Você pode usar o $push operador ou o $addToSet se você se importa com duplicatas na matriz.
Sua consulta ficará assim:
db.collection.update({_id: '...'}, {$push:{'letters':'x'}});
db.collection.update({_id: '...'}, {$addToSet:{'letters':'x'}});
db.collection.update({_id: '...'}, {$push:{'letters':'x'}});
db.collection.update({_id: '...'}, {$addToSet:{'letters':'x'}});
