(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
第１のビームであって、前記第１のビームは当該第１のビームの幅の少なくとも４倍に相当する高さを有し、前記第１のビームがアンカとともにループを形成し、それによって前記基板の前記平面に平行な平面内の空間の境界を完全に取り囲み、前記第１のビームの少なくとも一部が、前記アクチュエータの少なくとも一部を形成する、第１のビームとを含み、
前記ビームの前記高さが、前記基板の前記平面に直交する方向にあり、前記ビームの前記幅が、前記基板の前記平面に平行な方向にある、ＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
前記第１のビームによって基板に支持される機械的な光変調器を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
機械的な光変調器を含み、前記アクチュエータが光を変調するために前記機械的な光変調器を動かすように構成された、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
前記第１のビームが機械的コンプライアントビームである、請求項３に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記第１のビームを前記基板に接続するアンカを含む、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
第２のビームを含み、前記第１および第２のビームがそれぞれ、交わらない空間を取り囲む、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
第２のビームを含み、前記第２のビームが、前記第１のビームによって完全に取り囲まれる空間を取り囲む、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
第１のビームを含むとともに基板に結合された第１のアクチュエータを形成するステップであって、前記第１のビームは当該第１のビームの幅の少なくとも４倍に相当する高さを有し、前記第１のビームがアンカとともにループを形成し、それによって前記基板の前記平面に平行な平面内の空間の境界を完全に取り囲むようにし、前記第１のビームの少なくとも一部が、前記アクチュエータの少なくとも一部を形成する、ステップ
を含み、
前記ビームの前記高さが、前記基板の前記平面に直交する方向にあり、前記ビームの前記幅が、前記基板の前記平面に平行な方向にある、ＭＥＭＳ装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のビームを形成するステップが、
金型材料を犠牲層上に堆積させるステップ；
前記金型材料にある形状をエッチングして、少なくとも１つの側壁および少なくとも１つの下部水平面を有する金型を形成するステップ；
前記エッチング形成された金型上に材料を堆積させて、前記堆積された材料が前記エッチング形成された金型の少なくとも前記側壁および前記下部水平面に付着するようにするステップ；
前記堆積された材料の一部分をエッチングして、前記堆積された材料を前記下部水平面から除去する一方、前記側壁上に無傷のまま堆積された前記材料の実質的に全てを残すステップ；および
前記側壁に残る材料が前記第１のビームを形成するように前記金型を除去するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記側壁が、前記金型に形成されたメサ型の壁を含み、および前記第１のビームが前記メサを取り囲む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記側壁が、前記金型に形成された凹型の壁を含み、および前記第１のビームが前記凹部を取り囲む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記金型材料が犠牲材料の層の上に堆積され、前記方法がさらに、前記第１のビームを解放するために前記犠牲材料を除去するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記金型がさらに上部水平面を含み、および前記金型上に堆積された前記材料が前記上部水平面に付着し、前記方法がさらに、
前記堆積された材料をエッチングで除去する前に前記上部水平面にマスクを塗布して、前記エッチング後に、前記上部水平面上に堆積された前記材料の一部分が前記上部水平面上に残るようにして、機械的な光変調器を形成するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、前記金型に前記形状をエッチングする前に、前記金型材料にアンカ用孔をエッチングするステップであって、前記金型上に堆積された前記材料が前記アンカ用孔を埋めてアンカを形成するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アンカ、第１のビーム、および前記機械的な光変調器の形成に利用する必要があるのは、３つ以下のフォトリソグラフィックマスクである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＭＥＭＳ装置が機械的な光変調器およびアンカを含み、前記第１のビームが、基板上に前記機械的な光変調器を支持し、かつ前記アンカを介して前記機械的な光変調器を前記基板に接続し、前記方法が、３つ以下のフォトリソグラフィックマスクの利用を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のビームの前記幅は、２マイクロメートル程度の大きさである、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１８】
複数のビームをさらに含み、各ビームは当該ビームの幅の少なくとも４倍に相当する高さを有し、前記各ビームがそれぞれの空間の境界を完全に取り囲む、請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００８年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６１／１０８，７８３号、「ＭＥＭＳ  Ａｎｃｈｏｒｓ」（参照することによりその全体を本願明細書に援用する）の利益を主張する。本出願はまた、２００８１０月２８日出願の米国仮特許出願第６１／１０９，０４５号、「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」（参照することによりその全体を本願明細書に援用する）の利益を主張する。
【０００２】
概して、本発明は微小電子機械システムの分野に関し；特に、本発明は機械的な光変調器用の作動構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
機械的な光変調器で構成されたディスプレイは、液晶技術に基づくディスプレイの代替物として魅力的である。機械的な光変調器は、映像内容を良好な視角かつ広範な色およびグレースケールで十分に迅速に表示させる。機械的な光変調器は投射型ディスプレイ応用で成功しており、最近では直視型応用にも提案されている。当該技術分野では、迅速で明るく低出力の機械的作動ディスプレイが必要とされている。特に、高速かつ低電圧で駆動され得る、機械的作動ディスプレイの画質が改善されかつ電力消費が削減されていることが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、一態様では、本発明は、空間の境界を完全に取り囲む第１の細いビームを含むＭＥＭＳ装置に関する。一部の実施形態では、第１の細いビームはループを形成する。一態様では、ＭＥＭＳ装置は、第１の細いビームによって基板の上側に支持された機械的な光変調器を含む。一態様では、ＭＥＭＳ装置は機械的な光変調器を含み、そこでは、機械的な光変調器を動かすように第１の細いビームがアクチュエータの一部分を形成して、光を変調させる。特定の実施形態では、第１の細いビームはコンプライアントビームである。一態様では、ＭＥＭＳ装置は、第１の細いビームを基板に接続するアンカを含む。一部の実施形態では、ＭＥＭＳ装置は第２の細いビームを含み、第１および第２の細いビームはそれぞれ、交わらない空間を取り囲む。特定の実施形態では、第２の細いビームは、第１の細いビームによって完全に取り囲まれる空間を取り囲む。
【０００５】
別の態様では、本発明は、基板に結合された第１の細いビームを形成し、第１の細いビームが空間の境界を完全に取り囲むようにするステップを含むＭＥＭＳ装置の製造方法に関する。特定の実施形態では、第１の細いビームを形成するステップは、金型材料を犠牲層の上に堆積させるステップ、ある形状を金型材料にエッチングして、少なくとも１つの側壁および少なくとも１つの下部水平面を含む金型を形成するステップ、エッチング形成された金型上に材料を堆積させて、堆積された材料が、エッチング形成された金型の少なくとも側壁および下部水平面に付着するようにするステップ、堆積された材料の一部分をエッチングして、堆積された材料を下部水平面から除去する一方、側壁上に無傷のまま堆積された材料の実質的に全てを残すステップ、および側壁に残る材料が第１の細いビームを形成するように金型を除去するステップを含む。一態様では、側壁は、金型に形成されたメサ型の壁を含み、および第１の細いビームはメサを取り囲む。
【０００６】
別の態様では、側壁は、金型に形成された凹型の壁を含み、および第１の細いビームは凹部を取り囲む。一部の実施形態では、金型材料は犠牲材料の層の上に堆積され、および方法がさらに、第１の細いビームを解放するために犠牲材料を除去するステップを含む。
【０００７】
一態様では、金型はさらに上部水平面を含み、金型上に堆積された材料が上部水平面に付着し、方法はさらに、堆積された材料をエッチングで除去する前に上部水平面にマスクを塗布して、エッチング後に、上部水平面上に堆積された材料の一部分が上部水平面上に残るようにして、機械的な光変調器を形成するステップを含む。一部の実施形態では、形状を金型にエッチングする前に、金型材料にアンカ用孔をエッチングするステップであって、金型上に堆積された材料がアンカ用孔を埋めてアンカを形成するステップを含む。一態様では、アンカ、第１の細いビーム、および機械的な光変調器の形成に利用する必要があるのは、３つ以下のフォトリソグラフィックマスクである。特定の実施形態では、ＭＥＭＳ装置は、機械的な光変調器およびアンカを含み、第１の細いビームが、基板上に機械的な光変調器を支持し、かつアンカを介して機械的な光を基板に接続し、その方法では３つ以下のフォトリソグラフィックマスクを利用する。
【０００８】
上記の説明は、添付の図面を参照する以下の本発明の詳細な説明から容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】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。
【図１Ｂ】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。
【図２Ａ】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への組み込みに好適な例示的なシャッターベースの光変調器の斜視図である。
【図２Ｂ】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への組み込みに好適なローラーシェードベースの光変調器の断面図である。
【図２Ｃ】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的な実施形態への組み込みに好適なライトタップベースの光変調器の断面図である。
【図３Ａ】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へ組み込まれた光変調器の制御に好適な制御行列の概略図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図３Ａの制御行列に接続されたシャッターベースの光変調器のアレイの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態による、開放状態にあるデュアル作動式シャッターアセンブリの平面図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、閉鎖状態にあるデュアル作動式シャッターアセンブリの平面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態によるディスプレイ装置の断面図である。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図２Ａに示すものと類似の複合シャッターセンブリの構成段階の断面図である。
【図６Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図２Ａに示すものと類似の複合シャッターセンブリの構成段階の断面図である。
【図６Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、図２Ａに示すものと類似の複合シャッターセンブリの構成段階の断面図である。
【図６Ｄ】本発明の例示的な実施形態による、図２Ａに示すものと類似の複合シャッターセンブリの構成段階の断面図である。
【図６Ｅ】本発明の例示的な実施形態による、図２Ａに示すものと類似の複合シャッターセンブリの構成段階の断面図である。
【図７Ａ】本発明の例示的な実施形態による、細い側壁ビームを有する代替的なシャッターアセンブリの構成段階の等角図である。
【図７Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、細い側壁ビームを有する代替的なシャッターアセンブリの構成段階の等角図である。
【図７Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、細い側壁ビームを有する代替的なシャッターアセンブリの構成段階の等角図である。
【図７Ｄ】本発明の例示的な実施形態による、細い側壁ビームを有する代替的なシャッターアセンブリの構成段階の等角図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、ループ状駆動ビームを組み込むシャッターアセンブリの平面図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築されたシャッターアセンブリの等角図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、図９のシャッターアセンブリに至る作製プロセスにおける中間ポイントにおいて金型にパターン化された２次元の犠牲材料の等角図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築されたシャッターアセンブリの等角図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による、図１１のシャッターアセンブリに至る作製プロセスにおける中間ポイントにおいて金型にパターン化された２次元の犠牲材料の等角図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築された、２つの接続されたシャッターアセンブリの等角図である。
【図１４】本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築された、シャッターアセンブリの等角図である。
【図１５】本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築された、シャッターアセンブリの等角図である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築された、シャッターアセンブリの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を全体的に理解してもらうために、以下、画像を表示するための装置および方法を含め、いくつかの例示的な実施形態を説明する。しかしながら、当業者には、本願明細書で説明するシステムおよび方法を、取り組む応用に適切なように適合および修正し得ること、および本願明細書で説明するシステムおよび方法を他の好適な応用に用いることができ、そのような他の追加例および修正例はこの範囲から逸脱しないことを理解されたい。
【００１１】
図１Ａは、本発明の例示的な実施形態による直視型ＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の概略図である。ディスプレイ装置１００は、行と列に配置された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（一般的に「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は開放状態にあり、光が通過できるようになっている。光変調器１０２ｂおよび１０２ｃは閉鎖状態にあり、光の通過を妨害している。光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することによって、１つまたは複数のランプ１０５によって照明される場合に、ディスプレイ装置１００を利用してバックライト付きディスプレイに画像１０４を形成できる。別の実装例では、装置１００は、装置の前面からの周辺光の反射を変調させることによって画像を形成し得る。別の実装例では、装置１００は、ディスプレイの前面に位置決めされた１つまたは複数のランプからの光の反射によって、すなわち前面光を使用することによって画像を形成し得る。別の実装例では、装置１００は、変調アレイの後ろ側にある光源からの光の透過と、同時に、ディスプレイの前面に位置決めされた光源（１つまたは複数のランプ）からの光の反射（半透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）動作と呼ばれる）との双方を変調することによって画像を形成し得る。閉鎖状態または開放状態の一方において、光変調器１０２は、例えば、限定するものではないが、遮断、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折、またはそうでなければ特性または光の経路を変更するものなどによって、光路において光に干渉する。
【００１２】
ディスプレイ装置１００では、各光変調器１０２は、画像１０４における画素１０６に対応する。他の実装例では、ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器を用いて画像１０４に画素１０６を形成し得る。例えば、ディスプレイ装置１００は３つの色特有光変調器１０２を含み得る。特定の画素１０６に対応する色固有光変調器１０２の１つ以上を選択的に開放することによって、ディスプレイ装置１００は画像１０４に色画素１０６を生成することができる。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画素１０６当たり２つ以上の光変調器１０２を含んで、画像１０４にグレースケールをもたらす。画像に関しては、「画素」は、画像の解像度によって規定される最も小さい絵素に対応する。ディスプレイ装置１００の構造用部品に関しては、用語「画素」は、画像の単一の画素を形成する光を変調させるために使用される、機械と電気の複合部品を指す。
【００１３】
ディスプレイ装置１００は、結像光学系を必要としない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。代替的な実施形態では、ディスプレイ装置１００を投射型ディスプレイに組み込む。そのような実施形態では、ディスプレイは、光をスクリーン上または壁上に投射することによって画像を形成する。投射型の応用では、ディスプレイ装置１００は、投射された画像１０４よりも実質的に小さい。
【００１４】
直視型ディスプレイは透過または反射モードのいずれかで、または双方同時に（半透過型と定義される）動作し得る。透過型ディスプレイでは、光変調器は、ディスプレイの後ろに位置決めされた１つまたは複数のランプからの光をフィルタリングするかまたは選択的に遮断する。複数のランプからの光を任意に光ガイドまたは「バックライト」に入射させる。直視透過型ディスプレイの実施形態は、透明基板やガラス基板に組み込まれることが多く、光変調器を含む１つの基板がバックライトの上に直接位置決めされるサンドイッチ組立方式を容易にする。透過型ディスプレイの一部の実施形態では、色特有の光変調器は、カラーフィルタ材料と各変調器１０２とを関連付けることによって作製される。透過型ディスプレイの他の実施形態では、以下説明するように、原色の異なるランプを交互に照明することによるフィールド順次式カラー方法を使用して色を生成できる。
【００１５】
各光変調器１０２はシャッター１０８およびアパーチャ１０９を含む。画像１０４の中の画素１０６を照明するために、アパーチャ１０９を通ってビューワーの方へ光を通過させるようにシャッター１０８を位置決めする。画素１０６に光が当たらない状態を維持するために、光がアパーチャ１０９を通過しないようにシャッター１０８を位置決めする。アパーチャ１０９を、反射性材料または光吸収材料によってパターン化された開口部によって画成する。
【００１６】
ディスプレイ装置はまた、シャッターの動作を制御するために、基板および光変調器に接続された制御行列を含む。制御行列は、画素の行ごとに少なくとも１つの書き込み許可相互接続部１１０（「走査線相互接続部（ｓｃａｎ−ｌｉｎｅ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）とも称する」）と、画素の各列に１つのデータ相互接続部１１２と、全画素にまたはディスプレイ装置１００の複数の列および複数の行双方からの少なくとも複数の画素に共通の電圧を供給する１つの共通の相互接続部１１４とを含む一連の電気相互接続部（例えば、相互接続部１１０、１１２、および１１４）を含む。適切な電圧（「書き込み許可電圧、Ｖｗｅ」）を印加することに応えて、画素の所与の行の書き込み許可相互接続部１１０が、その行の画素が新しいシャッターの移動指示を受理するように準備する。データ相互接続部１１２は、データ電圧パルスの形態で新しい移動指示を通信する。一部の実装例では、データ相互接続部１１２に適用されたデータ電圧パルスは、シャッターの静電運動に直接寄与する。他の実装例では、データ電圧パルスはスイッチ、例えば、トランジスタ、または一般に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他の非線形回路素子を制御する。これらの作動電圧を印加すると、シャッター１０８に静電駆動による運動が生じる。
【００１７】
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を参照すると、ブロック図１５０に示すような上述のディスプレイ装置１００の要素に加えて、ディスプレイ装置１００は、複数のスキャンドライバ１５２（「書き込み許可電圧源」とも称する）および複数のデータドライバ１５４（「データ電圧源」とも称する）を含む。スキャンドライバ１５２は書き込み許可電圧を走査線相互接続部１１０に印加する。データドライバ１５４はデータ電圧をデータ相互接続部１１２に印加する。ディスプレイ装置の一部の実施形態では、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方式で生成される場合に、アナログデータ電圧を光変調器にもたらすように構成されている。アナログ動作では、光変調器１０２を、中間の範囲の電圧がデータ相互接続部１１２を通して印加されるときに、シャッター１０８に中間の範囲の開放状態が生じるように、それゆえ画像１０４に中間の範囲の照明状態またはグレースケールが生じるように設計する。
【００１８】
他の場合では、データドライバ１５４を、２、３、または４つの少ないセットのデジタル電圧レベルのみを制御行列に与えるように構成する。これらの電圧レベルを、シャッター１０８の各々に対して開放状態または閉鎖状態のいずれかにデジタル方式で設定するように設計する。
【００１９】
スキャンドライバ１５２およびデータドライバ１５４を、デジタル制御回路１５６（「制御器１５６」とも称する）に接続する。制御器１５６は入力処理モジュール１５８を含み、入力処理モジュール１５８は、入来する画像信号１５７を、ディスプレイ１００の空間的アドレッシングおよびグレースケール能力に適切なデジタル画像フォーマットにするように、処理する。各画像の画素位置およびグレースケールデータをフレームバッファ１５９に記憶して、必要に応じてデータをデータドライバ１５４に供給できるようにしている。データを大抵は、行によっておよび画像フレームによってグループ化された予め定められたシーケンスにまとめて、シリアル式にデータドライバ１５４に送信する。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、および一部の応用では、デジタルアナログ電圧変換器を含み得る。
【００２０】
ディスプレイ装置１００は、任意に一組の共通のドライバ１５３（共通の電圧源とも称する）を含む。一部の実施形態では、共通のドライバ１５３は、例えば一連の共通の相互接続部１１４に電圧を供給することによって光変調器１０３のアレイ内の全光変調器に共通のＤＣ電位をもたらす。他の実施形態では、共通のドライバ１５３は、制御器１５６からのコマンドに従って、光変調器１０３のアレイに電圧パルスまたは信号、例えばアレイ１０３の複数の行列において全てまたは一部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が可能なグローバルアクチュエーションパルス（ｇｌｏｂａｌ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ  ｐｕｌｓｅ）を出す。
【００２１】
異なるディスプレイ機能のための全てのドライバ（例えば、スキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、および共通のドライバ１５３）の時間が、制御器１５６のタイミング制御モジュール１６０によって同期される。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を介して赤色、緑色、青色および白色のランプ（それぞれ１６２、１６４、１６６、および１６７）の照明、画素１０３のアレイ内の特定の行の書き込み許可および順序付け、データドライバ１５４からの電圧の出力、および光変調器を作動させる電圧の出力を調整する。
【００２２】
制御器１５６は順序付けまたはアドレッシングスキームを決定し、それにより、アレイ１０３の各シャッター１０８を、新しい画像１０４に適切な照明レベルに再設定できる。好適なアドレッシング技術、画像形成技術、およびグレースケール技術の詳細は、米国特許出願第１１／３２６，６９６号明細書および同第１１／６４３，０４２号明細書（本願明細書に援用する）で見出される。新しい画像１０４を周期的な間隔で設定できる。例えば、ビデオディスプレイでは、カラー画像１０４またはビデオのフレームが、１０〜３００ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。一部の実施形態では、アレイ１０３への画像フレームの設定はランプ１６２、１６４、および１６６の照明と同期されて、画像フレームが交互に、一連の色、例えば赤、緑、および青などで代わる代わる照明される。各個々の色のための画像フレームをカラーサブフレームと称する。この方法では、フィールド順次式カラー方法と称するが、カラーサブフレームが２０Ｈｚ超の周波数で交替される場合に、人の脳は、交互にでるフレーム画像を、広範で連続的な色を有する画像として認知するように平均化する。代替的な実装例では、赤、緑、および青以外の原色を用いて、ディスプレイ装置１００に、原色を備える４つ以上のランプを用いることができる。
【００２３】
一部の実装例では、ディスプレイ装置１００がシャッター１０８の開放状態と閉鎖状態との間のデジタル切り替え用に設計されている場合、制御器１５６は、アドレッシングシーケンスおよび／または画像フレーム間の時間間隔を決定して、適切なグレースケールで画像１０４を生成する。シャッター１０８が特定のフレームにおいて開放している時間を制御することによって様々なレベルのグレースケールを生成するプロセスは、時分割グレースケールと称する。時分割グレースケールの一実施形態では、制御器１５６は、その画素で望まれる照明レベルまたはグレースケールに従ってシャッター１０８が開放状態のままとなるように各フレーム内の期間または何分の一かの時間を決定する。他の実装例では、各画像フレームに対して、制御器１５６はアレイ１０３の複数の行列に複数のサブフレーム画像を設定し、制御器は、グレースケール用の符号語内で用いられるグレースケール値または有意値（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ  ｖａｌｕｅ）に比例して各サブフレーム画像が照明される持続期間を変更する。例えば、一連のサブフレーム画像の照明時間を、バイナリ符号化シリーズ１、２、４、８・・・に比例して変更できる。次いで、アレイ１０３の各画素用のシャッター１０８を、グレーレベル用の画素のバイナリ符号語内の対応する位置における値に従って、サブフレーム画像内で開放または閉鎖状態のいずれかに設定する。画素に３つ以上のレベル、例えば４つのレベル状態をもたせて、追加的な空間的に変更されたグレーレベルのための部分的な開放状態および部分的な閉鎖状態を含ませることも可能である。
【００２４】
他の実装例では、制御器は、特定のサブフレーム画像に望まれる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。シャッター１０８のアレイから色およびグレースケールを形成するために多くのハイブリッド技術も利用可能である。例えば、上述の時分割技術は、画素毎の複数のシャッター１０８の使用と組み合わせることができ、または特定のサブフレーム画像用のグレースケール値は、サブフレームタイミングとランプ強度の双方の組み合わせによって確立できる。これらのおよび他の実施形態の詳細は、上述の米国特許出願第１１／６４３，０４２号明細書で見出すことができる。
【００２５】
一部の実装例では、画像状態１０４用のデータは制御器１５６によって、個々の行（走査線とも称する）の順次アドレッシングにより変調器アレイ１０３にロードされる。順次の各行または走査線のために、スキャンドライバ１５２は、アレイ１０３のその行の書き込み許可相互接続部１１０に書き込み許可電圧を印加し、その後、データドライバ１５４は、所望のシャッター状態に対応するデータ電圧を、選択した行の各列に供給する。データがアレイの全ての行にロードされるまでこのプロセスを繰り返す。一部の実装例では、データローディングに選択された行のシーケンスは線形であり、アレイの上部から底部へと続いている。他の実装例では、選択された行のシーケンスは擬似ランダム化されて、視覚的なアーティファクトを最小限にする。他の実装例では、順序付けをブロックによって系統立て、各ブロックに、例えば連続するアレイを５行毎にのみアドレッシングすることによって、画像状態１０４のある一部分のみ用のデータをアレイにロードする。
【００２６】
一部の実装例では、画像データをアレイ１０３にローディングするプロセスは、シャッター１０８を作動させるプロセスと時間的に分離されている。これらの実装例では、変調器アレイ１０３は、アレイ１０３の各画素にデータ記憶素子を含み、かつ制御行列は、共通のドライバ１５３からトリガ信号を伝送するためにグローバルアクチュエーション相互接続部を含んで、記憶素子に記憶されたデータに従ってシャッター１０８の同時作動を開始し得る。種々のアドレッシングシーケンス（多くが米国特許出願第１１／６４３，０４２号明細書に記載されている）は、タイミング制御モジュール１６０によって調整し得る。
【００２７】
代替的な実施形態では、画素１０３のアレイおよび画素を制御する制御行列を、矩形の行列以外の構成に配置し得る。例えば、画素を六角形のアレイや曲線のある行列に配置できる。概して、ここで使用するように、用語「走査線」は、書き込み許可相互接続部を共有する任意の複数の画素を指す。
【００２８】
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を含む。各ブロックは、区別可能なハードウェア回路および／または実行コードのモジュールのいずれかを指すと理解できる。一部の実装例では、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つながれた別個のチップまたは回路として提供される。あるいは、これらの回路の多くを、ガラスまたはプラスチックの同じ基板上の画素アレイ１０３と共に作製できる。他の実装例では、ブロック図１５０からの複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および／または制御機能を一緒に、単一のシリコンチップ内に統合してもよく、次いでそのシリコンチップは、透明基板保持画素アレイ１０３に直接接着される。
【００２９】
制御器１５６はプログラミングリンク１８０を含み、それにより、制御器１５６内で実施されるアドレッシング、色、および／またはグレースケールアルゴリズムを、特定の応用への必要性に従って変更できる。一部の実施形態では、プログラミングリンク１８０は環境センサ、例えば周辺光センサや温度センサから情報を伝え、制御器１５６が、環境条件に一致して結像モードまたはバックライトパワーを調整できるようにする。制御器１５６はまた、ランプならびに光変調器作動に必要な電力を提供する電力供給入力１８２を含む。必要に応じて、ドライバ１５２、１５３、１５４、および／または１６８は、１８２の入力電圧を、シャッター１０８の作動またはランプ、例えばランプ１６２、１６４、１６６、および１６７の照明に十分な種々の電圧に変換するために、ＤＣ−ＤＣ変換器を含むかまたはそれと連携し得る。
【００３０】
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ベースのディスプレイ装置１００への組み込みに好適な例示的なシャッターベースの光変調器２００の斜視図である。シャッターベースの光変調器２００（シャッターアセンブリ２００とも称する）は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッター２０２を含む。アクチュエータ２０４を２つの別個のコンプライアント電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）から形成する（２００５年１０月１４日出願の米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書に記載の通り）。シャッター２０２は片側でアクチュエータ２０５に結合する。アクチュエータ２０５は表面２０３上で、表面２０３に対して実質的に平行な運動面においてシャッター２０２を横方向に移動させる。シャッター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もたらすスプリング２０７に結合する。スプリング２０７を別のアクチュエータによって置き換えて、弾性のスプリング力ではなく作動力を使用してシャッター２０２を表面２０３上で横方向に、アクチュエータ２０４の方向とは反対方向に動かすことも可能である。
【００３１】
各アクチュエータ２０５は、シャッター２０２をロードアンカ２０８に接続するコンプライアントロードビーム２０６を含む。ロードアンカ２０８はコンプライアントロードビーム２０６とともに、機械的な支持体としての機能を果たし、シャッター２０２を表面２０３の近傍に浮かした状態に維持する。ロードアンカ２０８はコンプライアントロードビーム２０６およびシャッター２０２を表面２０３に物理的に接続し、かつロードビーム２０６をバイアス電圧点に、一部の例では、地面に電気的に接続する。
【００３２】
各アクチュエータ２０５はまた、各ロードビーム２０６に隣接して位置決めされたコンプライアント駆動ビーム２１６を含む。駆動ビーム２１６は一方の端部において、駆動ビーム２１６間で共有される駆動ビームアンカ２１８に結合する。各駆動ビーム２１６の他方の端部は自由に動く。しかしながら、駆動ビーム２１６の他方の端部が完全に自由に動くわけではなく、部分的に抑制されている実装例もある。各駆動ビーム２１６を、駆動ビーム２１６の自由端付近のロードビーム２０６およびロードビーム２０６の固定端に最も接近するように、湾曲できる。
【００３３】
表面２０３は、透過型または半透過型の実施形態において光を通過させるように１つ以上のアパーチャ２１１を含む。シャッターアセンブリ２００が、例えばシリコンで作製された不透明な基板上に形成されている場合、表面２０３は基板の表面であり、およびアパーチャ２１１は、基板に孔のアレイをエッチングすることによって形成される。シャッターアセンブリ２００が、例えばガラスやプラスチックで作製された透明基板上に形成されている場合、表面２０３は、基板上に堆積された遮光層の表面であり、アパーチャは、表面２０３に孔のアレイ２１１をエッチングすることによって形成される。アパーチャ２１１は一般的に円形、楕円形、多角形、Ｓ字曲線、または形状が不規則である。反射型または一部の半透過型の実施形態では、領域２１１は、周囲の基板よりも反射率の高いまたは反射率の低いエリアを示す場合があり、シャッターアセンブリ２００の動きによって、シャッターベースの光変調器２００からの全反射光を変調させる。
【００３４】
動作中、光変調器２００を組み込むディスプレイ装置は、駆動ビームアンカ２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を与える。第２の電位をロードビーム２０６に印加し得る。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との間に得られる電位差によって、駆動ビーム２１６の自由端をロードビーム２０６の固定端の方へ引張り、およびロードビーム２０６のシャッター端部を駆動ビーム２１６の固定端の方へ引張り、それにより、シャッター２０２を駆動アンカ２１８の方へ横方向に駆動する。コンプライアント部材２０６はスプリングの機能を果たし、ビーム２０６および２１６にわたる電圧が除去されると、ロードビーム２０６がシャッター２０２をその初期位置に戻すように押して、ロードビーム２０６に保持された応力を解放するようにする。
【００３５】
シャッターアセンブリ２００（弾性シャッターアセンブリとも称する）は、電圧が除去された後にシャッターをその静止または弛緩位置に戻すために、受動的な復元力、例えばスプリングを含む。いくつもの弾性復元メカニズムおよび種々の静電結合を静電アクチュエータにまたはそれと併用して設計することができ、シャッターアセンブリ２００に示すコンプライアントビームは一例にすぎない。他の例は米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書および同第１１／３２６，６９６号明細書（本願明細書に援用する）に記載されている。例えば、動作の「開放」状態と「閉鎖」状態との間の突然遷移に有利に働き、かつ多くの場合にシャッターアセンブリに双安定のまたはヒステリシス動作特性をもたらす高度な非線形電圧−変位応答を提供できる。他の静電アクチュエータを、アナロググレースケール動作に好ましいとし得るように、より増分的な電圧−変位応答を行いかつ大幅にヒステリシスを低減させて設計できる。
【００３６】
弾性シャッターアセンブリ内のアクチュエータ２０５は、閉鎖または作動位置と弛緩位置との間で動作すると言われる。しかしながら、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、シャッターアセンブリ２００が「開放」、すなわち光を通過させる状態、または「閉鎖」、すなわち光を遮断する状態のいずれかにあるようにアパーチャ２１１を配置するように選択できる。例示を目的として、以下、本願明細書で記載される弾性シャッターアセンブリがそれらの弛緩位置において開放しているように設計されていると仮定する。
【００３７】
多くの場合では、シャッターアセンブリの一部として「開放」および「閉鎖」アクチュエータの二重のセットを提供し、そのため制御電子回路が、開放状態および閉鎖状態のいずれかにシャッターを静電的に駆動可能であることが好ましい。
【００３８】
代替的な実施形態では、ディスプレイ装置１００は、横方向シャッターベースの光変調器、例えば上述のシャッターアセンブリ２００以外の光変調器を含む。例えば、図２Ｂは、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装置１００の代替的な実施形態への組み込みに好適なローリングアクチュエータシャッターベースの光変調器２２０の断面図である。さらに米国特許第５，２３３，４５９号明細書、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ」、および米国特許第５，７８４，１８９号明細書、「Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」（これらの全体を本願明細書に援用する）で説明されているように、ローリングアクチュエータベースの光変調器は、固定電極に対向して配置されかつ電界印加時にシャッターを生成するために好ましい方向に移動させるためにバイアスされた可動電極を含む。一実施形態では、光変調器２２０は、基板２２８と絶縁層２２４との間に配置されたプレーナ電極２２６、および絶縁層２２４に取り付けられた固定端部２３０を有する可動電極２２２を含む。電圧が全く印加されていない場合、可動電極２２２の可動端部２３２は固定端部２３０の方へ自由に転がり、巻かれた状態となる。電極２２２と２２６との間に電圧が印加されることによって、可動電極２２２が広がって絶縁層２２４に対して平らになり、それにより、基板２２８を通して伝わる光を遮断するシャッターの機能を果たす。可動電極２２２は、電圧が除去された後に弾性復元力によって、巻かれた状態に戻る。巻かれた状態の方へのバイアスは、不均一な初期応力または歪み状態を含むように可動電極２２２を製造することによって達成し得る。
【００３９】
図２Ｃは、例示的な非シャッターベースのＭＥＭＳ光変調器２５０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装置１００の代替的な実施形態への組み込みには、ライトタップ（ｌｉｇｈｔ  ｔａｐ）変調器２５０が好適である。さらに米国特許第５，７７１，３２１号明細書「Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ  ａｎｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ」（その全体を本願明細書に援用する）で説明しているように、ライトタップは、減衰内部全反射の原理に従って動く。すなわち、光２５２が光ガイド２５４に伝播し、そこでは、干渉なく、光２５２の大部分が内部全反射のために光ガイド２５４からその前面または後面を通して出射することができない。ライトタップ２５０は、十分高い屈折率を有するタップ要素２５６を含み、光ガイド２５４と接触しているタップ要素２５６に応答して、タップ要素２５６に隣接する光ガイド２５４の表面に入射する光２５２が、光ガイド２５４からタップ要素２５６を通ってビューワーの方に出射し、それにより画像を形成する。
【００４０】
一実施形態では、タップ要素２５６は、可撓性のある透明材料のビーム２５８の一部として形成される。電極２６０は、ビーム２５８の片面の一部分を被覆している。対向する電極２６０を光ガイド２５４に配置する。電極２６０全体に電圧を印加することによって、光ガイド２５４に対するタップ要素２５６の位置を制御して、光ガイド２５４から選択的に光２５２を抽出できる。
【００４１】
ローラベースの光変調器２２０およびライトタップ２５０は、本発明の種々の実施形態に含めるのに好適なＭＥＭＳ光変調器の唯一の例ではない。他のＭＥＭＳ光変調器も存在でき、かつ本発明に有用に組み込むことができることを理解されたい。
【００４２】
米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書および同第１１／３２６，６９６号明細書では、シャッターのアレイを、制御行列を介して制御し、適切なグレースケールで画像、多くの場合は動画を生成できる様々な方法が説明されている。一部の場合には、制御は、ディスプレイの周辺でドライバ回路に接続された行相互接続部および列相互接続部のパッシブマトリックスアレイによって達成される。他の場合には、アレイ（いわゆるアクティブマトリックス）の各画素内にスイッチングおよび／またはデータ記憶素子を含み、ディスプレイの速度、グレースケールおよび／または電力消費性能のいずれかを改善することが適切である。
【００４３】
図３Ａは、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装置１００に組み込まれる、光変調器の制御に好適な制御行列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の制御行列３００に接続された、シャッターベースの光変調器のアレイ３２０の斜視図である。制御行列３００は、画素のアレイ３２０（「アレイ３２０」）に対処し得る。各画素３０１は、アクチュエータ３０３によって制御される弾性シャッターアセンブリ３０２、例えば図２Ａのシャッターアセンブリ２００を含む。
【００４４】
各画素はまた、アパーチャ３２４を含むアパーチャ層３２２を含む。シャッターアセンブリ、例えばシャッターアセンブリ３０２およびその変形例のさらなる電気的および機械的な説明は、米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書および同第１１／３２６，６９６号明細書で見出される。交番制御マトリックスの説明はまた、米国特許出願第１１／６０７，７１５号明細書で見出される。
【００４５】
制御行列３００は、シャッターアセンブリ３０２が形成される基板３０４の表面上に、拡散または薄膜堆積された電気回路として作製される。制御行列３００は、制御行列３００の画素３０１の各行に走査線相互接続部３０６、および制御行列３００の画素３０１の各列にデータ相互接続部３０８を含む。各走査線相互接続部３０６は、画素３０１の対応する行において書き込み許可電圧源３０７を画素３０１に電気的に接続する。各データ相互接続部３０８は、画素３０１の対応する列においてデータ電圧源（「Ｖｄ源」）３０９を画素３０１に電気的に接続する。制御行列３００では、データ電圧Ｖｄは、シャッターアセンブリ３０２の作動に必要なエネルギーの大部分を提供する。それゆえ、データ電圧源３０９はまた作動電圧源としての機能を果たす。
【００４６】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、画素３２０のアレイの各画素３０１または各シャッターアセンブリ３０２のために、制御行列３００は、トランジスタ３１０およびコンデンサ３１２を含む。各トランジスタ３１０のゲートは、画素３０１があるアレイ３２０において行の走査線相互接続部３０６に電気的に接続されている。各トランジスタ３１０の電源は、その対応するデータ相互接続部３０８に電気的に接続されている。各シャッターアセンブリ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、対応するコンデンサ３１２の１つの電極と並列に、および対応するアクチュエータ３０３の電極の一方と電気的に接続されている。シャッターアセンブリ３０２におけるコンデンサ３１２の他方の電極およびアクチュエータ３０３の他方の電極は、共通または接地電位点に接続されている。代替的な実装例では、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−金属のサンドイッチ型のスイッチング素子に置き換えることができる。
【００４７】
動作中、画像を形成するために、制御行列３００は、Ｖｗｅを各走査線相互接続部３０６に印加することによって、連続するアレイ３２０の各行を書き込み許可する。書き込み許可された行の場合、行において画素３０１のトランジスタ３１０のゲートにＶｗｅを印加することによって、トランジスタ３１０によりデータ相互接続部３０８に電流を流すことができ、シャッターアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３に電位を印加する。行は書き込み許可される一方、データ相互接続部３０８にデータ電圧Ｖｄが選択的に印加される。アナロググレースケールをもたらす実装例では、各データ相互接続部３０８にかけられたデータ電圧は、書き込み許可された走査線相互接続部３０６とデータ相互接続部３０８との交差点に配置された画素３０１の所望の明るさとの関連で変更される。デジタル制御スキームを提供する実装例では、データ電圧は、比較的低い大きさの電圧（すなわち、大地に近い電圧）、またはＶａｔ（作動閾値電圧）に適合するかまたはそれを超える電圧のいずれかとなるように選択される。Ｖａｔをデータ相互接続部３０８に印加することに応答して、対応するシャッターアセンブリ３０２におけるアクチュエータ３０３は、そのシャッターアセンブリ３０２にあるシャッターの開口部を作動させる。データ相互接続部３０８にかけられた電圧は、制御行列３００が行へＶｗｅを印加することやめた後でも画素３０１のコンデンサ３１２に蓄えられたままである。それゆえ、シャッターアセンブリ３０２を作動させるのに十分な時間、行上の電圧Ｖｗｅを待機および保持する必要はない；そのような作動は、書き込み許可電圧が行から除去された後に開始できる。コンデンサ３１２はまた、アレイ３２０内で記憶素子の機能を果たし、画像フレームの照明に必要な期間作動指示を記憶する。
【００４８】
アレイ３２０の画素３０１ならびに制御行列３００は、基板３０４上に形成される。アレイは、基板３０４上に配置されたアパーチャ層３２２を含み、アパーチャ層は、アレイ３２０の各画素３０１に１組のアパーチャ３２４を含む。アパーチャ３２４は各画素でシャッターアセンブリ３０２と整列される。一実装例では、基板３０４は透明材料、例えばガラスやプラスチックで製造されている。別の実装例では、基板３０４は不透明材料で製造されているが、そこに孔がエッチングされてアパーチャ３２４を形成している。反射型または半透過型動作のさらに別の実装例では、領域３２４が、周囲の基板よりも反射率が高いまたは低いエリアを示すことができ、シャッターアセンブリの動きが、変調面の前側にある光源からの光の反射成分を変調させる働きをする。
【００４９】
シャッターアセンブリ３０２の構成要素を同じ基板上で制御行列３００と同時にまたはそれに続く処理ステップのいずれかで処理する。制御行列３００の電気部品は、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じように、多くの薄膜技術を使用して作製される。利用可能な技術は、Ｄｅｎ  Ｂｏｅｒ，Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，２００５）（本願明細書に援用する）で説明されている。シャッターアセンブリは、マイクロマシニングの分野と同様のまたはマイクロメカニカル（すなわち、ＭＥＭＳ）装置の製造からの技術を使用して作製される。多くの適用可能な薄膜ＭＥＭＳ技術は、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ，ｅｄ．，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ＆  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，Ｗａｓｈ．１９９７）（本願明細書に援用する）に記載されている。ガラス基板上に形成されたＭＥＭＳ光変調器に特有の作製技術は、米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書および同第１１／７３１，６２８号明細書（それらの全体を本願明細書に援用する）に記載されている。例えば、これらの特許出願に記載されているように、シャッターアセンブリ３０２は、化学蒸着プロセスによって堆積された非晶質シリコンの薄膜から形成できる。
【００５０】
シャッターアセンブリ３０２はアクチュエータ３０３とともに、双安定に作製され得る。すなわち、シャッターは少なくとも２つの均衡位置（例えば開放または閉鎖）で存在することができる一方、それらをいずれかの位置に保持するためには、ほとんどまたは全く電力を必要としない。具体的には、シャッターアセンブリ３０２は機械的に双安定である。シャッターアセンブリ３０２のシャッターが適切な位置に設定されたら、その位置に維持するための電気的エネルギーまたは保持電圧を必要としない。シャッターアセンブリ３０２の物理的要素にかかる機械的応力によってシャッターを適所に保持できる。
【００５１】
シャッターアセンブリ３０２はまたアクチュエータ３０３とともに電気的に双安定に作製できる。電気的に双安定のシャッターアセンブリでは、シャッターアセンブリの作動電圧未満のさまざまな範囲の電圧が存在し、その電圧が閉鎖アクチュエータにかけられる場合（シャッターは開放または閉鎖のいずれかである）、シャッターに反対向きの力が加えられてもアクチュエータを閉鎖状態に、かつシャッターを適切な位置に保持する。反対向きの力は、スプリング、例えばシャッターベースの光変調器２００のスプリング２０７によって加えられてもよいし、または反対向きの力は、対向するアクチュエータ、例えば「開放」または「閉鎖」アクチュエータによって加えられてもよい。
【００５２】
光変調器アレイ３２０を、画素毎に単一のＭＥＭＳ光変調器を有するものとして示す。各画素に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、それにより、各画素において単にバイナリの「オン」または「オフ」の光学的状態以上のものを示す可能性をもたらす他の実施形態が可能である。画素に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、かつ各光変調器と関連するアパーチャ３２４が同じでないエリアを有する場合には、符号化エリア分割グレースケールの一定の形態が可能である。
【００５３】
他の実施形態では、ローラベースの光変調器２２０およびライトタップ２５０ならびに他のＭＥＭＳベースの光変調器を、光変調器アレイ３２０においてシャッターアセンブリ３０２に代替できる。
【００５４】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の種々の実施形態に含めるのに好適な代替的なシャッターベースの光変調器（シャッターアセンブリ）４００を示す。光変調器４００は、デュアルアクチュエータシャッターアセンブリの例であり、図４Ａにおいては開放状態で示されている。図４Ｂは、デュアルアクチュエータシャッターアセンブリ４００の閉鎖状態の図である。シャッターアセンブリ４００の詳細は、上述の米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書で説明されている。シャッターアセンブリ２００とは対照的に、シャッターアセンブリ４００は、シャッター４０６の各側にアクチュエータ４０２および４０４を含む。各アクチュエータ４０２および４０４は独立して制御される。第１のアクチュエータ、シャッター開放アクチュエータ４０２は、シャッター４０６を開放する働きをする。第２の反対側のアクチュエータ、シャッター閉鎖アクチュエータ４０４は、シャッター４０６を閉鎖する働きをする。両アクチュエータ４０２および４０４はコンプライアント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、実質的にアパーチャ層４０７に対して平行な、上側にシャッターが浮いた状態で置かれる平面においてシャッター４０６を駆動することによってシャッター４０６を開閉する。シャッター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４０８によって、アパーチャ層４０７から少し離れたところに浮かして置かれる。シャッター４０６の両端部に取り付けられた支持体をその移動軸に沿って含めることは、シャッター４０６の面外への動きを低減させ、実質的に基板に対して平行な平面に動きを限定する。図３Ａの制御行列３００と同様に、シャッターアセンブリ４００との使用に好適な制御行列は、対向するシャッター開放アクチュエータ４０２およびシャッター閉鎖アクチュエータ４０４のそれぞれに１つのトランジスタおよび１つのコンデンサを含み得る。
【００５５】
シャッター４０６は、光が通過できる２つのシャッターアパーチャ４１２を含む。アパーチャ層４０７は、３つ１組のアパーチャ４０９を含む。図４Ａでは、シャッターアセンブリ４００は開放状態にあり、そのようなものとして、シャッター開放アクチュエータ４０２は作動されており、シャッター閉鎖アクチュエータ４０４はその弛緩位置にあり、アパーチャ４１２および４０９の中心線は一致している。図４Ｂでは、シャッターアセンブリ４００は閉鎖状態に動かされており、そのようなものとして、シャッター開放アクチュエータ４０２はその弛緩位置にあり、シャッター閉鎖アクチュエータ４０４は作動されており、ここでシャッター４０６の遮光部分は適切な位置にあって、アパーチャ４０９（点線で示す）を透過する光を遮断する。
【００５６】
各アパーチャはその周辺に少なくとも１つの縁部を有する。例えば、矩形のアパーチャ４０９は４つの縁部を有する。円形、楕円形、卵形、または他の湾曲したアパーチャがアパーチャ層４０７に形成されている代替的な実装例では、各アパーチャは、単一の縁部を有するにすぎない。他の実装例では、アパーチャは、数学的な意味では分離または解体される必要はないが、その代わりに接続できる。すなわち、アパーチャの一部分または成形区域は、各シャッターとの対応を維持し得る一方、これらの区域のいくつかを、アパーチャの単一の連続的な周辺が複数のシャッターによって共有されるように接続し得る。
【００５７】
開放状態において様々な出射角度の光がアパーチャ４１２および４０９を通過できるようにするために、シャッターアパーチャ４１２の幅またはサイズを、アパーチャ層４０７のアパーチャ４０９の対応する幅またはサイズよりも大きくすることが有利である。閉鎖状態において効果的に光の出射を阻止するために、シャッター４０６の遮光部分がアパーチャ４０９と重なることが好ましい。図４Ｂは、シャッター４０６の遮光部分の縁部と、アパーチャ層４０７に形成されたアパーチャ４０９の１つの縁部との間の、予め定められた重なり部分４１６を示す。
【００５８】
静電アクチュエータ４０２および４０４は、それらの電圧変位挙動がシャッターアセンブリ４００に双安定の特性をもたらすように、設計される。シャッター開放アクチュエータおよびシャッター閉鎖アクチュエータのそれぞれに作動電圧未満の範囲の電圧が存在し、その電圧はアクチュエータが閉鎖状態にあるときに（シャッターは開放または閉鎖のいずれかである）かけられる場合、対向するアクチュエータに作動電圧がかけられた後でも、アクチュエータを閉鎖状態に、およびシャッターを適切な位置に保持する。シャッターの位置を、そのような反対向きの力に対して維持するのに必要な最小電圧を、維持電圧Ｖｍと称する。双安定の動作特性を利用するいくつもの制御マトリックスが、上述の米国特許出願第１１／６０７，７１５号明細書で説明されている。
【００５９】
図５は、本発明の例示的な実施形態による、シャッターベースの光変調器（シャッターアセンブリ）５０２を組み込んでいるディスプレイ装置５００の断面図である。各シャッターアセンブリはシャッター５０３およびアンカ５０５を組み込んでいる。アンカ５０５とシャッター５０３との間で接続されるときに、シャッターを表面から少し離して浮かした状態にするのを助けるコンプライアントビームアクチュエータは図示していない。シャッターアセンブリ５０２を、好ましくはプラスチック、石英、またはガラス製の透明基板５０４上に配置する。基板５０４に配置された、後面に面した反射層、反射膜５０６が、シャッターアセンブリ５０２のシャッター５０３の閉鎖位置の下側に配置された複数の表面アパーチャ５０８を画成する。反射膜５０６は、表面アパーチャ５０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ装置５００の後ろ側に戻す。反射アパーチャ層５０６を、スパッタリング、蒸発、イオンメッキ、レーザアブレーション、または化学蒸着を含むいくつもの蒸着技術によって薄膜式に形成されたものを含めずに、微粒子金属膜とし得る。別の実装例では、後面に面した反射層５０６を鏡、例えば誘電体ミラーから形成できる。誘電体ミラーは、屈折率の高い材料と低い材料とを交互にした誘電体薄膜の積層体から作製できる。シャッター５０３を反射膜５０６から分離するため、シャッターが自由に動ける垂直方向の間隙は０．５〜１０ミクロンの範囲である。垂直方向の間隙の大きさは、好ましくは、図４Ｂに示す重なり部分４１６のような閉鎖状態におけるシャッター５０３の縁部とアパーチャ５０８の縁部との間の横方向の重なりよりも少ない。
【００６０】
ディスプレイ装置５００は、様々な考えられる向き（ここでは１つのみを示す）の任意選択の拡散器５１２および／または任意選択の明るさを高める膜５１４を含み、それらは、基板５０４を平面光ガイド５１６から分離する。光ガイドは、透明な、すなわちガラスまたはプラスチック材料で構成されている。光ガイド５１６を１つ以上の光源５１８によって照明し、バックライトを形成する。光源５１８を、例えば、限定はしないが、白熱ランプ、蛍光ランプ、レーザ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）とし得る。反射体５１９がランプ５１８からの直接光を光ガイド５１６へ向けるのに役立つ。前面に面した反射膜５２０をバックライト５１６の後ろ側に配置し、光をシャッターアセンブリ５０２の方へ反射させる。シャッターアセンブリ５０２の１つを通過しない、バックライトからの光線５２１のような光線がバックライトに戻されて、再び膜５２０に反射される。このようにして、第１の通過上で画像を形成するためにディスプレイから出射できない光は再利用されて、シャッターアセンブリ５０２のアレイの他の開放アパーチャでの透過に利用される。そのような光の再利用は、ディスプレイの照明効率を高めるために示した。
【００６１】
光ガイド５１６は、ランプ５１８からアパーチャ５０８の方へ、従ってディスプレイの前側へ光を向け直す１組の幾何学的な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、光ガイド５１６のプラスチック本体に、交互に三角形、台形、または湾曲の断面形状で成形できる。プリズム５１７の密度は一般的に、ランプ５１８からの距離とともに増加する。
【００６２】
代替的な実施形態では、アパーチャ層５０６は光吸収材料で作製され、代替的な実施形態では、シャッター５０３の表面は光吸収材料または光反射材料のいずれかで被覆できる。代替的な実施形態では、アパーチャ層５０６は光ガイド５１６の表面上に直接堆積できる。代替的な実施形態では、アパーチャ層５０６をシャッター５０３およびアンカ５０５と同じ基板上に配置する必要はない（以下説明するＭＥＭＳダウン構成を参照のこと）。ディスプレイ照明システムのこれらのおよび他の実施形態の詳細は、米国特許出願第１１／２１８，６９０号明細書および同第１１／５２８，１９１号明細書（それらの全体を本願明細書に援用する）で説明されている。
【００６３】
一実装例では、光源５１８は、異なる色、例えば赤色、緑色、および青色のランプを含むことができる。人の脳が、異なる色の画像を単一のマルチカラー画像へと平均化するのに十分な速度で、異なる色のランプで連続的に照明することによってカラー画像を形成できる。シャッターアセンブリ５０２のアレイを使用して様々な色特有の画像が形成される。別の実装例では、光源５１８は、４色以上を有するランプを含む。例えば、光源５１８は、赤色、緑色、青色および白色のランプを有しても、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。
【００６４】
カバープレート５２２はディスプレイ装置５００の前面を形成する。カバープレート５２２の後面をブラックマトリックス５２４で被覆して、コントラストを高めることができる。代替的な実装例では、カバープレートは、異なるシャッターアセンブリ５０２に対応する色フィルタ、例えば別個の赤色、緑色および青色のフィルタを含む。カバープレート５２２は、シャッターアセンブリ５０２から予め定められた距離だけ離れて支持されて、間隙５２６を形成する。間隙５２６は、機械的な支持体またはスペーサ５２７によっておよび／またはカバープレート５２２を基板５０４に取り付ける接着シール５２８によって維持される。
【００６５】
接着シール５２８は作動流体５３０を閉じ込める。作動流体５３０は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度、好ましくは約２．０超の比誘電率、および約１０４Ｖ／ｃｍ超の絶縁破壊強度で処理される。作動流体５３０はまた潤滑剤の機能も果たし得る。一実装例では、作動流体５３０は、表面ぬれ性が高い疎水性液体である。代替的な実装例では、作動流体５３０は、基板５０４の屈折率よりも高いまたは低い屈折率を有する。
【００６６】
シーリング材５２８をエポキシ、アクリレート、またはシリコーン材料のような高分子接着剤から形成できる。接着シール５２８は好ましくは約２００℃未満の硬化温度を有する必要があり、好ましくは１℃当たり約５０ｐｐｍ未満の熱膨張係数を有する必要があり、かつ耐湿性である必要がある。例示的なシーラント５２８はＥｐｏｘｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃから販売されているＥＰＯ−ＴＥＫ  Ｂ９０２１−１である。代替的な実施形態では、接着剤は、はんだ金属またはガラスフリット化合物のような、熱によりリフロー可能な材料から形成される。
【００６７】
接着シール５２８は作動流体５３０を閉じ込める。作動流体５３０は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度、好ましくは約２．０超の比誘電率、および約１０４Ｖ／ｃｍ超絶縁破壊強度で処理される。作動流体５３０はまた潤滑剤の機能も果たし得る。代替的な実装例では、作動流体５３０は、基板５０４の屈折率よりも高いまたは低い屈折率を有する。一実装例では、作動流体の屈折率は２．０超である。好適な作動流体５３０としては、限定はしないが、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコーン油、ヘプタン、オクタン、フッ素化シリコーン油、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が挙げられる。
【００６８】
別の実装例では、作動流体５３０は、表面ぬれ性が高い疎水性液体である。好ましくは、そのぬれ性は、シャッターアセンブリ５０２の前面および後面をぬらすのに十分である。疎水性流体は、シャッターアセンブリ５０２の表面から水を排出させることができる。別の実装例では、作動流体５３０は、直径が０．２〜２０ミクロンの範囲の粒子の懸濁液を含有する。そのような粒子は光を散乱させてディスプレイの視角を広くする。別の実装例では、作動流体５３０は、可視光の周波数の一部または全てを吸収するために溶液中に染料分子を含有して、ディスプレイのコントラストを高める。別の実装例では、流体は、エタノール、イオン流体、ＢＨＴなどの添加剤または他の添加剤を含有して、アセンブリの表面上の正電荷をわずかに伝導するかまたは他の方法でその正電荷の増大を回避する。
【００６９】
シートメタルまたは成形プラスチックのアセンブリブラケット５３２が、カバープレート５２２、基板５０４、バックライト５１６および他の構成部品を一緒に縁部の周囲に保持する。アセンブリブラケット５３２はねじまたは刻みタブ（ｉｎｄｅｎｔ  ｔａｂ）で締結され、複合ディスプレイ装置５００に剛性を加える。一部の実施例では、光源５１８はエポキシ埋込用樹脂によって適所に成形される。反射体５３６は、光ガイド５１６の縁部から出射する光を光ガイドに戻すのを助ける。図５には、シャッターアセンブリ５０２に制御信号およびランプ５１８に電力をもたらす電気相互接続部は図示しない。
【００７０】
それゆえ、製造方法を含むディスプレイ装置５００のさらなる詳細および代替的な構成は、米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書および同第１１／７３１，６２８号明細書、（それらの全体を本願明細書に援用する）に見出される。
【００７１】
ディスプレイ装置５００は、ＭＥＭＳアップ構成と称する。ここで、ＭＥＭＳベースの光変調器は基板５０４の前面、すなわちビューワーに向いている側の表面上に形成される。シャッターアセンブリ５０２は反射アパーチャ層５０６の上に直接組み立てられる。ＭＥＭＳダウン構成と称する本発明の代替的な実施形態では、シャッターアセンブリは、反射アパーチャ層が形成される基板とは別の基板上に配置される。複数のアパーチャを画成する、反射アパーチャ層が形成される基板は、本願明細書ではアパーチャプレートと称する。ＭＥＭＳダウン構成では、ＭＥＭＳベースの光変調器を担持する基板は、ディスプレイ装置５００においてカバープレート５２２の代わりを務め、かつ、ＭＥＭＳベースの光変調器が上部の基板の後面、すなわちビューワーとは反対側の方にかつバックライト５１６の方に向いた表面に位置決めされるように、向けられる。それにより、ＭＥＭＳベースの光変調器は、反射アパーチャ層からの間隙と直接対向してその間隙全体に位置決めされる。間隙は、アパーチャプレートとＭＥＭＳ変調器が形成される基板とを接続する一連のスペーサポストによって維持できる。一部の実装例では、スペーサは、アレイの各画素内にまたは各画素間に配置される。ＭＥＭＳ光変調器をそれらの対向するアパーチャから分離させる間隙または距離は、好ましくは１０ミクロン未満であり、またはシャッターとアパーチャとの間の重なり、重なり部分４１６よりも短い距離である。
【００７２】
ＭＥＭＳダウンディスプレイ構成のさらなる詳細および代替的な実施形態は、上述の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書、同第１１／５２８，１９１号明細書、および同第１１／７３１，６２８号明細書に見出される。
【００７３】
他の実施形態では、ローラベースの光変調器２２０またはライトタップ２５０、ならびに他のＭＥＭＳベースの光変調器は、ディスプレイアセンブリ５００内のシャッターアセンブリ５０２に代替できる。
【００７４】
シャッターの製造
シャッターは、機械的、光学的および電気的性質を満たしている必要がある。機械的には、シャッター膜は、動作中の装置の負荷および応力を支持する。電気的には、材料は、静電アクチュエーションを可能とするために少なくとも最小限の導電性を有する必要がある。光学的には、シャッター膜は、遮光するのに十分不透明である必要がある。機械的、電気的および光学的な条件を満たす単一の膜を有することが可能である。しかしながら、複合積層体に複数の膜を使用すると、設計およびプロセスの自由度をより高めることができる。
【００７５】
図６Ａ〜図６Ｅは、図２Ａに示すものと同様の、本発明の例示的な実施形態による例示的な複合シャッターセンブリ６００の構成段階の断面図である。図６Ａは、本発明の例示的な実施形態による複合シャッターセンブリ６００の断面図の詳細を示す。シャッターアセンブリ６００は、シャッター６０１、コンプライアントビーム６０２、および基板６０３およびアパーチャ層６０６上に組み立てられたアンカ構造６０４を含む。複合シャッターセンブリの要素は、第１の機械的層６０５、導体層６０７、第２の機械的層６０９、および封入誘電体（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）６１１を含む。機械的層６０５または６０９の少なくとも一方は０．０５ミクロン超の厚みで堆積され、機械的層の一方または双方は、シャッターアセンブリに対する主に耐荷重性および機械的作動部材を含む。機械的層６０５および６０９の候補材料としては、限定はしないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｄのような金属もしくはそれらの合金；Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、もしくはＳｉｘＮｙなどの誘電材料；またはダイアモンドライクカーボン（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅのような半導体材料もしくはそれらの合金が挙げられる。層の少なくとも１つ、例えば導体層６０７は、作動要素に電荷を帯びたりそれをなくしたりするために導電性である必要がある。候補材料としては、特に半導体がリン、ヒ素、ホウ素、またはアルミニウムなどの不純物でドープされているときには、限定はしないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｄ、もしくはそれらの合金、またはダイアモンドライクカーボン、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅのような半導体材料もしくはそれらの合金が挙げられる。図６Ａは、機械的層６０５および６０９が同様の厚みでありおよび機械的性質が導体層６０７の両側に堆積されている複合材の３層のサンドイッチ構成を示す。一部の実施形態では、サンドイッチ構造は、堆積後にも残る応力および／または温度変化によって加えられる応力がシャッターアセンブリ６００の屈曲または反りの原因とならないように保証する助けとなる。一部の応用では、２層のサンドイッチまたは１層のシャッターアセンブリは、必要とされる性能特性を十分に満たし得る。
【００７６】
一部の実装例では、サンドイッチの外側を導電層で構成する一方、サンドイッチの内側を機械的層で構成するなど、複合シャッターセンブリ６００での層の順序は逆にすることができる。
【００７７】
シャッター６０１で使用する材料のさらなる説明は、入射光の吸収または反射に選択された材料の組み込みを含め、２００６年２月２３日出願の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書、「Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」（その全体を本願明細書に援用する）に見出される。
【００７８】
シャッターアセンブリ６００は、シャッターアセンブリを包み込むかまたは部分的に被覆することができる誘電体層６１１を含む。接触表面のみを被覆するようにシャッターの底面、上面、および側面全ておよびビームが均一に被覆されるかまたは塗布されるように、誘電体コーティングをコンフォーマルに塗布することができる。そのような薄膜は、熱酸化によって、および／またはＡｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４のような絶縁体のコンフォーマル化学蒸着によって、または原子層堆積による同様の材料の堆積によって成長できる。誘電体コーティング層を、１０ｎｍ〜１ミクロンの範囲の厚さで塗布できる。完全にコンフォーマルな誘電体コーティングが常に必要であるとは限らない。場合によっては、スパッタリングおよび蒸発を使用して、装置の下側を被覆することなく、誘電体コーティングを側壁に堆積させる。
【００７９】
図６Ｂ〜図６Ｅは、本発明の例示的な実施形態による、シャッターアセンブリ６００を構築する例示的なプロセスを示す。多くの実装例では、シャッターアセンブリは、既存の制御行列、例えば薄膜トランジスタのアクティブマトリックスアレイの上部に組み立てられる。アパーチャ層６０６の上部にまたはそれとともに制御行列を構成するのに使用されるプロセスは、上記で参照されかつ援用される米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書に記載されている。
【００８０】
図６Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、シャッターアセンブリ６００を形成するプロセスの第１のステップの断面図である。図６Ｂに示すように、犠牲層６１３を堆積しかつパターン化する。犠牲材料としては、ノボラック樹脂、または反応で過剰なフェノールによって作製された熱可塑性フェノール−ホルムアルデヒド樹脂のいずれかが好ましい。他の候補となる犠牲材料としては、ポリイミド、ポリアミド、フルオロポリマー、ベンゾシクロブテン、ポリフェニルキノキシレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｘｙｌｅｎｅ）、パリレン、またはポリノルボルネンなどのポリマー材料が挙げられる。これらの材料は、それらが粗面を平坦化できること、２５０℃を超える処理温度で機械的完全性を維持できること、およびそれらをエッチングしやすいことおよび／または除去中に熱分解できることのために選択される。代替的な犠牲層は、フォトレジスト：ポリ酢酸ビニル、ポリビニルエチレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリイミドおよびフェノール樹脂またはノボラック樹脂から見つけることができるが、それらの使用は、一般に３５０℃未満の温度に限定される。代替的な犠牲層はＳｉＯ２であり、その除去に使用されるフッ化水素酸溶液に他の電子層または構造層が耐性を示す限り、優先的に除去できる（例えば、Ｓｉ３Ｎ４はそのような耐性を有する）。別の代替的な犠牲層はシリコンであり、その除去に使用されるフッ素プラズマまたはＸｅＦ２に他の電子層および構造層が耐性を示す限り、優先的に除去できる（例えば、ほとんどの金属および／またはＳｉ３Ｎ４はそのような耐性を有する）。さらに別の代替的な犠牲層はアルミニウムであり、他の電子層または構造層が濃縮ＮａＯＨのような強塩基溶液に耐性を示す限り、優先的に除去できる（例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａ、およびＳｉはそのような耐性を有する）。さらに別の代替的な犠牲層は銅であり、他の電子層または構造層が硝酸溶液または硫酸溶液に耐性を示す限り、優先的に除去できる（例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、およびＳｉはそのような耐性を有する）。
【００８１】
次いで、犠牲層６１３をパターン化してアンカ領域６０４において孔またはビアを露出させる。好ましいノボラック樹脂材料および他のポリマー樹脂は、光活性剤を含めるように配合できる−ＵＶフォトマスクによって露出された領域を、現像液中で優先的に除去できるようにする。他の犠牲層６１３を、フォトレジストの追加的な層に犠牲層を被覆し、フォトレジストをフォトパターニングし、最後にフォトレジストをエッチングマスクとして使用することによってパターン化できる。他の犠牲層を、ＳｉＯ２またはクロムのような金属の薄層とし得るハードマスクで犠牲層を被覆することによってパターン化できる。次いで、フォトパターンをフォトレジストおよび湿式化学エッチングによってハードマスクに移す。ハードマスクに現像されたパターンはドライケミカル、異方性、またはプラズマエッチング（犠牲層に非常に深くて狭いアンカ用孔を形成するために使用され得る技術）に対して非常に耐性を有することができる。
【００８２】
アンカ６０４またはビア領域が犠牲層にあけられた後、露出された下部の導電性表面６１４を、化学的にまたはプラズマのスパッタリング効果のいずれかによりエッチングでき、表面酸化物層を全て除去する。そのような接触エッチングステップにより、下部の導体とシャッター材料との間のオーミックコンタクトを改善できる。
【００８３】
犠牲層をパターニングした後、いずれのフォトレジスト層またはハードマスクも、溶剤清浄または酸エッチングのいずれかを使用することによって除去できる。
【００８４】
次に、図６Ｃに示すように、シャッターアセンブリ６００を構築するプロセスでは、シャッター材料を堆積させる。シャッターアセンブリ６００は複数の薄膜６０５、６０７、および６０９で構成されている。好ましい実施形態では、第１の機械的層６０５は、ＰＥＣＶＤまたは他の低温法によってまず堆積される非晶質シリコン層であり、それに続いてアルミニウムで構成される導体層６０７、その後に非晶質シリコンの第２の層６０９が続いて堆積される。シャッター材料６０５、６０７、および６０９に使用される堆積温度は、犠牲層に物理的劣化が発生する温度よりも低い。例えば、ノバラック（ｎｏｖａｌａｃ）樹脂は、３００℃超の温度で分解することが公知である。シャッター材料６０５、６０７および６０９を、３００℃未満の温度で堆積させるので、ノバラック樹脂を犠牲材料として使用することができる。水素化非晶質シリコンは、層６０５および６０９に有用な機械的材料である。なぜなら、１５０〜３５０℃の範囲の温度においてシランガスからのプラズマ支援化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって、比較的応力のない状態において０．０５〜３ミクロンの範囲の厚みまで成長できるためである。ホスフェン（Ｐｈｏｓｐｈｅｎｅ）ガス（ＰＨ３）をドーパントとして使用するので、非晶質シリコンは１０メグオーム−ｃｍ未満の抵抗率で成長できる。代替的な実施形態では、同様のＰＥＣＶＤ技術を、機械的層６０５としてＳｉ３Ｎ４、シリコンに富んだＳｉ３Ｎ４、またはＳｉＯ２材料の堆積にまたは機械的層６０５のためのダイアモンドライクカーボン、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＣｄＴｅ、または他の半導体材料の堆積に使用する。ＰＥＣＶＤ堆積技術の利点は、堆積がかなりコンフォーマルであること、すなわち、さまざまな傾斜面または狭いビア孔の内面を被覆できることである。犠牲材料に切り込みを入れるアンカまたはビア孔が、ほぼ垂直な側壁に存在する場合にも、ＰＥＣＶＤ技術は、アンカの水平な底面と水平な上面との間に連続的なコーティングをもたらすことができる。
【００８５】
ＰＥＣＶＤ技術に加えて、シャッター層６０５または６０９の成長に利用可能な代替的な技術としては、ＲＦまたはＤＣスパッタリング、金属−有機化学蒸着、蒸発、電気メッキまたは無電界メッキが挙げられる。
【００８６】
導電層６０７のために、Ａｌのような金属薄膜が好ましいが、代わりのもの、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ  Ｃｒ、または上述の合金も選択できる。そのような導電性材料を含有することは、２つの目的に役立つ。シャッター材料の全体的なシート抵抗を低減し、かつ可視光がシャッター材料を通過することを遮断するのを助ける（非晶質シリコンは、２ミクロン未満の厚みまで成長されると、可視光をある程度透過させ得る）。導電性材料を、スパッタリングまたは、よりコンフォーマルな方法では、化学蒸着技術、電気メッキ、または無電界メッキのいずれかによって堆積できる。
【００８７】
シャッターアセンブリ６００を構築するプロセスは図６Ｄに続く。シャッター層６０５、６０７、および６０９はフォトマスクされてエッチングされるが、犠牲層６１３は依然としてウエハ上にある。まず、フォトレジスト材料を塗布してから、フォトマスクによって露出させ、次いで、エッチングマスクを形成するように現像する。その後、フッ素ベースのプラズマ化学反応において非晶質シリコン、窒化ケイ素、および酸化ケイ素をエッチングする。ＳｉＯ２機械的層を、ＨＦ湿式化学を使用してエッチングできる；および導体層にあるいずれの金属も、湿式化学または塩素ベースのプラズマ化学反応のいずれかを使用してエッチングできる。
【００８８】
図６Ｄにおいてフォトマスクによって付与されるパターン形状は、機械的性質、例えば剛性、コンプライアンス、およびシャッターアセンブリ６００のアクチュエータおよびシャッターにおける電圧応答に影響を及ぼす。シャッターアセンブリ６００は、コンプライアントビーム６０２（断面で示す）を含む。コンプライアントビーム６０２の形状は、幅がシャッター材料の全高または厚みよりも小さいようにされている。ビーム寸法比を少なくとも＞１：１に維持し、ビーム６０２は、面外方向においてそれらの幅よりも高くまたは厚く、所望の移動方向が、望まれない方向よりも柔軟性に富むことが好ましい。
【００８９】
シャッターアセンブリ６００を構築するプロセスは、図６Ｅに示すように続く。犠牲層６１３は除去され、それにより、アンカ点の個所を除いて基板６０３から全ての可動部分を解放する。ノバラック犠牲材料は、好ましくは酸素プラズマにおいて除去される。犠牲層６１３に使用される他のポリマー材料もまた、酸素プラズマにおいて除去できるか、または場合によっては熱分解によって除去できる。（ＳｉＯ２のような）一部の犠牲層６１３を、湿式化学エッチングまたは気相エッチングによって除去できる。
【００９０】
最終プロセスでは（図６Ｅには示さないが図６Ａに示す）、誘電体コーティング６１１を、シャッターの露出面の一部の上に堆積させる。誘電体コーティング６１１をコンフォーマルに塗布し、シャッター６０１の全ての底面、上面、および側面およびビーム６０２が、化学蒸着を使用して均一にまたは不均一に被覆されるようにする。必要なコンフォーマルさおよび膜の厚さは、以下の適用によって決定される；駆動ビーム上の誘電体膜は、作動表面が動作中に接触するときに作動電圧から離すのに十分な厚さを必要とするのみである。Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＮｘは、層６１１に好ましい誘電体コーティングであり、それらはそれぞれ、原子層堆積またはＰＥＣＶＤによって１０〜１００ナノメートルの範囲の厚みに堆積される。
【００９１】
最後に、シャッター６０１の表面の一部およびビーム６０２に耐静摩擦コーティングを塗布できる。これらのコーティングによって、例えばアクチュエータの２つの独立するビーム間の不要な粘性または粘着性を回避できる。利用可能なコーティングとしては、炭素膜（グラファイトおよびダイアモンドライク）ならびにフルオロポリマー、および／または低蒸気圧潤滑剤が挙げられる。これらのコーティングは、分子蒸気への曝露、または化学蒸着による前駆体化合物の分解のいずれかによって塗布できる。耐静摩擦コーティングはまた、絶縁表面のフッ素添加、シラン化、シロキサン化、または水素化におけるような、シャッター表面の化学的変質によって形成できる。
【００９２】
側壁ビームプロセス
米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書には、シャッターアセンブリおよびアクチュエータのいくつもの有用な設計が説明されている。ＭＥＭＳベースのシャッターディスプレイに使用する好適なアクチュエータの１種類は、ディスプレイ基板に対して直角またはその面内にあるシャッターの動作制御用のコンプライアントアクチュエータビームを含む。そのようなシャッターアセンブリの作動に必要な電圧は、アクチュエータビームがよりコンプライアントになるにつれ、低下する。作動動作の制御もまた、面内動作が好ましいかまたは面外動作に対して促進されるようにビームの形状がされる場合に、改善される。好ましい設計では、コンプライアントアクチュエータビームの断面は、図６Ａのビーム６０２のように矩形であり、ビームがそれらの幅よりも高くまたは厚くなるようにしている。
【００９３】
特定の平面内での曲げに関する長い矩形ビームの剛性は、第３の力に対し、そのビームの、その平面における最も細い寸法で決まる。それゆえ、面内動作の作動電圧を低減させるためにコンプライアントビームの幅を可能な限り低減させることが興味深い。しかしながら、シャッターおよびアクチュエータ構造を画成しかつ製造するために従来のフォトリソグラフィ装置を用いる場合、ビームの最小幅は通常光学素子の解像度に限定される。フォトリソグラフィ装置はフォトレジストに、１５ナノメートルという細かさでパターンを画成するために開発されたが、そのような装置は高価であり、パターニングを１回の露光で成し遂げることができるエリアは限定されている。大型ガラスパネル上での経済的なフォトリソグラフィために、パターニング解像度または特徴の最小サイズは一般に１ミクロンまたは２ミクロンまたはそれ以上に限定される。
【００９４】
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の例示的な実施形態による、細い側壁ビームを有する例示的なシャッターアセンブリ７００の構成段階の等角図である。特に、図７Ａ〜図７Ｄは、コンプライアントアクチュエータビーム７１８および７２０を備えるシャッターアセンブリ７００を、大型基板パネル上での従来のリソグラフィの制限値を遙かに下回る寸法で作製できる技術を示す。図７Ａ〜図７Ｂの技術は、上述の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書においてさらに説明されている。図７Ａ〜図７Ｄのプロセスでは、シャッターアセンブリ７００のコンプライアントビームは、犠牲材料から作製された金型上の側壁の特徴として形成される。プロセスを側壁ビームプロセスと称する。
【００９５】
図７Ａに示すように、側壁ビームを備えるシャッターアセンブリ７００を形成するプロセスは、第１の犠牲材料７０１をアパーチャ層７２５および基板７２６の上に堆積させてパターニングすることから始める。第１の犠牲材料において画成されたパターンは開口部またはビア７０２を形成し、その中にシャッター用のアンカが最終的に形成される。第１の犠牲材料７０１の堆積およびパターニングは、図６Ａ〜図６Ｅに関して説明した堆積およびパターニングと概念が類似しており、同様の材料を使用する。シャッターアセンブリを制御回路および金属相互接続部の上に形成することも可能であり、そのような実施形態では、ビア７０２を基板表面または電気回路の素子に形成して、ビア７０２を通して回路と電気接触するシャッターアセンブリ７００の一部分の電位を制御する。
【００９６】
側壁ビームを形成するプロセスは、第２の犠牲材料７０５の堆積およびパターニングを続ける。図７Ｂに、第２の犠牲材料７０５のパターニング後に形成される金型７０３の形状を示す。金型７０３はまた、予め画成されたビア７０２を有する第１の犠牲材料７０１を含む。図７Ｂの金型７０３は、２つの別個の水平レベルを含む：金型７０３の底部水平レベル７０８は、第１の犠牲層７０１の上面によって確立され、第２の犠牲層７０５がエッチングによって取り除かれたエリアからアクセスできる。金型７０３の上部水平レベル７１０は、第２の犠牲層７０５の上面によって確立される。図７Ｂに示す金型７０３はまた、実質的に垂直な側壁７０９も含む。
【００９７】
犠牲材料７０１および７０５として使用する材料は、犠牲材料６１３に関して上記で説明したものである。
【００９８】
側壁ビームを形成するプロセスは、図７Ｃに示すように、犠牲金型７０３の露出面の全て上にシャッター材料の堆積およびパターニングを続ける。シャッター７１２に使用する好ましい材料は、シャッター材料６０５、６０７、および６０９に関して上記で説明したものである。代替的なシャッター材料および／またはシャッターコーティングは、上述の米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書において説明されている。シャッター材料は、約２ミクロン未満の厚さで堆積される。一部の実装例では、シャッター材料は、約１．５ミクロン未満の厚さを有するように堆積される。他の実装例では、シャッター材料は、約１．０ミクロン未満、および約０．１０ミクロン程度の厚さを有するように堆積される。堆積後、図７Ｃに示すように、シャッター材料（上述の複合シャッターとし得る）をパターン化する。フォトレジストに現像されたパターンは、シャッター材料がシャッター７１２の領域にならびにアンカ７１４および７１５に留まるように、設計される。
【００９９】
当該技術分野において異方性エッチングとして公知の図７Ｃに示すステップで使用されるエッチングプロセスに、特定の装置および化学的性質がまた選択される。シャッター材料の異方性エッチングは、基板７２６、または基板７２６近傍の電極に電圧バイアスがかけられながらプラズマ雰囲気において実施される。バイアス基板７２６（基板７２６の表面に対して垂直な電界）は、基板７２６に対してほぼ垂直な角度において基板７２６の方へイオンを加速させる。そのように加速されたイオンはエッチング化学物質と一緒に、基板７２６に対して平行な方向と比較して、基板７２６の平面に対して直角な方向において遙かに高速であるエッチング速度をもたらす。それにより、フォトレジストによって保護された領域のシャッター材料のアンダーカット−エッチングが、実質的に排除される。加速されたイオンの軌跡に対して実質的に平行である金型７０３の側壁面７０９に沿って、シャッター材料はまた、異方性エッチングから実質的に保護される。そのように保護された側壁のシャッター材料は、後に、シャッター７１２を支持するためのコンプライアントビーム７１６、７１８、および７２０を形成する。側壁ビーム７１６、７１８、および７２０を形成するために使用される異方性エッチングは、一般にＩＣまたはＬＣＤ製造において使用されるＲＦまたはＤＣプラズマエッチング装置のいずれかにおいて達成できる。上部水平面７１０または底部水平面７０８などの金型の他の（非フォトレジスト保護の）水平面に沿って、シャッター材料はエッチングによって完全に除去される。
【０１００】
側壁ビームを形成するプロセスは、第２の犠牲層７０５および第１の犠牲層７０１の残りを除去することによって完了し、その結果を図７Ｄに示す。犠牲材料を除去するプロセスは、図６Ｅに関して説明したものと同様である。金型７０３の側壁７０９上に堆積された材料は、コンプライアントビーム７１６、７１８、および７２０として残る。コンプライアントロードビーム７１６はアンカ７１４をシャッター７１２に機械的に接続する。アンカ７１４はアパーチャ層７２５に接続する。コンプライアントビーム７１６、７１８、および７２０は背が高くて細い。金型７０３の表面から形成される側壁ビーム７１６、７１８、および７２０の幅は、堆積されるシャッター材料の厚さと同様である。場合によっては、７１６におけるビーム幅は７１２における水平のシャッター材料と同じ厚さとなる；他の場合には、ビーム幅は、シャッター材料の厚さの約１／２のみとなる。側壁ビーム７１６、７１８、および７２０の高さは、第２の犠牲材料７０５の厚さによって、換言すると、図７Ｂに関して説明したパターニングステップ中に形成された金型７０３の深さによって決定される。堆積されたシャッター材料の厚さを２ミクロン未満に選択する限り（多くの応用では厚さの範囲は０．１〜２．０ミクロンが好適である）、図７Ａ〜図７Ｄに示す方法は、非常に細いビームの生成に好適である。従来のフォトリソグラフィは、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃに示すパターン化された特徴を遥かに大きい寸法に制限し、例えば２ミクロンまたは５ミクロン以上の最小の解像された特徴を可能とする。
【０１０１】
図７Ｄに、アスペクト比の高い断面のコンプライアントビームを生じる、上述のプロセスの解放ステップ後に形成されたシャッターアセンブリ７００の等角図を示す。第２の犠牲層の厚さが、例えば、シャッター材料の厚さの４倍超である限り、得られるビーム高さ対ビーム幅の比は同様の比となる、すなわち比は４超となる。
【０１０２】
上述していないが図７Ｃに至るプロセスの一部として含まれる任意選択のステップは、コンプライアントロードビーム７２０をコンプライアント駆動ビーム７１８から分離するまたは切り離すために側壁ビーム材料の等方性エッチングを伴う。例えば、ポイント７２４におけるシャッター材料は、等方性エッチングを使用することによって側壁から除去されている。等方性エッチングは、エッチング速度が全方向において同じであるため、ポイント７２４のような領域内の側壁材料はもはや保護されない。等方性エッチングは、バイアス電圧が基板にかけられない限り、典型的なプラズマエッチング装置において行われることができる。等方性エッチングはまた、湿式化学技術または気相エッチング技術を使用して達成できる。この任意選択の第４のマスキングおよびエッチングステップの前に、側壁ビーム材料は、金型７０３の凹部特徴の周囲に実質的に連続的に存在した。第４のマスクおよびエッチングステップを使用して、側壁材料を分離させて分割し、異なるビーム７１８および７２０を形成する。ポイント７２４におけるビームの分離は、フォトレジストの分配およびマスクを通した露出の第４のプロセスによって達成される。この場合、フォトレジストパターンを、分離ポイント７２４を除いた全ポイントにおいて側壁ビーム材料を等方性エッチングに対して保護するように、設計する。
【０１０３】
側壁プロセスの最終ステップとして、図６Ａの誘電体６１１のような封入誘電体を、側壁ビームの外表面の周囲に、または、最低でも、動作中に接触するビームの表面に堆積させる。
【０１０４】
金型７０３の側壁７０９に堆積されたシャッター材料を保護し、かつ実質的に均一な断面の側壁ビーム７１６を形成するために、一部の特定のプロセスのガイドラインが以下に続く。例えば、図７Ｂでは、側壁７０９は可能な限り垂直に作製される。側壁７０９および／または露出面における傾斜は、異方性エッチングの影響を受けやすくなる。垂直な側壁７０９は、図７Ｂにおけるパターニングステップ、第２の犠牲材料７０５のパターニングも異方性式に行われると作製できる。追加的なフォトレジストコーティングまたはハードマスクを第２の犠牲層７０５のパターニングと併用することによって（図１２に関する説明を参照のこと）、フォトレジストが過度に摩耗する恐れなく、第２の犠牲材料７０５の異方性エッチングにおいて攻撃的なプラズマおよび／または高い基板バイアスを用いることが可能となる。垂直な側壁７０９はまた、ＵＶ露光中に焦点の深さの制御に注意を払い、かつレジストの最終硬化中に縮みすぎを回避する限り、光画像形成犠牲材料において生成できる。
【０１０５】
側壁ビームプロセス中に助けとなる別のプロセスの説明は、シャッター材料堆積のコンフォーマルさを考慮する。金型７０３の表面は、垂直や水平の表面の向きに関わらず、好ましくは同様の厚さのシャッター材料で被覆される。そのようなコンフォーマルさは、化学蒸着技術（ＣＶＤ）によって堆積すると達成できる。特に、以下のコンフォーマル技術を用いることができる：プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、および原子または自己限定層堆積（ＡＬＤ）。上述のＣＶＤ技術では、薄膜の成長速度を、ソース原子の方向性フラックスに対して表面を露光させるのと対向する表面の反応速度によって限定できる。そのようなコンフォーマル堆積技術では、垂直面に成長する材料の厚さは、水平面に成長する材料の厚さの好ましくは少なくとも５０％である。あるいは、シャッター材料は、メッキ前に全表面を被覆する金属シード層が設けられる限り、無電界メッキまたは電気メッキによって溶液からコンフォーマルに堆積できる。
【０１０６】
３−マスクプロセス
図７Ｄのシャッターアセンブリ７００に至るプロセスは、４−マスクプロセスであった：つまり、プロセスは、フォトマスクを通して所望のパターンを照明することによって感光性ポリマーが露光される、４つの異なるフォトリソグラフィステップを包含した。マスキングステップとしても公知のフォトリソグラフィステップは、ＭＥＭＳ装置の製造において最も高価であり、マスキングステップ数を削減した製造プロセスを生じることが望ましい。
【０１０７】
３−マスクシャッターアセンブリプロセスを可能とするために、シャッターアセンブリの構造の変形を考慮することが有益である。有用は構造変化を、それぞれ図９、図１１、図１４および図１５の４つの代替的なシャッターアセンブリ９００、１１００、１４００および１５００で示す。
【０１０８】
図７では、シャッターアセンブリ７００のロードビーム７２０は、一方の端部においてシャッター７１２に取り付けられ、他方の端部においてロードビームアンカ７１４に取り付けられる。駆動ビーム７１８は、一方の端部において駆動ビームアンカ７１５に取り付けられ、他方の端部は取り付けられていないかまたは自由に動くことができる。図７Ｃのシャッターアセンブリ７００に至るプロセスにおける第４のマスクの目的は、駆動ビーム７１８の自由に動く端部を終端とするかまたはそれを形成することであると言える。駆動ビーム７１８にこの自由に動く端部を形成することは、このビームのコンプライアント形状が、シャッターの作動に必要な電圧を低減させる働きをするため、有益である。
【０１０９】
しかしながら、本発明の種々の実施形態では、コンプライアント駆動ビームは、フォトリソグラフィックに終端する自由に動く端部を有する必要はない。図８に示すシャッターアセンブリ８５２では、例えば、駆動ビーム８５６および８５７が、ループ形状にパターン化される。
【０１１０】
図８は、本発明の例示的な実施形態による、ループ状駆動ビームを組み込む例示的なシャッターアセンブリ８５２の平面図である。シャッターアセンブリ８５２は、デュアルコンプライアントアクチュエータアセンブリ８５４を含み、それは、図４Ａおよび図４Ｂを参照して上述したシャッターアセンブリ４００用に設計されたアクチュエータ４０４に機能的に類似している。アクチュエータアセンブリ８５４は、コンプライアント駆動ビーム８５６および８５７をコンプライアントロードビーム８５８および８５９とともに含む。ロードビーム８５８および８５９は、一方の端部においてシャッター８６０を支持し、他方の端部においてロードビームアンカ８６２および８６３にそれぞれ取り付けられている。駆動ビーム８５６および８５７は各々ループ形状にされ、駆動ビームの各端部は共通のアンカ８６４に取り付けられている。各ループ用に外向きのビームの区域があり、それは、同じビームの戻り区域に対して実質的に平行である。これら２つのループの区域の長さは実質的に等しい。側壁ビームプロセスにおいて形成される場合、ループ状駆動ビーム８５６または８５７の外向きの区域を変形させる傾向のある応力は、ビームの戻り区域に沿った応力に同等またはそれと対抗する応力である。
【０１１１】
ループ８５６および８５７を構成するコンプライアントビームは、シャッターアセンブリ７００に関して上述した初めの３つのマスクステップのみを使用して完全に画成できる。駆動ビームがロードビームから分離される第４のフォトリソグラフィステップは、ループ状ビーム８５６および８５７の製造には必要ではない。ループは、空間の境界周辺を完全に包み込むかまたはそれを形成する。取り囲まれた空間の周りの境界に予想されるように、ループには終端がないため、第４のフォトリソグラフィステップは必要ではない。
【０１１２】
第４のマスクを完全に排除するために、構造の他のコンプライアントビームもまたループと同様の形状を包含するように作製される方法が求められる。特に、側壁ビームの終端は、ビームが空間を完全に取り囲む境界を形成するのと同じ長さである必要はない。例えば、シャッターアセンブリ８５２におけるロードビーム８５８は、ロードビームアンカ８６２で終端する。そのため、この実施形態では、アンカ８６２においてビーム８５８を終端させるために第４のマスキングステップが必要である。それゆえ、ロードビーム８５８が、取り囲まれた空間の周りの連続的な境界の一部となる設計が求められる。
【０１１３】
図９は、本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスによって構築された例示的なシャッターアセンブリ９００の等角図である。シャッターアセンブリ９００を３回のフォトリソグラフィステップのみで製造できる。それらの３−マスキングステップは、アンカ画成ステップ、金型画成ステップ、およびシャッター画成ステップと称し、それぞれ第１の犠牲層、第２の犠牲層、およびシャッター材料にパターンを発現させるために使用される。シャッターアセンブリ７００に関して上述したように、コンプライアントビームは、金型の側壁に形成され、第２の犠牲層とも称する。シャッターアセンブリ９００は３−マスクプロセス内で製造できる。なぜなら、ビームは、金型の特徴周辺を取り囲む、閉じた境界として設計されるためである。
【０１１４】
シャッターアセンブリ９００は、シャッター９０２、補強リブ９０３、ロードビーム９０４、ロードビームアンカ９０６、駆動ビーム９０８、および駆動ビームアンカ９１０を含む。シャッターアセンブリはさらに、周辺ビーム９１２および周辺アンカ９１４を含む。ロードビーム９０４および駆動ビーム９０８はともに、１組のコンプライアントアクチュエータビームを形成する。これら２つのビーム９０４と９０８との間に電圧がかけられる場合、シャッター９０２は開放または閉鎖位置の方へ動かされる。
【０１１５】
駆動ビーム９０８は各々ループ形状にされ、アンカ９１０において基板に取り付けられている。駆動ビーム９０８はループ内の空間を取り囲む。
【０１１６】
ロードビーム９０４はシャッター９０２からロードビームアンカ９０６まで延在している。周辺ビーム９１２はロードビームアンカ９０６から周辺アンカ９１４まで延在している。周辺ビームはまた、周辺アンカ９１４をつなぐ。周辺ビーム９１２は、シャッターアセンブリ９００内でアクティブな機械的機能も光学的機能も担わない。周辺ビーム９１２は、ロードビーム９０４の幾何学的形状を広げる働きをするので、これらのコンプライアントビーム９０４および９１２を接続できる。同時に、ロードビーム９０４および周辺ビーム９１２は、空間を完全に取り囲む境界を形成する。
【０１１７】
図１０は、本発明の例示的な実施形態による、図９のシャッターアセンブリ９００の製造を可能にするように設計された例示的な金型１０００の等角図である。金型１０００は、第２の犠牲材料から形成され、かつシャッターアセンブリ９００の作製における第２のフォトリソグラフィステップの一部としてパターン化される。図１０は、シャッター材料が堆積される前の犠牲金型の概要を示す。それゆえ、シャッター９０２の概要は図１０に図示しない。しかしながら、金型１０００は、シャッターアセンブリ９００の補強リブ９０３を成形するために使用されるリブ用窪み１００３を含む。
【０１１８】
金型の形状は一般的に３種類の表面から構成される。金型は、上にコンプライアントビームが形成される側壁、上面および底面を含む。金型の下部面は、第１の犠牲材料と第２の犠牲材料との間の境界面によって形成された水平面である。金型の上部面は、基板から最も離れた平面にある水平面である。
【０１１９】
金型は一般的に２種類の形状を画成し、その双方とも、コンプライアントビームを上に形成できる側壁によって取り囲まれるかまたは境界される。本願明細書で使用する場合「メサ」は、金型側壁によって取り囲まれた金型材料の存在によって画成される空間である。本願明細書で使用する場合「凹部」は、金型側壁によって取り囲まれる、金型材料のない空間と定義される。
【０１２０】
金型１０００はメサ形状１００８を含む。メサ１００８を取り囲む側壁を使用して駆動ビーム９０８を形成する。それにより、駆動ビーム９０８は、終端のないループ形状を有する。
【０１２１】
金型１０００はまた凹部形状１００４を含む。この凹部１００４を取り囲む側壁を使用してロードビーム９０４を形成する。
【０１２２】
金型１０００はまたロードビームアンカ用孔１００６を含む。アンカ用孔１００６は、第１の犠牲層の一部として前のステップで形成された。金型はまた駆動ビームアンカ用孔１０１０を含む。
【０１２３】
それゆえ、シャッターアセンブリ９００のロードビーム９０４および駆動ビーム９０８の双方とも、空間を完全に取り囲む境界として形成される。空間は、金型１０００のメサ形状または凹部形状のいずれか一方から形成される。特に、ロードビーム９０４および駆動ビーム９０８は、空間１００４および１００８をそれぞれ取り囲む境界として形成される。ロードビーム９０４および駆動ビーム９０８を形成する形状の境界は交差しない。駆動ビーム９０８用のループは、ロードビーム９０４を形成するループ内に完全に取り囲まれる（ビーム９０４と９１２の組み合わせである）。
【０１２４】
図１１は、本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築された例示的なシャッターアセンブリ１１００の等角図である。シャッターアセンブリ１１００を、それぞれ図７および図９のシャッターアセンブリ７００および９００に関して説明したものと同様に、３回のフォトリソグラフィステップのみを使用して製造できる。シャッターアセンブリ７００に関して上述したように、コンプライアントビームは、第２の犠牲層とも称する金型の側壁に形成される。シャッターアセンブリ１１００は３−マスクプロセス内に作製できる。なぜなら、ビームは、金型の特徴の周辺を取り囲む、閉じた境界として設計されるためである。
【０１２５】
シャッターアセンブリ１１００はシャッター１１０２、ロードビーム１１０４、ロードビームアンカ１１０６、駆動ビーム１１０８、および駆動ビームアンカ１１１０を含む。ロードビーム１１０４および駆動ビーム１１０８はともに、１組のコンプライアントアクチュエータビームを形成する。シャッターアセンブリはさらに、１組の周辺ビーム１１１２を含む。
【０１２６】
駆動ビーム１１０８をループ形状にし、アンカ１１１０において基板に取り付ける。駆動ビーム１１０８はループ内の空間を取り囲む。
【０１２７】
ロードビーム１１０４はシャッターからロードビームアンカ１１０６まで延在する。周辺ビーム１１１２はロードビームアンカ１１０６間に延在する。周辺ビーム１１１２は、シャッターアセンブリ１１００内でアクティブな機械的機能も光学的機能も担わない。周辺ビーム１１１２は、ロードビーム１１０４の幾何学的形状を広げる働きをするため、これらのコンプライアントビーム１１０４および１１１２は接触できるようになる。同時に、ロードビーム１１０４および周辺ビーム１１１２は、空間を完全に取り囲む境界を形成する。
【０１２８】
図１２は、本発明の例示的な実施形態による、図１１のシャッターアセンブリ１１００の製造を可能にするように設計された例示的な金型１２００の等角図である。金型１２００は、第２の犠牲材料から形成されて、シャッターアセンブリ１１００の製造における第２のフォトリソグラフィステップの一部としてパターン化される。図１２は、シャッター材料が堆積される前の犠牲金型の概要を示す。それゆえ、シャッター１１０２の概要は図１０に図示しない。しかしながら、金型１２００は、シャッターアセンブリ１１００に示す補強リブ１１０３を成形するために使用されるリブ用窪み１２０３を含む。
【０１２９】
金型１２００は凹部１２０８を含む。凹部形状１２０８は、金型１０００において駆動ビームに用いられたメサ形状１００８の逆である。凹部１２０８を取り囲む側壁を使用して、駆動ビーム１１０８を形成する。それにより、駆動ビーム１１０８は、終端のないループ形状を有する。
【０１３０】
金型１２００はまた凹部１２０４を含む。この凹部の側壁を使用してロードビーム１１０４を形成する。
【０１３１】
金型１２００はまたロードビームアンカ用孔１２０６を含む。アンカ用孔は、第１の犠牲層の一部として前のステップで形成された。金型１２００はまた駆動ビームアンカ用孔１２１０を含む。
【０１３２】
この特定の実施形態では、ロードビーム１１０４を形成するために使用されたロードビーム用凹部１２０４は、リブ１１０３を形成するために使用された凹部１２０３と接続されるかまたは統合される。
【０１３３】
ロードビーム１１０４および駆動ビーム１１０８を形成する形状の境界は交差しない。駆動ビーム１１０８のためのループは、ロードビーム１１０４を形成する形状の外側にある形状を取り囲む（ビーム１１０４と１１１２との組み合わせである）。
【０１３４】
３−マスクプロセスのために、２つの異なるタイプの取り囲まれたエリアを画成する必要がある：ロードビーム９０４および駆動ビーム９０８。これらの取り囲まれた境界は、金型ポリマー（メサ）の隔離されたエリアを画成できるか、またはレジストが除去されるエリア（凹部）を画成できるかのいずれかである。選択に依存して、凹部側またはメサ側のいずれかに駆動ビームおよびロードビームを作製する。図１４に、孔の側にロードビーム１４０４および駆動ビーム１４０８が形成される実施形態１４００を示す。図１５に、ロードビーム１５０４および駆動ビーム１５０８がメサ側に形成される実施形態１５００を示す。いずれの実施形態も効果的であるが、ポリマーおよびｆａｂ装置の選択は、メサよりも凹部をまたは凹部よりもメサをパターン化するのを容易にし得る。同様に、ディスプレイのアクティブエリアの外側のエリアは、レジストが存在しているかまたはレジストが除去されているかのいずれかとし得る。多くの場合、ディスプレイのアクティブエリアと視界エリアが同一平面にある基板上に第３のマスキングステップを行うのが容易であり、その場合、シャッターアセンブリの周辺に第３の閉じた境界を必要とし得る。この第３の閉じた境界の２つの考えられる実施形態を図１４および図１５に要素１４１２および１５１２としてそれぞれ示す。ある種のポリマーは、加工時の応力が高いかまたは収縮もしくは膨張が大きく、大きな連続的なシートがディスプレイの周辺エリアに残される場合に問題を引き起こす。この場合、金型マスクを使用して周辺エリアにおいてダミーの特徴をパターン化し、レジストの連続的なエリアを壊しかつ膜応力を下げることができる。図１６は、応力緩和特徴１６１６の１つの考えられる実施形態１６００を示す。
【０１３５】
取り囲まれた金型の境界を画成するときにさらに考慮することは、金型レジストが除去されたエリア（凹部の底部）において、シャッターを金型ポリマー（メサ）の上部に作製する必要があるかどうかである。図１４および図１５は、凹部の底部に作製されたシャッター１４０２および１５０２を示す；シャッター９０２および１１０２がメサの上部に作製された図９および図１１と比較されたい。ここでも、どちらの選択肢も容認できるが、最終的な装置の仕様では一方の実施形態が他方よりも好ましいとし得る。
【０１３６】
図１３は、本発明の例示的な実施形態による、３−マスクプロセスに従って構築された、２つの接続された例示的なシャッターアセンブリ１３００の等角図である。シャッターアセンブリ１３００は、それぞれ図７および図９のシャッターアセンブリ７００および９００に関して説明したのと同様に３回のフォトリソグラフィステップのみで製造できる。シャッターアセンブリ７００に関して上述したように、コンプライアントビームが、第２の犠牲層とも称する金型の側壁に形成される。シャッターアセンブリ１３００を３−マスクプロセス以内に作製できる。なぜなら、ビームは、金型の特徴の周辺を取り囲む、閉じた境界として設計されるためである。
【０１３７】
シャッターアセンブリ１３００は、シャッター１３０２、ロードビーム１３０４、ロードビームアンカ１３０６、駆動ビーム１３０８、および駆動ビームアンカ１３１０を含む。ロードビーム１３０４および駆動ビーム１３０８はともに１組のコンプライアントアクチュエータビームを形成する。シャッターアセンブリはさらに１組の周辺ビーム１３１２を含む。
【０１３８】
駆動ビーム１３０８はそれぞれループ形状にされ、アンカ１３１０において基板に取り付けられる。駆動ビーム１３０８はループ内の空間を取り囲む。
【０１３９】
ロードビーム１３０４はシャッター１３０２からロードビームアンカ１３０６まで延在する。周辺ビームはロードビームアンカ１３０６間を延在する。周辺ビーム１３１２は、シャッターアセンブリ１３００内でアクティブな機械的機能も光学的機能も担わない。周辺ビーム１３１２は、ロードビーム１３０４の幾何学的形状を広げる働きをするので、これらのコンプライアントビームを接続できるようになる。同時に、ロードビーム１３０４および周辺ビーム１３１２は、空間を完全に取り囲む境界を形成する。
【０１４０】
シャッターアセンブリ１３００では、多くの場合、周辺ビーム１３１２を使用して、２つの異なるまたは隣接するシャッターアセンブリに対応するロードビームアンカ１３０６間を接続する。ロードビーム１３０４は周辺ビーム１３１２とともに、空間を取り囲む連続的な境界を形成する。ビーム１３０４および１３１２によって取り囲まれる空間は、２つのシャッターアセンブリを含む。代替的な実施形態では、多数のシャッターアセンブリ（＞１００）を、単一の連続的なコンプライアントビームによって取り囲むことができる。コンプライアントビームを複数のポイントで、好ましくは少なくとも１つの取付ポイントまたはグループ内のシャッターアセンブリの各々に対応するアンカによって基板に取り付ける。対応するシャッターアセンブリの各々のためのロードビーム１３０４は、複数のシャッターアセンブリを取り囲む同じループから形成できる。
【０１４１】
本発明は、趣旨またはその本質的な特徴から逸脱せずに他の特定の形態で供することもできる。それゆえ、上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、あらゆる面で例示的である考慮される。
【図１Ａ】
0005689803.tif 000002
【図１Ｂ】
0005689803.tif 000003
【図２Ａ】
0005689803.tif 000004
【図２Ｂ】
0005689803.tif 000005
【図２Ｃ】
0005689803.tif 000006
【図３Ａ】
0005689803.tif 000007
【図３Ｂ】
0005689803.tif 000008
【図４Ａ】
0005689803.tif 000009
【図４Ｂ】
0005689803.tif 000010
【図５】
0005689803.tif 000011
【図６Ａ】
0005689803.tif 000012
【図６Ｂ】
0005689803.tif 000013
【図６Ｃ】
0005689803.tif 000014
【図６Ｄ】
0005689803.tif 000015
【図６Ｅ】
0005689803.tif 000016
【図７Ａ】
0005689803.tif 000017
【図７Ｂ】
0005689803.tif 000018
【図７Ｃ】
0005689803.tif 000019
【図７Ｄ】
0005689803.tif 000020
【図８】
0005689803.tif 000021
【図９】
0005689803.tif 000022
【図１０】
0005689803.tif 000023
【図１１】
0005689803.tif 000024
【図１２】
0005689803.tif 000025
【図１３】
0005689803.tif 000026
【図１４】
0005689803.tif 000027
【図１５】
0005689803.tif 000028
【図１６】
0005689803.tif 000029