態に組み込むのに適している。参照により全体が本明細書に組み込まれている、「Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ ａｎｄ Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ」という名称の米国特許第５７７１３２１号明細書にさらに記載されているように、全内部反射減衰原則に従って光タップが作用する。すなわち、光２５２が光導波路２５４に導入され、干渉を受けることなく、光２５２の大部分は、全内部反射のために、光導波路２５４からその前面または背面を通過して漏れることができない。光タップ２５０は、タップ部材２５６が光導波路２５４に接触したことに応答して、タップ部材２５６に隣接する光導波路２５４の表面に入射した光２５２がタップ部材２５６を通過して光導波路２５４から観察者の方へ漏れ、それによって画像の形成に寄与するほど高い屈折率を有するタップ部材２５６を含む。

いくつかの実施形態では、タップ部材２５６は、可撓性の透明材料のビーム２５８の一部として形成される。各電極２６０は、ビーム２５８の一方の側の一部を被覆している。光導波路２５４上に互いに向かい合う電極２６０が配置されている。電極２６０同士の間に電圧を印加することによって、光導波路２５４に対するタップ部材２５６の位置を、光導波路２５４から光２５２を選択的に抽出するように調節してもよい。

図２Ｄは、本発明の様々な実施形態に含めるのに適した例示的な第２の非シャッタ方式ＭＥＭＳ光変調器の断面図である。具体的には、図２Ｄは、エレクトロウェッティング方式光変調器アレイ２７０の断面図である。エレクトロウェッティング方式光変調器アレイ２７０は、本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００の代替実施形態に組み込むのに適している。光変調器アレイ２７０は、光学キャビティ２７４上に形成された複数のエレクトロウェッティング方式光変調器セル２７２ａ〜２７２ｄ（総称的に「セル２７２」）を含む。光変調器アレイ２７０は、セル２７２に対応する１組のカラーフィルタ２７６も含む。

各セル２７２は、水（または他の透明な導電性流体もしくは極性流体）の層２７８と、光吸収オイルの層２８０と、透明電極２８２（たとえば、インジウムスズ酸化物から作られる）、光吸収オイルの層２８０と透明電極２８２との間に位置する絶縁層２８４とを含む。そのようなセルの例示的な実装形態が、２００５年５月１９日に公開され、「Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ」という名称を有し、全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００５／０１０４８０４号明細書に記載されている。本明細書に記載された実施形態では、電極がセル２７２の背面の一部を占有する。

切替え速度を速くするには、エレクトロウェッティングディスプレイ内の２つの液体成分２７８および２８０の少なくとも一方の粘度を低くし、好ましくは７０センチポイズよりも低くし、より好ましくは１０センチポイズよりも低くすべきである。２つの液体成分の少なくとも一方が、分子量が４００グラム／モルよりも少なく、好ましくは４００グラム／モルよりも少ない材料を含む場合に粘度を容易に低下させることができる。適切な低粘度流体には、水、アルコール、フッ素化シリコーンオイル、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、オクタン、およびジエチルベンゼンが含まれる。

適切な低粘度非極性オイルには、パラフィン、オレフィン、エーテル、シリコーンオイル、フッ素化シリコーンオイル、あるいは他の天然溶剤もしくは合成溶剤または天然潤滑材もしくは合成潤滑材が制限なしに含まれる。有用なオイルは、ヘキサメチルジシロキサンおよびオクタメチルトリシロキサンのようなポリジメチルシロキサン、またはヘキシルペンタメチルジシロキサンなどのアルキルメチルシロキサンであってよい。有用なオイルは、オクタンまたはデカンのようなアルカンであってもよい。有用なオイルはニトロメタンなどのニトロアルカンであってもよい。有用なオイルは、トルエンまたはジエチルベンゼンのような芳香族化合物であってよい。有用なオイルはブタノンまたはメチルイソブチルケトンのようなケトンであってもよい。有用なオイルは、クロロベンゼンなどのクロロカーボンであってもよい。有用なオイルは、ジクロロフルオロエタンまたはクロロトリフルオロエチレンのようなクロロフルオロカーボンであってもよい。これらのオイルを染料と混合して、シアン、マゼンタ、および黄色のような特定の色における光吸収性を高めるか、あるいは黒色インクを形成するようにより広範囲のスペクトルにわたって光吸収性を高めることができる。

多くの実施形態では、上記のオイルの混合物を組み込むと有用である。たとえば、混合物が様々な分子量を有する分子を含む、アルカン同士の混合物またはポリジメチルシロキサン同士の混合物が有用である場合がある。それぞれの異なる族の流体同士またはそれぞれの異なる特性を有する流体同士を混合することによって特性を最適化してもよい。たとえば、ヘキサメチルジシロキサンの表面濡れ性をブタノンの低粘度と組み合わせて、改良された流体を生成してもよい。

光変調器アレイ２７０はまた、光導波路２８８と、光２９４を光導波路２８８に導入する１つまたは複数の光源２９２とを含む。光導波路の背面上の、前向き反射層２９０の近くに一連の光リダイレクタ２９１が形成されている。光リダイレクタ２９１は、拡散反射器または鏡面反射体であってもよい。変調アレイ２７０は、セル２７２ごとに１つの開口を有する一連の開口としてパターン化された開口層２８６を含み、光線２９４をセル２７２に通過させて観察者の方へ送る。

いくつかの実施形態では、開口層２８６は、パターン化された開口を除いて光が通過するのを妨げるように光吸収材料で構成されている。別の実施形態では、開口層２８６は、表面開口を通過しない光を光導波路２８８の後部の方へ反射する反射材料で構成されている。反射光は、光導波路に戻った後、前向き反射層２９０によってさらに再循環することができる。

動作時には、セルの電極２８２に電圧を印加すると、セル内の光吸収オイル２８０がセル２７２の一部に流入するかあるいはその部分に溜まる。その結果、光吸収オイル２８０はもはや、反射開口層２８６に形成された開口を光が通過するのを妨げなくなる（たとえば、セル２７２ｂおよび２７２ｃを参照されたい）。開口の所で光導波路２８８から漏れた光は次いで、セルを通過し、１組のカラーフィルタ２７６内の対応するカラー（たとえば、赤色、緑色、または青色）フィルタを通過して漏れ、画像内にカラー画素を形成することができる。電極２８２を接地すると、光吸収オイル２８０が（セル２７２ａ内の）その以前の位置に戻り、反射開口層２８６の開口を覆い、反射開口層２８６を通過しようとするあらゆる光２９４を吸収する。

ローラ方式光変調器２２０、光タップ２５０、およびエレクトロウェッティング方式光変調器アレイ２７０は、本発明の様々な実施形態に含めるのに適したＭＥＭＳ光変調器の唯一の例ではない。他のＭＥＭＳ光変調器が存在してよく、かつ他のＭＥＭＳ光変調器を本発明に有効に組み込めることが理解されよう。

米国特許出願第１１／２５１０３５号明細書および米国特許出願第１１／３２６６９６号明細書は、適切なグレースケールを有する画像、多くの場合動画を生成するようにシャッタのアレイを制御マトリックスを介して制御するのを可能にする様々な方法について説明している。場合によっては、制御は、ディスプレイの周囲のドライバ回路に接続された行配線および列配線の受動マトリックスアレイによって実現される。他の場合には、アレイの各画素内に切替え素子および／またはデータ記憶素子を含めて（いわゆる能動マトリックス）ディスプレイの速度、グレースケール、および／または電力拡散性能を向上させるのが適切である。

図３Ａは、本発明の例示的な実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳ方式ディスプレイ装置１００に組み込まれた光変調器を制御するのに適した制御マトリックス３００の概略図である。図３Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、図３Ａの制御マトリックス３００に接続されたシャッタ方式光変調器のアレイ３２０の斜視図である。制御マトリックス３００は、画素のアレイ３２０（「アレイ３２０」）をアドレス指定することができる。各画素３０１は、アクチュエータ３０３によって制御される、図２Ａのシャッタ組立体２００のような弾性シャッタ組立体３０２を含む。各画素は、開口３２４を含む開口層３２２も含む。シャッタ組立体３０２およびその変形例のようなシャッタ組立体のさらなる電気的な説明および機械的な説明は、米国特許出願第１１／２５１０３５号明細書および米国特許出願第１１／３２６６９６号明細書に記載されている。代替制御マトリックスの説明も、参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１１／６０７７１５号明細書に記載されている。

制御マトリックス３００は、シャッタ組立体３０２が形成された基板３０４の表面上に、拡散電気回路または薄膜蒸着電気回路として製造される。制御マトリックス３００は、制御マトリックス３００内の画素３０１の行ごとのスキャンライン配線３０６と、制御マトリックス３００内の画素３０１の列ごとのデータ配線３０８とを含む。各スキャンライン配線３０６は、画素３０１から成る対応する行内の各画素３０１に書込み許可電圧源３０７を電気的に接続している。各データ配線３０８は、画素３０１から成る対応する列内の各画素３０１にデータ電圧源（「Ｖｄ源」）３０９を電気的に接続している。制御マトリックス３００では、データ電圧Ｖｄが、シャッタ組立体３０２を作動させるのに必要なエネルギーの大部分を供給する。したがって、データ電圧源３０９は作動電圧源としても働く。

図３Ａおよび図３Ｂを参照する。制御マトリックス３００は、画素のアレイ３２０内の画素３０１ごとまたはシャッタ組立体３０２ごとに、トランジスタ３１０とキャパシタ３１２とを含む。各トランジスタ３１０のゲートは、アレイ３２０内の、画素３０１が配置された行のスキャンライン配線３０６に電気的に接続されている。各トランジスタ３１０のソースは、対応するデータ配線３０８に電気的に接続されている。各シャッタ組立体３０２のアクチュエータ３０３は２つの電極を含む。各トランジスタ３１０のドレーンは、対応するキャパシタ３１２の一方の電極、および対応するアクチュエータ３０３の一方の電極に並列に電気的に接続されている。キャパシタ３１２の他方の電極およびシャッタ組立体３０２内のアクチュエータ３０３の他方の電極は、共通電位またはグランド電位に接続されている。代替実装形態では、トランジスタ３１０を半導体ダイオードおよび／または金属−絶縁体−金属サンドイッチ型切替え素子と交換してもよい。

動作時には、画像を形成するために、制御マトリックス３００が、各スキャンライン配線３０６にＶ_ｗｅを印加することによってアレイ３２０内の各行を順次書込み許可する。書込み許可された行については、行内の画素３０１のトランジスタ３１０のゲートにＶ_ｗｅを印加すると、データ配線３０８を通しトランジスタ３１０を通して電流を流しシャッタ組立体３０２のアクチュエータ３０３に電位を印加することが可能になる。行が書込み許可されている間、データ電圧Ｖ_ｄがデータ配線３０８に選択的に印加される。アナロググレースケールを実現する実装形態では、各データ配線３０８に印加されるデータ電圧が、書込み許可されたスキャンライン配線３０６とデータ配線３０８の交差点に配置された画素３０１の所望の明るさに対して変更される。デジタル制御方式を実現する実装形態では、データ電圧として、比較的低い電圧（すなわち、グランドに近い電圧）またはＶ_ａｔ（作動しきい値電圧）を満たすかもしくは超えるような電圧が選択される。データ配線３０８にＶ_ａｔを印加したことに応答して、対応するシャッタ組立体３０２内のアクチュエータ３０３が作動し、シャッタ組立体３０２内のシャッタを開く。データ配線３０８に印加された電圧は、制御マトリックス３００が行へのＶ_ｗｅの印加を停止した後でも画素３０１のキャパシタ３１２に格納されたままになる。したがって、待機して、シャッタ組立体３０２が作動するのに十分な時間にわたって行上に電圧Ｖｗｅを保持することが不要になり、このような作動は、行から書込み許可電圧が除去された後に開始することができる。キャパシタ３１２は、アレイ３２０内のメモリ素子としても働き、画像フレームを照明するのに必要な期間にわたって作動命令を記憶する。

アレイ３２０の画素３０１と制御マトリックス３００は基板３０４上に形成される。アレイは、基板３０４上に配置され、アレイ３２０内のそれぞれの画素３０１用の１組の開口３２４を含む、開口層３２２を含む。開口３２４は、各画素内のシャッタ組立体３０２に揃えられている。一実装形態では、基板３０４は、ガラスまたはプラスチックのような透明材料で作られる。別の実装形態では、基板３０４は、不透明材料で作られるが、開口３２４を形成するように穴がエッチングされる。

シャッタ組立体３０２の各構成要素は、制御マトリックス３００と同時に加工されるか、あるいは同じ基板上で以後の加工ステップにおいて加工される。制御マトリックス３００内の電気構成要素は、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタアレイの製造と同様に多数の薄膜技術を使用して製造される。利用可能な技術は、参照により全体が本明細書に組み込まれているＤｅｎ Ｂｏｅｒ、「Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」 （Ｅｌｓｅｖｉｅｒ， Ａｍｓｔｅｒｄａｍ， ２００５）に記載されている。シャッタ組立体は、マイクロマシーニング技術と同様の技術を使用して製造されるかあるいはマイクロメカニカル（すなわち、ＭＥＭＳ）デバイスを製造することによって製造される。適用可能な多数の薄膜ＭＥＭＳ技術が、参照により全体が本明細書に組み込まれているＲａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ ｅｄ．、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ， Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ＆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」 （ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ， Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ， Ｗａｓｈ， １９９７）に記載されている。ガラス基板上に形成されるＭＥＭＳ光変調器に固有の製造技術は、参照により全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書および米国特許出願第１１／７３１６２８号明細書に記載されている。たとえば、これらの出願に記載されているように、シャッタ組立体３０２は、化学蒸着プロセスによって蒸着された非晶質シリコンの薄膜から形成されてもよい。

シャッタ組立体３０２は、アクチュエータ３０３とともに双安定性を有してもよい。すなわち、シャッタは、シャッタをいずれの位置に保持するにも電力がほとんどまたはまったく必要とされない少なくとも２つの均衡位置（たとえば、開位置または閉位置）に存在してもよい。特に、シャッタ組立体３０２は機械的に双安定性を有してもよい。シャッタ組立体３０２のシャッタが所定の位置に設定された後、その位置を保持するのに電気エネルギーも保持電圧も必要とされない。シャッタ組立体３０２の物理的要素に対する機械的応力によってシャッタを所定の位置に保持してもよい。

シャッタ組立体３０２は、アクチュエータ３０３とともに電気的な双安定性を有してもよい。電気的な双安定性を有するシャッタ組立体では、閉じられたアクチュエータに印加された場合に（シャッタは開かれている場合も閉じられている場合もある）、対抗する力がシャッタに加えられる場合でも、アクチュエータを閉状態に保持し、かつシャッタを所定の位置に保持する、シャッタ組立体の作動電圧よりも低い様々な電圧がある。シャッタ方式光変調器２００内のばね２０７のようなばねによって対抗する力を加えても、あるいは「開かれた」または「閉じられた」アクチュエータのような対抗するアクチュエータによって対抗する力を加えてもよい。

光変調器アレイ３２０は、画素当たりに単一のＭＥＭＳ光変調器を有するように示されている。各画素に複数のＭＥＭＳ光変調器を設け、それによって、各画素にバイナリの「オン」光学状態または「オフ」光学状態以上の可能性をもたらす他の実施形態も可能である。画素に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、各光変調器に関連付けられた各開口３４の面積が等しくない、ある形態の符号化領域分割グレースケールが可能である。

他の実施形態では、光変調器アレイ３２０内のシャッタ組立体３０２をローラ方式光変調器２２０、光タップ２５０、またはエレクトロウェッティング方式光変調器アレイ２７０、ならびに他のＭＥＭＳ方式光変調器と置き換えてもよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の様々な実施形態に含めるのに適した代替シャッタ方式光変調器（シャッタ組立体）４００を示している。光変調器４００はデュアルアクチュエータシャッタ組立体の一例であり、図４Ａに開状態で示されている。図４Ｂは、閉状態のデュアルアクチュエータシャッタ組立体４００の図である。シャッタ組立体４００は、上記で参照した米国特許出願第１１／２５１０３５号明細書に詳細に記載されている。シャッタ組立体２００とは異なり、シャッタ組立体４００は、シャッタ４０６の各側にアクチュエータ４０２および４０４を含んでいる。各アクチュエータ４０２および４０４は独立に制御される。第１のアクチュエータ、すなわちシャッタ開アクチュエータ４０２は、シャッタ４０６を開く働きをする。第２の対抗アクチュエータ、すなわちシャッタ閉アクチュエータ４０４は、シャッタ４０６を閉じる働きをする。どちらのアクチュエータ４０２および４０４も適合ビーム電極アクチュエータである。アクチュエータ４０２および４０４は、実質的に、シャッタが懸垂される開口層４０７に平行な平面内で、シャッタ４０６を駆動することによってシャッタ４０６を開閉する。シャッタ４０６は、アクチュエータ４０２および４０４に取り付けられたアンカー４０８によって開口層４０７から短い距離だけ上方に懸垂されている。シャッタ４０６の両端にその運動軸に沿って取り付けられた支持体を含めることによって、シャッタ４０６の面外運動が低減され、運動が実質的に基板に平行な平面に制限される。図３Ａの制御マトリックス３００と同様に、シャッタ組立体４００と一緒に使用するのに適した制御マトリックスは、対抗するシャッタ開アクチュエータ４０２およびシャッタ閉アクチュエータ４０４の各々に１つのトランジスタおよび１つのキャパシタを含んでもよい。

シャッタ４０６は、光が通過することのできる２つのシャッタ開口４１２を含む。開口層４０７は１組の３つの開口４０９を含む。図４Ａでは、シャッタ組立体４００が開状態にあり、そのため、シャッタ開アクチュエータ４０２が作動しており、シャッタ閉アクチュエータ４０４がその弛緩位置にあり、開口４１２の中心線と開口４０９の中心線が一致している。図４Ｂでは、シャッタ組立体４００が閉状態に移動しており、そのため、シャッタ開アクチュエータ４０２がその弛緩位置にあり、シャッタ閉アクチュエータ４０４が作動しており、シャッタ４０６の遮光部はすでに、開口４０９を通る光の通過を妨げる所定の位置にある（点線で示されている）。

各開口はその周囲に少なくとも１つの縁部を有する。たとえば、矩形の開口４０９は４つの縁部を有する。開口層４０７に円形、楕円形、卵形、またはその他の曲線状の開口が形成される代替実装形態では、各開口は、単一の縁部のみを有してよい。他の実装形態では、各開口を分離したり、数学的な意味で互いに素にしたりする必要はなく、その代わりに連結してもよい。すなわち、開口の各部または形作られた各部分が各シャッタとの対応を維持してもよいが、開口の連続的な単一の周縁が複数のシャッタによって共有されるようにこれらの部分のいくつかを互いに連結してもよい。

様々な出射角度を有する光を開状態の開口４１２および４０９を通過させるには、開口層４０７の開口４０９の対応する幅またはサイズよりも大きな幅またはサイズをシャッタ開口４１２が有すると有利である。閉状態において光が漏れるのを効果的に防ぐには、シャッタ４０６の遮光部が開口４０９と重なり合うことが好ましい。図４Ｂは、シャッタ４０６内の遮光部の縁部と開口層４０７に形成された開口４０９の１つの縁部との間の事前に定められたオーバーラップ４１６を示している。

静電アクチュエータ４０２および４０４は、その電圧ずれ挙動がシャッタ組立体４００に双安定性を付与するように設計されている。シャッタ開アクチュエータおよびシャッタ閉アクチュエータの各々について、アクチュエータが閉じられている間に印加された場合に（シャッタは開かれている場合も閉じられている場合もある）、対抗するアクチュエータに作動電圧が加えられた後でも、アクチュエータを閉状態に保持し、かつシャッタを所定の位置に保持する、作動電圧よりも低い様々な電圧がある。そのような対抗する力に対してシャッタの位置を維持するのに必要な最小電圧を維持電圧Ｖ_ｍと呼ぶ。双安定性動作特性を利用するいくつかの制御マトリックスが、上記に参照した米国特許出願第１１／６０７７１５号明細書に記載されている。

図５は、本発明の例示的な実施形態による、シャッタ方式光変調器（シャッタ組立体）５０２を組み込んだディスプレイ装置５００の断面図である。各シャッタ組立体は、シャッタ５０３およびアンカー５０５を組み込んでいる。アンカー５０５とシャッタ５０３の間に連結されたときに、シャッタを表面から短い距離だけ上方に懸垂するのを助ける適合ビームアクチュエータは図示されていない。シャッタ組立体５０２は、好ましくはプラスチックまたはガラスで作られた透明基板５０４上に配置されている。後ろ向き反射層、すなわち反射膜５０６は、基板５０４上に配置されており、シャッタ組立体５０２のシャッタ５０３の閉位置の下方に配置された複数の表面開口５０８を形成する。反射膜５０６は、表面開口５０８を通過しない光をディスプレイ装置５００の後部の方へ反射する。反射開口層５０６は、スパッタリング、蒸発、イオンめっき、レーザアブレーション、または化学蒸着を含むいくつかの蒸着技術によって薄膜状に形成される含有要素を含まない密金属膜であってもよい。別の実装形態では、後ろ向き反射層５０６を誘電体反射鏡などの反射鏡から形成してもよい。誘電体反射鏡は、屈折率の高い材料と屈折率の低い材料が交互に配置された誘電体薄膜のスタックとして製造される。シャッタ５０３を反射膜５０６から分離し、内部をシャッタが自由に移動することのできる垂直ギャップは、０．５マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲である。垂直ギャップの大きさは、図４Ｂに示されているオーバーラップ４１６のような、閉状態におけるシャッタ５０３の縁部と開口５０８の縁部との横方向のオーバーラップよりも小さいことが好ましい。

ディスプレイ装置５００は、基板５０４を平面光導波路５１６から分離する任意の拡散器５１２および／または光輝度強化膜５１４を含む。光導波路は、透明な材料、すなわちガラスまたはプラスチックの材料で構成される。光導波路５１６は、バックライトを形成する１つまたは複数の光源５１８によって照明される。光源５１８はたとえば、制限なしに、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。反射器５１９はランプ５１８からの光を光導波路５１６の方へ送るのを助ける。バックライト５１６の後方に前向き反射膜５２０が配置されており、光をシャッタ組立体５０２の方へ反射する。シャッタ組立体５０２のうちの１つを通過しないバックライトからの光線５２１などの光線は、バックライトに戻され、再び膜５２０から反射される。このように、第１のパスにおいてディスプレイから出て画像を形成することができなかった光を再循環させ、シャッタ組立体５０２のアレイの開かれた他の開口を通過させることができる。このような光の再循環は、ディスプレイの照明効率を高めることが分かっている。

光導波路５１６は、ランプ５１８からの光の方向を開口５０８の方へ変更し、したがって、ディスプレイの前面の方へ変更する１組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム５１７を含む。光リダイレクタは、光導波路５１６のプラスチック本体に成形されてよく、断面が三角形、台形、または曲線状であってもよい形状を有する。プリズム５１７の密度は、概してランプ５１８からの距離に応じて高くなる。

代替実施形態では、開口層５０６を光吸収材料で作ってもよく、代替実施形態では、シャッタ５０３の表面を光吸収材料または光反射材料のいずれかによって被覆してもよい。代替実施形態では、開口層５０６を光導波路５１６の表面上に直接付着させてもよい。代替実施形態では、開口層５０６をシャッタ５０３およびアンカー５０５と同じ基板上に付着させる必要はない（後述のＭＥＭＳダウン構成を参照されたい）。ディスプレイ照明システムのこれらの実施形態およびその他の実施形態については、参照により全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／２１８６９０号明細書および米国特許出願第１１／５２８１９１号明細書に詳しく記載されている。

一実装形態では、光源５１８はそれぞれの異なる色、たとえば赤色、緑色、および青色のランプを含んでよい。人間の脳が様々な色の画像を単一の多色画像として平均化するのに十分な速度で様々な異なる色のランプによって画像を順次照明することによって、カラー画像を形成してもよい。シャッタ組立体５０２のアレイを使用して、様々な色特異的画像が形成される。別の実装形態では、光源５１８は、３つよりも多くの異なる色を有するランプを含む。たとえば、光源５１８は、赤色、緑色、青色、および白色のランプまたは赤色、緑色、青色、および黄色のランプを有してもよい。

カバープレート５２２はディスプレイ装置５００の前面を形成している。カバープレート５２２の背面は、コントラストを高めるようにブラックマトリックス５２４によって覆われていてよい。代替実装形態では、カバープレートは、それぞれの異なるシャッタ組立体５０２に対応するカラーフィルタ、たとえば赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタを含む。カバープレート５２２は、シャッタ組立体５０２から所定の距離だけ離して支持されており、ギャップ５２６を形成している。ギャップ５２６は、機械的支持体もしくはスペーサ５２７および／またはカバープレート５２２を基板５０４に取り付ける接着剤シール５２８によって維持されている。

接着剤シール５２８は作動流体５３０を封じ込める。作動流体５３０は、粘度が好ましくは約１０センチポイズよりも低く、比誘電率が好ましくは約２．０よりも高く、絶縁破壊強度が約１０^４Ｖ／ｃｍを超えるように調整される。作動流体５３０は潤滑材として働いてもよい。一実装形態では、作動流体５３０は高表面濡れ性を有する疎水性液体である。代替実施形態では、作動流体５３０の屈折率は、基板５０４の屈折率よりも高いかあるいは低い。

ＭＥＭＳ方式ディスプレイ組立体が作動流体５３０用の液体を含むとき、この液体はＭＥＭＳ方式光変調器の可動部の少なくとも一部を囲む。作動電圧を低下させるために、液体の粘度は好ましくは７０センチポイズよりも低く、より好ましくは１０センチポイズよりも低くなっている。粘度が７０センチポイズよりも低い液体は、低分子量、すなわち４０００グラム／モルよりも少なく、場合によっては４００グラム／モルよりも少ない材料を含んでもよい。適切な作動流体５３０には、制限なしに、脱イオン水、メタノール、エタノールおよびその他のアルコール、パラフィン、オレフィン、エーテル、シリコーンオイル、フッ素化シリコーンオイル、あるいはその他の天然溶剤もしくは合成溶剤または天然潤滑材もしくは合成潤滑材が含まれる。有用な作動流体は、ヘキサメチルジシロキサンおよびオクタメチルトリシロキサンのようなポリジメチルシロキサン、またはヘキシルペンタメチルジシロキサンなどのアルキルメチルシロキサンであってよい。有用な作動流体は、オクタンまたはデカンのようなアルカンであってもよい。有用な流体はニトロメタンなどのニトロアルカンであってもよい。有用な流体は、トルエンまたはジエチルベンゼンのような芳香族化合物であってよい。有用な流体はブタノンまたはメチルイソブチルケトンのようなケトンであってもよい。有用な流体は、クロロベンゼンなどのクロロカーボンであってもよい。有用な流体は、ジクロロフルオロエタンまたはクロロトリフルオロエチレンのようなクロロフルオロカーボンであってもよい。これらのディスプレイ組立体用に検討される他の流体には酢酸ブチル、ジメチルホルムアミドが含まれる。

多くの実施形態では、上記の流体同士の混合物を組み込むと有利である。混合物が様々な分子量を有する分子を含む、アルカン同士の混合物またはポリジメチルシロキサン同士の混合物が有用である場合がある。それぞれの異なる族の流体同士またはそれぞれの異なる特性を有する流体同士を混合することによって特性を最適化することも可能である。たとえば、ヘキサメチルジシロキサンの表面濡れ性をブタノンの低粘度と組み合わせて、改良された流体を生成してもよい。

シートメタルまたは成形プラスチック組立体ブラケット５３２は、カバープレート５２２、基板５０４、バックライト５１６、およびその他の構成部品を縁部の周りに一緒に保持する。組立体ブラケット５３２がねじまたはインデントタブによって固定され、組み合わされたディスプレイ装置５００に剛性を付加している。いくつかの実装形態では、光源５１８はエポキシポッティング化合物によって所定の位置に成形される。反射器５３６は、光導波路５１６の縁部から漏れた光を光導波路に戻すのを助ける。図５には、制御信号と電力をシャッタ組立体５０２およびランプ５１８に供給する電気配線は示されていない。

ディスプレイ装置５００の製造方法を含むさらなる詳細および代替構成は、参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書および米国特許出願第１１／７３１６２８号明細書に記載されている。

他の実施形態では、ディスプレイ組立体５００内のシャッタ組立体５０２をローラ方式光変調器２２０、光タップ２５０、またはエレクトロウェッティング方式光変調器アレイ２７０、ならびに他のＭＥＭＳ方式光変調器と置き換えてもよい。

ディスプレイ装置５００はＭＥＭＳアップ構成と呼ばれ、ＭＥＭＳ方式光変調器が基板５０４の前面、すなわち観察者の方を向いた表面に形成されている。シャッタ組立体５０２は反射開口層５０６上に直接組み立てられている。ＭＥＭＳダウン構成と呼ばれる本発明の代替実施形態では、シャッタ組立体が、反射開口層が形成された基板とは別個の基板上に配置される。複数の開口を形成する反射開口層が形成された基板を、本明細書では開口プレートと呼ぶ。ＭＥＭＳダウン構成では、ＭＥＭＳ方式光変調器を保持する基板は、ディスプレイ装置５００のカバープレート５２２に代わり、ＭＥＭＳ方式光変調器が上部基板の背面、すなわち観察者から離れバックライト５１６の方を向いた表面上に位置するように向きを定められる。それによって、ＭＥＭＳ方式光変調器は、反射開口層と向かい合いかつ反射開口層からギャップを置いて位置している。ギャップは、開口プレートと、ＭＥＭＳ変調器が形成された基板とを連結する一連のスペーサポストによって維持されてもよい。いくつかの実装形態では、スペーサはアレイの各画素内または各画素間に配置される。ＭＥＭＳ光変調器をそれに対応する開口から分離するギャップまたは距離は、好ましくは１０マイクロメートル未満であるか、あるいはオーバーラップ４１６のような、シャッタと開口との間のオーバーラップよりも短い距離である。ＭＥＭＳダウンディスプレイ構成の詳細および代替実施形態は、上記に参照した米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書、米国特許出願第１１／５２８１９１号明細書、および米国特許出願第１１／７３１６２８号明細書に記載されている。

図６の開口プレート２７００は、ＭＥＭＳダウン構成に使用される開口プレートの一実装形態内の詳細な構造を示している。開口プレート２７００は、基板２７０２と、誘電的に強化された金属反射鏡２７０４と、光吸収層２７０６と、スペーサポスト２７０８とを含む。誘電的に強化された金属反射鏡と光吸収層がパターン化されて開口２７０９が形成されている。

基板２７０２は、好ましくは透明材料、たとえばガラスまたはプラスチックである。誘電的に強化された金属反射鏡２７０４は、基板から上にＳｉ３Ｎ４の薄膜２７１０、ＳｉＯ２の薄膜２７１２、Ｓｉ３Ｎ４の別の薄膜２７１０、ＳｉＯ２の別の薄膜２７１２、およびアルミニウムの薄膜２７１４を含む材料の５層スタックで構成されている。これらの層の相対厚さおよび好ましい屈折率をＴａｂｌｅ １（表１）に示す。

光吸収層２７０６は、酸化物マトリックスまたは窒化物マトリックス中に浮遊するクロム金属粒子の複合材料であるブラッククロムの薄膜から形成されてもよい。この例には、Ｃｒ２Ｏ３マトリックス中のＣｒ粒子またはＳｉＯ２マトリックス中のＣｒ粒子が含まれる。他の実装形態では、ブラッククロムは、ＣｒＯｘ（またはクロムの亜酸化物）の薄膜が成長するかあるいは堆積したクロムの薄い金属膜から形成されてもよい。ブラッククロムの好ましい厚さは１５０ｎｍである。

開口部窓２７０９は、フォトリソグラフィおよびエッチングまたはフォトリソグラフィおよびリフトオフのような当技術分野で知られているプロセスによって材料２７０４および２７０６の薄膜スタックからパターン化されてよい。エッチングプロセスでは、フォトレジストの層が薄膜スタックの頂部に付加され、次いでマスクを通じてＵＶ光に当てられる。フォトレジストの露光された層の開口パターンを形成した後、開口２７０９の領域においてスタック全体を基板２７０２までエッチングする。このようなエッチングは、湿潤化学物質への浸漬、ドライプラズマまたはイオンビームエッチング、あるいはそれらの任意の組合せによって実現されてもよい。リフトオフプロセスでは、薄膜スタックを堆積させる前にフォトレジストの層をガラスに付加し、レジストをエッチングマスクパターンを反転させたパターンに形成する。次いで、薄膜スタックをフォトレジスト上に堆積させ、したがって、薄膜スタックが開口２７０９の領域を除いてガラスのあらゆる位置に接触する。薄膜スタックの堆積が完了した後、フォトレジストとフォトレジスト上に付着させたあらゆる薄膜材料とを溶解させるかあるいは除去する化学物質の槽に基板を浸漬させる。

スペーサポスト２７０８は、感光性エポキシ（特にノバラックエポキシ）または感光性ポリイミド材料のような感光性ポリマーから形成される。感光性形態で用意することができ、かつこの用途に有用である他のポリマー族には、ポリアリレン、パリレン、ベンゾシクロブタン、ペルフルオロシクロブタン、シルセキオキサン、およびシリコーンポリマーが含まれる。スペーサ用途に有用な特定の感光性レジストには、マサチューセッツ州ニュートンに本社を置く化薬マイクロケム社から市販されているＮａｎｏ ＳＵ−８材料がある。

最初に開口２７０９をパターン化した後、ポリマースペーサ材料を薄膜スタック２７０４および２７０６上に薄膜として堆積させる。次に、感光性ポリマーをマスクを通してＵＶ光に当てる。位置合わせマークによって、結果として得られるスペーサ２７０８が開口２７０９に対して正しく配置される。たとえば、開口２７０９をエッチングするプロセスの間にディスプレイの周囲に位置合わせ基準を形成してもよい。このような基準を露光マスク上の対応する１組の基準に位置合わせして、スペーサ２７０８を正しく配置する。次いで、ＵＶ光に当てられた部分を除いてすべてのポリマーを除去するうえで現像プロセスが有効である。代替方法では、露光マスク上の微細形状を開口２７０９のような基板２７０２上のディスプレイ微細形状に直接位置合わせしてもよい。

一実装形態では、スペーサポストの高さは８マイクロメートルであってよい。他の実装形態では、スペーサの高さは約２マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの範囲であってよく、たとえば４マイクロメートルである。スペーサは、基板２７０２の横断面で切断されたときに、幅が２マイクロメートル〜５０マイクロメートルの範囲であり、たとえば４マイクロメートルの円筒形または矩形のような規則的な形状をとってもよい。あるいは、スペーサは、開口２７０９のような基板上の他の構造同士の間に嵌め合わされる際のスペーサの接触面積を最大限に抑えるように設計された複雑で不規則な断面を有してもよい。好ましい実装形態では、スペーサのサイズ、形状、および配置は、スペーサがシャッタ４０６などのシャッタまたはディスプレイ装置４００のアクチュエータ４０４のような他のＭＥＭＳ構成要素の移動に干渉しないように定められる。

他の実施形態では、スペーサポスト２７０８は、ポリマー材料としては設けられず、その代わりに熱リフロー可能なはんだ合金のような接合材料で構成される。はんだ合金には、はんだ合金自体が向かい合う基板上の合わせ面を濡らしこの合わせ面に結合するのを可能にする溶融ステップまたはリフローステップを施してもよい。したがって、はんだ合金は、開口プレートと変調器基板との接合材料としてのさらなる機能を実行する。リフロープロセスによって、はんだ合金は通常、弛緩してはんだバンプと呼ばれる楕円の形状になる。はんだバンプの平均材料量を調整することによって基板同士の間の所定の間隔を維持することができる。はんだバンプは、薄膜蒸着、ステンシルマスクによる厚膜蒸着、または電気めっきによって開口プレート２７００に塗布されてもよい。

別の実施形態では、光学層２７０４および２７０８を形成するステップの後で開口プレート２７００にサンドブラスティング処理を施してもよい。サンドブラスティングは、基板表面を開口２７０９の領域において選択的に粗面化する効果を有する。開口２７０９の所の粗面化された表面は、ディスプレイの視角を広くするという利点をもたらすことのできる光拡散器として働く。別の実施形態では、エッチングプロセスによって開口２７０９の所に拡散面が設けられ、その場合、エッチングは、フォトレジストをフォトマスクにさらした後で開口２７０９の領域に選択的に施される。フォトマスクを適切に設計することによってエッチングピットまたはトレンチを形成してもよく、ウェットエッチングプロセスまたはドライエッチングプロセスのいずれかによってピットまたはトレンチの側壁角度または深さを調節してもよい。このように、拡散の広がりの程度を制御する光学構造を形成してもよい。このように、光を好ましい光軸に沿って偏向させ、放出された光の楕円形コーンおよび／または多方向コーンを形成する異方性拡散器を基板表面に形成してもよい。

別の実施形態では、実質的に開口２７０９のアレイの周囲に沿って（すなわち、アクティブディスプレイ領域の周囲において）ディスプレイを囲むエッチングされたトレンチを基板２７０２に設けてもよい。エッチングされたトレンチは、開口プレート２７００を向かい合う基板に封止するのに使用される接着剤５２８のような接着剤の動きまたは流れを制限する機械的な位置決め構造として働く。

上述の材料およびプロセスに関する詳細は、２００６年２月２３日に出願され、参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書に記載されている。たとえば、この出願は、開口、光吸収層、およびスペーサポストを含む誘電的に強化された金属反射鏡の形成に関するさらなる材料および処理方法を含む。誘電反射鏡およびスペーサは、この出願では、一体型（たとえばＭＥＭＳアップ）ディスプレイ設計の文脈で記載されているが、同様のプロセスを開口プレート２７００のような開口プレートの製造に適用できることが理解されよう。

開口プレート２７００のいくつかの実装形態では、基板２７０２に透明プラスチック材料を使用することが望ましい。適用可能なプラスチックには、制限なしにポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびポリカーボネートが含まれる。プラスチック材料を使用すると、スペーサポスト２７０８を形成するのに射出成形プロセスまたは打抜きプロセスを利用することが可能になる。このようなプロセスでは、誘電的に強化された金属反射鏡２７０４を塗布する前にまず、スペーサポストが型またはスタンパ内に形成される。次いで、誘電的に強化された金属反射鏡２７０４のすべての層を、すでにスペーサポスト２７０８を含む基板上に順次堆積させる。光吸収層２７０６を誘電反射鏡２７０４上に堆積させる。開口窓２７０９をパターン化するために、スペーサポスト２７０８が存在することによる妨害を受けることなく薄膜の表面を一様に被覆する特殊なフォトレジストを塗布する。適切なフォトレジストには、スプレーオンフォトレジストおよび電気めっきフォトレジストが含まれる。あるいは、スピンオンレジストを塗布し、その後、開口２７０９の領域内の薄膜面全体にわたって均一のレジスト厚さをもたらすリフローステップを実施する。次いで、上述のように、レジストの露光、現像、および薄膜層のエッチングを実施する。フォトレジストを除去した後、プロセスが完了する。上述のように、リフトオフプロセスを使用して誘電的に強化された反射鏡をパターン化してもよい。スペーサポスト２７０８を形成するのに成形プロセスまたは打抜きプロセスを使用すると、開口プレート２７００の製造に必要な材料コストを削減する助けになる。

いくつかのディスプレイ実装形態では、開口プレート、たとえば開口プレート２８０４を光導波路５１６などの光導波路と組み合わせ、本明細書では単体バックライトまたは複合バックライトと呼ばれ、それぞれ米国特許出願第１１／２１８６９０号明細書および米国特許出願第１１／５２８１９１号明細書にさらに記載されている１つの固体本体に形成する。どちらの出願も参照により本明細書に組み込まれている。誘電的に強化された金属反射鏡２７０４、光吸収層２７０６、および／またはスペーサポスト２７０８を形成するための上述のすべてのプロセスを、光導波路に結合され、場合によってはその光導波路と区別できない基板に同じく適用してもよい。薄膜が塗布される単体バックライトの表面は、ガラスであっても、スペーサ５２７などのスペーサポストを形成するように成形されたプラスチックを含むプラスチックであってもよい。

一実装形態では、開口プレート２７００を変調器基板に位置合わせする前にスペーサポスト２７０８を形成するかあるいは開口プレート２７００に取り付ける。ディスプレイ装置５００の代替実装形態では、変調器基板５０４を開口プレートに揃える前にスペーサポスト５２７を変調器基板５０４上にあるいは変調器基板５０４の一部として製造する。このような実装形態は、前述の米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書内の図２０に関して記載されている。

図７は、本発明の例示的な実施形態によるディスプレイの断面図である。ディスプレイ組立体２８００は、変調器基板２８０２と開口プレート２８０４とを備える。ディスプレイ組立体２８００はまた、１組のシャッタ組立体２８０６と反射開口層２８０８とを備える。反射開口層２８０５は開口２８１０を含む。互いに向かい合う１組のスペーサ２８１２および２８１４によって基板２８０２と基板２８０４の間に所定のギャップまたは離隔距離が維持されている。スペーサ２８１２は、変調器基板２８０２上にあるいは変調器基板２８０２の一部として形成されている。スペーサ２８１４は、開口プレート２８０４上にあるいは開口プレート２８０４の一部として形成されている。組立て時には、変調器基板２８０２上のスペーサ２８１２がそれぞれのスペーサ２８１４に接触するように２枚の基板２８０２および２８０４を揃える。

この例示的な例の離隔距離または距離は８マイクロメートルである。この離隔距離を確立するために、各スペーサ２８１２は高さが２マイクロメートルであり、各スペーサ２８１４は高さが６マイクロメートルである。あるいは、両方のスペーサ２８１２および２８１４の高さが４マイクロメートルであるか、あるいはスペーサ２８１２の高さが６マイクロメートルであり、一方スペーサ２８１４の高さが２マイクロメートルであってもよい。そればかりではなく、スペーサの全高が所望の離隔距離Ｈ１２を確立するかぎり、スペーサ高さの任意の組合せを使用してよい。

両方の基板２８０２および２８０４にスペーサを設け、次いで組立て時に基板２８０２および２８０４を揃えるかあるいは嵌め合わせると、材料コストおよび加工コストに関して有利である。スペーサ２７０８のような非常に高い（たとえば、８マイクロメートル）スペーサを設けるとコストがかかることがあり、感光性ポリマーの硬化、露光、および現像を実施するのにかなり時間がかかることがある。ディスプレイ組立体２８００のような嵌合いスペーサを使用すると、各基板上でより厚いポリマーコーティングを使用することができる。

別の実装形態では、変調器基板２８０２上に形成されるスペーサ２８１２を、シャッタ組立体２８０６を形成するのに使用したのと同じ材料およびパターン化ステップによって形成してもよい。たとえば、シャッタ組立体２８０６に使用されるアンカーは、スペーサ２８１２と同様の機能を実行してもよい。この実装形態では、スペーサを形成するうえでポリマー材料を別に塗布する必要がなく、かつスペーサ用の別個の露光マスクは必要とされない。

セル組立て方法
ディスプレイモジュールの組立ては、２枚の基板を揃えて結合することを含んでもよい。たとえば、基板５０４などの光変調器基板をカバープレート５２２などのカバープレートに揃えることが望ましい。あるいは、基板２８０６などの光変調器基板を開口プレート２８０４などの開口プレートに揃えることが望ましい。図８は、本発明の例示的な実施形態による位置合わせプロセスを実施する位置合わせ装置３３００を示している。位置合わせ装置３３００は、固定チャック３３０２と、１組の並進駆動装置またはモータ３３０４と、ビジョンシステム３３０５と、１組のＵＶ露光ランプ３３０６とを備える。チャック３３０２に変調器基板３３０８がしっかりと取り付けられている。開口プレート３３１０が所定の位置に保持されており、モータ３３０４によって案内される。モータ３３０４は、基板３３１０を３つの並進方向に並進させ、たとえば基板３３１０のプレート内のｘ座標およびｙ座標に沿って並進させ、さらにｚ座表に沿って並進させ、２枚の基板３３０８および３３１０間の距離を確立しかつ変化させる。また、図８には示されていないが、基板３３０８および３３１０の共平面性とｘ−ｙ平面における基板３３０８および３３１０の適切な回転関係とを確立する、さらなる任意の１組の３つの回転モータを設けてもよい。すべての並進モータ３３０４は、開口プレート３３１０に取り付けられて示されているが、他の実施形態では、２枚の基板の間に異なるようにモータを取り付けてもよい。たとえば、ｘ−ｙ並進モータを開口プレート３３１０に取り付けてもよく、一方、ｚ軸並進モータおよびシータ回転モータ（ｚ軸を中心とする回転）をチャック３３０２に取り付けてもよい。

モータ３３０４には様々な種類のモータを利用することができる。いくつかの実施形態では、これらのモータは、デジタル的に制御されるステッパモータであってもよく、場合によっては、これらのモータは線形ねじ駆動装置であってよく、場合によっては、磁気駆動ソレノイド駆動装置であってもよい。これらのモータを基板３３１０などの基板を直接移動させるように構成する必要はない。その代わりに、これらのモータは、加工品または基板３３１０がしっかりと取り付けられたステージまたはプラッタを移動させるように設計されてもよい。可動ステージを使用すると有利である。なぜなら、可動ステージの並進位置を１マイクロメートルを上回る精度で連続的に測定することができるさらなる光学測定システム（場合によってはレーザ干渉システム）を可動ステージ用に設けることができるからである。モータ３３０４と光学測定システムとの間にフィードバック電子機器を使用してステージ位置の精度と安定性の両方を向上させることができる。

装置３３００のいくつかの実施形態では、チャック３３０２と光学移動ステージの両方が、ヒータおよび／または温度調節デバイスを備え、基板３３０８および３３１０全体にわたって温度を一様にすることができる。温度が一様であると、特に対角線が約２０ｃｍを超える２枚の基板上のパターン同士を適切に揃える助けになる。

位置合わせ装置３３００は、２枚の基板３３０８および３３１０の相対位置を検出するためのビジョンシステム３３０５を組み込んでいる。好ましい実施形態では、基板３３０８および３３１０の各々の薄膜に位置合わせマークがパターン化される（たとえば、図９の位置合わせマーク３４０８および３４１２を参照されたい）。ビジョンシステムは、２枚の基板の各々の位置合わせマークがそれぞれの異なる表面、すなわちｚ軸上の異なる位置に配置されているにもかかわらず、これらのマークを同時に撮像することができる。

例示された実施形態では、ビジョンシステム３３０５は、２枚の撮像レンズ３３１２および３３１３と、分割磁場撮像が可能な顕微鏡または２つのカメラ３３１４および３３１５のいずれかを組み込んでいる。したがって、ビジョンシステム３３０５は、分離された２組の位置合わせマークを実質的に同時に撮像することができる。２組の位置合わせマークは、変調器アレイまたはパネルの遠い側または隅部に配置されることが好ましい。

動作時には、オペレータは、ビジョンシステム３３０５を使用してマーク３４０８および３４１２のような位置合わせマークの相対位置を表示し、それによって、２枚の基板間の位置ずれの方向および程度を測定する。オペレータは次いで、２枚の基板の位置合わせマークが示す位置ずれが許容される程度のエラーよりも小さくなるまで駆動モータ３３０４を使用して基板３３０８および３３１０同士の位置合わせを調整することができる。位置ずれが十分に小さくなった後、オペレータは、基板３３０８または３３１０の１つの基板上のスペーサ１０１０のいずれかのようなスペーサが向かい合う基板３３０８または３３１０あるいは向かい合うスペーサに接触するまでｚ軸モータを駆動する。多くの例では、基板の向きに誤りが生じるかあるいは基板同士が非平面性を有するので、オペレータは、２枚の基板間のｚ軸距離が短くなるにつれて基板同士のｘ−ｙ位置合わせを連続的に調整する必要がある。いくつかの実施形態では、最終的なｘ、ｙ、およびシータの補正を基板同士の接触を確立した後に行ってもよい。

接触が確立された後、２枚の基板間に接着剤３３１８も接触する。いくつかの実施形態では、方法３３０１の最後のステップとして、接着剤が少なくとも部分的に硬化され、一方、位置合わせ装置３３００が２枚の基板を所定の位置に保持する。ＵＶ露光ランプ３３０６を使用して接着剤の硬化を開始または加速し、それによって２枚の基板同士を互いに結合してもよい。いくつかの実施形態では、基板ステージまたはチャック３３０２は、接着剤３３１８の熱硬化に影響を及ぼすヒータを備える。位置合わせマーク、たとえばマーク３４０８および３４１２は通常、同時にパターン化されエッチングされ、開口をパターン化するのに使用されるマスクと同じフォトマスクから印刷される。したがって、位置合わせマークは、基準マーカ機能用に設計され、すなわち位置合わせマーク同士を十分に揃えたオペレータは、近傍のアレイのシャッタおよび開口も適切に揃えられることを確信する。

ディスプレイ装置の説明によれば、オーバーラップは２マイクロメートル以上であることが好ましい。実際、オーバーラップＷ２は、製造時に確実に実現され、マスクに設計された安全マージンおよび位置合わせ精度または公差によって決定される。精度または実現可能な公差は、位置合わせ装置３３００の設計、位置合わせマークの設計、ならびに温度、圧力、およびシール材料の粘度または可塑性のようなプロセス変数に基づく値である。許容公差設計に関する２つの例を示す。第１の例では、製造時に位置合わせのかなり広い変動が許容され、シャッタおよび開口のアレイは、公称オーバーラップが２２マイクロメートルになるように設計され、すなわち完全に揃えられた場合、シャッタは開口と２２マイクロメートルだけ重なり合うように設計される。その場合、装置３３００において可能な位置合わせ繰返し精度が±２０マイクロメートルである場合、設計者はすべての（あるいは信頼性をどのように指定するかに応じて９９．９９％）シャッタのオーバーラップを少なくとも２マイクロメートルにすることができる。しかし、密な画素アレイの場合、すなわち高解像度ディスプレイの場合、通常、アレイ設計では２２マイクロメートルのオーバーラップを利用することができない。したがって、より厳密な位置合わせ機能が望ましい。

第２の例では、マスクにおける公称オーバーラップが１マイクロメートル程度にされ、装置３３００は、第１の基板上のパターンと第２の基板上のパターンとの位置合わせ精度が±１マイクロメートル以内になるように設計される。この精度を実現するために、ａ）ビジョンシステム３３０５は解像度が１マイクロメートルよりも小さく、ｂ）モータ３３０４（または関連する並進ステージ）は、解像度が１マイクロメートルよりも小さくなるように安定した駆動を実現して位置の差を解消し、ｃ）位置合わせマークが、解像度が１マイクロメートルよりも向上するような精度の縁部、寸法、および／または配置を有するようにパターン化されエッチングされる。現在、半導体マスクの位置合わせ、光電子構成要素組立体、およびマイクロ医療デバイスを対象として自動化されたサブミクロンの精度を有する位置合わせシステムが市販されている。これらのシステムの代表的な供給業者には、カナダオンタリオ州ケンブリッジのＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐ．およびドイツカールスルーエのＰｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ ＬＰが含まれる。

一般に、ビジョンシステムの設計、駆動モータ、および位置合わせマークの設計に注目した場合、シャッタと開口とのオーバーラップが０マイクロメートルよりも大きくかつ２０マイクロメートルよりも小さくなるようにすることができる位置合わせ装置３３００および位置合わせ方法を実現することが可能である。好ましい設計では、この位置合わせ方法は、０マイクロメートルよりも大きくかつ４マイクロメートルよりも小さなオーバーラップを確保することができる。

上述の位置合わせ方法は、モータ３３０４の能動制御を人間のオペレータに割り当てる位置合わせ方法の一例として実現された。他の方法では、位置合わせを実現するうえでオペレータの介入は必要とされない。２枚の基板上の基準同士の位置ずれの方向と量を測定することができ、次いで測定された位置ずれが事前に指定されたレベルよりも小さくなるまでモータ３３０４を自動的に駆動することができる、装置３３００用のインテリジェントビジョン（マシンビジョン）システム（すなわち、デジタルカメラとコンピュータ画像処理とを含むシステム）が、たとえば上記に識別された販売会社から市販されている。

装置３３００によって使用される位置合わせマークまたは基準は、以下に図９に関して図示または説明する形態以外の多数の形態をとってもよい。いくつかの実施形態では、オペレータまたはマシンビジョンシステムが、シャッタ組立体または開口の形状のような、基板上の特定の機能パターンを認識することができる。それによって、ビジョンシステムは、シャッタと開口との位置ずれを直接測定し最小限に抑える。別の実施形態では、ディスプレイ縁部がシャッタおよび開口の位置に対して厳密な位置に切断またはダイシングされる。それによって、ビジョンシステムは、２枚の基板の縁部同士の位置ずれを測定し最小限に抑える。

人間のオペレータまたは自動位置合わせシステムが基板同士を揃え、２枚の基板間に接触を確立した後、ＵＶ露光ランプ３３０６を使用して接着剤３３１８を少なくとも部分的に硬化することができる。接着剤結合材料３３１８は、装置３３００において位置合わせが実現された後、基板３３０８と基板３３１０が相対的に移動するのを防止する。位置合わせ後２枚の基板を揃った状態に維持するための代替手段が利用可能である。このような代替手段は、位置合わせガイド、およびスペーサのような熱リフロー可能なスペーサ材料を使用することを含む。

位置合わせ装置３３００の機能はＭＥＭＳダウン構成におけるディスプレイ５００の例に用いられる機能であるが、同様の位置合わせ技術が、ディスプレイ装置５００によって示されているように、ＭＥＭＳアップ構成に適用されたときに有効であることがある。ディスプレイ組立体５００では、シャッタ組立体５０２が基板５０４上に形成され、一方、ブラックマトリックスおよび関連する開口５２４が基板５２２上に形成される。２枚の基板５０４および５２２は、シャッタ５０３の少なくとも一方の縁部とブラックマトリックス５２４内の対応する開口の縁部との間にオーバーラップが存在するように位置合わせ装置３３００を使用して揃えられてもよい。位置合わせ装置３３００は、縁部同士の間のオーバーラップが０マイクロメートルから２０マイクロメートルの間になるようにする。好ましい設計では、この位置合わせ方法は０マイクロメートルよりも大きくかつ５マイクロメートルよりも小さく、場合によっては４マイクロメートルよりも小さなオーバーラップを確保する。

位置合わせ装置３３００の機能について、シャッタ組立体のような横シャッタ方式光変調器を組み込んだディスプレイに関して説明したが、上述の位置合わせ装置３３００および位置合わせ方法を代替ＭＥＭＳ光変調器技術に有効に適用できることが理解されよう。たとえば、エレクトロウェッティング変調器アレイは、遮光状態、フィルタリング状態、または暗状態においてオイルの縁部と開口の縁部との間にオーバーラップが確立されるように開口プレートが変調器基板に揃えられるときに有利である。同様に、光変調器２２０などのローリングアクチュエータ光変調器を同様に製造し揃えることができ、第１の基板上のローラアクチュエータ変調器の遮光縁部と、第２の基板上にパターン化された対応する開口の縁部との間にオーバーラップが設けられる。

他の非シャッタ方式変調器に上述の位置合わせ装置３３００および位置合わせ方法が有利であることがある。たとえば、第１の基板上に製造された光変調器２５０のようなＭＥＭＳ干渉変調器またはＭＥＭＳ光タップ変調器を、第２の基板上に製造されたブラックマトリックスの縁部に揃えてもよい。光変調器の詳細は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第６６７４５６２号明細書および米国特許第５７７１３２１号明細書に記載されている。

パネル製造プロセス
複数のディスプレイ用の変調器アレイを同じガラス基板またはプラスチック基板上に並列に組み立てることができるときはいつでも生産性が向上する。パネルと呼ばれる大きなガラス基板および関連する製造機器は現在、最大２ｍ四方のサイズが市販されている。図９は、本発明の例示的な実施形態によって、ＭＥＭＳ光変調器の複数のアレイを１つの大きな変調器基板３４０２上に形成し、一方、開口穴の複数のアレイを大きな開口プレート３４０４上に形成するにはどうすればよいかを示している。パネル３４０２は、１組の６つの変調器アレイ３４０６と１組の４つの変調器位置合わせマーク３４０８とを含む。パネル３４０４は、１組の６つの開口アレイ３４１０と１組の４つの開口位置合わせマーク３４１２とを含む。各変調器アレイ３４０６は、１つの開口アレイ３４１０に対応するように設計され、したがって、パネル３４０２および３４０４が互いに揃えられ、封止されたときに、対応する変調器アレイ−開口アレイ対はそれぞれ、セル組立体とも呼ばれるディスプレイ組立体を形成する。その場合、６つのセル組立体を同時に揃え封止するには、基板３４０２および３４０４間で１回の位置合わせ封止動作を実施すれば十分である。図９に示されている例の場合、ガラスパネル３４０２および３７０４は対角線が３０ｃｍであり、一方、各セル組立体またはディスプレイ領域は対角線が１０ｃｍである。他の実施形態では、対角線が５０ｃｍ以上のパネルを使用して、パネル当たりに、対角線が１０ｃｍの最大２５個のディスプレイを製造することができる。

また、エポキシ接着剤ライン（一種のシール材料）３４１４と、開口プレート３４０４上の各アレイに付加されたスペーサポスト３４１６とが示されている。ディスプレイ組立体に関して説明したように、開口プレート３４０４上の各アレイの内部に様々なスペーサが塗布されている。以下に、接着剤を塗布するプロセスについて、セル組立体ステップ３６１４に関して説明する。

本発明の例示的な実施形態による、パネル３４０２および３４０４の位置合わせおよび封止が完了した後のパネル組立体３５００が図１０に示されている。２枚の基板が首尾よく揃えられたことが、変調器位置合わせマーク３４０８が開口位置合わせマーク３４１２内に入れ子になっていることによって示されている。位置合わせマークは、マーク３４１２の内側縁部とマーク３４０８の外側縁部との間に公称１マイクロメートルのギャップが許容されるように設計されている（図１０ではこれらのギャップの大きさが図示のために誇張されている）。この位置合わせ設計では、オペレータおよび／または自動位置合わせシステムは、入れ子にされた位置合わせマークのｘ方向とｙ方向の両方に適切なギャップが確認されるまで、たとえば、どのラインも交差したり接触したりすることがなくなるまで、ツール３３００内の基板の相対位置を調整する。適切なギャップが確認されたときに、位置合わせが成功したとみなされ、すなわち、位置ずれが許容される誤差内に低減され、アレイ３４０６および３４１０の各々における変調器と開口との間に予期されたオーバーラップが実現されている。

位置合わせマーク同士の間の公称ギャップは、位置合わせプロセスの予期される精度に一致するように設計してもよく、たとえばギャップは、所望の位置合わせ精度に応じて１０マイクロメートル、４マイクロメートル、２マイクロメートル、または１マイクロメートルであってよい。代替設計では、一方の位置合わせマークは円形のドットであり、他方のマークはリング状である。ドットとリングの間に、所望の位置合わせ精度に対応するギャップを設計してもよい。いくつかの位置合わせマシン設計では、位置合わせマーク同士の間のギャップは必要とされず、その代わり、マシンはデジタルカメラを使用してドットとリングの両方の中心点を推定する。この位置合わせソフトウェアは次いで、ドットの中心点とリングの中心点を揃えることを試みる。２枚のパネル３４０２および３４０４は接着剤によって所定の位置に結合される。以下に、この接着剤の硬化について、セル組立体ステップ３６２０に関して説明する。

図１０は、パネル組立体３５００上に重ね合わされた１組のダイシングライン３５０２も示している。ダイシングライン３５０２は、ディスプレイまたはセル組立体とも呼ばれる個々のアレイをパネルから分離できるようにパネルを切断する際に用いられるラインを示す。シンギュレーションとも呼ばれるこの分離プロセスは、分断方法によって実現されてもよい。このプロセスでは、ダイヤモンドまたはカーバイドチップを使用して、ライン３５０２の所でガラスパネルの表面に沿ってラインが刻まれる。次いで、単純な屈曲プロセスを使用してパネルをケガキ線に沿って破断してもよい。別の実施形態では、ダイシングソーによって分離またはシンギュレーションプロセスが実施される。基板３４０２と基板３４０８の両方を同じダイシングラインに沿って切断する必要はない。変調器基板を開口基板について定められた周縁幅よりも広い周縁幅に合わせてダイシングすると有利であることが多い。この場合、セル組立てが完了した後、変調器基板の縁部上にドライバチップを結合するためのスペースが得られる。二重フィルホールを使用するときなどに、パネルは軸３５０４に沿って切断することによって各ストリップに分離される。

図１１は、本発明の例示的な実施形態による、ＭＥＭＳ光変調器を組み込んだディスプレイ装置を組み立てる第１の方法３６００（セル組立て方法３６００とも呼ばれる）を示している。方法３６００の第１の実施形態について、ＭＥＭＳダウンディスプレイ組立体に関して説明する。その後に、ＭＥＭＳアップ構成におけるディスプレイの組立てに関する第２の実施形態について説明する。

ＭＥＭＳダウンディスプレイ用のセル組立て方法３６００では、まずステップ３６０２および３６０４において２枚の基板を用意する。これらの基板はどちらも透明であり、ガラスまたはプラスチックで作られている。この組立て方法では次に、ステップ３６０６において制御マトリックスを製造し、ステップ３６０８においてＭＥＭＳ変調器アレイを製造する。一実施形態では、制御マトリックスと変調器アレイの両方を、変調器基板と呼ばれる第１の基板上に製造する。一実施形態では、気泡封じ込め領域とも呼ばれるトレンチを変調器基板に設ける。しかし、ディスプレイ組立体３１００に関して説明したように、制御マトリックスを変調器基板とは異なる基板上に製造し、この基板に導電スペーサによって電気的に接続することができる実施形態がある。変調器基板の製造についての詳細は、上記に参照した米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書に記載されている。

ＭＥＭＳダウン組立て方法３６００では、ステップ３６１０において開口層を製造する。開口層は、好ましくは透明材料、たとえばプラスチックまたはガラスで作られた第２の基板上に製造される。ＭＥＭＳダウン構成では、第２の基板を開口プレートと呼ぶ。一実施形態では、ステップ３６１１において、気泡封じ込め領域とも呼ばれるトレンチを開口プレートの表面に設ける。他のＭＥＭＳダウン実施形態では、開口層が製造される第２の基板は光導波路としても利用される。いくつかの実施形態では、開口層は、一連の開口としてパターン化される光吸収材料で構成される。一実施形態では、開口層は、基板から入射した光を基板の方へ反射するように設計される。

この方法では次に、２枚の基板の一方または他方にスペーサ（ステップ３６１２）および封止材料（ステップ３６１４）を塗布し、次いで、基板同士を揃えて結合する。方法３６００では次に、ステップ３６１２においてスペーサが塗布される。したがって、上述の製造方法を含めスペーサ２７０８、２８１２、または２８１４によって示されているスペーサのいずれもステップ３６１２において組み込むことができる。スペーサは、第１の基板および第２の基板のいずれかに形成されても、両方に形成されてもよい。

方法３６００では次に、ステップ３６１４においてエポキシシール材料５２８などのシール材料を塗布する。シール材料は、方法３６００によって使用される第１の基板および第２の基板のいずれかに塗布されても、両方に塗布されてもよい。シール材料は、位置合わせステップの後に第１の基板および第２の基板の位置を維持する接着剤結合材料である。シール材料を使用して、ステップ３６２４において付加すべき流体を２枚の基板間のギャップ内に封じ込める。適用可能なシール材料は、エポキシ材料、アクリレート材料、またはシリコーン材料のようなポリマー材料であってよく、あるいはシール材料は、はんだバンプのような熱リフロー可能なはんだ材料から形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、シール材料は異方性導電接着剤３２１４などの複合材料であってもよい。シール材料は、図９のディスプレイパネル３４０４に示されているように各変調器アレイまたは開口アレイの周囲に沿って移動するノズルから供給されてもよい。

シール材料３４１４は、ディスプレイパネル３４０４上の各ディスプレイ領域の周囲を完全に囲んでいるわけではない。フィルホールと呼ばれる１つまたは複数のギャップ３４１８を意図的に周囲シールに残してステップ３６２４においてセルに流体を充填できるようにしている。一実施形態では、これらを両側に形成しても、同じ側に沿って形成しても、あるいは任意の側に形成してもよい。いくつかの実施形態では、このギャップは、気泡封じ込め領域の隣に開放されたままにされ、それによって、シールによって囲まれた空間内に気泡を意図的に導入することができる。

方法３６００では次に、ステップ３６１６において任意に導電接着剤を塗布する。ステップ３６１２および３６１４において付加されるスペーサまたはシール材料が導電性を有さない場合、この特性を有するさらなる接着剤を付加すると有利であることが多い。ステップ３６１６において付加される導電接着剤は、第１の基板上の制御マトリックスと第２の基板上の開口層とを電気的に接続するのを可能にする。ステップ３６１６において付加された接着剤は通常、ディスプレイ領域の周囲に沿ってある点に配置される。

供給後、シール材料は、硬化ステップを施されて比較的硬く剛性になる。シール材料は、ステップ３６１４の一部として部分的に硬化されてもよいが、多くの実施形態では、ステップ３６１８または３６２０のいずれかが実施されるまで最終的な硬化は行われない。シール材料は、乾燥硬化、ＵＶすなわち紫外線硬化、熱硬化、またはマイクロ波硬化を含む他の多数の種類の硬化が可能になるように調製されてもよい。装置３３００などの位置合わせツールを使用する際、ＵＶ硬化エポキシが好ましい場合がある。

図１１に示されているように、制御マトリックス３６０６を製造するステップ、ＭＥＭＳ変調器３６０８を製造するステップ、開口層３６１０を製造するステップ、スペーサ３６１２を塗布するステップ、およびシール材料３６１４を塗布するステップはすべて、パネルレベルで実施されてもよく、複数のディスプレイが、大きなガラスパネルまたはプラスチックパネル上に同時に製造される。あるいは、これらのステップをより小さな基板上の個々のディスプレイについて実施してもよい。組立てステップ３６０６、３６０８、３６１０、および３６１２についての製造上の詳細は、上記に参照した米国特許出願第１１／３６１７８５号明細書に記載されている。

方法３６００では、次にステップ３６１８において、図８の位置合わせ装置３３００に関して説明したように第１の基板と第２の基板を揃える。位置合わせ装置３３００は、位置合わせが許容される程度の誤差の範囲内であることを確認するためのカメラおよび／または顕微鏡を含む。第１の基板と第２の基板を位置合わせステップ３６１８の一部としてスペーサによって接触させる。

位置合わせステップ３６１８の一部として、接着剤結合材料を少なくとも部分的に硬化して２枚の基板を結合するかあるいは２枚の基板の相対位置を維持する。位置合わせ装置３３００は、接着剤の硬化に影響を及ぼすヒータおよび／またはＵＶ露光ランプを含む。いくつかの実施形態では、シール３４１４などの周縁シールをステップ３６１８の一部として少なくとも部分的に硬化する。他の実施形態では、位置合わせの前に、熱硬化可能なシール材料３４１４に加えて、複数のＵＶ硬化可能な接着剤ドットを基板上に設ける。この実施形態では、位置合わせステップ３６１８の一部としてエポキシドットのみが硬化され、一方、残りのシール材料は後でステップ３６２０において硬化される。

方法３６００では、次にステップ３６２０において、シール材料を硬化する。多くの実施形態では、第１の基板と第２の基板を適切に揃えることができるのは、シール材料が比較的高い剛性を有する接着剤として働くときだけである。ステップ３６２０において接着剤が硬化すると、シールの剛性が確保される。ステップ３６２０での硬化は、熱硬化によって実施されても、ＵＶ硬化によって実施されても、あるいはマイクロ波硬化によって実施されてもよい。いくつかの実施形態では、ステップ３６２０において、組立体を炉またはＵＶ露光システムもしくはマイクロ波露光システムに入れるか、組立体に圧力を加えるか、あるいは組立体をプレスのプレート同士の間に配置することによって実施されてもよい。このプレスは、接着剤が硬化されている間基板の屈曲または反りを最小限に抑える働きをする。プレスは、各基板をスペーサにしっかりと接触させることによってギャップを維持するのを助ける。

方法３６００では、次にステップ３６２２において、任意に、複数のディスプレイアレイを含む大きなパネルから個々のディスプレイアレイを分離する。このような分離が必要になるのは、この時点までのセル組立てステップが、図９において説明したような大形パネルプロセスに従って進行している場合だけである。変調基板および開口プレートがステップ３６０６から３６１４において個々のディスプレイとして製造される場合、シンギュレーションステップも分離ステップも必要とされない。この分離は、分断方法またはダイシングソーのいずれかによって実現されてもよい。

この方法は、個々のディスプレイをより大きなパネル組立体から分離または単一化すること（ステップ３６２２）と、２枚の基板間のギャップに流体または潤滑材を充填すること（ステップ３６２４）と、ディスプレイ組立体に流体を充填することを含む。ディスプレイ装置５００の説明に示されているように、ディスプレイ装置の２枚の基板は、ギャップ５２６などのギャップによって分離され、ギャップに作動流体５３０などの流体を充填することが好ましい。多くのディスプレイでは、流体は、ＭＥＭＳ光変調器を実質的に囲む潤滑材として働く。流体は、上述のように一定の電気的特性および光学特性も有する。一実施形態では、ステップ３６２６において、１つまたは複数のフィルホールを封止する。その後、ステップ３６２５において、気泡封じ込め領域内に気泡を意図的に導入する。別の実施形態では、ステップ３６２８において気泡封じ込め領域に気泡を誘導した後にあらゆるフィルホールを封止する。

次に、セル組立て方法３６００をＭＥＭＳアップディスプレイ構成に適用する場合について検討する。一例として図５のディスプレイ組立体５００について説明する。ＭＥＭＳアップディスプレイ構成の場合、ステップ３６０６および３６０８において制御マトリックスとＭＥＭＳ変調器アレイの両方を第１の基板上に製造する。一例として変調器基板について説明する。ステップ３６１０において第２の基板上に開口層を堆積させる。

ディスプレイ組立体３１００に関して説明したように、第１の基板上にＭＥＭＳ変調器アレイが製造され、一方、第２の基板上に制御マトリックスを製造することができる実施形態がある。２枚の基板は導電スペーサによって電気的に連絡する。

ＭＥＭＳアップディスプレイ構成では、第２の基板はカバープレート５２２のようにカバープレートと呼ばれる。開口層は、ステップ３６１０において製造され、ブラックマトリックス５２４のようにブラックマトリックス層と呼ばれ、開口のアレイとしてパターン化される。ブラックマトリックス層は、ディスプレイの周囲コントラストを向上させるように光吸収材料で構成されることが好ましい。組立て後、ブラックマトリックス開口は、変調器基板上に配置されたＭＥＭＳ光変調器と重なり合うことが好ましい。

ＭＥＭＳアップディスプレイ組立て方法３６００では、カバープレート、すなわちステップ３６０４において設けられた第２の基板は、透明材料、すなわちプラスチックまたはガラスで作られることが好ましい。しかし、ＭＥＭＳアップ組立て方法では、ステップ３６０２において設けられる変調器基板をシリコンなどの不透明材料から作ってもよい。たとえば、反射ＭＥＭＳアップディスプレイの場合、ステップ３６０６またはステップ３６０８のいずれかにおいて第１の基板、たとえばシリコンを反射層によって被覆してもよい。透過ＭＥＭＳアップディスプレイの場合、第１の基板に使用される不透明材料に、開口５０８などの開口の位置において貫通穴のアレイをエッチングしてもよい。

ＭＥＭＳアップディスプレイ組立体３６００では、ステップ３６１２においてスペーサを塗布し、ステップ３６１４において第１の基板または第２の基板のいずれか、すなわち光変調器基板またはカバープレートのいずれかにシール材料を塗布する。ＭＥＭＳダウンの場合と同様に、シールによって囲まれた空間の周囲全体にシール材料を塗布し、上記にＭＥＭＳダウンについて説明したのと同様に後で封止される１つまたは複数の開口部を残す。

ＭＥＭＳアップディスプレイ組立て方法３６００における以後のステップは、位置合わせステップ３６１８、ステップ３６２０におけるシール材料の硬化、ステップ３６２２における複数のディスプレイのパネルからの分離、ステップ３６２４における流体充填、ならびに最終充填ステップ３６２６および３６２８を含め、ＭＥＭＳダウンディスプレイ組立て方法３６００と同様である。

位置合わせ装置３６００に関して説明したように、エレクトロウェッティングディスプレイおよびローリングアクチュエータディスプレイを含むいくつかの代替ＭＥＭＳ光変調器技術にＭＥＭＳアップ構成またはＭＥＭＳダウン構成のいずれかの組立て方法３６００を適用可能である。ＭＥＭＳアップディスプレイ組立て方法３６００は特に、干渉変調器ディスプレイおよびＭＥＭＳ光タップ変調器ディスプレイに適用可能である。

流体充填プロセス（ステップ３６２４）の詳細について、本発明の例示的な実施形態による、図１２に示されている流体充填装置３７００に関して説明する。流体充填装置は、作動流体３７０４の槽によって部分的に充填される真空チャンバ３７０２から形成されている。パネル組立体３５００のような、揃えられ部分的に封止されたセル組立体またはパネル組立体が、ワンド３７０６または可動プラッタによって流体槽の上方に懸垂されている。真空ポンプに至るポート３７０８、および真空チャンバの内部を通気して大気圧にするのに使用されるポート３７１０が、真空チャンバに取り付けられている。図１２には示されていないが、ポート３７０８および３７１０の各々に弁が組み合わされている。

動作時には、組立体３５００などのパネル組立体における基板同士の間のギャップを充填するプロセスは２ステッププロセスである。第１に、２枚のプレートの間から空気または他の気体を除去し、第２にギャップに流体を充填する。真空ポンプの弁を開き、チャンバ３７０２全体を１トルよりも実質的に低い圧力まで低下させると、２枚のプレート間から空気が除去される。次に、真空弁を閉じ、ワンド３７０６を使用してパネル組立体３５００を作動流体の槽３７０４に浸漬させる。パネル組立体３５００を浸漬させた後、通気弁を大気に対して開放するか、あるいはボトルから窒素またはアルゴンガスを除去する。還気はすべての流体に対する圧力を大気圧（または６００トルよりも高い圧力）に戻す。次いで、作動流体は、圧力下でセル組立体３５００の基板同士の間のギャップに押し込まれる。セル組立体をチャンバ３７０２から取り出すと、セル組立体に流体が充填され、したがって、組立てステップ３６２４が完了する。

代替設計では、パネル組立体３５００をワンド３７０６などの可動ワンドによって懸垂させる必要はない。その代わり、パネル組立体を所定の位置に固定することができ、一連の弁によって潤滑材３７０５を真空チャンバ３７０２から出し入れすることができる。チャンバは、チャンバに流体がほとんど存在しない間真空排気される。真空排気の後、さらなる流体がチャンバに流入することによってチャンバ内の液面が高くなる。流体は、組立体３５００が流体に浸漬されるまで添加される。パネルを流体に浸漬させた後、システムを通気して大気圧にし、ギャップに流体を充填する。

別の実施形態では、チャンバ３７０２に液体３７０４などの液体が充填されず、その代わり、チャンバを真空排気した後ガスが逆充填される。逆充填ガスの例には、不活性ガス（アルゴン、窒素）、蒸気相潤滑材、ある反応性ガス、またはそれらの任意の組合せが含まれる。反応性ガスは、ＭＥＭＳ変調器の移動表面と反応するかあるいはこの移動表面上に堆積することのできる気体である。反応性ガスは、移動表面の表面エネルギーを低減させることによって移動表面の粘着性を化学的に緩和または低下させることができる。反応性ガスの例には、ジメチルジクロロシラン（ＤＤＭＳ）、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、およびヘプタデカフロロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）が制限なしに含まれる。蒸気相潤滑材は、デバイスの実質的に動作全体にわたって蒸気相のままであるガスであり、同様に表面を緩和することができる。蒸気相潤滑材の例には、六フッ化硫黄、およびメタノール、エタノール、アセトン、エチレングリコル、グリセロル、シリコーンオイル、フッ素化シリコーンオイル、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼン、またはそれらの任意の混合物が制限なしに含まれる。

チャンバ３７０２内の流体充填プロセスはセルレベルまたはパネルレベルのいずれかで実行されてよい。組立てプロセス３６００では、シンギュレーションステップ３６２２が流体充填ステップ３６２４の前に実施され、すなわち、個々のディスプレイのセル組立体が流体を充填するために真空チャンバ３７０２に装填される。真空充填チャンバ３７０２は、単一のポンプダウン動作において複数の個々のディスプレイを保持し浸漬させることができるプラッタを含んでもよく、したがって、複数のディスプレイに同時に流体を充填することができる。あるいは、これらのステップの順序を逆転し、組立体３５００のような完全なパネル組立体を真空チャンバに装填することが可能である。次いで、パネル上の各ディスプレイ内のギャップの真空排気と充填を同時に行う。次いで、流体充填ステップ３６２４が完了した後でダイシングプロセスまたはシンギュレーションプロセス３６２２を実施する。

方法３６００では、ステップ３６２６において、セルの組立てを完了し、フィルホールを封止する。ステップ３６１４において周縁シールに残されたフィルホール３４１８を通して、ステップ３６２４において基板同士の間の空間に流体を導入するかあるいは押し込む。この穴には組立てプロセスの終了時に接着剤を充填してディスプレイ組立体から流体が漏れるのを防止する。ステップ３６２６の一部として、フィルホールを封止する前に、プレスを介してセルに圧力を加えてもよい。プレスは２枚の基板を圧縮し、一方の基板上に製造されたスペーサを他方の基板にぴったりと接触させる。これによって、２枚の基板の間に一様なギャップまたは間隔が確立される。次いで、ディスプレイから圧力を除去する前にフィルホール３４１８を接着剤によって封止する。封止後、セル内の密閉され流体が充填されたチャンバは、周囲条件の下で基板同士が分離するのを防止する。ステップ３６２６において使用される接着剤は、熱硬化、ＵＶ硬化、またはマイクロ波硬化を使用して硬化されるポリマー接着剤であってもよい。

次に、セル組立て方法３６００をＭＥＭＳアップディスプレイ構成に適用する場合について検討する。一例としてディスプレイ組立体５００について説明する。ＭＥＭＳアップディスプレイ構成の場合、ステップ３６０６および３６０８において制御マトリックスとＭＥＭＳ変調器アレイの両方を第１の基板上に製造する。一例として変調器基板５０４または２４１８について説明する。ステップ３６１０において第２の基板上に開口層を堆積させる。

ディスプレイ組立体３１００に関して説明したように、第１の基板上にＭＥＭＳ変調器アレイが製造され、一方、第２の基板上に制御マトリックスを製造することができる実施形態がある。２枚の基板は導電スペーサによって電気的に連絡する。

ＭＥＭＳアップディスプレイ構成では、第２の基板はカバープレート５２２のようにカバープレートと呼ばれる。開口層は、ステップ３６１０において製造され、ブラックマトリックス５２４のようにブラックマトリックス層と呼ばれ、開口のアレイとしてパターン化される。ブラックマトリックス層は、ディスプレイの周囲コントラストを向上させるように光吸収材料で構成されることが好ましい。組立て後、ブラックマトリックス開口は、変調器基板上に配置されたＭＥＭＳ光変調器と重なり合うことが好ましい。

ＭＥＭＳアップディスプレイ組立て方法３６００では、カバープレート、すなわちステップ３６０４において設けられた第２の基板は、透明材料、すなわちプラスチックまたはガラスで作られることが好ましい。しかし、ＭＥＭＳアップ組立て方法では、ステップ３６０２において設けられる変調器基板をシリコンなどの不透明材料から作ってもよい。たとえば、反射ＭＥＭＳアップディスプレイの場合、ステップ３６０６またはステップ３６０８のいずれかにおいて第１の基板、たとえばシリコンを反射層によって被覆してもよい。透過ＭＥＭＳアップディスプレイの場合、第１の基板に使用される不透明材料に、開口５０８などの開口の位置において貫通穴のアレイをエッチングしてもよい。

ＭＥＭＳアップディスプレイ組立体３６００では、ステップ３６１２においてスペーサを塗布し、ステップ３６１４において第１の基板または第２の基板のいずれか、すなわち光変調器基板またはカバープレートのいずれかにシール材料を塗布する。

ＭＥＭＳアップディスプレイ組立て方法３６００における以後のステップは、位置合わせステップ３６１８、ステップ３６２０におけるシール材料の硬化、ステップ３６２２における個々のディスプレイのパネルからの分離、およびステップ３６２４における流体充填を含め、ＭＥＭＳダウンディスプレイ組立て方法３６００と同様である。

位置合わせ装置３６００に関して説明したように、ＭＥＭＳアップ構成またはＭＥＭＳダウン構成のいずれかにおける組立て方法３６００をエレクトロウェッティングディスプレイおよびローリングアクチュエータディスプレイを含むいくつかの代替ＭＥＭＳ光変調器技術に適用することができる。ＭＥＭＳアップディスプレイ組立て方法３６００は特に、干渉変調器ディスプレイおよびＭＥＭＳ光タップ変調器ディスプレイに適用可能である。

図１３は、ＭＥＭＳ光変調器を組み込んだディスプレイ装置を組み立てる代替方法を示している。方法３８００を使用して、方法３６００に関して説明したようにディスプレイをＭＥＭＳダウン構成またはＭＥＭＳアップ構成のいずれかに組み立ててもよい。方法３６００と同様に、組立て方法３８００ではまず、ディスプレイ構成要素が製造された（ステップ３８０６、３６０８、および３８１０）２枚の基板を用意する（ステップ３８０２および３８０４）。方法３８００では次に、２枚の基板の一方または他方にスペーサを塗布する（ステップ３８１２）とともに封止材料を塗布する（ステップ３８１４）。方法３８００は、ディスプレイ組立体のギャップに流体を充填することも含む（ステップ３１１８）。しかし、方法３６００とは異なり、流体充填ステップ（ステップ３８１８）とディスプレイ組立て（ステップ３８２０、３８２２、および３８２４）の順序が逆転される。組立て方法３８００をワンドロップフィル（ｏｎｅ−ｄｒｏｐ ｆｉｌｌ）方法と呼ぶこともある。

組立て方法３８００ではまず、第１の基板および第２の基板を用意し（ステップ３８０２および３８０４）、次に、制御マトリックスを製造し（ステップ３８０６）、ＭＥＭＳ変調器アレイを製造し（ステップ３８０８）、開口層を製造し（ステップ３８１０）、スペーサを塗布する（ステップ３８１２）。これらのステップには、組立て方法３６００の対応するステップで使用したのと実質的に同様の組立てプロセスを含む。

方法３８００では、次にステップ３８１４において、シール材料を塗布する。シール塗布ステップ３６１２に使用したのと同様のシール材料および同様の塗布材料をステップ３８１４において塗布してもよい。しかし、ステップ３８１４では、ディスプレイのアクティブ領域の周囲のシール材料にギャップやフィルホールを残さない。

次いで、ステップ３６１６の接着剤塗布と同様に、ステップ３８１６において任意に導電接着剤を塗布する。

方法３８００では、ステップ３８１８において液体を供給する。潤滑特性ならびにその他の電気的特性、機械的特性、および光学的特性を有する適用可能な液体についてはディスプレイ装置５００に関して説明した。液体充填ステップ（ステップ３８００）では、装置３７００などの真空充填装置は必要とされない。第１の基板および第２の基板の一方の開放面上に正しい量の流体を直接供給してもよい。流体は、開口層が形成された第２の基板上に供給することが好ましい。なぜなら、この基板は概して、空気の気泡が溜まることがあるキャビティまたは再入面を含むＭＥＭＳ構成要素を有さないからである。基板が、パネル３４０４と同様に複数のディスプレイを組み込んだ大形パネルであるとき、各アレイのアクティブ領域に正しい量の流体が供給される。概して、流体は、シール材料３４１４の周縁によって拘束されるまで基板の面上に広がる。正しい量の流体が、周縁シールによって形成されるキャビティを完全に充填する。いくつかの実施形態では、光学測定ツールを使用して、充填の前に、パネル上の個々のアレイの実際の周縁寸法を測定することによって、各キャビティの正確な体積が求められる。

方法３８００では、次にステップ３８２０において、２枚の基板を揃える。すでに一方の基板に潤滑流体が供給されているので、ステップ３８００に必要な位置合わせ装置は装置３３００によって示されている位置合わせ装置とは異なる。主な違いとして、位置合わせ動作は、低圧条件または真空条件下で実施されることが好ましい。このことは、次に、第１の基板および第２の基板と、位置合わせ用に設けられた可動部品およびビジョンシステムの部品の多くとが、位置合わせチャンバと呼ばれる真空チャンバ内で動作することを意味する。

動作時には、２枚の基板が位置合わせチャンバに導入され、チャンバが真空排気される。（すでにステップ３８１８において供給されている）流体の蒸発を防止するために、チャンバを潤滑流体の平衡蒸気圧まで逆充填してもよい。２枚の基板を揃えて一緒にした後、潤滑流体が２枚の基板の各基板の表面に接触し、ＭＥＭＳ光変調器の各可動部品を実質的に囲む。基板同士が接触し、流体がすべての表面を濡らした後、（ステップ３８２２において）位置合わせチャンバを通気して大気圧にする。基板同士を接触させた後で接着剤を部分的に硬化させてもよい。接着剤は、熱的手段または真空チャンバ内に設置されたＵＶランプによって硬化されてもよい。

いくつかの実施形態では、潤滑流体の蒸気圧が高いとき、すなわち、潤滑流体が周囲温度で急速に蒸発する場合、パネルを位置合わせチャンバに導入する前にステップ３８１８において流体を供給するのは実際的でない場合がある。この実施形態では、位置合わせチャンバを真空排気し、潤滑材の蒸気圧によって逆充填した後、２枚の基板を揃えるステップの直前に一方の基板上に潤滑流体を供給するノズルを設けてもよい。

ステップ３８２０での位置合わせ動作の間にシール材料が完全には硬化しなかった範囲で、ステップ３８２４においてさらなる硬化ステップを施す。ステップ３８２４での硬化は、熱硬化、ＵＶ硬化、またはマイクロ波硬化のいずれかとして実施されてもよい。

方法３８００はステップ３８２６において完了し、任意に、複数のディスプレイアレイを含む大きなパネルから個々のディスプレイアレイを分離する。このような分離が必要になるのは、この時点までのセル組立てステップが、図９および図１０において説明したような大形パネルプロセスに従って進行している場合だけである。変調基板および開口プレートがステップ３８０６から３８１４において個々のディスプレイとして製造される場合、最終的な分離ステップは必要とされない。この分離は、分断方法またはダイシングソーの使用のいずれかによって実現されてもよい。

方法３６００が完了した後のディスプレイを組み立てるための最終ステップは、集合的にモジュール組立てプロセスと呼ばれることが多い。モジュール組立体は、制御駆動回路を備えるシリコンチップをガラス基板に直接取り付けるステップと、可撓性の回路同士を結合してディスプレイを外部デバイスと相互接続するステップと、コントラストフィルタなどの光学膜同士を結合するステップと、バックライトを固定するステップと、ディスプレイを支持構造またはエンクロージャ内に取り付けるステップとを含む。可撓性の回路は、単純な配線で構成されてもよく、あるいは抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、または集積回路のようなさらなる電気的要素を含んでもよい。

図１４は、本発明の例示的な実施形態による、ディスプレイ装置を組み立てる代替方法４０００を示している。方法４０００は、ディスプレイの動作時に蒸気気泡が形成されるのを防止し回避するのを助ける低温封孔プロセスを表している。組立て方法４０００は、キャビティ内の流体の最終的な封止が低温で実施されることを除いて、組立て方法３６００と類似しており、かつ組立て方法３６００と同じプロセスステップを多数含む。

組立て方法４０００は、特に流体充填ステップ、セル冷却ステップ、セル圧縮ステップ、および低温封孔ステップを含む。ステップ４００２において、第１の基板とセルギャップを形成する第２の基板とを含むＭＥＭＳディスプレイセルを用意する。各基板は透明である。第１の基板は光変調器のアレイを含んでもよい。第２の基板は、カバープレート５２２のようなカバープレートまたは開口プレート２８０４のような開口プレートのいずれかを備えてもよい。

ディスプレイセルでは、第２の基板は第１の基板に隣接するように位置し、したがって、第１の基板は第２の基板からギャップによって分離される。第１の基板および開口プレートは、任意の適切な材料、たとえばプラスチックまたはガラスから形成されてもよい。第１の基板と第２の基板との間に複数のスペーサを形成し（ステップ４００４）、ギャップの実質的な部分を維持する。スペーサは第１の基板と第２の基板のいずれかに形成されてもよい。一実施形態では、ディスプレイ組立体２８００と同様に、スペーサは第１の基板と第２の基板の両方に形成される。開口プレート２７００およびスペーサ２７０８に関して説明した材料または製造方法のうちのどれでも制限なしにこの目的に適用してよい。

組立て方法４０００では次に、エッジシールを塗布する（ステップ４００６）。エッジシールは、光変調器のアレイの周縁の少なくとも一部に塗布される。シール材料は、第１の基板と第２の基板を互いに結合するための接着剤として設けられる。ステップ３６１４に関して説明したエポキシ接着剤をシール材料のうちのどれでも制限なしにこの目的に使用してよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ組立体を充填した後にシールを硬化する。シールを硬化する前に、上述のように基板同士を揃えてもよい。ギャップに流体を充填できるように、エッジシールの周縁に少なくとも１つのフィルホールが設けられている。一実施形態では、シール材料は、内部にスペーサ材料を含む複合材料である。含まれているスペーサ材料は、プラスチック、ガラス、セラミック、またはその他の材料であってもよい。この目的に適したシール材料は、ナガセケムテックス株式会社から市販されており製品名ＸＮＲ５５７０を有するＵＶ硬化可能なエポキシである。シール材料ＸＮＲ５５７０は、半径が１２マイクロメートルである集結された１つまたは複数のガラス玉と混合することによってスペーサ機能を実現するように拡張されてよい。スペーサは圧縮不能であってよい。スペーサ用の適切な微小構造にはビードまたは球が含まれる。ただし、他の形状および微小構造も制限なしに適切であってよい。いくつかの実施形態では、シール材料によって確立されるスペーサ高さは、ディスプレイセル内に配置された各スペーサ、たとえばスペーサ２７０８の高さよりも実質的に高い。

次にステップ４００８において、ディスプレイ組立体にフィルホールを介して作動流体を充填する。この充填は流体充填チャンバ内で行ってもよく、充填プロセスは充填装置３７００に関して説明した充填プロセスに類似している。作動流体は、ＭＥＭＳ光変調器の可動部分を実質的に囲む。適切な作動流体には、流体５３０に関して説明した流体が制限なしに含まれる。さらなる適切な流体について以下に説明する。いくつかの実施形態では、流体は、ディスプレイ構成要素（機械的可動部材の前面および背面を含む）の表面を濡らし、静摩擦を低減させかつディスプレイの光学性能および電気機械性能を向上させる働きをする無色の作動流体である。ステップ４００２〜４００８は室温で実施されてもよい。室温は、約１８℃から約３０℃の範囲の温度、たとえば約２０℃、約２２℃、約２４℃、約２６℃、または約２８℃であってもよい。代替実施形態では、充填プロセスは、室温よりも実質的に高い温度、すなわち実質的に３０℃よりも高い温度で実施される。

代替実施形態では、組立て方法４０００を液晶ディスプレイまたはエレクトロウェッティングディスプレイに適用してもよい。液晶ディスプレイの場合、第１の基板および第２の基板は、液晶変調器のアレイの一部、たとえばアクティブマトリックス基板およびカラーフィルタプレートに対応してもよい。ステップ４００８における流体充填ステップは、セルに液晶材料を充填することを含む。エレクトロウェッティングディスプレイの場合、第１の基板および第２の基板はそれぞれ、制御マトリックス基板およびブラックマトリックス基板を備える。ステップ４００８における流体充填ステップは、上述の流体２７８、２８０の一方または両方をセルに充填することを含む。

次に、引き続き組立て方法４０００を参照して図１５〜図２０について説明する。図１５〜図２０は、例示的な実施形態による封止されたディスプレイセルを示している。図を簡略化するために、ＭＥＭＳディスプレイセルのいくつかの微細構造、たとえばＭＥＭＳ光変調器、光導波路、反射層は図１５〜図２０から省略されている。これらの微細構造の構成、動作、および位置合わせの詳細は、図１〜図１０に関してすでに説明した特徴を制限なしに含むものと理解される。

図１５は、開口プレートと第１の基板が実質的に平行であるＭＥＭＳディスプレイセル４１００を示している。ディスプレイセル４１００は、光変調器基板４１０２と、光変調器アレイ（不図示）と、開口プレート４１０４と、エッジシール４１０６と、それぞれ基板４１０２および４１０４上に形成された第１のスペーサおよび第２のスペーサ（４１０８および４１１０）とを備える。ステップ４１０６においてエッジシールを結合する前に第１の基板のスペーサと第２の基板上のスペーサを揃えてもよい。図１５に示されているディスプレイセル４１００の形状は、ディスプレイセルが封止される前に有する形状である。第１の基板と開口プレートを流体充填ステップ４００８の前に周囲圧力において平行なプレートボンダー上で揃えてもよい。基板同士の間の距離は実質的に、エッジシール４１０６の高さとエッジシール４１０６に含まれるスペーサ材料とによって決定される。開口プレート４１０４上のスペーサと基板４１０２上のスペーサは接触しない。

ディスプレイセル内に流体を封止するには、まずステップ４００８において室温で流体充填チャンバからディスプレイセルを取り出す。引き続き方法４０００について説明する。各ディスプレイセルのフィルホールを作動流体に浸漬させたままにしてディスプレイセルギャップに気泡が進入するのを防止しつつ、ディスプレイを保持する機器（たとえば、キャリア）を約−１５℃〜約−２０℃の範囲の温度に冷却する。いくつかの実施形態では、キャリアを約０℃、約−５℃、約−１０℃、約−１５℃、約−２５℃、約−３０℃、または約−４０℃に冷却する。次いで、セルプレスを約−２０℃（ステップ４０１０）、または約５℃〜約０℃、または約０℃〜約−５℃、約−５℃〜約−１０℃、約−１０℃〜約−１５℃、約−２０℃〜約−２５℃、約−２５℃〜約−３０℃、約−３０℃〜約−３５℃、もしくは約−３５℃〜約−４０℃に冷却する。代替実施形態では、セルプレスを約−１０℃〜約−２５℃の範囲の任意の温度に冷却してもよい。別の実施形態では、セルプレスを約０℃よりも低い温度に冷却してもよい。ディスプレイをキャリアから取り外し、セルプレスに配置する（ステップ４０１２）。セルプレスを周囲圧力よりも高い所定の圧力まで加圧し（すなわち、各基板の外面に接触する外部弾性ブラダを膨張させ）、それによってディスプレイセルを圧縮する（ステップ４０１４）。ディスプレイを圧縮すると、流体がフィルホールから押し出される。流体が除去され、シールエポキシがフィルホール内に注入される（ステップ４０１６）。

ディスプレイセルが冷却された機器温度に保持されている間、フィルホール内のシール材料はステップ４０２０において少なくとも部分的に硬化される。このような硬化は、エポキシの成分同士の化学反応またはＵＶ照射のいずれかによって実現されてもよい。

図１６〜図１９は、例示的な実施形態による、ステップ４０１４中の圧縮下のディスプレイセルを示している。図１６は、図１５における同じディスプレイセル４１００がセルプレスによって圧縮されており、より低い温度に保持されているときの形状を示している。セルプレスは、開口プレート上のスペーサ４１１０の大部分が変調器基板上のスペーサ４１０８と接触するようにセルを圧縮する。接触しない残りのスペーサは、温度または圧力の変化に応答してさらなるセル圧縮を可能にし、それによって、蒸気気泡が形成される可能性がさらに低くなる。

図１７は、封止温度よりも低い温度でさらに圧縮された後の状態の同じディスプレイセル４１００を示している。図１７に示されているディスプレイセル４１００は、基板４１０２と基板４１０４との間に２つの異なるギャップまたは離隔距離を有する。ディスプレイ組立体の中央では、ギャップの大きさがマーカー「Ｂ」によって示されている。離隔距離「Ｂ」は、ディスプレイの内部のスペーサ同士の接触によって確立され、離隔距離「Ｂ」は、スペーサ４１０８および４１１０の高さの和と実質的に同じである。ディスプレイ組立体の縁部には、「Ａ」と示された異なるギャップがエッジシール４１０６の高さによって確立されている。ギャップ「Ａ」はエッジシールの高さに実質的に等しい。シール材料４１０６が複合材料である実施形態では、離隔距離「Ａ」はエッジシール内に含まれるスペーサ材料またはビードの高さによって確立される。ギャップ「Ａ」の高さは８マイクロメートル〜１４マイクロメートルの範囲であることが好ましい。ただし、この目的には４マイクロメートル〜２０マイクロメートルの範囲のセルギャップが有用である場合もある。ギャップＡとギャップＢとの差は約０．５マイクロメートルから４マイクロメートルの間であってよく、したがって、「Ｂ」＜「Ａ」である。２つのセルギャップ「Ａ」および「Ｂ」が存在するので、図１６および図１７の基板はもはや平坦ではなく、その代わりいくらか曲がるかあるいはたわみ、２つの異なるセルギャップに対処している。

図１６においてディスプレイ組立体４１００に関して示されているたわみと図１７においてディスプレイ組立体４１００に関して示されているたわみを比較すると有用である。図１７のディスプレイ組立体４１００は、図１６の同じディスプレイ組立体に対して相対的により圧縮された位置にあり、基板４１０２および４１０４の形状がより顕著にたわんでいる。ディスプレイの縁部に近いスペーサ１４０８および１４１０のうちで互いに接触しているスペーサは相対的に図１７の方が多い。セルギャップ「Ａ」とセルギャップ「Ｂ」が異なるので、ディスプレイ組立体は、基板のたわみに基づいて、全体としてより低い温度で実質的に圧縮可能になっている。このセル圧縮可能性は、環境温度が変化したときに蒸気気泡が形成されるのを回避するための有用な特徴である。

図１８は、セルがセル圧力または温度の低下によってさらなる圧縮を受けている同じディスプレイセル４１００を示している。図１７と同様に、図１８のディスプレイ組立体４１００は２つの異なるセルギャップを備える。エッジシールによって確立されるギャップ高さは、スペーサによってディスプレイ組立体の中央の近くで確立されるギャップ高さよりも高い。図１８では、より低い温度での圧縮に対処するように基板４１０２と基板４１０４の両方が曲がるかあるいはたわんでいる。

図１９Ａは、スペーサが弾性材料で作られ、すなわちスペーサ４３０８および４３１０が、弾性係数を小さくする材料として選択された材料から形成される、本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ組立体４３００を示している。このようなスペーサは、圧縮性および弾性がより高く、したがって、スペーサ同士が接触した後でもさらなるセル収縮を可能にする。スペーサの弾性係数は、適切な硬化方法を使用して変更されてもよい。標準的なフォトレジストの弾性係数は約７ＧＰａ〜１０ＧＰａであるが、適切な硬化方法を使用する場合、弾性係数をさらに小さくしてある程度の圧縮を可能にし、それにもかかわらず開口プレートがＭＥＭＳシャッタに接触するのを防止することができる。

図１９Ｂは、セルが温度の上昇によって弛緩させられたときでもスペーサ同士が互いに接触を維持する条件下にある、同じディスプレイ組立体４３００の一形態を示している。いくつかの実施形態では、スペーサは圧縮性および弾性を有してよく、したがって、周囲温度が低下するかあるいはセルが冷却されたときにセルは収縮することができる。これらの実施形態では、あるいはこのような温度では、開口プレートおよび／または第１の基板上のスペーサ４３０８および４３１０の高さは、エッジシール４３０６の高さと実質的に等しくてもよい。上述のように、スペーサの弾性係数は、任意の適切な硬化方法を使用して変更されてもよい。これらの実施形態では、ディスプレイの中央に位置するスペーサがエッジシールよりも高い圧縮性を有し、したがって、図１９Ａに示されているように、温度が低下したときに、ディスプレイの中央と縁部とにギャップの差が存在すると有用である。

ディスプレイ組立て方法４０００は、室温よりも実質的に低い温度においてディスプレイ組立体の圧縮およびディスプレイ組立体の封止を可能にする（少なくともステップ４０１２〜ステップ４０１６）。室温より実質的に低い温度は、室温よりも少なくとも約１５℃低く、たとえば約０℃よりも低い任意の温度であってもよい。セルが封止された後、セル組立体を室温に戻すことによってセル組立体のプロセスを完了させる。ディスプレイがステップ４０１６において封止された後、まずセルプレスをしぼませて減圧するかあるいは解放する（ステップ４０１８）。セルは、封止されわずかに負の圧力に維持されているので、封止ステップ４０１６において得られた形状を保持する。後に、セルが室温まで暖められると、流体の体積が増大し、第１の基板と開口プレートが押し広げられる。ウォームアップ相の間、ディスプレイセルは弛緩して圧縮前の形状になる。シール材料は、ステップ４０２０において所定の時間の間少なくとも部分的に硬化する。所定の時間は、シールエポキシがセルに特定の距離だけ入り込むのに必要な時間に少なくとも部分的に基づく時間である。ステップ４０２２においてディスプレイを室温まで暖めることができ、その後、フィルホール内のシール材料に最終的な硬化ステップを施すことができる。

図２０は、本発明の例示的な実施形態による、ディスプレイ組立体４１００がプレスから解放され、封止され、再び室温まで暖められた後の状態のディスプレイ組立体４１００の別の図である。スペーサ４１０８とスペーサ４１１０はもはや接触していない。位置Ａの所のセルギャップと位置Ｂの所のセルギャップは実質的に同じ高さである。ギャップ内の流体は、基板４１０２または４１０４の形状および平坦性を大きく凸状に歪ませることなく膨張している。このより平坦な形状は、ディスプレイの光学特性の一様性を向上させる。特に、セルのより平坦な形状は、ディスプレイの軸外コントラスト性能を向上させる。

ディスプレイ装置を低温封孔するための上述のプロセスの各々は有利なことに、ディスプレイの予期される動作温度で蒸気気泡が形成されるのを防止することができる。たとえば、ＭＥＭＳディスプレイの周囲温度が低下したときに、スペーサは、流体がさらに収縮するにつれて（ガラスから形成されてよい）ＭＥＭＳ基板同士が接触するのを防止する。さらに、低温封孔プロセスを実施することによって、一般に封止温度よりも約１５℃低い温度で生じる蒸気気泡形成がずっと低い温度で生じる。

作動流体
上述のように、第１の基板と第２の基板との間の空間は、気体、液体、または潤滑材などの流体を充填してもよい（セル）ギャップを形成する。作動流体のいくつかの例が、上記にディスプレイ装置５００内の流体５３０に関して記載されている。適切な作動流体のさらなる望ましい特性がＴａｂｌｅ ２（表２）に示されている。たとえば、流体は低粘度を有するべきである。ディスプレイ内の液体または流体が、分子量が４０００グラム／モル未満、好ましくは４００グラム／モル未満の材料を含む場合、より低い粘度を実現することができる。

また、流体は、純度が高く、温度による粘度の変化が小さく、シールエポキシとの反応性が低く、不燃性であることが望ましい。

適切な低粘度流体には、水、アルコール、フッ素化シリコーンオイル、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、オクタン、ジエチルベンゼン、ペルフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、またはそれらの任意の組合せが含まれる、適切な低粘度非極性オイルには、パラフィン、オレフィン、エーテル、シリコーンオイル、フッ素化シリコーンオイル、あるいは他の天然溶剤もしくは合成溶剤または他の天然潤滑材もしくは合成潤滑材が制限なしに含まれる。有用なオイルは、ヘキサメチルジシロキサンおよびオクタメチルトリシロキサンのようなポリジメチルシロキサン、またはヘキシルペンタメチルジシロキサンなどのアルキルメチルシロキサン、またはそれらの任意の組合せであってもよい。有用なオイルは、オクタンまたはデカンのようなアルカンであってもよい。有用なオイルは、ニトロメタンなどのニトロアルカンであってもよい。有用なオイルは、トルエンまたはジエチルベンゼンのような芳香族化合物であってもよい。有用なオイルは、ブタノンまたはメチルイソブチルケトンのようなケトンであってもよい。有用なオイルは、クロロベンゼンなどのクロロカーボンであってもよい。有用なオイルは、ジクロロフルオロエタンまたはクロロトリフルオロエチレンのようなクロロフルオロカーボンであってもよい。エレクトロウェッティングディスプレイに使用する場合、これらのオイルを染料と混合して、シアン、マゼンタ、および黄色のような特定の色における光吸収性を高めるか、あるいは黒色インクを形成するようにより広範囲のスペクトルにわたって光吸収性を高めることができる。

いくつかの実施形態では、上記のオイルの混合物またはその他の流体を組み込むと有用である。たとえば、混合物が様々な分子量を有する分子を含む、アルカン同士の混合物またはポリジメチルシロキサン同士の混合物が有用である場合がある。それぞれの異なる族の流体同士またはそれぞれの異なる特性を有する流体同士を混合することによって特性を最適化してもよい。たとえば、ヘキサメチルジシロキサンの表面濡れ性をブタノンの低粘度と組み合わせて、改良された流体を生成してもよい。

いくつかの実施形態では、作動流体は、アルカン、たとえばオクタン、ヘプタン、キシレン（すなわち、ジメチルベンゼンの異性体）、イオン流体、ジビニルベンゼン、トルエン（メチルベンゼンまたはフェニルメタンとも呼ばれる）、アルコール、たとえばペンタノール、ブタノール、およびケトン、たとえばメチルエチルケトン（ＭＥＫ）、またはそれらの任意の組合せを制限なしに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、炭素、フッ素、および酸素を含む流体を作動流体として使用してもよい。そのような流体の例には、フルオロケトン、ハイドロフルオロエーテル、エトキシ−ノナフルオロブタン、エチルノナフルオロブチルエーテル、フルオロブタン、フルオロヘキサン、および２−トリフルオロメチル−３−エトキシドデコフルオロヘキサンが含まれる。

いくつかの実施形態では、ペルフルオロカーボンおよび／またはハイドロフルオロエーテルの混合物を使用して改良された流体を生成してもよい。ペルフルオロカーボンにはＦＬＯＵＲＩＮＥＲＴ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ ＦＣ−８４が含まれ、一方、ハイドロフルオロエーテルにはＮＯＶＥＣ ７２００ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＦｌｕｉｄまたはＮＯＶＥＣ ７５００ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ（すべて３Ｍによって製造されておりかつ３Ｍの登録商標である）が含まれる。適切な混合物の例はＴａｂｌｅ ３（表３）に示されている。当業者には、作動流体として他の混合物の組合せが適切である場合があることが認識されよう。

本発明は、その趣旨または基本的特性から逸脱せずに他の特定の形態で具現化されてもよい。したがって、前述の実施形態は、本発明を制限するものではなく、すべての点で例示的なものとみなされる。

１００ ディスプレイ装置
１０２ａ〜１０２ｄ 光変調器
１０３ アレイ
１０４ 画像
１０５ ランプ
１０６ 画素
１０８ シャッタ
１０９ 開口
１１０、１１２、１１４ 配線
１５０ ブロック図
１５２ スキャンドライバ
１５３ 共通ドライバ
１５４ データドライバ
１５６ デジタルコントローラ回路
１５７ 受信画像信号
１５８ 受信処理モジュール
１５９ フレームバッファ
１６０ タイミング制御モジュール
１６２ 赤色ランプ
１６４ 緑色ランプ
１６６ 青色ランプ
１６７ 白色ランプ
１６８ ランプドライバ
１８０ プログラミングリンク
１８２ 電力供給入力
２００ シャッタ方式光変調器
２０２ シャッタ
２０３ 表面
２０４ アクチュエータ
２０５ 電極ビームアクチュエータ
２０６ 適合ロードビーム
２０７ ばね
２０８ ロードアンカー
２１１ 開口
２１６ 適合駆動ビーム
２１８ 駆動ビームアンカー
２２０ ローリングアクチュエータシャッタ方式光変調器
２２２ 可動電極
２２４ 絶縁層
２２６ 平面電極
２２８ 基板
２３０ 固定端部
２３２ 可動端部
２５０ 光タップ変調器
２５２ 光
２５４ 光導波路
２５６ タップ部材
２５８ ビーム
２６０ 電極
２７０ エレクトロウェッティング方式光変調器アレイ
２７２ａ〜２７２ｄ エレクトロウェッティング方式光変調器セル
２７４ 光学キャビティ
２７６ カラーフィルタ
２７８ 水の層
２８０ 光吸収オイルの層
２８２ 透明電極
２８４ 絶縁層
２８６ 開口層
２８８ 光導波路
２９０ 前向き反射層
２９１ 光リダイレクタ
２９２ 光源
２９４ 光
３００ 制御マトリックス
３０１ 画素
３０２ シャッタ組立体
３０３ アクチュエータ
３０４ 基板
３０６ スキャンライン配線
３０８ データ配線
３０９ データ電圧源
３１０ トランジスタ
３１２ キャパシタ
３２０ アレイ
３２２ 開口層
３２４ 開口
４００ シャッタ方式光変調器
４０２、４０４ アクチュエータ
４０６ シャッタ
４０７ 開口層
４０８ アンカー
４０９ 開口
４１２ シャッタ開口
４１６ オーバーラップ
５００ ディスプレイ装置
５０２ シャッタ方式光変調器
５０３ シャッタ
５０４ 透明基板
５０５ アンカー
５０６ 反射膜
５０８ 表面開口
５１２ 拡散器
５１４ 光輝度強化膜
５１６ 光導波路／バックライト
５１７ 光リダイレクタ／プリズム
５１８ 光源／ランプ
５１９ 反射器
５２０ 前向き反射膜
５２１ 光線
５２２ カバープレート
５２４ ブラックマトリックス
５２６ ギャップ
５２７ 機械的支持体／スペーサ
５２８ 接着剤シール
５３０ 作動流体
５３２ 組立体ブラケット
５３６ 反射器
２７００ 開口プレート
２７０２ 基板
２７０４ 金属反射鏡
２７０６ 光吸収層
２７０８ スペーサポスト
２７０９ 開口
２７１０ Ｓｉ３Ｎ４の薄膜
２７１２ ＳｉＯ２の薄膜
２７１４ アルミニウムの薄膜
２８００ ディスプレイ組立体
２８０２ 変調器基板
２８０４ 開口プレート
２８０６ シャッタ組立体
２８０８ 反射開口層
２８１０ 開口
２８１２ スペーサ
２８１４ スペーサ
３１００ ディスプレイ組立体
３３００ 位置合わせ装置
３３０２ 固定チャック
３３０４ モータ
３３０５ ビジョンシステム
３３０６ ＵＶ露光ランプ
３３０８ 変調器基板
３３１０ 開口プレート
３３１２、３３１３ 撮像レンズ
３３１４、３３１５ 顕微鏡／カメラ
３３１８ 接着剤
３４０２ 光変調器基板
３４０４ 開口プレート
３４０６ 変調器アレイ
３４０８、３４１２ 位置合わせマーク
３４１０ 開口アレイ
３４１４ エポキシ接着剤ライン
３４１６ スペーサポスト
３４１８ フィルホール
３５００ パネル組立体
３５０２ ダイシングライン
３５０４ 軸
３６０６ 制御マトリックスの製造ステップ
３６０８ ＭＥＭＳ変調器の製造ステップ
３６１０ 開口層の製造ステップ
３６１２ スペーサの塗布ステップ
３６１４ シール材料の塗布ステップ
３７００ 流体充填装置
３７０２ 真空チャンバ
３７０４ 作動流体
３７０６ ワンド
３７０８、３７１０ ポート
４１００ ＭＥＭＳディスプレイセル
４１０２、４１０４ 基板
４１０４ 開口プレート
４１０６ エッジシール
４１０８、４１１０ スペーサ
４３００ ディスプレイ組立体
４３０６ エッジシール
４３０８、４３１０ スペーサ

Claims (48)

1. 第１の透明基板と第２の透明基板とを含むディスプレイ組立体を製造する方法であって、
   前記第２の透明基板上に光変調器のアレイの少なくとも一部を設けるステップと、
   前記第１の基板および前記第２の基板に連結された複数のスペーサを設けて前記２枚の基板間にギャップを確立するステップと、
   前記第１の基板の周縁と前記第２の基板の周縁を結合するための接着剤エッジシールを設けるステップと、
   前記ディスプレイ組立体に第１の温度で流体を充填するステップと、
   前記ディスプレイ組立体を前記第１の温度よりも実質的に低い第２の温度まで冷却するステップと、
   前記ディスプレイ組立体を圧縮し、それによって前記第１の基板と前記第２の基板を少なくとも部分的に互いに押し付けるステップと、
   シール材料を硬化して前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記流体を封止するステップとを含む方法。
2. 前記圧縮ステップは前記第２の温度で実施される、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のスペーサは、前記２枚の基板の間に少なくとも第１のギャップを維持する、請求項１に記載の方法。
4. 前記接着剤エッジシールは、前記第１の基板の縁部と前記第２の基板の縁部を第２のギャップによって分離された状態に維持する、請求項１に記載の方法。
5. 前記接着剤エッジシールは少なくとも１つのエッジスペーサを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ディスプレイ組立体が充填されてから前記ディスプレイ組立体が室温に戻されるまでの間に前記ディスプレイ組立体の縁部に沿って配置されたフィルホールにシール材料を注入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記フィルホールは、前記接着剤エッジシールの開口部を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の温度は実質的に室温である、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１の温度は約１８℃から約３０℃の間である、請求項１に記載の方法。
10. 前記第２の温度は約０℃よりも低い、請求項１に記載の方法。
11. 前記シール材料の硬化は、約０℃よりも低い温度で生じる、請求項１に記載の方法。
12. 前記第２の温度は約−１０℃から−２５℃の間である、請求項１に記載の方法。
13. 前記流体はハイドロフルオロエーテル液体を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記流体は少なくとも１つのペルフルオロカーボンと少なくとも１つのハイドロフルオロエーテルの液体混合物を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記光変調器はＭＥＭＳ光変調器である、請求項１に記載の方法。
16. 前記フィルホールを介した前記ディスプレイの充填は、前記流体が前記第１の温度で前記光変調器の可動部分を実質的に囲むように実施される、請求項１に記載の方法。
17. 前記第１の透明基板上にＭＥＭＳ光変調器の少なくとも１つのさらなるアレイを設けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記第１の透明基板および前記第２の透明基板の少なくとも一方上に複数のスペーサを製造して前記２枚の基板間にギャップを維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記複数のスペーサは、前記第２の温度での圧縮を可能にする弾性を有する、請求項１に記載の方法。
20. 前記複数のスペーサは前記２枚の基板間に少なくとも第１のギャップを維持し、前記接着剤エッジシールは、前記第１の基板の縁部と前記第２の基板の縁部が第２のギャップによって分離された状態に維持し、前記第２のギャップの高さは、前記第１のギャップの高さよりも高い、請求項１に記載の方法。
21. 前記第２のギャップの高さは、前記第１のギャップの高さよりも約０．５マイクロメートルから約４マイクロメートルの間の高さだけ高い、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第２のギャップの高さは約８マイクロメートルから約１４マイクロメートルの間である、請求項２０に記載の方法。
23. 第１の透明基板と第２の透明基板とを含むディスプレイ組立体を製造する方法であって、
    前記第２の透明基板上に光変調器のアレイの少なくとも一部を設けるステップと、
    前記第１の基板および前記第２の基板に連結された複数のスペーサを設けて前記２枚の基板間にギャップを確立するステップと、
    前記第１の基板の周縁と前記第２の基板の周縁を結合するための接着剤エッジシールを設けるステップと、
    前記ディスプレイ組立体を圧縮し、それによって前記第１の基板と前記第２の基板を少なくとも部分的に互いに押し付け、前記圧縮が室温よりも実質的に低い温度で実施されるステップと、
    シール材料を硬化して前記第１の基板と前記第２の基板との間に流体を封止ステップとを含む方法。
24. 室温は約１８℃から約３０℃の間である、請求項２３に記載の方法。
25. 実質的に室温よりも低い温度は約０℃よりも低い、請求項２３に記載の方法。
26. 実質的に室温よりも低い温度は約−１０℃から約−２５℃の間である、請求項２３に記載の方法。
27. 前記シール材料の硬化は、少なくとも部分的に、室温よりも実質的に低い温度で生じる、請求項２３に記載の方法。
28. 前記複数のスペーサは、前記第２の温度での圧縮を可能にする弾性を有する、請求項２３に記載の方法。
29. 前記複数のスペーサは、前記２枚の基板の間に少なくとも第１のギャップを維持し、前記接着剤エッジシールは、前記第１の基板の縁部と前記第２の基板の縁部を第２のギャップによって分離された状態に維持し、前記第２のギャップの高さは前記第１のギャップの高さよりも高い、請求項２３に記載の方法。
30. 前記第２のギャップの高さは、前記第１のギャップの高さよりも約０．５マイクロメートルから約４マイクロメートルの間の高さだけ高い、請求項２９に記載の方法。
31. 前記第２のギャップの高さは約８マイクロメートルから約１４マイクロメートルの間である、請求項２９に記載の方法。
32. ディスプレイ装置であって、
    第１の基板と、
    少なくとも第１のギャップによって前記第１の基板から分離された光変調器のアレイの少なくとも一部を含む第２の基板と、
    前記第１の基板および前記第２の基板に連結され前記第１のギャップを維持する複数のスペーサと、
    前記ディスプレイ装置の縁部同士を、高さが前記第１のギャップの高さよりも高い少なくとも第２のギャップによって分離された状態に維持する接着剤エッジシールと、
    前記第１のギャップ内に含まれる流体と、
    前記流体を前記第１のギャップ内に封止する硬化済みのシール材料とを備えるディスプレイ装置。
33. フィルホールをさらに備え、前記フィルホールは前記接着剤エッジシールの開口部を含む、請求項３２に記載の装置。
34. 前記流体は、ハイドロフルオロエーテル液体を含む、請求項３２に記載の装置。
35. 前記流体は少なくとも１つのペルフルオロカーボンと少なくとも１つのハイドロフルオロエーテルの液体混合物を含む、請求項３２に記載の装置。
36. 前記光変調器はＭＥＭＳ光変調器である、請求項３２に記載の装置。
37. 前記ＭＥＭＳ光変調器はシャッタ方式光変調器を備える、請求項３６に記載の装置。
38. 前記ＭＥＭＳ光変調器はエレクトロウェッティング光変調器を備える、請求項３６に記載の装置。
39. 前記光変調器は液晶変調器を備える、請求項３２に記載の装置。
40. 前記第１の透明基板は、光変調器のアレイのさらなる一部を含む、請求項３２に記載の装置。
41. 前記複数のスペーサは、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板の一方上に製造される、請求項３２に記載の装置。
42. 前記第１の基板は、その上に形成されたカラーフィルタアレイまたは開口層の一方を備える、請求項３２に記載の装置。
43. 前記第２のギャップの高さは、前記第１のギャップの高さよりも約０．５マイクロメートルから約４マイクロメートルの間の高さだけ高い、請求項３２に記載の装置。
44. 前記第２のギャップの高さは約８マイクロメートルから約１４マイクロメートルの間である、請求項３２に記載の装置。
45. 前記接着剤エッジシールはエポキシシールである、請求項３２に記載の装置。
46. 前記エポキシシールは紫外線光源を使用して硬化可能である、請求項４５に記載の装置。
47. 前記接着剤エッジシールは少なくとも１つのエッジスペーサを含む、請求項４５に記載の装置。
48. 前記複数のスペーサは、前記スペーサが前記第１のギャップを維持するのを可能にする弾性を有する、請求項３２に記載の装置。