(57)【要約】【課題】非接触マイクロミラーを製造すること。【解決手段】基板によってサポートされるヒンジと、該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートであって、該ヒンジは、該ミラープレートがチルトされていない位置から離れてチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成されている、ミラープレートと、該弾性復元力を克服して、該ミラープレートを、該チルトされていない位置から「オン」位置まで、または「オフ」位置までチルトするように静電気力を生成するように構成されたコントローラであって、該静電気力は、該弾性復元力に対抗して該ミラープレートを該「オン」位置または該「オフ」位置に保持するように構成されている、コントローラとを備えている、マイクロミラーデバイス。【選択図】図１
2008112168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板によってサポートされるヒンジと、
該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートであって、該ヒンジは、該ミラープレートがチルトされていない位置から離れてチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成されている、ミラープレートと、
該弾性復元力を克服して、該ミラープレートを、該チルトされていない位置から「オン」位置までまたは「オフ」位置までチルトするように静電気力を生成するように構成されたコントローラであって、該静電気力は、該弾性復元力に対抗して該ミラープレートを該「オン」位置または該「オフ」位置に保持するように構成されている、コントローラと
を備えている、マイクロミラーデバイス。
【請求項２】
前記ヒンジは、前記静電気力が減少または除去された後に、前記ミラープレートを前記チルトされていない位置まで弾性的に復元するように構成されている、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項３】
前記基板上に電極をさらに備え、前記コントローラは該電極に電圧を印加して、前記静電気力を生成するように構成されている、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項４】
前記ミラープレートは、前記チルトされていない位置にある場合には、前記基板の上面に実質的に平行である、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項５】
前記「オン」位置または前記「オフ」位置における前記チルト角は、前記チルトされていない位置に対して３度以上である、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項６】
前記「オン」位置または前記「オフ」位置における前記チルト角は、前記チルトされていない位置に対して４度以上である、請求項５に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項７】
前記ヒンジは、約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンニッケル合金、約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンアルミニウム合金、約５％と２０％との間の銅組成を有するアルミニウム銅合金および約０％と１５％との間の範囲の窒素組成を有する窒化アルミニウムチタンからなるグループから選択される材料を備えている、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項８】
前記チルトされていない位置は、前記「オン」位置および前記「オフ」位置とは異なる、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項９】
前記チルトされていない位置は、前記「オン」位置または前記「オフ」位置と同一である、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１０】
基板によってサポートされるヒンジと、
該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートと、
該ミラープレートが該ヒンジ以外の該基板上の任意の構造と接触させることなしに、該ミラープレートを該基板の表面に対して２度以上のチルトされた配向で保持するように電気信号を生成するように構成されているコントローラであって、該ヒンジは該ミラープレートを該チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成されている、コントローラと、
を備えている、マイクロミラーデバイス。
【請求項１１】
前記配向は前記基板の前記表面に対して３度以上であり、前記ヒンジは、前記ミラープレートを、前記チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成されている、請求項１０に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１２】
前記配向は前記基板の前記表面に対して４度以上であり、前記ヒンジは、前記ミラープレートを、前記チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成されている、請求項１１に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１３】
前記ヒンジは約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンニッケル合金、約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンアルミニウム合金、約５％と２０％との間の銅組成を有するアルミニウム銅合金および約０％と１５％との間の範囲の窒素組成を有する窒化アルミニウムチタンからなるグループから選択される材料を備えている、請求項１０に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１４】
前記ヒンジは前記窒化アルミニウムチタンを備え、該窒化アルミニウムチタンにおける該アルミニウムおよび該チタンはほぼ等しい組成を有する、請求項１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１５】
前記ヒンジは前記窒化アルミニウムチタンを備え、該窒化アルミニウムチタンにおける該窒化物組成は約０％と１０％との間である、請求項１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１６】
前記ヒンジは前記チタンニッケル合金を備え、該チタンニッケル合金における該チタン組成は約４０％と６０％との間である、請求項１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１７】
前記ヒンジは前記チタンニッケル合金を備え、該チタンニッケル合金における該チタン組成は約４５％と５５％との間である、請求項１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１８】
前記ヒンジは前記チタンアルミニウム合金を備え、該チタンアルミニウム合金における該チタン組成は約４０％と６０％との間である、請求項１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項１９】
前記ヒンジは前記チタンアルミニウム合金を備え、該チタンアルミニウム合金における該チタン組成は約４５％と５５％との間である、請求項１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【請求項２０】
基板によってサポートされるヒンジに対してチルト可能なミラープレート上に静電気力を生成することであって、該ヒンジは、該ミラープレートがチルトされていない位置から離れてチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成される、ことと、
該復元力を克服して、前記ミラープレートを該チルトされていない位置から「オン」位置または「オフ」位置までチルトすることと、
該弾性復元力と釣り合う該静電気力を用いて、該ミラープレートを、該「オン」位置または該「オフ」位置に保持することと
を包含する、ミラープレートのチルト移動を制御する方法。
【請求項２１】
前記「オン」位置または前記「オフ」位置におけるチルト角は、前記チルトされていない位置に対して２度以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記「オン」位置または前記「オフ」位置におけるチルト角は、前記チルトされていない位置に対して３度以上である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記「オン」位置または前記「オフ」位置におけるチルト角は、前記チルトされていない位置に対して４度以上である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記静電気力を減少または除去することと、
該静電気力が減少または除去された後に前記ミラープレートを前記チルトされていない位置まで弾性的に復元することと
をさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記チルトされていない位置は、前記基板の上面に実質的に平行である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記チルトされていない位置は、前記「オン」位置および前記「オフ」位置と異なる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記チルトされていない位置は、前記「オン」位置および前記「オフ」位置のうちの１つと同一である、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラーの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間的光変調器（ＳＬＭ）は、反射面を有するチルト可能なミラープレートのアレイを有して構築され得る。各ミラープレートは、静電気力によって、「オン」位置および「オフ」位置にチルトされ得る。静電気力は、ミラープレートと該ミラープレートの下の１つ以上の電極との間の電位差によって生成され得る。「オン」位置において、マイクロミラープレートは、入射光を反射して、ディスプレイ画像に画像ピクセルを形成し得る。「オフ」位置において、マイクロミラープレートは入射光をディスプレイ画像から離れるように配向する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの全体的な局面において、本発明はマイクロミラーデバイスに関し、該マイクロミラーデバイスは、基板によってサポートされるヒンジと；該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートであって、該ヒンジは、該ミラープレートがチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成された、ミラープレートと；該弾性復元力を克服して、該ミラープレートを、チルトされていない（ｕｎ−ｔｉｌｔｅｄ）位置から「オン」位置または「オフ」位置までチルトするように静電気力を生成し得るコントローラとを含む。静電気力は、該弾性復元力に対抗して該ミラープレートを該「オン」位置または該「オフ」位置に保持するように構成されている。
【０００４】
別の全体的な局面において、本発明はマイクロミラーデバイスに関し、該マイクロミラーデバイスは、基板によってサポートされるヒンジと、該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートと、該ミラープレートが該ヒンジ以外の該基板上のいかなる構造とも接触させることなしに、該ミラープレートを該基板の表面に対して２度以上でチルトされた配向で保持するように電気信号を生成し得るコントローラとを含む。該ヒンジは、該ミラープレートを該チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成され得る。
【０００５】
別の全体的な局面において、本発明はマイクロミラーデバイスに関し、該マイクロミラーデバイスは、基板によってサポートされるヒンジと、該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートとを含む。該ヒンジは、約３０％から７０％までの間のチタン組成を有するチタンニッケル合金、約３０％から７０％までの間のチタン組成を有するチタンアルミニウム合金、約５％から２０％までの間の銅組成を有するアルミニウム銅合金および０％から約１５％までの範囲の窒素組成を有する窒化アルミニウムチタンからなるグループから選択される材料を含み得る。
【０００６】
別の全体的な局面において、本発明はミラープレートのチルト移動を制御する方法に関する。該方法は、基板によってサポートされるヒンジに対してチルト可能なミラープレート上に静電気力を生成することを含む。該ヒンジは、ミラープレートがチルトされる場合に、ミラープレート上に弾性復元力を生成し得る。該方法はまた、チルトされていない位置から、「オン」位置または「オフ」位置まで、該ミラープレートをチルトするために、該弾性復元力を克服することと、該ミラープレートを、該弾性復元力と釣り合う該「オン」位置または該「オフ」位置に保持することとを含む。
【０００７】
システムのインプリメンテーションは、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。配向は、基板の表面に対して３度以上であり得、ヒンジはミラープレートを該チルトされた配向から該基板に実質的に平行であるように弾性的に復元するように構成される。配向は、該基板の該表面に対して４度以上であり得、ヒンジはミラープレートを該チルトされた配向から該基板に実質的に平行であるように弾性的に復元し得る。ヒンジは、約３０％から７０％までのチタン組成を有するチタンニッケル合金、約３０％から７０％までのチタン組成を有するチタンアルミニウム合金、約５％から２０％までの銅組成を有するアルミニウム銅合金および約０から１５％までの範囲における窒化物組成を有する窒化アルミニウムチタンからなるグループから選択された合金を含み得る。ヒンジは窒化アルミニウムチタンを含み得る。窒化アルミニウムチタンにおけるアルミニウムおよびチタンは、ほぼ等しい組成を有し得る。窒化アルミニウムチタンにおける窒化物組成は、０から約１０％までの範囲であり得る。ヒンジはチタンニッケル合金を含み得る。チタンニッケル合金におけるチタン組成は、約４０％から６０％までの範囲内であり得る。チタンニッケル合金におけるチタン組成は、約４５％から５５％までの範囲内であり得る。ヒンジはチタンアルミニウム合金を含み得る。チタンアルミニウム合金におけるチタン組成は、約４０％から６０％までの範囲内であり得る。チタンアルミニウム合金におけるチタン組成は、約４５％からの５５％までの範囲内であり得る。ヒンジは窒化アルミニウムチタンを含み得る。窒化アルミニウムチタンにおけるアルミニウムおよびチタンは、ほぼ等しい組成を有し得る。窒化アルミニウムチタンにおける窒化物組成は、０から約１０％の範囲内であり得る。ヒンジは、チタンニッケル合金を含み得る。チタンニッケル合金におけるチタン組成は、約４０％から６０％までの範囲内であり得る。チタンニッケル合金におけるチタン組成は、約４５％から５５％までの範囲内であり得る。ヒンジはチタンアルミニウム合金であり得る。チタンアルミニウム合金におけるチタン組成は、約４０％から６０％までの範囲内であり得る。チタンアルミニウム合金におけるチタン組成は、約４５％から５５％までの範囲内であり得る。ヒンジは、基板の表面に対して２度以上、基板の表面に対して３度以上または基板の表面に対して４度以上の第一の配向から、基板に実質的に平行な第二の配向まで、ミラープレートを弾性的に復元し得る。マイクロミラーデバイスは、電気信号を生成して、基板の表面に対して２度以上、基板の表面に対して３度以上または基板の表面に対して４度以上の配向でミラープレートを保持するように構成されたコントローラをさらに含み得る。
【０００８】
インプリメンテーションは以下の利点を含み得る。本明細書は、基板上のチルト可能なミラープレートに対する簡略化された構造およびチルト可能なミラープレートを駆動する方法を開示する。チルト可能なミラープレートは、コントローラによって提供される電気信号に応答して、所定の角度までチルトされ得、かつ所定の角度で保持され得る。チルトされたミラーを停止し、ミラープレートのチルト角を定義するために、機械的ストップは、基板上またはミラープレート上に必要とされない。機械的ストップを除去することは、機械的ストップを有する従来のマイクロミラーデバイスの一部と比較した場合に、マイクロミラーデバイスを単純化し得る。ミラープレートと基板上の構造（例えば、機械的ストップ）との間の機械的接触の欠如はまた、従来のミラーデバイスにおけるミラープレートと機械的ストップとの間に存在することが公知の摩擦の問題も取り除き得る。本明細書に記載されるミラープレートデバイスは、従来のデバイスのミラープレートよりも狭い角度でチルトし得る。よりわずかなミラープレートのチルティングが、ミラープレートが回転するヒンジ上のよりわずかな歪みを生じさせる。このようなデバイスは、機械的な故障を受ける可能性がより低い。従って、デバイスの有用な寿命は、より長くなり得る。さらに、ヒンジは従来のデバイスと同程度多く回転する必要はないので、より多種の材料がヒンジ形成に対して選択され得る。さらに、ミラープレートはより小さい角度の偏向を受けるので、ミラープレートはより高い周波数で動作し得る。
【０００９】
本発明は複数の実施形態を参照して詳細に示され記載されるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、形式および詳細における様々な変化が本明細書中でなされ得ることが当業者によって理解される。
【００１０】
本発明はさらに以下の手段を提供する。
【００１１】
（項目１）  
基板によってサポートされるヒンジと、
該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートであって、該ヒンジは、該ミラープレートがチルトされていない位置から離れてチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成されている、ミラープレートと、
該弾性復元力を克服して、該ミラープレートを、該チルトされていない位置から「オン」位置までまたは「オフ」位置までチルトするように静電気力を生成するように構成されたコントローラであって、該静電気力は、該弾性復元力に対抗して該ミラープレートを該「オン」位置または該「オフ」位置に保持するように構成されている、コントローラと
を備えている、マイクロミラーデバイス。
【００１２】
（項目２）
上記ヒンジは、上記静電気力が減少または除去された後に、上記ミラープレートを上記チルトされていない位置まで弾性的に復元するように構成されている、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１３】
（項目３）
上記基板上に電極をさらに備え、上記コントローラは該電極に電圧を印加して、上記静電気力を生成するように構成されている、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１４】
（項目４）
上記ミラープレートは、上記チルトされていない位置にある場合には、上記基板の上面に実質的に平行である、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１５】
（項目５）
上記「オン」位置または上記「オフ」位置における上記チルト角は、上記チルトされていない位置に対して３度以上である、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１６】
（項目６）
上記「オン」位置または上記「オフ」位置における上記チルト角は、上記チルトされていない位置に対して４度以上である、項目５に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１７】
（項目７）
上記ヒンジは、約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンニッケル合金、約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンアルミニウム合金、約５％と２０％との間の銅組成を有するアルミニウム銅合金および約０％と１５％との間の範囲の窒素組成を有する窒化アルミニウムチタンからなるグループから選択される材料を備えている、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１８】
（項目８）
上記チルトされていない位置は、上記「オン」位置および上記「オフ」位置とは異なる、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００１９】
（項目９）
上記チルトされていない位置は、上記「オン」位置または上記「オフ」位置と同一である、項目１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２０】
（項目１０）
基板によってサポートされるヒンジと、
該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートと、
該ミラープレートが該ヒンジ以外の該基板上の任意の構造と接触させることなしに、該ミラープレートを該基板の表面に対して２度以上のチルトされた配向で保持するように電気信号を生成するように構成されているコントローラであって、該ヒンジは該ミラープレートを該チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成されている、コントローラと、
を備えている、マイクロミラーデバイス。
【００２１】
（項目１１）
上記配向は上記基板の上記表面に対して３度以上であり、上記ヒンジは、上記ミラープレートを、上記チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成されている、項目１０に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２２】
（項目１２）
上記配向は上記基板の上記表面に対して４度以上であり、上記ヒンジは、上記ミラープレートを、上記チルトされた配向から該基板に実質的に平行になるように弾性的に復元するように構成されている、項目１１に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２３】
（項目１３）
上記ヒンジは約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンニッケル合金、約３０％と７０％との間のチタン組成を有するチタンアルミニウム合金、約５％と２０％との間の銅組成を有するアルミニウム銅合金および約０％と１５％との間の範囲の窒素組成を有する窒化アルミニウムチタンからなるグループから選択される材料を備えている、項目１０に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２４】
（項目１４）
上記ヒンジは上記窒化アルミニウムチタンを備え、該窒化アルミニウムチタンにおける該アルミニウムおよび該チタンはほぼ等しい組成を有する、項目１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２５】
（項目１５）
上記ヒンジは上記窒化アルミニウムチタンを備え、該窒化アルミニウムチタンにおける該窒化物組成は約０％と１０％との間である、項目１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２６】
（項目１６）
上記ヒンジは上記チタンニッケル合金を備え、該チタンニッケル合金における該チタン組成は約４０％と６０％との間である、項目１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２７】
（項目１７）
上記ヒンジは上記チタンニッケル合金を備え、該チタンニッケル合金における該チタン組成は約４５％と５５％との間である、項目１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２８】
（項目１８）
上記ヒンジは上記チタンアルミニウム合金を備え、該チタンアルミニウム合金における該チタン組成は約４０％と６０％との間である、項目１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【００２９】
（項目１９）
上記ヒンジは上記チタンアルミニウム合金を備え、該チタンアルミニウム合金における該チタン組成は約４５％と５５％との間である、項目１３に記載のマイクロミラーデバイス。
【００３０】
（項目２０）
基板によってサポートされるヒンジに対してチルト可能なミラープレート上に静電気力を生成することであって、該ヒンジは、該ミラープレートがチルトされていない位置から離れてチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成される、ことと、
該復元力を克服して、上記ミラープレートを該チルトされていない位置から「オン」位置または「オフ」位置までチルトすることと、
該弾性復元力と釣り合う該静電気力を用いて、該ミラープレートを、該「オン」位置または該「オフ」位置に保持することと
を包含する、ミラープレートのチルト移動を制御する方法。
【００３１】
（項目２１）
上記「オン」位置または上記「オフ」位置におけるチルト角は、上記チルトされていない位置に対して２度以上である、項目２０に記載の方法。
【００３２】
（項目２２）
上記「オン」位置または上記「オフ」位置におけるチルト角は、上記チルトされていない位置に対して３度以上である、項目２１に記載の方法。
【００３３】
（項目２３）
上記「オン」位置または上記「オフ」位置におけるチルト角は、上記チルトされていない位置に対して４度以上である、項目２２に記載の方法。
【００３４】
（項目２４）
上記静電気力を減少または除去することと、
該静電気力が減少または除去された後に上記ミラープレートを上記チルトされていない位置まで弾性的に復元することと
をさらに包含する、項目２０に記載の方法。
【００３５】
（項目２５）
上記チルトされていない位置は、上記基板の上面に実質的に平行である、項目２０に記載の方法。
【００３６】
（項目２６）
上記チルトされていない位置は、上記「オン」位置および上記「オフ」位置と異なる、項目２０に記載の方法。
【００３７】
（項目２７）
上記チルトされていない位置は、上記「オン」位置および上記「オフ」位置のうちの１つと同一である、項目２０に記載の方法。
【００３８】
（摘要）
マイクロミラーデバイスは基板によってサポートされるヒンジと、該ヒンジに対してチルト可能なミラープレートとを含む。該ヒンジは、ミラープレートがチルトされてない位置から離れてチルトされる場合に、該ミラープレート上に弾性復元力を生成するように構成されている。マイクロミラーデバイスはまた、コントローラを含み、該コントローラは、静電気力を生成して、該ミラープレートを、チルトされていない位置から「オン」位置または「オフ」位置までチルトするために弾性復元力を克服する。静電気力は、弾性復元力に対抗して、ミラープレートを「オン」位置または「オフ」位置に保持し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を形成する以下の図面は、本発明の実施形態を例示し、記載と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。
【００４０】
図１〜図３を参照すると、マイクロミラー１００は、基板３００上にミラープレート１１０を含み得る。ミラープレート１１０は、反射レイヤ１１１と、スペーサレイヤ１１３と、ヒンジレイヤ１１４とを含み得る。一部の実施形態において、スペーサレイヤ１１３は、１組の開口部１０８ａおよび１０８ｂを含む。一部の実施形態において、ヒンジレイヤ１１４は、２つのヒンジコンポーネント１２０ａおよび１２０ｂを含む。ヒンジコンポーネント１２０ａおよび１２０ｂは、それぞれ細長いヒンジ１６３ａおよび１６３ｂによって、ヒンジレイヤ１１４の主要部分に接続される。細長いヒンジ１６３ａおよび１６３ｂは、細長いヒンジ１６３ａまたは１６３ｂの両側のギャップによって、ヒンジレイヤ１１４の主要部分から分離される。ミラープレート１１０は、ミラープレート１１０に加えられている外力を用いて、チルトされていない位置にある。チルトされていない位置は、基板の上面に実質的に平行であり得る。ミラープレート１１０は、２つのヒンジコンポーネント１２０ａおよび１２０ｂによって定義される軸に対してチルトされ得る。１つのヒンジコンポーネント１２０ａ（または１２０ｂ）は、基板３００上のヒンジサポートポスト１２１ａ（または１２１ｂ）に接続される。ヒンジサポートポスト１２１ａは、単一の物体によって形成され得るか、あるいは２つまたは３つの部分を含み得る。例えば、ヒンジサポートポスト１２１ａは、個別の堆積ステップで形成され得る上部部分１２３ａ、中間部分１２３ｂおよび下部部分１２３ｃを含み得る。
【００４１】
マイクロミラー１００は、ヒンジサポートポスト１２１ａ、１２１ｂの片側に下部部分１３０ａおよび上部部分１３１ａを有する２つの部分の電極と、ヒンジサポートポスト１２１ａ、１２１ｂの別の側に下部部分１３０ｂおよび上部部分１３０ｂを有する別の２つの部分の電極とをさらに含み得る。電極下部部分１３０ａ、１３０ｂは、１つの導電性レイヤから形成され得る。電極上部部分１３１ａ、１３１ｂは、電極下部部分１３０ａ、１３０ｂ上の別の導電性レイヤから形成され得る。ヒンジサポートポスト１２１ａ、１２１ｂは、制御ライン３１１に接続され、２つの部分の電極１３０ａ、１３１ａは、制御ライン３１２に接続され、２つの部分の電極１３０ｂ、１３１ｂは、制御ライン３１３に接続される。制御ライン３１１、３１２、３１３の電位は、コントローラ３５０によって提供される外部電気信号によって別々に制御され得る。ミラープレート１１０と、２つの部分の電極１３０ａ、１３１ａまたは２つの部分の電極１３０ｂ、１３１ｂとの間の電位差は、ミラープレート１１０をチルトし得る静電トルクを生成し得る。適切なマイクロミラーデバイスは、２００４年の１０月２６日に出願された、米国特許出願公開第２００５／０１２８５６４号、「Ｈｉｇｈ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」と、２００６年９月６日に出願された米国特許出願第１１／４７０，５６８号、「Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｐｌａｔｅ」とにさらに記載され、これらは本明細書において、全ての目的において、参考として援用される。
【００４２】
図３および図４Ａを参照すると、コントローラ３５０は、静電気力を生成して、ねじれた細長いヒンジ１６３ａまたは１６３ｂによって生成された弾性復元力を克服して、ミラープレートを、チルトされていない位置から、「オン」位置または「オフ」位置までチルトし得る。静電気力は弾性復元力に対抗して、ミラープレートを、「オン」位置または「オフ」位置に保持し得る。チルトされていない位置は、「オン」位置および「オフ」位置と異なり得る。一部の実施形態において、チルトされていない位置はまた、「オン」位置または「オフ」位置と同一であり得る。ミラープレート１１０は、チルトされていない位置から、基板３００に対してチルト角θｏｎまで一方向にチルトし得る。ミラープレート１１０は、入射光３３０を反射して、「オン」方向に進行する反射光３４０を形成することにより、反射光３４０がディスプレイエリアに到達して、ディスプレイ画像を形成し得る。「オン」方向は、典型的には、基板３００に対して垂直である。入射角（すなわち、入射光３３０とミラーの法線方向との間の角度）および反射角（すなわち、反射光３４０とミラーの法線方向との間の角度）は同一であるので、入射光３３０と反射光３４０とは、ミラープレートのチルト角θｏｎの２倍の大きさの角度２θｏｎを形成する。
【００４３】
図４Ｂを参照すると、ミラープレート１１０は、基板３００に対してまたチルト角θｏｎである配向まで反対の方向に対称的にチルトし得る。ミラープレート１１０は、入射光３３０を反射して、「オフ」方向に進行する反射光３４５を形成し得る。反射光３４５は、アパーチャ（図５〜図７の５３０）によってブロックされ得、吸光剤によって吸収され得る。入射光３３０に対する入射角が３θｏｎであるので、反射角も３θｏｎであるべきである。従って、「オン」方向における反射光３４０と「オフ」方向における反射光との間の角度は４θｏｎであり、ミラープレート１１０のチルト角θｏｎの４倍の大きさである。
【００４４】
入射光３３０は、異なる光源、例えば、それぞれ図５および図６に示されるように、レーザ５００または発光ダイオード（ＬＥＤ）５１０によって提供され得る。レーザ５００によって放射される入射光は、コヒーレントであり、ミラープレート１１０による反射の後に平行のままであり得る。アパーチャ５３０、レーザ５００およびミラープレート１１０は、「オン」方向にチルトされた場合に、ミラープレート１１０によって反射されるほとんど全ての反射光３４０が、アパーチャ５３０の開口部５３５を通過するように配置され得る。ＬＥＤ５１０から放射される入射光３３０は、一般的にノンコヒーレントであり、距離に対して発散する傾向にある。アパーチャ５３０、ＬＥＤ５１０およびミラープレート１１０は、「オン」位置でミラープレート１１０によって反射される光の大部分が、アパーチャ５３０の開口部５３５を通過するように配置され得る。例えば、反射光３４０は、開口部５３５を通過し得、一方で反射光３４０から離れるように発散する反射光３４０ａおよび３４０ｂは、アパーチャ５３０によってブロックされる。
【００４５】
マイクロミラー１００のアレイに基づく例示的な画像投影システム７００が図７に示される。赤、緑および青のレーザ５００ａ、５００ｂおよび５００ｃが、赤、緑および青の有色レーザビーム３３０ａ、３３０ｂおよび３３０ｃをそれぞれ放射し得る。赤、緑および青の有色光３３０ａ、３３０ｂおよび３３０ｃは、拡散体７１０ａ、７１０ｂおよび７１０ｃを通過して、有色光３３１ａ、３３１ｂおよび３３１ｃを形成し得る。拡散体７１０ａ、７１０ｂおよび７１０ｃは、レーザビーム３３０ａ、３３０ｂおよび３３０ｃをサイズ変更（例えば、拡大）し得、マイクロミラー１００のアレイと適合する断面形状に適合され得る。例えば、有色光３３１ａ、３３１ｂおよび３３１ｃは、長方形に適合され得、これはマイクロミラー１００のアレイの形状とより適合し得る。有色光３３１ａ、３３１ｂおよび３３１ｃは、次いでビームスプリッタ７２０ａ、７２０ｂおよび７２０ｃ（これらはビーム結合器として機能する）によって反射され得、有色光３３０にマージされ得る。有色入射光３３０は、内部全反射（ＴＩＲ）プリズム７４０によって反射されて、サポート部材７３０上のマイクロミラー１００を照明する。「オン」位置において、ミラープレート１１０によって偏向された反射光３４０は、ＴＩＲプリズム７４０およびアパーチャ５３０の開口部５３５を通過し得、投影システム７５０によって投影されて、ディスプレイ画像を形成する。
【００４６】
アパーチャ５３０、ＴＩＲプリズム７４０およびマイクロミラー１００の相対的な配置は、「オン」方向の反射光３４０のほとんど全てが、開口部５３５を通り、「オフ」方向の反射光３４５の全ては、アパーチャ５３０によってブロックされ得る。アパーチャ５３０によってブロックされる反射光３４０の任意の部分は、ディスプレイ輝度における損失である。開口部５３５を通過する任意の反射迷光５３５は、ディスプレイ画像のコントラストを減少させる。反射光３４０と反射光３４５との間の角度の広がりが大きくなればなるほど、反射光３４０と反射光３４５とを分離して、ディスプレイ画像において最大の輝度およびコントラストを達成することがより容易になる。換言すると、ディスプレイシステム７００のチルト角θｏｎ（またはθｏｆｆ）が大きくなればなるほど、反射光３４０と反射光３４５とを分離することにより、実質的に全ての反射光３４５がブロックされ、実質的に全ての反射光３４０が画面に到達して、ディスプレイ画像を形成することがより容易になる。
【００４７】
一部の従来のマイクロミラーデバイスにおいて、ミラープレートのチルト移動は機械的ストップによって停止される。チルト可能なミラープレートの「オン」および「オフ」位置は、ミラープレートが機械的ストップと接触する場合に、ミラープレートの配向によって定義される。対照的に、マイクロミラー１００は、ミラープレート１１０のチルト移動を制限し得る機械的ストップを含まない。むしろ、ミラープレートの「オン」および「オフ」位置は、ミラープレート１１０ならびに２つの部分の電極１３０ａ、１３１ａ、１３０ｂおよび１３１ｂに印加される駆動電圧によって制御される。この理由で、開示されたミラープレート１１０は、「非接触」マイクロミラーと呼ばれ得る。機械的ストップを利用し、チルトされた位置にある場合に、基板と接触するミラープレートを含む従来のミラーシステムは、「接触」マイクロミラーと呼ばれ得る。
【００４８】
正の駆動電圧パルス８０１および負の駆動電圧パルスが図８に示される。ゼロチルト角は、水平配向に対応し、水平配向においてミラープレート１１０は基板３００の表面に平行である。正の駆動電圧パルス８０１は、駆動電圧Ｖｏｎを含み、図３、図４Ａ、図５および図６に示されるようにミラープレート１１０を「オン」位置に制御するために使用される。正の電圧パルスは、静電気力を生成して、ミラープレート１１０を「オン」方向（図において反時計回りの方向である）に、基板３００の上部表面に対してチルト角θｏｎまでチルトし得る。ミラープレート１１０は、非チルト状態において、いかなる弾性復元力も受けない。ミラープレート１１０がチルトするとき、ミラープレート１１０は、細長いヒンジ１６３ａまたは１６３ｂのねじれ歪みによって生成された弾性復元力を受け、これはミラープレート１１０上に、反時計回りの方向で力を加える。チルト角が増加するときに、静電気力がいくぶん増加するが、弾性復元力は、チルト角の関数として、静電気力よりも素早く増加する。ミラープレート１１０は、弾性復元力が静電気力に等しくなる場合に、チルト角θｏｎにおいて結局停止する。換言すると、ミラープレート１１０は、静電気力と弾性復元力との間の釣り合いによって、チルト角θｏｎにおいて保持され、これはミラープレート１１０上に、反対の方向で力を加える。ミラープレート１１０は、領域８１１において平均的なチルト角θｏｎに対してまず振動し、引き続きチルト角θｏｎにおいて安定する。
【００４９】
同様に、負の駆動電圧パルス８０２が、図４Ｂに示されるように、ミラープレート１１０を「オフ」位置に制御するために使用される。電圧パルス８０２は、駆動電圧Ｖｏｆｆを含む。電圧パルス８０２は、静電気力を生成して、ミラープレート１１０を「オフ」方向（図面において時計回りの方向である）に、基板３００の上部表面に対してチルト角θｏｆｆまでチルトし得る。ミラープレートは、非チルト位置においていかなる弾性復元力も受けない。チルト角が増加すると、弾性復元力は、細長いヒンジ１６３ａまたは１６３ｂのねじれた歪みによって生成され、これは反時計回り方向の力を加える。弾性復元力は、チルト角の関数として、静電気力よりも素早く増加する。ミラープレート１１０は、弾性復元力が静電気力に等しくなる場合に、チルト角θｏｆｆにおいて結局停止する。ミラープレート１１０は、電圧パルス８０２によって生成された静電気力と歪んだ細長いヒンジ１６３ａおよび１６３ｂによる弾性復元力との間の釣り合いによって、チルト角θｏｆｆにおいて保持される。ミラープレート１１０は、領域８２１において平均的なチルト角θｏｆｆに対してまず振動し得、次いでチルト角θｏｆｆにおいて安定し得る。図４Ａおよび図４Ｂにおいて示される構成において、チルト角θｏｎおよびθｏｆｆは、等しい大きさを有する。負の駆動電圧パルス８０２が取り除かれた後に、ミラープレート１１０は細長いヒンジ１６３ａおよび１６３ｂによってゼロチルト角（すなわち水平配向）まで弾性的に引き戻され得る。
【００５０】
ミラープレートのチルト角の応答曲線は、駆動電圧の関数として図９に示される。ミラープレートのチルト角は、最初に、曲線９０５に沿って、駆動電圧の関数として徐々に増加する。次いで、チルト角は、ミラープレートがスナップ電圧Ｖｓｎａｐにおいて「スナップ（ｓｎａｐ）」するまで増加する。スナップ電圧Ｖｓｎａｐにおいて、弾性復元力は、チルト角が増加する場合に増加を停止する。静電気力は、チルト角が増加する場合に増加し続ける。より強い静電気力と一定の塑性復元力との間の不均衡（図１０参照）は、チルト角をθｍａｘまで、鋭く増加させ、θｍａｘにおいて、ミラープレートの移動は基板上の機械的ストップによって停止される。本明細書において、用語「スナップ」は、ミラープレートの不釣り合いのミラープレートという不安定な状態をいい、ミラープレートは、固定化物体によって停止されるまで素早くチルトする。
【００５１】
ミラープレートの「スナッピング」は、マイクロミラーにおけるヒンジ機械的特性の結果である。図１０を参照して、ミラープレート上の応力は、例えば、ミラープレートと基板上の電極との間の静電気力によって引き起こされ得る。ヒンジの歪みは、低い応力範囲における曲線１０００に沿った応力と共に増加する。曲線１０００は、応力に対するヒンジの弾性応答を表す。１つの例示的なマイクロミラーにおいて、ヒンジは歪みＤ１においてスナップする。換言すると、弾性復元力は、チルト角がＤ１に対応するチルト角を超えると増加を停止する。曲線１０１０は、ヒンジ材料の塑性領域を表す。図７と共に先に議論したように、非接触マイクロミラーは、ディスプレイ画像における最適な輝度およびコントラストのために、好ましくは、約２°、約３°、約４°約５°またはそれ以上のような大きなチルト角を有する。大きな「オン」または「オフ」チルト角は、広い角度範囲を必要とし、該角度範囲において、ミラープレートはチルトされ得、次いでヒンジによって非チルト位置に戻るように弾性的に復元され得る。図１０は、弾性応答曲線１０００から塑性応答曲線１０２０に、歪みＤ２＞Ｄ１において移行する別の例示的なマイクロミラーを示す。マイクロミラーは弾性ヒンジ歪みに対して、より広い範囲を有するので、非接触ミラーアプリケーションにより適している。Ｄ２とＤ１との間の差は、ミラープレート１１０の材料塑性における差（図１２に示される）から生じ得る。反対に接触マイクロミラーは、弾性ヒンジ歪みに対して狭い範囲を有し得ることにより、相対的に小さい駆動電圧がミラープレートをスナップして、プレートを機械的ストップに接触させ得る。従って、塑性曲線１０１０に対応するマイクロミラープレートは、接触マイクロミラーに対してより適切である。マイクロミラー１００の「非接触」マイクロミラーに適したヒンジ材料の一例は、約０から１５％までの窒素組成または０から１０％までの窒素組成、および／またはアルミニウムおよびチタンのほぼ等しい組成を有する窒化アルミニウムチタンである。窒化アルミニウムチタン組成物から形成されるヒンジ材料の一例は、Ａｌ４８％Ｔｉ４８％Ｎ４％である。
【００５２】
図９を再び参照して、マイクロミラーがチルト角θｍａｘでスナップした後で、ミラープレートは、駆動電圧が減少する場合に、最初は、線９１５によって示される駆動電圧範囲内で、機械的ストップに接触したままである。ヒンジが弾性領域に戻り、その弾性を復元し、機械的ストップにおける摩擦を克服し得た後で、ミラープレートは、最後に応答曲線９０５に沿って戻るようにチルトし、ここで駆動電圧は線９２０と交差する。曲線９０５と９１０および線９１５と９２０によって表されるヒステリシスは、接触マイクロミラーの共通特性である。非接触ミラーに対するオペレーショナルウィンドウは、ミラープレートの弾性領域における曲線９０５に沿っている。ミラープレートは、駆動電圧Ｖｏｎによってチルト角θｏｎまたはθｏｆｆでチルトおよび保持され得る。ミラープレートは、静電気力が取り除かれた後に、同一の応答曲線９０５に沿って、ヒンジ１６３ａおよび１６３ｂによって、元の位置まで戻るように弾性的に復元され得る。本明細書に開示される非接触マイクロミラー１００に関連する実質的なヒステリシスはない。
【００５３】
図１１は、ミラープレートチルト角の応答曲線を、異なる材料組成を有するヒンジに対する駆動電圧の関数として図示する。規格化された駆動電圧は、単にミラースナッピング電圧で割られた駆動電圧である。異なる材料組成を有するヒンジに対するミラープレートチルト角は、規格化された駆動電圧の関数として、異なる曲線１１０５に沿って上昇し得る。チルト角は、ＡｌＣｕから形成されるヒンジに対するチルト角よりも、ＴｉＮｉ合金、ＡｌＴｉＮ化合物およびＡｌＴｉ合金から形成されるヒンジに対するヒンジ角の方が大きい。上述のヒンジ材料は、以下の例示的な組成、ＴｉＮｉ合金に対するＴｉ５０％Ｎｉ５０％、ＡｌＴｉＮ化合物に対するＡｌ４８％Ｔｉ４８％Ｎ４％、ＡｌＴｉ合金に対するＡｌ５０％Ｔｉ５０％、ＡｌＣｕ合金に対するＡｌ９０％Ｃｕ１０％を含み得る。
【００５４】
上述のように、ミラープレートは、曲線１１０５によって定義される角度範囲でチルトされ得、それらのそれぞれの非チルト位置まで弾性的に復元され得る。非接触マイクロミラーが動作する、曲線１１０５に対して利用可能なチルト角の範囲は、３つの描かれる材料組成に対して異なる。図１１に描かれる特定の例において、Ｔｉ９０％Ｎｉ１０％から形成されるヒンジは、非接触ミラープレートが、その他の２つのヒンジ材料組成よりも広い角度範囲においてチルトおよび弾性的に復元することを可能にする。
【００５５】
マイクロミラーと適合するヒンジ材料は、チタン、金、銀、ニッケル、鉄、コバルト、銅、アルミニウム、窒素および酸素のような材料の範囲を含み得る。ヒンジはＴｉＮｉから形成され得、ここでチタン組成は、約３０％から７０％までであり得、または約４０％から６０％までであり得、または約４５％から５５％までであり得る。ヒンジはＡｌＴｉから形成され得、チタン組成が約３０％から７０％までであり得、または約４０％から６０％までであり得、または約４５％から６０％までであり得る。「非接触」マイクロミラーに対する適切なヒンジ材料はまた、０から１０％までの範囲または０から１５％までの範囲の窒素組成およびアルミニウムおよびチタンに対するほぼ等しい組成を有する窒化アルミニウムチタンを含み得る。窒化アルミニウムチタンから構成されるヒンジは、他のエレメントが実質的になく（この文脈において「実質的にない」は、他のエレメントが製造過程に一貫して極微量だけ存在し得ることを意味する）、特に酸素を実質的に有さない。
【００５６】
図１２を参照すると、３つの異なる材料、材料１、材料２および材料３から形成されるヒンジを有するミラープレートチルト角は、最初は、同一の曲線１２０５に沿って徐々に上昇し得る。ヒンジ材料１、材料２および材料３に対するスナップ電圧Ｖｓｎａｐ１、Ｖｓｎａｐ２およびＶｓｎａｐ３は、異なり得る：Ｖｓｎａｐ１＜Ｖｓｎａｐ２＜Ｖｓｎａｐ３である。ヒンジの３つの材料に対応する非接触チルト角θｏｎ１、θｏｎ２およびθｏｎ３に対するオペレーショナルウィンドウも異なる：θｏｎ１＜θｏｎ２＜θｏｎ３である。図１２に描かれる例において、材料３が、非接触ミラーに対するヒンジ材料としてより好ましい。なぜならば、ミラープレートのチルトに対して最大の角度範囲を提供し得、非チルト位置に復元する。例えば、材料３から形成されるヒンジは、非チルト位置に対して２度以上、３度以上または４度以上の第一の配向からミラープレートを弾性的に復元し得る。
【００５７】
上述のマイクロミラーデバイスは、基板上のチルト可能なミラープレートに対する簡略化された構造およびチルト可能なミラープレートを駆動する方法を提供する。チルト可能なミラープレートは、コントローラによって提供される電気信号に応答して、所定の角度にチルトされ得、該角度で保持され得る。チルトされたミラープレートを停止するため、およびミラープレートのチルト角を定義するために、機械的ストップは、基板上またはミラープレート上に必要とされない。機械的ストップを取り除くことは、マイクロミラーデバイスを簡略化するだけでなく、従来のミラーデバイスにおけるミラープレートと機械的ストップとの間に存在することが公知な摩擦を取り除くこともする。本明細書で記載されるミラープレートデバイスは、従来のデバイスにおけるミラープレートよりも狭い角度でチルトし得る。よりわずかなミラープレートのチルトが、ミラープレートが回転するヒンジによりわずかな歪みを引き起こし得る。このようなデバイスは、機械的故障を受ける可能性がより低くなり得る。従って、デバイスの有用な寿命は、より長くなり得る。さらに、ヒンジが従来のデバイスと同程度回転させる必要がないので、より多種の材料が、ヒンジ形成に選択され得る。さらに、ミラープレートはより小さな角度の偏向を受けるので、ミラープレートはより高い周波数で動作し得る。
【００５８】
本開示された方法は、マイクロミラーの他の構成と互換性があることが理解される。上記されたものと異なる材料がミラープレートの様々なレイヤ、ヒンジ接続ポスト、ヒンジサポートポスト、電極および機械的ストップを形成するために使用され得る。電極は、図面に示されるようにいくつかのステップを含み得るか、または導電性材料の単一のレイヤを含み得る。ミラープレートは、長方形、六角形、ひし形または八角形のような様々な形状を有し得る。駆動電圧パルスは、異なる波形および極性を含み得る。ディスプレイシステムは、本発明の精神から逸脱することなしに、光学経路に対して異なる構成および設計を含み得る。数値的な範囲が本明細書に示される全ての場合において、数値の終点は、示される数字または示される数字近辺を言い得る。すなわち、組成物がＸ％とＹ％との間の成分を有する場合には、組成物はＸ％とＹ％との間の成分を有し得るか、または約Ｘ％から約Ｙ％までの間の成分を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、マイクロミラーの斜視図である。
【図２】図２は、図１のマイクロミラーの拡大図である。
【図３】図３は、図１のマイクロミラーの側面図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、チルトされたミラープレートによる、それぞれ「オン」方向および「オフ」方向における入射光の反射を図示する。
【図５】図５は、チルトされたミラープレートによる、レーザ放射の入射光の反射を図示する。
【図６】図６は、チルトされたミラープレートによる、発光ダイオード放射の入射光の反射を図示する。
【図７】図７は、マイクロミラーを含む画像投影システムの配置を図示する。
【図８】図８は、駆動電圧パルスと結果生じるミラープレートのチルト角の時間プロフィールを図示する。
【図９】図９は、ミラープレートのチルト角の応答曲線を、接触マイクロミラーおよび非接触マイクロミラーに対する駆動電圧の関数として示すグラフである。
【図１０】図１０は、応力−伸長プロットにおける非接触マイクロミラーおよび接触マイクロミラーの動作領域を示すグラフである。
【図１１】図１１は、ミラープレートチルト角の応答曲線を、異なる材料組成を有するヒンジコンポーネントに対する規格化された駆動電圧の関数として示すグラフである。
【図１２】図１２は、ミラープレートチルト角の応答曲線を、異なる材料組成を有するヒンジコンポーネントに対する駆動電圧の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１００  マイクロミラー
１１０  ミラープレート
１１１  反射レイヤ
１１３  スペーサレイヤ
１１４  ヒンジレイヤ
１２０ａ、１２０ｂ  ヒンジコンポーネント
１２１ａ、１２１ｂ  ヒンジサポートポスト
１２３ａ  上部部分
１２３ｂ  中間部分
１２３ｃ  下部部分
１３０ａ、１３０ｂ  電極下部部分
１３１ａ、１３１ｂ  電極上部部分
１６３ａ、１６３ｂ  細長いヒンジ
【図１】
2008112168.tif 000003
【図２】
2008112168.tif 000004
【図３】
2008112168.tif 000005
【図４】
2008112168.tif 000006
【図５】
2008112168.tif 000007
【図６】
2008112168.tif 000008
【図７】
2008112168.tif 000009
【図８】
2008112168.tif 000010
【図９】
2008112168.tif 000011
【図１０】
2008112168.tif 000012
【図１１】
2008112168.tif 000013
【図１２】
2008112168.tif 000014