(57)【要約】  可変膜により生じる本来の平行板コンデンサーの作動性質の回復またはエミュレートに対する連接機構の電気機械的動態作用プロファイルは、ＭＥＭＳシステムに利用されている。柔軟な膜が曲線状に変形することにより、ＭＥＭＳの性質は動重力が作用する際に幾何的平行性を維持するリジッド板間における知られた相互作用とは異なったものとなる。本発明では平行板の性質を獲得する３つの方法を説明する。可変ＭＥＭＳ膜内、膜上において、リジッド領域を追加するまたはその場で統合する。膜と結合した導体領域内における調整・整形されたボイドの導入により、膜上の力プロファイルを変化させることより平行性を確保するイソダイン領域を形成する。隆起リジッド領域の堆積後、導体領域が堆積される複合構造の手段であり、前記領域から直接発生するリジッド性の利点と共に、リジッド領域付近における内部導体の距離増加によりイソダインの性質をエミュレートする。
2009507257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のタイプの電荷を選択的に受容するように構成された第一の導体と、
前記第一の導体に対して直交して配置し、第二のタイプの電荷を選択的に受容するように構成された第二の導体であって、非荷電状態において前記第一の導体と前記第二の導体は固定距離だけ離れて配置された第二の導体と、
前記第二の導体内に形成された非導体ホールとを備え、
前記第一の導体と第二の導体に対し反対の電荷が与えられる際に、前記非導体ホールの周りにイソダイン領域が形成される装置。
【請求項２】
前記イソダイン領域が前記非導体ホールの周囲に形成される請求項１記載の装置。
【請求項３】
第一のタイプの電荷を選択的に受容するように構成された第一の導体と、
前記第一の導体に対して直交して配置され、第二のタイプの電荷を選択的に受容するように構成された第二の導体であって、非荷電状態において前記第一の導体と前記第二の導体は固定距離だけ離れて配置された第二の導体と、
前記第二の導体上、または導体内に剛性付与部材が配置され、前記剛性付与部材は前記第二の導体の機械的スチフネスとリジッド性を増加させるために構成されることを備え、
前記第一の導体と第二の導体に対し反対の電荷が与えられる際に、前記剛性付与部材は前記第一の導体と前記第二の導体が重なる領域において前記第二の導体のずれに耐えることを含む装置。
【請求項４】
可変弾性膜の第一の部分を備える第一の導体と、
リジッド基板を備える第二の導体と、
ボイドの周りの絶縁体構造であって、前記絶縁体構造は前記可変弾性膜と前記第二の導体とを平行で相隔たる関係に保ち、
前記可変弾性膜の第二の部分を備える剛性付与部材を備え、前記剛性付与部材は前記ボイドの中心に配置され、前記第一の導体は前記可変弾性膜の前記第二の部分上に前記剛性付与部材を備えることを含む装置。
【請求項５】
不活性状態おいて、前記剛性付与部材の周りの領域における前記第一の導体は前記第二の導体と離れて固定され、前記不活性状態おいて前記剛性付与部材の外形に従う前記第一の導体は前記第二の導体からさらに離れる請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記第一の導体と前記可変弾性膜は、前記第一の導体と前記第二の導体に反対の電荷を与えることにより引起こされる変形によって自由に動くことの出来る請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記第一の導体と前記第二の導体に反対の電荷を与えられ、前記可変弾性膜は前記剛性付与部材の近辺において屈曲が制限される請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記剛性付与部材により、前記第一の導体は前記第一の導体と前記第二の導体の間の空間において層となり、２つの異なる力プロファイルが発生する請求項４記載の装置。
【請求項９】
前記剛性付与部材の周辺における力は前記リジッドな部材の本体の力よりも大きくなる請求項４記載の装置。
【請求項１０】
前記剛性付与部材の本体よりも前記剛性付与部材の前記周辺において前記可変弾性膜は強く引き下げられる請求項９記載の装置。
【請求項１１】
ディスプレイ上に多数のピクセルを備え、前記多数のピクセルは
可変弾性膜の第一の部分を備える第一の導体と、
リジッド基板を備える第二の導体と、
ボイドの周りの絶縁体構造であって、前記絶縁体構造は前記可変弾性膜と前記第二の導体とを平行で相隔たる関係に保ち、
前記可変弾性膜の第二の部分を備える剛性付与部材を備え、前記剛性付与部材は前記ボイドの中心に配置され、前記第一の導体は前記可変弾性膜の前記第二の部分上に前記剛性付与部材を備えることを含むディスプレイシステム。
【請求項１２】
不活性状態おいて、前記剛性付与部材の周りの領域における前記第一の導体は前記第二の導体と離れて固定され、前記不活性状態おいて前記剛性付与部材の外形に従う前記第一の導体は前記第二の導体からさらに離れる請求項１１記載のディスプレイシステム。
【請求項１３】
前記第一の導体と前記可変弾性膜は、前記第一の導体と前記第二の導体に反対の電荷を与えることにより引起こされる変形によって自由に動くことの出来る請求項１１記載のディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記第一の導体と前記第二の導体に反対の電荷を与えられ、前記可変弾性膜は前記剛性付与部材の近辺において屈曲が制限される請求項１３記載のディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記剛性付与部材により、前記第一の導体は前記第一の導体と前記第二の導体の間の空間において層となり、２つの異なる力プロファイルが発生する請求項１１記載のディスプレイシステム。
【請求項１６】
前記剛性付与部材の周辺における力は前記剛性付与部材の本体の力よりも大きくなる請求項１１記載のディスプレイシステム。
【請求項１７】
前記剛性付与部材の本体よりも前記剛性付与部材の前記周辺において前記可変弾性膜は強く引き下げられる請求項１６記載のディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にＭＥＭＳ装置の分野に係り、特に動的変形膜の形状と挙動を制御することで、対象としているＭＥＭＳ装置のより望ましい動作を確保することが出来るＭＥＭＳに基づいた平面パネルディスプレイの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面パネルディスプレイを含むＭＥＭＳに基づくシステムは、発光を誘起するためにＦＴＩＲ（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）の原理を利用しており、適切に機能するためには物性基準を十分満足する必要がある。ＦＴＩＲを基礎としたＭＥＭＳ装置の代表として米国特許第5,319,491号明細書（この内容のすべてがここに組み込まれている）に開示されたディスプレイシステムでは、上記装置における基本的原理が説明されている。上記装置は、（ほぼ）プレーナ型導波路内において、光の全反射を選択的に減衰させることが出来る。このような減衰が生じた場合、減衰の領域は外部操作に対応したピクセルを構成する。このピクセルはＭＥＭＳ装置、特に２つの異なる位置および形状の間における可変膜を促進する平行板コンデンサーシステムの構成要素となり得る。一方は不活発・不活性状態に対応し、導波路に対する膜の不十分な距離の為にＦＴＩＲが起こらず、もう一方は導波路に対する膜が十分に近い為、ＦＴＩＲが発生する一対の活性状態となる。これら２つの状態はこのピクセルにおいてオフとオン状態に対応している。ＭＥＭＳに基づくピクセル領域の長方形配列は、電気／電子的手段により操作されることが多く、平面導波路の最活性面を形成する。このＭＥＭＳに基づく構造の集合体は、適切に設定された場合、色素発生を可能とするビデオディスプレイとして機能する。通常、色とパルス幅調節手法の分野に利用される。
【０００３】
上記、ＭＥＭＳに基づくＦＴＩＲシステムが適切に機能するための基準として、活性、不活性の両方の状態において、電気的に変形する膜の形状を制御出来ることも含まれる。この条件を満たす為に通常選択される最も単純なＭＥＭＳ構造は、互いに異なる導体構成を持つ。これは、異なる電位の存在によりクーロン引力を発生させ、一方もしくは両方の導体の相対運動を引起こし、他の材料がそれらと結合する為のものである。従来から上記システムは平行板作動装置と呼ばれており、導体の一方は固定され、もう一方は可動部（一般的には、適当な範囲または絶縁体層の推定端に取り付けられる）、もしくは弾性変形の一部となる。これにより、固定部と可動部の導体間の距離を制御することが出来る。
【０００４】
平行板作動装置システムの電気機械的性質は、問題となる板部（伝導性のある領域の間に電位差が付与されてそれらの間で相対運動を引起こす）がリジッドであり、平行面となっている場合に通常最適な状態となる。動重力（ポンデラモーティブ力）の適切な分配を担い、板を覆う可動部材と固定部の両方を同時に繋ぐ、または固定すると仮定すると、このリジッド性により板を平行に保つことが出来る。もし、可動板がリジッドでなく、弾性的である場合、動作中は必然的に常に最も低い位置エネルギー状態を保つように分配する動重力の影響によりリジッドでない可動板の幾何変形が発生し、上記システムを動作させるとすぐに板は平行を保つことが出来なくなることは明らかである。
【０００５】
弾性変形により、それぞれの板が相互に平行で相隔たる関係から外れ、システムの性質に関する電気機械的パラメーターは、多くの場合正確及び最適なＭＥＭＳの操作に害を及ぼすとみなされる重要な状態に変化する。システムにおいて板の一方は極めて弾性的であり、有効な弾性変形が可能であることに関連して、ダブルリジッド板システムにおける最適な動作を回復する手段は、ＭＥＭＳの望ましい動作を回復する一方、板の相対運動を制御可能とする弾性変形というＭＥＭＳに関して知られているもう一つの利点を保持する。
【０００６】
従って、一つまたは複数の部材が、変形可能であるがリジッドではない場合において、リジッドな平行板作動装置の部材に関する、ＭＥＭＳの動作を回復する技術的な手段が必要とされている。リジッド板相互作用に関連した電気機械的動作の側面を持つが、実際は一つまたは複数の非リジッド板構造により構成されるＭＥＭＳ装置により、単一ＭＥＭＳでは両構造（リジッド性と非リジッド性）の利点を持つことが出来る。
【特許文献１】米国特許第５３１９４９１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の問題は、３つの方法のうち１つによって少なくともある程度は解決されるかもしれない。第一に、弾性可変膜が平行板ＭＥＭＳアクチュエータシステムの可動部材を補強する主要な部材として働く場合であり、システムに適応する性能基準の望ましい制限内において、およそ平行な動的挙動を回復する膜の上に、リジッドな材料を局部的にさらに追加することによって、前記の膜を局部的にリジッド化することが出来る。
【０００８】
第二に、導体板の一方、他方、または両方の導体領域の幾何学的連接形状により、望ましいリジッド板の動作に十分に匹敵する電気機械的性質を得ることが出来る。この最も単純な例として、導体平面に円形のホールを設置する。これはホールの付近（導体が存在しない）の弾性膜に静電気引力が働かないようにする為である。円形のホールの周囲において作用する力により膜はその後変形する。円形のホールの周辺における力により、これはリジッド板の不可欠な性質であるイソダイン（動重力が等しい領域）が形成される（それにより、それぞれの導体板を互いに平行に保つことによってそのような等しい動重力が得られる）。変形の接近と付随する小さな隙間により、通常高い力を持ち得る変形領域の中心は、この領域において、導体を意図的に削除することにより力が働かなくなる。導体平面において、導体領域の片方または両方のいずれにホールを設置するにせよ、環状のイソダイン領域は発生するが、どちらか一方に設置されることのみが必要とされる。それによって、そのようなＭＥＭＳ装置の製造における、層に関する多精度な記載の必要がなくなる。
【０００９】
第三に、第一と第二の方法を複合したものが容易に構成出来る。通常必要とされるよりも追加する材料がはるかに少ないという望ましい性質を十分に改善することが出来るためである。この方法においては、作成手順が重要となる。リジッド性を改善するために追加される材料は最初に加えられ、その後導体領域がこの構造の上端に堆積される。この構造の結果として２つの利点が得られる。追加した材料による直接的なリジッド性（rigidity）の利点と、イソダインに近似した構造の形成である。導体にホールは存在しないけれども、追加する材料の存在によって可動導体の中心領域が対立する固定された導体平面から大きく離れているということにより、後者の効果は発生する。これは、力が無いというよりはむしろ、小さいという点を除き、導体平面におけるホールの効果と近似しており、構造の中心において発生する。明確なリジッド性とイソダイン構造の両方により、この複合構造に望ましい電気機械的性質が生じるため、追加したリジッド部材の周りの領域は以前よりも多くのイソダインとして機能する。この３つめの方法による利点には、エッチング、または導体平面に一つまたはそれ以上の明確なホールを形成することなく、リジッド材料の追加を減らし、イソダインの構造の簡易化することが含まれる。
【００１０】
以下本発明の実施形態の詳細な記述がより良く理解できるように、前述では本発明の一つまたはそれ以上の実施形態の特性と技術的優位性をかなり大まかに説明した。本発明の実施形態のさらなる特性と優位性が、クレームの主題を形成する以下に記述され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の図に関連して検討する次の詳細記述により、本発明をより理解することが出来る。
【００１２】
以下記述では、本発明を深く理解するため、多くの具体的な詳細について説明する。しかし、このような具体的な詳細によらないでも本発明を実施できることを当業者には明らかであろう。他の例では、本発明を不必要なほど不明瞭にしないように、部材を一般化形式に示した。多くの箇所において、本発明を完全に理解するために必要ではないので、制御された選択的なＭＥＭＳ作動（例えば、ＭＥＭＳ装置の矩形のｎ×ｍアレイの実操作）の検討に関する詳細等は、省略されているが、関連分野における当業者の技術の範囲内では、本発明によってもたらされる有用性と価値に直接関連するものではない。
【００１３】
以下にて公開される駆動の原理では、ＭＥＭＳの作動中（動作時または非動作時のどちらか）に互いに相対運動するそれぞれの平面導体間における正確な平行度を維持する平行板ＭＥＭＳ作動システムが望ましいものとなる。この望ましい動作は、平行板コンデンサ静電気アクチュエータが持つ周知の1/3ギャップの利用、非線形動作及び／又はヒステリシス、または他の電気機械的要因の利用を条件とする。
【００１４】
本発明の実現に役立つ技術（平面パネルディスプレイ、または減衰全反射の原理を活かした技術を対象とするもの）としては、米国特許第5,319,491号明細書にて公開された平面パネルディスプレイがある。この全体を参照し、本発明に盛り込んでいる。本発明の至る所に説明として列挙されている平面パネルディスプレイの見本例を利用することは、本発明の使用分野の適用性を制限するものではない。しかし、本発明の利用に関する問題に手をつける目的として実例となる。
【００１５】
このような代表的な平面パネルディスプレイは、通常図３に図解されたものと同様なピクセル、またはピクセルエレメントとみなされるマトリクス状の光シャッターを備える。図３は平面パネルディスプレイ３００を簡易描写したものであり、平面パネルディスプレイ３００は導光基板３０１を備え、導光基板３０１はさらにピクセル３０２の平面パネルマトリクスを備え得る。導光基板３０１の背後に位置し基板３０１と平行関係となり得るのが、透明基板３０３（例えばガラス、プラスチック等）である。平面パネルディスプレイ３００は図解されている要素以外にも、光源、不透明スロウト、不透明バッキング層、反射物、管状ランプを備え得ることが米国特許第5,319,491号明細書にて公開されている。
【００１６】
図４Ａと図４Ｂに図解されるそれぞれのピクセル３０２は導光基板４０１、グラウンド層４０２、可変エラストマー層４０３、透明電極４０４を備え得る。
【００１７】
ピクセル３０２は、説明の便宜上ディスク４０５として示される（ディスクの形状を制限するものではない）透明要素をさらに備え得る。電極４０４の上面に配置され、高屈折率材料としての形を成し、場合によっては導光基板４０１と同じ材料からなる。
【００１８】
この特定の実施形態では、導光基板４０１とディスク４０５間の距離を正確に制御することが重要である。特に静穏状態においては、導光基板４０１とディスク４０５間の距離を導光波長の約１．５倍にすべきであり、またいずれにしてもこの距離は１波長よりも大きなものとする。それ故、グラウンド層４０２、可変エラストマー層４０３、電極４０４の相対的な厚さは適宜調整される。活性状態においては、以下に論じているように、導光基板４０１の上面からの距離が１波長に満たない容量性の作用によってディスク４０５は引き寄せられる。
【００１９】
作動の際、ピクセル３０２はエバネッセント結合効果を利用する。すなわち、容量性引力効果により、凹面４０６が形成されるように（図４Ｂにて確認出来る）可変エラストマー層４０３の形状が変形することにより、ピクセル３０２上でＴＩＲ（ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：全反射）が破られる。形成された凹面４０６はディスク４０５を導光基板のエバネッセント場内（一般に導光基板４０１から１波長の距離分外部に広がる）に収められる。光の電磁波としての性質により、光は介在する低屈折率クラッディング、すなわち可変エラストマー層４０３を“ジャンプ”して、静電駆動の動力学的凹面４０６に取り付けられている結合ディスク４０５ に入る。こうして、誘導条件とＴＩＲは破る。光線４０７（図４Ａにて示される）は不活性、導光状態を示す。光線４０８（図４Ｂにて示される）は活性状態であり、導光基板４０１の外で光が結合される。
【００２０】
電極４０４とグラウンド層４０２間の距離は極端に小さい場合があり（例えば、１マイクロメーター）、室温加硫シリコーン薄膜のような可変層４０３によって占有される。一方電圧が低いと、図４Ｂにて示されるように、コンデンサーの平行板間（実際には電極４０４とグラウンド層４０２間が平行板コンデンサーを形成する）の電界は十分に大きくなり、可変エラストマー層４０３付近の加硫シリコーンに変形力がかかる。加硫シリコーンを適度に押圧することにより、導光基板４０１内に誘導された光は、屈折率についての臨界角よりも大きな入射角で変形箇所にあたり、電極４０４とディスク４０５を通過して基板４０１から出た光と結合する。
【００２１】
電極４０４とグラウンド層４０２間の引力を有効に発生させるコンデンサーの充電と放電によって、コンデンサーの平行板間の電界は制御され得る。コンデンサーを充電することにより、板間の静電力の強さが増加し、それによって図４Ｂに説明されるように、可変エラストマー層４０３は電極４０４とディスク４０５を通過して基板４０１から出た光を連結する。コンデンサーを放電することにより、エラストマー層４０３は元の幾何学的形状に戻り、これによって図４Ａに示したように、導光基板４０１から出た光の結合が終わる。
【００２２】
背景技術にて述べたように、図４のような、ある平行板コンデンサーアクチュエータは、どちらかの板の偏位または変形にかかわらず、充電された板と放電された板の大部分が平行に離隔して配置する関係のままである時、優れた制御特性を示す。図４の装置は設定されたような平行性を示さず、変形した膜により機械的システムの中心からの距離を導体（電極４０４とディスク４０５）の上端と下端の間に発生することに注目すべきである。正確な平行板コンデンサーアクチュエータの動作が要求される場合には、図４Ｂに示す作動導体の曲線特性は望ましくないものと判断される。常に電極間における幾何学的平行性を最大化しながらの作動を可能とする構造が要求される。
【００２３】
図４の装置は、作動原理を説明するこの公開内容の至る箇所において、汎用化の目的に応じていくつかの修正を伴いながら利用され得る適当な実施形態として役に立つ。米国特許第5,319,491号に基にするこの機械的実施形態は、適用と実施の有効な対象として説明のために提供され、機械的動作（膜の変形、要素の連結、または他の手段による）の促進にかかわるそれぞれの導体間において、幾何学的平行性の偏向により発生する望ましい制御性質からのずれに対する電気機械的制御に関し、平行板コンデンサーアクチュエータシステムに備わる原理を有効に利用するいくつかのシステムからなる装置はさらに改善され得る。本発明では、平行板コンデンサーアクチュエータ原理の実施に関するある特定の操作基準に合致する多くの装置について、導体の平行性を回復し、最大化するメカニズムを規定するものであり、改良されたいずれの特別な装置における特異的減少が非常に大きいときでも、装置の性質を改善する本発明の実施性は制限されない。
【００２４】
図１において、平行板コンデンサーの作動に関連した導体の形状の調整により電気機械的力を明確に表現した本発明の実施形態を示す。説明を簡易化するため、（用途に応じて著しく変化する）システムの他の機械的部材とは別に導体を図示する。堆積または組み込まれた導体の可変層と（もしくは）導体の適切な間隔関係を保つための絶縁体層に説明がない部材が含まれる場合がある。この詳細な説明内において見本となる断面を示すために、また図１（さらには図２）での意図的な省略が本発明とその概念の中心を分かりにくくするよりはむしろ明確にする手段にすぎないと解釈されないために、図５にてこのような部材を開示する。
【００２５】
任意の導体の数と空間配置は、それぞれの実施例の操作原理を説明した図１と２から選択される。いずれの導体、動力機械装置、または製造スキーマにおける既知のいずれの電荷作動方法と本発明とは関係しない。対比する説明により、本発明の実施による効果が明確に理解出来、その実用性が識別出来るように２つの異なるシステムを並べて示す。一方の導体、長い平面ストリップ１０１は正電荷を制御的、選択的に受け取ることが適宜理解され得る。他の２つの導体、１０２と１０３もまた長い平面ストリップであり、相互に平面でもあり、負電荷を制御的、選択的に受け取ることが適宜理解され得る。導体１０１は導体１０２と１０３とは離れた関係にあり、非荷電状態での１０１と１０２の間隔は常に距離１０４となり、さらに非荷電状態での１０１と１０３の間隔も距離１０４である。１０１と１０２が直交して重なる領域では、本発明が実施されない連接のないアクチュエータを構成すると考えられる。１０１と１０３が直交して
重なる領域では、本発明が実施される連接のあるアクチュエータを構成すると考えられる。導体１０１は接触していないが、平面伝導性ストリップ内に配置される非伝導性ホール１０５を示し、このホールは適宜円形の形状を示すという事実によって、本発明の特別な実施が証明される。正と負の重なる領域（１０１と１０２の重なり部とホール１０５が存在する１０１と１０３の重なり部分）の間に生じる電気機械的性質は著しく異なり、ホール１０５の存在による強力な効果が作動形状に及ぶことを示し、導体（または、示されないが、堆積された導体、または組み込まれた導体内の弾性膜担体）は部分的な電界に従って変形し、クーロン引力プロファイルを引起こす。
【００２６】
１０１と１０２に反対の電荷を与えた場合、クーロン引力により、連続的な導体と連結した膜の変形が発生し、機械的変形の結果として蓄積される位置エネルギーが最小化する。これにより、断面図１０６に描かれる１０２の領域における１０１の滑らかな曲線が発生する。連接のない領域（本発明が実施されない）の近くは、ホール１０５の存在により表される、本発明の実施例を含む他の交差である。ホール１０５の存在により、ホールの周囲に前述１０５の周囲から反対の電荷の導体１０３に向かって測定されるようなイソダイン領域（ｉｓｏｄｙｎｅ）（等価力の領域）を形成する電気力が発生する。ホール１０５（すなわち、１つの円）に対し任意の形状を選択するおかげで、この例においてイソダイン領域は環状形状となる。断面図において、１０１と１０３のそれぞれの重なり（導体内のホール１０５の存在と一致する）の近辺において、反対の電荷がかけられている間に、平面導体１０１が機械的な変形をした結果、１０７に極めて異なった作動プロファイルが生じる。ホール１０５の断面境界を破断線１０８と１０９それぞれに示す。クーロン引力は導体相互作用に制限され、１０８と１０９の間の領域は静電気力によって直接動作しないことになる。結果的に１０８と１０９の間の領域は周囲に引っ張られ、周囲の力は静電界においてホール１０５が適切に中央に配置された場合と同じである。
【００２７】
成形した導体（１０１と１０３間で重なる領域において、それらの間に環状のイソダインを生じさせるホール１０５）により本発明が実施されない１０６と実施される１０７のそれぞれの性質の違いを比較すると、本発明が実施される場合は反対の電荷を持つ導体間の平行性が良好に維持されうることが分かる。板間における力はその分布に応じて変化し、従ってイソダイン領域を形成するために導体の形状を選択することによって連接される。本質的にイソダインは、平行板コンデンサーシステムのそれぞれの板間における平行性を保つ。たとえ偏位の間に弾性変形する板であっても平行性を保つ。
【００２８】
図２では、可変膜（明瞭さの理由から図示していない）に固定した導体間の改善された平行性を確保するために特定の位置にリジッド領域を上に付け加えた、本発明の第２の実施形態を示す。対比する説明により、本発明の実施による効果が明確に理解出来、その実用性が識別出来るように２つの異なるシステムを並べて示す。一方の導体、長い平面ストリップ２０１は正電荷を制御的、選択的に受け取ることが適宜理解され得る。他の２つの導体、２０２と２０３もまた長い平面ストリップであり、相互に平面でもあり、負電荷を制御的、選択的に受け取ることが適宜理解され得る。導体２０１は導体２０２と２０３とは離れた関係にあり、非荷電状態での２０１と２０２の間隔は常に距離２０４となり、さらに非荷電状態での２０１と２０３の間隔も距離２０４である。２０１と２０２が直交して重なる領域では、本発明が実施されない連接のないアクチュエータを構成すると考えられる。２０１と２０３が直交して重なる領域では、本発明が実施される連接のあるアクチュエータを構成すると考えられる。導体２０１に平面導体ストリップ上または内部に剛性付与（rigidizing）部材２０５をさらに追加することを示し、この部材は円形の形状となる（従ってディスクからなる）ことを適宜示すことによって、本発明の特別な実施が証明される。部材２０５は任意の厚さと機械的構成からなり、２０５の直近において導体２０１の機械的スチフネスとリジッド性が局所的に増加するように設計され、さらに（または）２０１上に結合された任意の膜に堆積され、または２０１内に組み込まれた任意の膜（膜は示されない）に埋め込まれる。交差した領域（２０１と２０２の重なり、ホール１０５存在下での２０１と２０３の重なり）での正電荷と負電荷の間に生じる電気機械的性質は基本的に同一であるが、部材２０５のリジッド性の違いにより、そのデフォルト動作ではない変形が引き起こされる。部材２０５は部材２０５の近傍において導体２０１（及び／又は関連する弾性膜）に変形に対する内部抵抗を付与し、これにより、導体２０１と２０３に対し反対の電気的電荷を与えて生じた幾何学的な変化を連接する。
【００２９】
２０１と２０２に交差して反対の電荷を与えた場合、クーロン引力により連続的な導体と結合された任意の膜の変形が引き起こされ、機械的変形の結果として位置エネルギーの蓄積が最小化される。２０２の領域における２０１の滑らかな曲線の結果は断面図２０６に描かれる。連接のない領域（本発明が実施されない）の付近は、本発明の実施例を含む他の重なりであり、リジッドな部材２０５の存在により示され、２０１にさらに追加される環状ディスクとして任意に形成される。ディスク２０５の存在により、導体２０１と結合された膜（示さない）の機械的変形性質は変化する。断面図を見ると、２０１と２０３のそれぞれの重なり（導体２０１上にさらに加えられた円盤形のリジッドな部材２０５の存在に一致する）の付近にて反対の電気的電荷を２０１と２０３に与える間における平面導体２０１の機械的変形の結果により、２０７に著しく異なる作動プロファイルが現れる。断面図上で部材２０８として示される部材２０５の存在により、２０７のさらに扁平な変形プロファイルが現れ、電気機械的作動中におけるクーロン引力が働くことにより２０１と２０３の間のより良好な平行性が維持される。結果として、部材２０８によって変形部材は静電アクチュエーションの間における、平行で相隔たる関係からのずれに抵抗する。
【００３０】
本発明が実施されない２０６とリジッドな部材２０５（断面図では２０８）をさらに加えることにより本発明が実施される２０７のこの２つめの実施形態のそれぞれの性質を比較すると、本発明が実施される場合において、反対の電荷を持つ導体間での平行性はより良好に維持されることが分かる。静電アクチュエーションの間における導体の平行で相隔たる関係からのずれは、直接的な機械的手段によって偏位が発生している間の弾性変形を部分的に抑制することにより達成される。
【００３１】
図１と図２に公開される２つの実施形態は複合することが出来、望ましい機械的プロファイルを産む３つめの実施形態となる。図５は最初の２つの実施形態の複合した断面を説明し、これまで明らかにしていない、一般的に平行板コンデンサーアクチュエータ構造に基づくマイクロマシン技術システム（ＭＥＭＳ）をからなる付属部材を備える。図５に示す断面では、対立する導体５００の間の一層の重なり点であり、図１における平面導体１０１と１０３間と図２における平面導体２０１と２０３間の重なり領域に対応する。複合した３つめの実施形態の実施した結果、発生する性質は、１０７または２０７にて説明したものと類似するかもしれず、そこで、反対の電荷を与えている間におけるそれぞれの導体間の平行で相隔たる関係を最大化するために変形は制御される。
【００３２】
平面導体５０１は図１と図２における１０１と２０１の同等物とそれぞれ対応し、平面導体５０４は図１と図２における１０３と２０３の同等物とそれぞれ対応する。追加の付属部材を示したが、図５に説明のために例示として提供した特定の実施形態によって本発明は制限されないことを理解されたい。導体５０４はリジッドな支持基板５０５上に位置し、導体５０１は可変弾性膜５０２上に位置する。固定された絶縁体構造５０３によって膜５０２は５０４と５０５からは平行で相隔たる関係を保ち、空間５０７を囲み、膜５０２（加えて導体５０１）は５０１と５０４に反対の電荷を与えることにより発生する変形によって自由に動くことが可能であり、それらの間でクーロン引力を発生させる。空間５０７上の中央には、弾性膜５０２上に位置するリジッドな部材５０６が存在する。導体５０１は膜５０２と部材５０６の結合構造上に堆積され、図５に示すように曲線断面を持つ。部材５０６の周りの領域にある（すなわち周辺領域５０８）導体５０１は、不活発な（不活性化された）状態において、対立する導体５０４から離れた位置に固定され、一方導体５０１は領域５０９においては部材５０６の外観に従い、前述の不活発な状態において、対立する導体５０４からさらに離れた位置にある。
【００３３】
反対の電荷が５０１と５０４に与えられた場合における、作動および膜５０２の変形が発生している間において（弾性５０２と結合された導体５０１が機械的に変形し、空間５０７の十分な領域を占め、膜５０２が導体５０４と接触することさえ出来る間において）、改善された平衡性を確保するための本発明の３つめの複合実施形態では、２つのことなる原理が一緒に働く。第一に、リジッドな部材５０６の存在により、図２の領域２０７に備わる性質も生じ、同じ理由により、弾性膜５０２はリジッドな部材５０６の付近において、曲がることが制限される。第二に、リジッドな部材５０６の存在により導体５０１は、対立する導体５０４との間の間隔において段構造となる事実により、導体間のことなる空間的隔離の存在に基づく２つの異なる力のプロファイルが発生する。領域５０９における導体の隔離の増加によるものも同様であるが、導体１０１におけるホール１０５の性質と比較すると、完全に同一ではない。リジッドな部材５０６の周囲（記号５０８の領域）における力は、部材５０６の本体部（記号５０９の領域）にて計測されるより大きい為に、不完全なイソダインが形成される。結果的に膜５０２は５０６の周囲においてさらに強力に引き下げられ、その周囲において部分的な擬イソダイン領域が多くなる。部材５０６が厚くなるにつれ、５０８に対し５０９では５０１と５０４の導体の距離は大きくなり、図１における領域１０７にて公開されるこのシステムの試みによる電気的力のプロファイルに近づく。非現実的ではあるが、無限に薄い部材５０６に制限された場合は、導体において図１におけるホール１０５のような正確な円に類似出来るが、この制限がはるかに短い場合に望ましい性質が発生する。部材５０６の厚さがわずかに増えると、５０８と比較して領域５０９における導体５０１と５０４の距離が変わる。
【００３４】
リジッドな部材５０６の構成は膜５０２と同一かもしれず、鋳造技術またはエッチング技術により製造される５０２上の突起物とさえなりうることが理解できる。
【００３５】
図５の断面図に示す本発明の３つめの実施形態は、連接の電気的力と望ましくない局部的な変形に対する機械的抵抗の両方を備え、これにより先の２つの実施形態を統合し、重要で新しい複合したものとする。図５に説明した発明の別の利点は比較的製造が容易であるということである。リジッドな部材５０６を既に備える膜５０２の上端に導体を堆積することにより、擬イソダインの性質が自動的に発生するためである。この導体は適切な大きさと形状が選択され、目的の用途を制御することを請け負うまたは決定するものとしてその表面上に分配される。この３つめの複合的な実施形態と図２の単一のリジッドな部材を利用した手法とを比較することにより、さらなる利点が認識出来る。作動時において平行性を達成することに対する負荷のいくつかは、擬イソダインがもつ静電気力プロファイルによる連接によって吸収されるため、複合した実施形態において、リジッドな部材の厚さを減らすことが出来る。望ましい作動性質を確保するための機械的手段と電気的手段によってこの負荷は分担することがため、この３つめの実施形態のコア構造において静電気的な貢献を備えている観点から、このようなシステムの設計者はリジッドな部材の厚さを選択することが出来る。
【００３６】
本発明の実施における見本となるハードウェア環境を図６に表現する。図６では、集合マイクロプロセッサのようなシステムバス６１２を経由して、他の多くのユニットに接続される中央演算処理装置（ＣＰＵ）６１０を持つ題目の発明に従うデータプロセッシングシステム６１３の典型的なハードウェア構成を説明する。データプロセッシングシステム６１３はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６１４、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）６１６、ディスクユニット６２０とバス６１２のような周辺機器を接続するディスクアダプタ６１８、キーボード６２４、マウス６２６、さらに（または）タッチスクリーン装置（示さない）のような他のユーザインターフェース装置とバス６１２を接続するユーザインターフェースアダプタ６２２、データプロセッシングシステム６１３とデータプロセッシングネットワークを接続する通信アダプタ６３４、バス６１２とディスプレイ装置６３８を接続するディスプレイアダプタ６３６を備える。ディスプレイ装置６３８はここに記載されている実施形態のいずれかに実装され得る。ここに記載されているディスプレイはいずれも、図４Ａと図４Ｂに示したようなピクセルを備え得る。ＣＰＵ６１０はここでは示さない他の電気回路網を備え得る。マイクロプロセッサ内によく見られる電子回路網を備え得る。例えば演算実行部、バスインターフェースユニット、算術論理演算ユニットである。ＣＰＵ６１０は単一集積回路をも備え得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＭＥＭＳ作動時において連接したイソダイン配置による柔軟な疑似平行板の性質を実現するために、導体平面にホールを利用した本発明の実施形態を説明する。
【図２】ＭＥＭＳ作動時において疑似平行板の性質を実現するために、追加する局部的なリジッド領域を利用した本発明の実施形態を説明する。
【図３】本発明の実施に適応する平面パネルディスプレイの斜視図を説明する。
【図４Ａ】図３の平面パネルディスプレイの実施形態に従う不活性状態におけるピクセルの側面図を説明する。
【図４Ｂ】図３の平面パネルディスプレイの実施形態に従う活性状態におけるピクセルの側面図を説明する。
【図５】リジッドな領域が局部的に追加された導体の堆積またはオーバーレイによる導電性領域配置から生じる、イソダインのような性質を組み合わせた本発明の実施形態を説明する。これにより円形イソダイン構造に近い力のプロファイルを調整する。
【図６】本発明の実施形態に従うデータプロセッシングシステムを説明する。
【符号の説明】
【００３８】
１０１    平面ストリップ
１０２    平面ストリップ
１０３    平面ストリップ
１０４    非荷電状態での１０１と１０２（１０１と１０３）の距離
１０５    非伝導性ホール
１０６    断面領域
１０７    断面領域
１０８    破断線
１０９    破断線
２０１    平面ストリップ
２０２    平面ストリップ
２０３    平面ストリップ
２０４    非荷電状態での２０１と２０２（２０１と２０３）の距離
２０５    部材
２０６    断面領域
２０７    断面領域
２０８    部材
３００    平面パネルディスプレイ
３０１    導光基板
３０２    ピクセル
３０３    透明基板
４０１    導光基板
４０２    グラウンド層
４０３    可変エラストマー層
４０４    透明電極
４０５    ディスク
４０７    光線
４０８    光線
５００    導体
５０１    平面導体
５０２    可変弾性膜
５０３    絶縁体構造
５０４    平面導体
５０５    支持基板
５０６    部材
５０７    空間
５０８    領域
５０９    領域
６１０    ＣＰＵ
６１２    システムバス
６１３    データプロセッシングシステム
６１４    ＲＡＭ
６１６    ＲＯＭ
６１８    ディスクアダプタ
６２０    ディスクユニット
６２２    ユーザインターフェースアダプタ
６２４    キーボード
６２６    マウス
６３４    通信アダプタ
６３６    ディスプレイアダプタ
６３８    ディスプレイ装置
【図１】
2009507257.tif 000003
【図２】
2009507257.tif 000004
【図３】
2009507257.tif 000005
【図４Ａ】
2009507257.tif 000006
【図４Ｂ】
2009507257.tif 000007
【図５】
2009507257.tif 000008
【図６】
2009507257.tif 000009
【国際調査報告】
2009507257.tif 000010