(57)【要約】【課題】  電荷制御を有する光干渉ピクセルディスプレイを提供する。【解決手段】  表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイス１００において、第１のリフレクタ１０２及び第２のリフレクタ１０４であって、これらのリフレクタ１０２，１０４の間に光共振器１０６を規定し、かつ、光干渉によるある強度のある可視波長の選択性を有する、第１のリフレクタ及び第２のリフレクタ１０２，１０４と、可視波長及び強度の少なくとも一方が、表示可能な画像のピクセルに対応して可変に選択可能であるように、第１のリフレクタ１０２及び第２のリフレクタ１０４に蓄積される所定の電荷量を制御することによって、光共振器１０６の光学的性質を変化させることを可能にする電荷制御メカニズム１１２とを備える。【選択図】        図１Ａ
2004334201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイスにおいて、
（ａ）  第１のリフレクタ及び第２のリフレクタであって、これらのリフレクタの間に光共振器を規定し、かつ、光干渉によるある強度のある可視波長の選択性を有する、第１のリフレクタ及び第２のリフレクタと、
（ｂ）  前記可視波長及び前記強度の少なくとも一方が、前記表示可能な画像の前記ピクセルに対応して可変に選択可能であるように、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタに蓄積される所定の電荷量を制御することによって、前記光共振器の光学的性質を変化させることを可能にする電荷制御メカニズムと、
を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記電荷制御メカニズムは、電荷分配コンデンサを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記電荷制御メカニズムは、制御される電流源と、該電流源が前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタに適用される時間間隔を制御する回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記電荷制御メカニズムは、前記光共振器の厚さを変化させて、前記可視波長及び前記強度の少なくとも一方を可変に選択することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記電荷制御メカニズムは、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの一方に動作可能に接続された撓み部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１のリフレクタと前記第２のリフレクタとの間の前記光共振器の厚さが、色を選択するように前記電荷制御メカニズムによって制御可能となるように、前記光共振器は、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが互いに接触する接触モードと、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが互いから分離される非接触モードとに従って動作することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記光共振器は、前記可視波長に対応する色のスペクトル応答の次数であって、１よりも大きな次数を生成するために十分に大きな厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記第１のリフレクタに対して前記第２のリフレクタとは反対側の位置に設けられた第３のリフレクタをさらに備え、前記光共振器が、前記第１のリフレクタと前記第２のリフレクタとの間の第１のギャップと、前記第１のリフレクタと前記第３のリフレクタとの間の第２のギャップとを取り囲むようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記光共振器は、デジタル方式のものであり、複数のレベルに従って動作し、それぞれのレベルは、異なる色と該異なる色の異なる強度との少なくとも一方に対応することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記光共振器は、デジタル方式のものであり、前記光共振器が選択する前記可視波長が、ある色成分の波長として固定され、かつ、前記色成分の波長の強度が、前記表示可能な画像の前記ピクセルの対応する色成分と対応して可変に選択可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイスに関し、さらに詳しくは、電荷制御を有する光干渉ピクセルディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のほとんど全てのディスプレイは、本質的にアクティブである。これは、ディスプレイが表示している画像を維持するには、ディスプレイに電力を絶えず供給しなければならないことを意味する。このような従来のディスプレイには、特に、直視型陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイ及び投影型ＣＲＴディスプレイ，直視型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び投影型ＬＣＤ，直視型プラズマディスプレイ，投影型デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ディスプレイ，並びに直視型エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイが含まれる。
【０００３】
これらのタイプのディスプレイには、電力を絶えず供給しなければならないので、供給電力が少なくて貴重であるようなデバイス、例えば、ラップトップコンピュータ及びノートブックコンピュータのようなポータブルデバイス，携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス，無線電話，さらには他のタイプのポータブルデバイスでは、これらのディスプレイは、電力使用の大きな原因となり得る。その結果、このようなデバイスの設計者は、通常、重量及びコストは増加するものの、このようなデバイスに収容されるバッテリのサイズを大きくすることを選択するか、又は、バッテリの充電と充電との間におけるデバイスの動作時間を削減することを選択する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの理由及び他の理由により、本発明が必要とされる。本発明の目的は、電荷制御を有する光干渉ピクセルディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る電子デバイスは、表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイスである。この電子デバイスは、第１のリフレクタと第２のリフレクタとの間に光共振器を規定する第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを含み、光干渉によるある強度のある可視波長の選択性を含む。また電子デバイスは、第１のリフレクタ及び第２のリフレクタに蓄積される所定の電荷量を制御することによって、光共振器の光学的性質を変化させることを可能にする電荷制御メカニズムを含む。従って、可視波長及び／又は強度は、表示可能な画像のピクセルに対応して可変に選択可能である。
【０００６】
本明細書で参照する図面は、本明細書の一部を形成する。図面に示す特徴は、特に明示的な指定がなく、また、その逆の意味合いが特に含まれていない限り、本発明の実施形態の例示としての意味を有する。これらの実施形態は、本発明の実施形態の一部にすぎず、本発明の全ての実施形態ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。これらの添付図面には、例示として、本発明を実践できる特定の例示的な実施形態を示す。当業者が本発明を実践できるように、これらの実施形態については、十分に詳細な説明を行う。それ以外の実施形態を利用することもでき、論理的な変更，機械的な変更，及びそれ以外の変更を、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、以下の詳細な説明は、限定する意味に取られるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求項によってのみ画定される。
【０００８】
［概要］
図１Ａは、本発明の一実施形態による、表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイス１００を示している。このデバイス１００は、上部リフレクタ１０２及び底部リフレクタ１０４に加えて、撓み部１１０及びバネ（スプリング）メカニズム１１２を備える。リフレクタ１０２，１０４によって、光空洞共振器１０６が規定される。この光空洞共振器１０６は、可変の厚さ若しくは幅１０８を有する。上部リフレクタ１０２は、一実施形態では、例えば全反射のような高い反射性を有する。底部リフレクタ１０４は、一実施形態では、半透明である。すなわち、底部リフレクタ１０４は、一実施形態では、半反射性を有する。バネメカニズム１１２は、本発明の一実施形態では、線形又は非線形のバネ機能を有するポリマのような柔軟性のある材料とすることができる。
【０００９】
光共振器（光共振空洞）１０６は、光干渉によって、ある強度のある可視波長を可変に選択することができる。電子デバイス１００の所望の構成に応じて、光共振器１０６は、その強度の波長を反射することもできるし、透過することもできる。すなわち、共振器１０６は、本質的に反射型にすることもできるし、透過型にすることもできる。光共振器１０６は、光を発生するものではなく、デバイス１００は、周囲の光に頼るか、又は、共振器１０６が反射又は透過したデバイス１００により供給される光に頼る。光共振器１０６によって選択された可視波長、及び、光共振器１０６によって選択された可視波長の強度は、共振器１０６の厚さ１０８に依存する。すなわち、光共振器１０６の厚さ１０８を制御することにより、光共振器１０６を所望の強度の所望の波長に調整することができる。
【００１０】
撓み部１１０及びバネメカニズム１１２により、底部リフレクタ１０４を移動させることが可能であり、これによって、共振器１０６の厚さ１０８を変化させることが可能である。より一般的には、撓み部１１０及びバネメカニズム１１２は、光共振器１０６の光学的性質を変化させて、ある強度のある可視波長を可変に選択することを可能にするメカニズムを構成する。光学的性質には、共振器１０６の光学指数、及び／又は、共振器１０６の光学的厚さが含まれる。撓み部１１０及びバネメカニズム１１２により、リフレクタ１０４を移動できることから、リフレクタ１０２と１０４との間に印加される電圧、又は、リフレクタ１０２，１０４に蓄積される電荷によって、共振器１０６の厚さ１０８が変化する。従って、リフレクタ１０２，１０４の印加電圧、又は、リフレクタ１０２，１０４の蓄積電荷に応じて撓み部１１０及びバネメカニズム１１２が変動して、リフレクタ１０４が移動し、所望の厚さ１０８を達成できるように、撓み部１１０は剛性を有し、バネメカニズム１１２はバネ復元力を有する。所与の厚さ１０８を維持するのに、電力は浪費されない。
【００１１】
一実施形態では、底部リフレクタ１０４が一定の電圧に維持され、上部リフレクタ１０２が、所望の可視波長及び所望の強度に応じた電圧に設定される。この電圧は、撓み部１１０の剛性に対して較正されて設定される。図１Ａの実施形態では、撓み部１１０を底部リフレクタ１０４の下に位置して示すが、別の実施形態では、底部リフレクタ１０４の上に位置してもよい。他の実施形態では、上部リフレクタ１０２の代わりに底部リフレクタ１０４を移動させて、光共振器１０６の厚さ１０８を調節できるように、撓み部１１０が、同様にして、上部リフレクタ１０２の上又は下に位置してもよい。さらに、別の実施形態では、２つ以上の光共振器が設けられてもよく、光共振器１０６は、このような２つ以上の共振器に含まれる。
【００１２】
一実施形態において、光共振器１０６が、底部リフレクタ１０４と上部リフレクタ１０２との間にある誘電体を意味する場合には、底部リフレクタ１０４及び上部リフレクタ１０２は、コンデンサの平板とみなすことができる。底部リフレクタ１０４と上部リフレクタ１０２との間に印加される電位により、底部リフレクタ１０４は、撓み部１１０及びバネメカニズム１１２によって移動するが、電荷もコンデンサに蓄積されることになる。この電荷が、底部リフレクタ１０４及び上部リフレクタ１０２にさらに電圧を印加することなく、その後、所与の厚さ１０８の維持を可能にする静電電荷である。
【００１３】
光共振器１０６によって選択された波長及び強度は、表示可能な画像のピクセルに対応する。従って、電子デバイス１００は、画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する。電子デバイス１００は、アナログ方式で動作することもできるし、デジタル方式で動作することもできる。電子デバイス１００は、アナログデバイスとしては、光の可視波長と、ピクセルの色に対応する強度と、ピクセルの色の純度とを選択する。別の実施形態では、電子デバイス１００を使用して、アナログ方式で、カラーの代わりに白黒、すなわちグレースケールのピクセルを表示することができる。
【００１４】
電子デバイス１００は、デジタルデバイスとしては、ピクセルの赤色成分、緑色成分、又は青色成分の何れかを担当する。デバイス１００は、赤、緑、又は青の何れかの静的な可視波長を保持し、ピクセルの赤色成分、緑色成分、又は青色成分に対応するこの波長の強度を変化させる。従って、ピクセルをデジタルに表示するには、デバイス１００が３つ必要となり、この場合、第１のデバイス１００は赤の波長を選択し、もう１つの第２のデバイス１００は緑の波長を選択し、さらにもう１つの第３のデバイス１００は青の波長を選択する。より一般的には、画像のピクセル又は部分の各色成分に対してデバイス１００が設けられる。さらに、別の実施形態では、電子デバイス１００を使用して、デジタル方式で、カラーの代わりに白黒、すなわちグレースケールのピクセルを表示することができる。
【００１５】
［波長及び強度を可変に選択する光干渉］
電子デバイス１００の光共振器１０６は、光干渉を利用して、ある強度のある波長の透過又は反射を選択する。一実施形態の光共振器１０６は、厚さ１０８に等しい光路長を有する薄膜である。光は、共振器１０６の何れかの側のリフレクタ１０２，１０４の境界から反射されて、光自身と干渉する。反射ビームは、共振器１０６内の距離２ｄを進むので、入射ビームとその反射像との位相差は、ｋ（２ｄ）となる。ここで、ｄは厚さ１０８である。ｋ＝２π／λであるので（λは波長）、ｄ＝λ／２とすると、入射波と反射波との位相差は、ｋ２ｄ＝２πとなり、干渉による強め合いが生じる。π／２の全ての倍数は、光共振器１０６のモードとなり、透過される。この場合、光干渉の結果、光共振器１０６は、λ／２の整数倍で最も強い光を伝達し、λ／４の奇数倍で最少の光量を伝達する。上記計算により、干渉に基づく光変調の基礎的なメカニズムが得られるが、実際のデバイスの性能をより正確に表すには、より厳密な電磁気シミュレーションが望ましい場合がある。
【００１６】
一実施形態では、上部リフレクタ１０２は、部分的に透過する金属薄膜を含んでおり、ｎ−ｉｋ＝２．５−２．５ｉの場合には、チタンである。この式において、ｎは、共振器１０６の実数の光学指数を表し、ｋは、共振器１０６の虚数の光学指数を表す。この実施形態では、吸収及び干渉の双方が、出力の色及び強度の変調に影響を与える。光共振器１０６は調節可能なスペーサであり、底部リフレクタ１０４は、アルミニウムのような高い反射率を有する金属基板である。一実施形態では、デバイス１００がデジタルである場合、光共振器１０６は、表示されるピクセルの対応する色成分に応じた強度で、６１００オングストローム（Å）の赤の波長、５５００Åの緑の波長、又は４５００Åの青の波長を選択することができる。さらに、光共振器１０６は、低反射又は透過を実現することができる。この後者の状態では、光共振器１０６は、５パーセント未満の反射又は透過に最適化することができるいわゆる「ダークミラー」となる。
【００１７】
例えば、この実施形態では、以下の表によると、底部リフレクタ１０４における入射のｎを１．５とし、上部リフレクタ１０２における基板のｎを１．５２とすることにより、底部リフレクタ１０４，光共振器１０６，及び上部リフレクタ１０２の膜の積み重ねの列は、６１００Åの赤の波長を実現することができる。
【００１８】
【表１】
2004334201.tif 000003
【００１９】
同様に、以下の表によると、上部リフレクタ１０２における入射のｎを１．５とし、底部リフレクタ１０４における基板のｎを１．５２とすることにより、この膜の積み重ねの列は、５５００Åの緑の波長を実現することができる。
【００２０】
【表２】
2004334201.tif 000004
【００２１】
以下の表によると、上部リフレクタ１０２における入射のｎを１．５とし、底部リフレクタ１０４における基板のｎを１．５２とすることにより、膜の積み重ねの列は、４５００Åの青の波長も実現することができる。
【００２２】
【表３】
2004334201.tif 000005
【００２３】
このように、光共振器１０６の厚さが、２７５０Åであるか、２５００Åであるか、或いは２０００Åであるかに応じて、膜の積み重ねの列は、それぞれ、６１００Åの赤の波長、５５００Åの緑の波長、又は４５００Åの青の波長を実現する。
【００２４】
最後に、以下の表によると、上部リフレクタ１０２における入射のｎを１．５とし、底部リフレクタ１０４における基板のｎを１．５２とすることにより、膜の積み重ねの列は、低反射又は低透過を実現することができる。
【００２５】
【表４】
2004334201.tif 000006
【００２６】
この結果、光共振器１０６の厚さが４００Åの場合には、出力は、ダークグレーのほとんど黒となる。ピクセルが有色の状態又は黒の状態にある時間量を比例させることにより、広い範囲の平均色及び平均強度を得ることができる。
【００２７】
［光共振器の厚さの制御］
上述したように、所望の強度の所望の波長が選択されるように、適切な電圧をリフレクタ１０２，１０４の両端に印加すると、撓み部１１０及びバネメカニズム１１２により、光共振器１０６の厚さ１０８を変化させることが可能になる。この電圧は、下記の式（１）によって求められる。この式（１）は、平行平板コンデンサの平板として機能するリフレクタ１０２と１０４との間の引力であり、電極の縁の電界の乱れは考慮していない。
【００２８】
【数１】
2004334201.tif 000007
【００２９】
上記の式（１）において、ε0は自由空間の誘電率であり、Ｖは、リフレクタ１０２，１０４の両端の電圧であり、Ａは、リフレクタ１０２，１０４のそれぞれの面積である。ｄは厚さ１０８である。従って、０．２５マイクロメートルの厚さ１０８を有する１００平方マイクロメートルのピクセルに１ボルトの電位を印加すると、７×１０-7ニュートン（Ｎ）の静電気力が発生する。
【００３０】
従って、リフレクタ１０２と１０４との間の小さな電圧により、底部リフレクタ１０４を移動させるのに十分な力が提供され、底部リフレクタ１０４は、重力及び衝撃に対抗して保持される。電圧が一旦印加されると、リフレクタ１０２，１０４によって形成され、かつ、共振器１０６を規定するコンデンサには静電電荷が蓄積され、この静電電荷は、電力を追加することなく、底部リフレクタ１０４を所定の位置に保持するのに十分なものとなる。しかしながら、漏電により、電荷を時々補給する必要がある。
【００３１】
上記の式（１）で定義される力は、バネメカニズム１１２によって提供される以下の式の線形バネ力とバランスする。
【００３２】
Ｆ＝ｋ（ｄ0−ｄ）    ……  （２）
【００３３】
上記の式（２）において、ｋは線形バネ定数であり、ｄ0は厚さ１０８の初期値である。上記の式（１）及び（２）の力が適切に均衡する範囲は、値（ｄ0−ｄ）が０とｄ0／３との間にある場合に生じる。ｄ0−ｄ＞ｄ0／３では、上記の式（１）の引力である静電気力が、上記の式（２）のバネ力を上回り、リフレクタ１０４は、リフレクタ１０２にスナップ（snap）する。この状態は望ましくない。これは、リフレクタ１０４がｄ0／３の位置を越えた時に、容量が増加することにより、過度の電荷が、リフレクタ１０２，１０４に流れ込み、続いて、リフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の上記の式（１）の引力を増大させ、リフレクタ１０４をリフレクタ１０２に引き付けることから発生する。
【００３４】
この限界を克服するために、上記の式（１）のリフレクタ１０２と１０４との間の力を、上記に代えて、電荷の関数として記述することができる。
【００３５】
【数２】
2004334201.tif 000008
【００３６】
上記の式（３）において、Ｑはコンデンサの電荷である。このように、力Ｆは、この式では距離ｄの関数ではなく、リフレクタ１０４の安定性は、０からｄ0の全範囲にわたって存在することができる。換言すると、リフレクタ１０２，１０４の電荷量を制限することにより、リフレクタ１０４の位置を移動の全範囲にわたって設定することができる。
【００３７】
前のパラグラフの説明は、理想的な平行平板コンデンサ及び理想的な線形バネ復元力に関するものであるが、当業者は、説明した原理を、例えば非線形のバネ及び他のタイプのコンデンサといった他の構成に適用可能であることをよく理解することができる。リフレクタ１０４がリフレクタ１０２に対してスナップダウン（snap down）する動作範囲をなくすか、又は削減することにより、スナップダウンが発生する場合に生じ得る色の数の制限が生じることなく、より実用的なアナログ動作又は非接触な離散的動作が可能となる。すなわち、使用可能な範囲が増加するので、より多くの色，より多くの彩度レベル，及びより多くの強度を実現することができる。
【００３８】
さらに、一実施形態では、撓み部１１０を特定の方法で構築することにより、スナップダウンのない非接触動作が可能な範囲を増加させることができる。この特定の方法は、バネメカニズム１１２の復元力が撓み部１１０の変位の非線形関数であり、その変位よりも高速に増加するようにするものである。これは、撓み部１１０の厚さを増加させることによるか、又は、最初に曲げて、その後伸ばした撓み部を使用することにより、実現することができる。後者の方法は、「屈伸（bend and stretch）」設計として知られている。
【００３９】
さらに、デバイス１００は、より小さな値の厚さ１０８で動作させることができ、これにより、リフレクタ１０２，１０４のどの部分も互いに接触することなく、黒の状態を実現することが可能になる。これは、スティクション（吸着；stiction）、及び、リフレクタ１０２，１０４が互いに接触した時に発生する付随したヒステリシスを防止する。リフレクタ１０２，１０４が互いに接触することを許容された場合であっても、リフレクタ１０２と１０４との間の電圧が具体的に制御される場合とは異なり、リフレクタ１０２，１０４の電荷量が具体的に制御される場合（すなわち、所定の一定の電荷量が制御される場合）には、リフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の電圧差はより小さくなる。これは、光共振器１０６を規定するリフレクタ１０２，１０４を分離する誘電体の静電破壊を削減するのに好都合であるだけでなく、そうでない場合にはスティクションを増加させることになるリフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の静電気力と、リフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の表面積を削減するために使用されるあらゆる抗吸着隔離絶縁器（anti-stiction standoff）の消耗とを削減するのにも好都合である。
【００４０】
［リフレクタの電荷の制御］
図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄは、電子デバイス１００のリフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の電圧を具体的に制御するのではなく、リフレクタ１０２，１０４の電荷量を制御する、本発明の様々な実施形態による異なる手法を示している。詳細な説明の前節で説明したように、リフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の厚さ１０８は、リフレクタ１０２，１０４に蓄積される電荷を制御することにより調整することができる。このように、リフレクタ１０２，１０４は、平行平板コンデンサの平板として機能する。
【００４１】
図１Ｂでは、制御されるか、又は、所定の電荷量が、リフレクタ１０２，１０４に注入される。この注入は、リフレクタ１０２，１０４に電気接続された電流積算メカニズム１２０を使用して、既知の電流を既知の時間の間にわたり積算することにより行われる。従って、所望の量の電荷を発生させるために、電流Ｉ，時間ｔ，又は電流及び時間の双方が操作され得る。メカニズム１２０は、電流源，デジタル／アナログ変換電流源，及び／又は所望のレベルの電荷を生成する時分割回路を含むことができる。
【００４２】
図１Ｃでは、リフレクタ１０２，１０４に利用可能な電荷が制限されて、リフレクタ１０２，１０４のスナップダウンが共に防止される。これは、本発明の一実施形態では、具体的には、分圧回路１２９を利用することにより実現される。回路１２９は、コンデンサ１３４と直列に配置された電圧源１３０を含む。スイッチ１３２は、回路１２９のオンオフ操作を制御する。スイッチ１３６は、電圧源１３０及びコンデンサ１３４と並列に配置され、リセットスイッチとして機能する。このリセットスイッチは、漏電のため、ある期間にわたる電圧又は電荷のドリフトを回避するために利用することができる。リセットは、回路１２９の機械的な応答時間よりも素早く実行されることが望ましい。
【００４３】
撓み部１１０が線形である場合、Ｃ＜Ｃ’init／２であるならば、安定した移動範囲を、光共振器１０６の初期の厚さ１０８の全体にわたって拡張することができる。上記式において、Ｃはコンデンサ１３４の容量であり、Ｃ’initは、リフレクタ１０２，１０４並びに光共振器１０６によって形成される可変コンデンサの初期容量である。電圧源１３０の電圧が上昇するにつれて、その結果発生する電荷は、可変コンデンサ及びコンデンサ１３４に分配され、少なくともスナップダウンは大幅に解消される。当業者にはよく理解できるように、この原理は、平行平板コンデンサ及び線形バネ復元力以外の他の構成に適用することができ、例えば、非線形バネ、及び平行平板コンデンサ以外のコンデンサにも適用することができる。
【００４４】
図１Ｄでは、リフレクタ１０２，１０４の電荷が、フィル−アンド−スピル（fill-and-spill）回路１３１を利用するフィル−アンド−スピルと呼ばれる手法を使用することにより制御される。スイッチ１３６は、閉じてから開かれ、リフレクタ１０２，１０４並びに光共振器１０６によって形成される可変コンデンサを放電する。次に、回路１３１のスイッチ１３８が開かれ、スイッチ１３２が閉じられて、固定コンデンサ１３４が充電される。すなわち、コンデンサ１３４は「フィル（fill）」される。次に、スイッチ１３２が開かれて、スイッチ１３８が閉じられる。その結果、コンデンサ１３４は、その電荷を可変コンデンサに分配する。すなわち、コンデンサ１３４はその電荷を「スピル（spill）」する。リフレクタ１０２，１０４の電荷が、たとえ、光共振器１０６の厚さ１０８に依存していても、この電荷は安定値に達する。このように、電圧源１３０は、制御された電荷を供給して、所望の厚さ１０８を維持する。
【００４５】
［高次ギャップ（Higher-order gaps）］
所望の強度の波長を透過型又は反射型に選択する、詳細な説明の前節で説明したような光干渉は、本発明の一実施形態の１次ギャップに依拠する。すなわち、光共振器１０６の厚さ１０８である光共振器１０６のギャップは、光の干渉１次波長を制御するように調整される。しかしながら、光共振器１０６の厚さ１０８が増加するにつれて、反射率のピークは長い波長にシフトし、付加的な高次のピークは、そのスペクトル領域に入ってくる。
【００４６】
電子デバイス１００のスペクトル帯域幅は、リフレクタ１０２，１０４用に利用される膜の光学定数，それらの厚さ，並びにリフレクタ１０２とリフレクタ１０４との間の光共振器１０６の厚さ１０８によって決定される。このような場合、電子デバイス１００は、いわゆるファブリ−ペロに基づく光変調器として機能する。反射光のスペクトル純度又は彩度は、デバイス１００のスペクトル帯域幅によって決定され、トレードオフは、ピーク反射率，スペクトル帯域幅，黒の状態の反射率，及び白の状態の光効率の間で行わなければならないことがある。
【００４７】
ピーク反射率は、次の場合に、ファブリ−ペロ変調器に対して生じる。
【００４８】
２ｎｄ＝ｍλ    ……  （４）
【００４９】
上記の式（４）において、既に述べたように、ｎがギャップ指数であり、ｄは光共振器１０６の厚さ１０８であり、ｍは干渉次数を指定する非負の整数であり、λは光の波長である。従って、上記の式（４）は簡単な干渉モデルを指定する。光薄膜の技術の分野の当業者にはよく理解できるように、実際の反射スペクトルは、デバイス１００内の全ての材料定数及び界面を含めて、厳密な電磁気シミュレーションを実行することによりさらに正確にモデル化できることに留意されたい。
【００５０】
高次のピークは、狭いスペクトル帯域幅を示し、従って増加した彩度を示す。緑の波長及びその周囲の波長は、人間の目の青の感度曲線及び赤の感度曲線と重なるので、緑の状態のスペクトル帯域幅は、彩度を決定するのに特に重要である。赤の彩度及び青の彩度については、そのピークスペクトル波長を、その隣接する色応答曲線から離して、比較的スペクトルの感度の低い部分にシフトさせることによって、改善することができるが、このことは、緑についてはできない。従って、人間の目のピーク感度は緑の領域にあるので、スペクトル帯域幅を狭くして緑の彩度を増加させると、ディスプレイの明るさが制限され、その結果、白レベルが減少して、全体のコントラストが小さくなるという問題がある。
【００５１】
この限界を克服するために、厚さ１０８を増加させて、１次色ではなく、２次色、又は、より一般的にはより高次の色を生成することができる。図２Ａは、本発明の一実施形態による代表的な緑の１次スペクトル応答２２６及び代表的な緑の２次スペクトル応答２２８のグラフ２２０を示している。ｙ軸２２４は、ｘ軸２２２の波長の関数としての反射率を示す。２次応答２２８は、スペクトル帯域幅が狭く、色の彩度が改善されている。このように、本発明の一実施形態では、彩度及び色成分を増加させるために、１次応答２２６の代わりに２次応答２２８を利用することができる。別の実施形態では、彩度を増加させる場合には、２次応答２２８が利用される一方、明るさ及び白レベルを増加させる場合には、１次応答２２６が利用される。
【００５２】
色の彩度は、通常、青から緑にかけての２次応答について改善される。図２Ｂは、本発明の一実施形態による青の２次スペクトル応答２４２のグラフ２４０を示している。上記と同様に、このグラフ２４０は、ｘ軸２２２の波長の関数としての反射率を示すｙ軸２２４を有する。青の２次応答２４２では、青の１次スペクトル応答を使用する場合と比べて、彩度が増加している。一方、青の３次スペクトル応答２４６が赤の可視スペクトル範囲に入り始めるので、赤の２次スペクトル応答２４４の有用性は低下する。
【００５３】
［表示デバイス及び表示デバイスの使用方法］
図３Ａは、本発明の一実施形態による受動ピクセルメカニズム２００の配列を示している。この受動ピクセルメカニズム２００は、列２０２及び行２０４に編成されたメカニズム２００Ａ，２００Ｂ，…，２００Ｎを含んでいる。ピクセルメカニズム２００のそれぞれは、表示可能な画像に対応して、ある強度のある可視波長を光干渉及び吸収により可変に選択することができる。ピクセルメカニズム２００は、本発明の一実施形態では、この機能を実行する装置とみなすことができる。メカニズム２００は、それ自体で光を発生せず、周囲の光及び／又は補給された光を反射又は透過する点で受動的である。
【００５４】
一実施形態では、受動ピクセルメカニズム２００のそれぞれは、電子デバイス１００の１つ又は２つ以上を含んでいる。従って、１つのピクセルが、デバイス１００の１つ又は２つ以上を含むことができる。受動ピクセルメカニズム２００が、表示可能な画像のうちの自身に対応するピクセルをアナログ方式で表示する場合には、メカニズム２００のそれぞれは、電子デバイス１００を１つだけ含むことができる。その理由は、単一のデバイス１００が、実質的に、任意の強度の任意の色を表示できるからである。メカニズム２００が、自身に対応するピクセルをデジタル方式で表示する場合には、メカニズム２００のそれぞれは、赤の色成分，緑の色成分，及び青の色成分のそれぞれについて１つずつの計３つの電子デバイス１００を含むことができる。
【００５５】
図３Ｂは、本発明の一実施形態による表示デバイス３００の側断面図を示している。この表示デバイス３００には、受動ピクセルメカニズム２００の配列が実装されている。光補給光源３０４は、メカニズム２００による反射用の光を出力する。光源３０４が存在する場合には、メカニズム２００は、光源３０４によって供給される光に加えて、あらゆる周囲の光の双方を反射する。光源３０４がない場合には、メカニズム２００は周囲の光を反射する。図３Ｂの実施形態では、光源３０４は、メカニズム２００が光を反射する方向に光を出力するように向けられる。別の実施形態では、メカニズム２００が、光源３０４により出力された光を透過するように、光源３０４は、メカニズム２００の背面に配置することができる。
【００５６】
コントローラ３０２は、ピクセルメカニズム２００を制御し、ピクセレートされた（pixilated）表示可能な画像をピクセルメカニズム２００に効率的に供給する。すなわち、メカニズム２００が、それぞれ、電子デバイス１００の１つ又は２つ以上を含む実施形態では、コントローラ３０２は、ユーザ３０８に表示するために、各デバイス１００の共振器１０６の厚さ１０８を変更し、その結果、画像は、ピクセルメカニズム２００によって適切に描写される。従って、コントローラ３０２は、電気的に、又は、それ以外の方法で、光共振器１０６の厚さ１０８を調整する。一度調整されると、厚さ１０８は撓み部１１０によって維持される。
【００５７】
コントローラ３０２は、表示可能な画像を画像源３０６からピクセレートされた形式又はピクセレートされていない形式で受信することができる。ピクセレートされていない場合、又は、受動ピクセルメカニズム２００の配列に１対１に対応していない形式でピクセレートされている場合には、コントローラ３０２は、自身で、その画像を、受動ピクセルメカニズム２００の配列に対応するピクセルに分割する。画像源３０６は、それ自身、図３Ｂの実施形態のように、表示デバイス３００の外部に存在してもよいし、表示デバイス３００の内部に存在してもよい。従って、画像源３０６は、表示デバイス３００の外部のデスクトップコンピュータであってもよいし、表示デバイス３００が一部となるラップトップコンピュータ若しくはノートブックコンピュータ，携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス，無線電話，又はそれ以外のデバイスであってもよい。
【００５８】
図４は、例えば図３Ｂの表示デバイス３００のような表示デバイスの、本発明の一実施形態による使用方法４００を示している。まず、表示可能な画像がピクセルに分割される（ステップ４０２参照）。その結果、ピクセレートされた表示可能な画像が生成される。任意選択で、光が、任意の周囲の光を補うために供給される（ステップ４０４参照）。画像の各ピクセルに対して、対応する可視波長が、既述したように、光干渉及び吸収により、対応する強度で選択される（ステップ４０６参照）。この対応する強度の対応する波長は、これも既述したように、デジタル方式で選択することもできるし、アナログ方式で選択することもできる。
【００５９】
［具体的な電子デバイス及びその製造方法］
図５は、本発明の一実施形態による、表示可能な画像のピクセルの対応する対を少なくとも部分的に表示する電子デバイス５００Ａ，５００Ｂの対を示している。これらの電子デバイス５００Ａ，５００Ｂのそれぞれは、図１Ａの電子デバイス１００の具体的な実施形態であり、従って、図１Ａの説明は、図５にも同様に適用することができる。さらに、本発明の一実施形態では、電子デバイス５００Ａ，５００Ｂは、それぞれ、図３Ａの受動ピクセルメカニズム２００のそれぞれを実現するために使用することができる。図５の以下の説明は、電子デバイス５００Ａを特に参照して行うが、この説明は、電子デバイス５００Ｂにもまったく同様に適用することができる。さらに、図５は、図を分かりやすくするために、同一縮尺では描かれていない。
【００６０】
底部リフレクタ１０４は、シリコン基板５０２上に配置され、より一般的には、導電反射層である。薄い誘電体５０４が底部リフレクタ１０４の上に存在し、それによって、リフレクタ１０２の短絡が防止される。光共振器１０６は、上部リフレクタ１０２と底部リフレクタ１０４との間に規定される。この場合、上部リフレクタ１０２も、より一般的には導電反射層である。撓み部１１０は、上部リフレクタ１０２の上に配置され、撓み層とも呼ばれる。撓み部１１０は、上部リフレクタ１０２の張力を維持して、リフレクタ１０２の移動を可能にするだけでなく、上部リフレクタ１０２の柔軟な電極としても機能する。光共振器１０６の間隔は、アナログモードでは、撓み部１１０の剛性に対して電圧を較正することにより制御することができ、デジタルモードでは、赤のピクセル、緑のピクセル、及び青のピクセルの厚さの変化を停止することにより制御することができる。
【００６１】
誘電体ピクセルプレート５０６が、撓み部１１０及び上部リフレクタ１０２の一部を覆っている。この誘電体ピクセルプレート５０６は、酸化物とすることができる。一実施形態では、誘電体ピクセルプレート５０６は、４０マイクロメートルから１００マイクロメートルの間の幅５０８を有することができ、３マイクロメートルから５マイクロメートルの間の高さ５１０を有することができる。エアキャビティ５１４が誘電体ピクセルプレート５０６を取り囲み、またエアキャビティ５１４は、余分な干渉効果を防止するために、光共振器１０６のコヒーレント長よりも大きい。エアキャビティ５１４は、一実施形態では、３マイクロメートルから５マイクロメートルの間の高さ５２０を有することができる。酸化物５１２及び５１８は、エアキャビティ５１４を規定するために使用される付加層を表し、この場合、一実施形態では、酸化物５１８も、３マイクロメートルから５マイクロメートルの間の高さ５２２を有することができる。
【００６２】
バイアホール５１６を使用することにより、エアキャビティ５１４及び光共振器１０６からの材料の除去が可能となる。例えば、ポリシリコン又は別の充填材を付着させて、エアキャビティ５１４及び光共振器１０６の空間を確保することができるが、その後、キャビティ５１４及び１０６を実際に形成するために、ポリシリコン又は別の充填材を除去する。保護層５２４は酸化物５１８を覆い、反射防止コーティング（ＡＲＣ）５２６は保護層５２４を覆う。ＡＲＣ５２６は、光共振器１０６自身の内部の望ましくないコヒーレント相互作用を回避するのに望ましい。
【００６３】
図６は、例えば図５の電子デバイス５００Ａ又は５００Ｂのような電子デバイス、又は、多数のこのような電子デバイスを有する表示デバイスの、本発明の一実施形態による製造方法６００を示している。まず、底部金属リフレクタ層が、シリコン基板層の上に設けられる（ステップ６０２参照）。これは、底部金属リフレクタ層を付着させて、パターン成形することを含むことができる。図５では、この底部金属リフレクタ層は底部リフレクタ１０４である。次に、酸化物誘電体層が付着される（ステップ６０４参照）。この酸化物誘電体層は、図５では薄い誘電体５０４である。
【００６４】
ポリシリコン又は別の充填材が付着されて、パターン成形される（ステップ６０６参照）。このポリシリコンは、形成される光共振キャビティのプレースホルダとして機能する。従って、図５では、ポリシリコンは光共振器１０６の空間を占める。次に、撓み層及び上部金属リフレクタ層が、ポリシリコンの上に設けられる（ステップ６０８参照）。これは、まず、撓み層を付着させて、次に、上部金属リフレクタ層を付着させるか、又はその逆を行うこと、及び、撓み層及び上部金属リフレクタ層をパターン成形することを含むことができる。図５では、撓み層は撓み部１１０である一方、上部金属リフレクタ層は上部リフレクタ１０２である。
【００６５】
酸化物ピクセルプレート層が、撓み層及び上部金属リフレクタ層の上に設けられる（６１０）。これは、酸化物を付着させて、その酸化物をパターン成形することを含むことができる。図５では、酸化物ピクセルプレート層は、誘電体ピクセルプレート５０６である。次に、追加ポリシリコン又は追加充填材が、酸化物ピクセルプレート層の上に付着されて、パターン成形され（ステップ６１２参照）、形成されるエアキャビティのプレースホルダとして機能する。従って、図５では、このポリシリコンは、エアキャビティ５１４の空間を占める。このポリシリコンの上には、酸化物層が付着される（ステップ６１４参照）。この酸化物層は、図５では酸化物５１８及び５１２である。
【００６６】
次に、ポリシリコンを通るバイアホールが規定（画成）される（ステップ６１６参照）。このバイアホールは、図５では、バイアホール５１６として表される。その後、先に付着されたポリシリコンが除去されて、光共振キャビティ及びエアキャビティが規定される（ステップ６１８参照）。例えば、この除去は、等方的なポリシリコン洗浄エッチングを実行することにより行うことができる。図５では、この結果、光共振器１０６及びエアキャビティ５１４が形成される。最後に、保護層が酸化物層の上に設けられ（ステップ６２０参照）、反射防止コーティングが保護層の上に設けられる（ステップ６２２参照）。図５では、保護層は保護層５２４であり、反射防止コーティングは反射防止コーティング５２６である。
【００６７】
［別の具体的な電子デバイス］
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の具体的な実施形態による、図１Ａの電子デバイス１００を示している。従って、図１Ａの説明は、図７Ａ及び図７Ｂにも適用することができる。図７Ａ及び図７Ｂの実施形態の電子デバイス１００は、より一般的には、ファブリ−ペロに基づくデバイスである。例えばマイクロミラー，ファブリ−ペロデバイス，及び回折に基づくデバイスといった光学的なマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ（micro-electrical mechanical system））デバイスの切断及びパッケージングは、ＭＥＭＳコンポーネントが壊れ易いこと、及び、透明なパッケージが必要となることから、難しくなる可能性がある。ＭＥＭＳは、一般に、例えばミラー，流体センサなどの機械デバイスを最上層に有する半導体チップである。ウェハの切断は、リリース時に、デリケートなデバイスを損傷し、かつ／又は、汚染する可能性のある湿式プロセスである。切断後の犠牲層からのデバイスのリリースは、ダイごとに行うと、困難になり、高コストである。このようなデバイスのパッケージングは、通常、セラミック又は他の基板の上のパッケージにガラス窓をボンディングすることを含む。これは、高コストで、実行することが難しくなる可能性があり、デバイスを可成りの大きさにすることがある。図７Ａ及び図７Ｂの実施形態の電子デバイス１００は、これらの問題を克服する。
【００６８】
まず、図７を参照して、犠牲材７０４が、デバイス１００の可動コンポーネントの上に付着される。この可動コンポーネントには、既述した光共振器１０６を規定する撓み部１１０、反射層１０２，１０４、並びにバネメカニズム１１２が含まれる。層７０２が、この基板の上に付着されて、参照符号７０８に示す場所でこの基板と接触する。開口部７０６が、層７０２にパターン成形され、エッチングされる。デバイス１００は、当該技術分野において既知の選択的なリリースケミカル（release chemistries）を使用して、犠牲材７０４を等方的にエッチングすることによりリリースされる。これは、乾式プロセスであってもよいし、湿式プロセスであってもよい。
【００６９】
次に、図７Ｂを参照して、材料７１０が、次に、開口部、すなわちバイア７０６内に付着されて、デバイス１００に密封環境を提供する。層７０２及び材料７１０は、透明な誘電体であってもよいし、多層膜であってもよい。材料７１０は、反射防止コーティング及び密封層の双方として２重の役割を果たすことができる。例えば物理気相成長法（ＰＶＤ）又は化学気相成長法（ＣＶＤ）といった技術が利用される場合、真空環境又は密閉環境を実現することができる。高圧のＣＶＤの利用は、高圧環境が利用される場合に使用することができる。
【００７０】
一方、密閉シールが要求されない場合には、材料７１０はオプションとなる。非密閉型シールも、水、汚染物質、及び微粒子からデバイス１００を保護するのに役立つので、材料７１０がなくても、デバイス１００の一定の保護は実現される。材料７１０を使用してバイア７０６（開口部）を密封するが、表面全体の密封が要求されていない場合には、当該技術分野において既知のリソグラフィ技法を使用して、パターン成形及びエッチングを行ってもよい。
【００７１】
さらに、図７Ａ及び図７Ｂに関して説明したプロセスは、セルフパッケージングとして説明できるように、このプロセスによって、従来のパッケージングなしで、クリーンルーム環境内でのカプセル化が可能となる。このプロセスは、クリーンルーム環境で実行されることが好ましく、また、リリース操作は、保護キャビティの内部で行われることが好ましいので、生産量が増加する可能性がある。当該技術分野において知られているように、キャビティが密封されると、デバイス１００に損傷を与えることなく、ダイを切断することができる。
【００７２】
図７Ｃは、本発明の別の具体的な実施形態による、図１Ａの電子デバイス１００を示している。従って、図１Ａの説明は、図７Ｃにも適用することができる。アクティブでない領域に対するアクティブな光変調器の領域の比は、開口率と呼ばれることに留意されたい。アクティブでない領域には、ピクセル間の空間，支柱，撓み領域などが含まれる。アクティブでない領域からの反射光は、黒の状態の反射率を上げる可能性があるので、システム全体のコントラストを低下させる可能性がある。図７Ｃの実施形態の電子デバイス１００は、このようなアクティブでない領域を覆う吸収層、すなわち輪郭マスク７２２を含むことにより、この影響を低減する。図７Ｂと共に説明したセルフパッケージ材７１０は、輪郭マスク７２２の基板を提供する。図７Ａ及び図７Ｂに対して図７Ｃの他の同じ符号のコンポーネントは、図７Ａ及び図７Ｂのそれらのコンポーネントと同一であり、図７Ｃに関して再び説明しない。
【００７３】
輪郭マスク７２２は、さまざまな異なる材料から構成することができる。この材料には、吸収性ポリマ、フォトイメージャブル（photo-imageable）吸収性ポリマ、金属及び／もしくは誘電体の混合物、並びに／又は干渉に基づく誘導吸収材（induced absorber）が含まれる。吸収性ポリマは、通常、フォトレジストマスク／現像プロセスにより、回転され、画像化される。フォトイメージャブルポリマは、当該技術分野において既知のリソグラフィ技法により直接パターン成形することができる。サーメットとして知られている金属及び／又は誘電体の混合物は、それ以外の使用できる材料であり、通常、太陽光吸収材として使用するために開発された。このような材料には、黒色のモリブデン，黒色のタングステン，及び黒色のクロームが含まれる。このような材料は、非常に高い吸収度を有する。さらに、これらの材料は、当該技術分野において既知のスパッタリング技法又は蒸着技法により付着させることができる。誘導吸収材は、層の厚さを調整することにより、消散層（dissipating layer）内で吸収度が最大となる。誘導吸収材は、比較的薄く、例えば、１０００Å未満である。
【００７４】
図７Ｃの実施形態の電子デバイス１００は、専用化されたピクセルタイプを有する３状態動作に向いている。例えば、タイプ１の３状態ピクセルは、赤，緑，及び黒の色状態を有することができる。タイプ２の３状態ピクセルは、赤，青，及び黒の色状態を有することができる。タイプ３の３状態ピクセルは、緑，青，及び黒の色状態を有することができる。従って、この動作を行う構成は、３状態ピクセルからなる群を含む。群内の異なるピクセルは、異なる状態で動作するように設計される。異なる色状態は、犠牲材７０４の厚さによって制御される。このような構成は、デジタルモードで動作させることができる。１つのピクセルプレート、すなわちリフレクタの状態は、非接触位置にあり、それ以外の２つの状態は、上部コンデンサ平板又は底部コンデンサ平板、すなわちリフレクタの何れかと接触する。これは、３つのピクセルのうちの１つではなく、３つのピクセルのうちの２つによって色を生成することを可能にすることにより、シングルギャップの２状態の構成を上回る利点を有し、より明るい色が得られる。
【００７５】
また、図７Ｃの実施形態の電子デバイス１００は、デュアルギャップのデュアルコンデンサのピクセル設計にも向いている。これは、これから説明するように、２つの可変コンデンサを形成して移動させるリフレクタ１０２によって特徴付けられる。層７２０は、層７０２の下面にある部分的なリフレクタ（第３のリフレクタ）であり、リフレクタ１０２の上にある。層７２０は、部分的なリフレクタ及びコンデンサ平板の双方として機能する。リフレクタ１０２は、静電気力によって、上方の層７２０に向かって駆動することもできるし、下方のリフレクタ、すなわちコンデンサ平板１０４に向かって駆動することもできる。従って、バネメカニズム１１２は、２方向に曲げられ、１方向にだけ曲げられる場合と同じ全行程をカバーするには、その均衡位置から約半分だけ移動すればよい。この移動範囲の増加により、ピクセルが、複数の色，複数の彩度，及び黒を生成できる動作モードが可能となる。この設計では、犠牲材を除去することにより作成されるキャビティ１０６は、１つのギャップとしての機能を果たし、光キャビティ７０４は、もう１つのギャップとしての機能を果たす。
【００７６】
このような設計は、少なくとも２つの異なる動作モードで機能することができる。例えば、１つの動作モードでは、個々のピクセルが、カラーディスプレイに必要される複数の色及び複数の強度を生成することができる。これらのピクセルは、ギャップの両極端の一方又は双方での接触モードで動作するか、又は、非接触モードで動作する。もう１つの例として、もう１つの動作モードでは、複数の色相及び複数の強度を接触モードで動作することなく実現することができる。
【００７７】
さらに、モードが、リフレクタ１０２とリフレクタ１０４との接触、及び、リフレクタ１０２とリフレクタ１０４との非接触とを含む場合には、図７Ａ，図７Ｂ，及び図７Ｃの実施形態の何れの電子デバイス１００も、シングルギャップのデュアルモード（すなわち、マルチレベル）動作に向いている。各ピクセルは、カラーディスプレイに必要にされる複数の色及び複数の強度を生成することができる。これらのピクセルは、一方のギャップ端での接触モードで動作し、残りの状態については非接触モードで動作する。
【００７８】
ピクセルが、例えば赤，緑，及び青といった特定の色相に専用化されている場合、誤った色のピクセルは、所望の色を生成するのに使用できないので、光効率が低下することがある。従って、例えばアナログモード，マルチレベルデジタルモード，又はアナログ／デジタル結合モードといった非接触モードで、既述した図１Ａの厚さ１０８であるピクセルギャップを制御することが有利である。デバイス１００は、厚さ１０８を、黒の生成には１０００Å未満とし、青の生成には約１８００Åとし、赤の生成には約２８００Åとすることが必要となり得る。このようなさまざまな厚さを提供するために、利用可能なシングルギャップ電圧制御動作モードは、赤と青との間で非接触モードで動作することであり、ピクセルは、デジタルモードで黒の状態にスナップすることが可能になる。
【００７９】
図８Ａ及び図８ｂは、表示可能な画像のピクセルの対応する対を少なくとも部分的に表示する、本発明の別の実施形態による電子デバイス８００Ａ，８００Ｂの対を示している。これらの電子デバイス８００Ａ，８００Ｂのそれぞれは、図１Ａの電子デバイス１００の具体的な実施形態であり、従って、図１Ａの説明は、図８Ａ及び図８Ｂにも等しく適用することができる。ピクセルサイズが削減されるにつれて、通常、開口率が小さくなることに留意されたい。図１Ａ及び図７Ａ〜図７Ｃに対して図８Ａ及び図８Ｂの同じ符号のコンポーネントは、同一であり、図８Ａ及び図８Ｂに関して別段説明しない。さらに、単に分かりやすくするために、図１Ａ及び図７Ａ〜図７Ｃの全てのコンポーネントが、図８Ａ及び図８Ｂに示されているわけではない。
【００８０】
図８Ａでは、開口率が低下する不利な点が、電子デバイス８００Ａ，８００Ｂによって克服される。この克服は、コーティング技法又は付着技法を使用して、モノリシックＭＥＭＳデバイス８００Ａ，８００Ｂに直接取り付けられるインテグラルレンズ（integral lens）８０４Ａ，８０４Ｂを使用することにより行われる。セルフパッケージング層７０２は、初期層８０２が付着された後、これらのマイクロレンズ８０４Ａ，８０４Ｂの基板を提供する。レンズ８０４Ａ，８０４Ｂは、既知のリソグラフィ技法を使用して、フォトレジスト又は他のフォトイメージャブルポリマをパターン成形し、次に、熱処理により所望のレンズ外形にパターンを部分的に流すことにより形成することができる。このポリマを最終的なレンズとして残すこともできるし、或いは、このポリマをマスクとして使用し、プラズマエッチング又はリアクティブイオンエッチングにより、下にある層８０２にレンズパターンを転写することもできる。レンズ８０４Ａ，８０４Ｂの形状を下にあるピクセルに一致させることにより、レンズ８０４Ａ，８０４Ｂの作成をより効率的にすることができる。
【００８１】
図８Ｂでは、セルフパッケージング層７０２が、それ自身、簡単な形状のマイクロレンズとして使用される。このような技法は、リフレクタ１０２の上の付着の適用範囲に依存する。このリフレクタ１０２の上の付着は、必要に応じて、ピクセルのアクティブでない領域の上のレンズ化作用を形成する。層７０２がレンズとして効率的に機能するために、付着の厚さ、ピクセルギャップの間隔、並びにピクセルプレート、すなわちリフレクタの厚さ及び形状が、望ましいものに最適化される。図８Ｂの手法の利点は、レンズを追加する必要がなく、レンズ化作用が、ピクセルのアクティブでない領域の周りに、必要な場合にのみ存在するということである。
【００８２】
［吸着防止突起（anti-stiction bump）］
２つの表面が接触すると、それらの表面は、例えばファンデルワールス引力，化学結合力，毛管力，及びカシミール力（カシミール効果）といったさまざまな異なる力によって互いに引き付け合うことが多い。２つの表面は、一度接触すると、これらの力によって分離できなくなることが多い。従って、電子デバイス１００のリフレクタ１０２，１０４が互いに接触することを防止するために、本発明の一実施形態では、上部リフレクタ１０２の製造前に、吸着防止突起が、底部リフレクタ１０４に配置される。
【００８３】
図９Ａ，図９Ｂ，及び図９Ｃは、吸着防止突起を底部リフレクタ１０４に製造することができる、本発明の一実施形態による方法を例示している。図９Ａでは、電子デバイス１００の撓み部１１０及び底部リフレクタ１０４が既に存在する。犠牲材９０２が、付着され、次に、図９Ｂで、パターン成形されて、部分的にエッチングされ、陥凹部９０４が生成される。それ後の層、例えば図９Ｃの層９０６が、続いて、陥凹部９０４に付着されて、陥凹部９０４内に突起９０８が生成される。
【００８４】
図１０Ａ，図１０Ｂ，及び図１０Ｃは、吸着防止突起を底部リフレクタ１０４に製造することができる、本発明の別の実施形態による方法を例示している。図１０Ａでは、既述したように、電子デバイス１００の撓み部１１０及び底部リフレクタ１０４が既に存在する。所望の吸着防止突起の高さと同じ厚さを有する第１の犠牲材９１０が、付着される。犠牲材９１０は、パターン成形されて、エッチングされ、陥凹部９１２が生成される。図１０Ｂでは、第２の犠牲材９１４が付着されて、犠牲層の全厚さが完成する。最後に、図１０Ｃで、その後の層、例えば層９１６が、陥凹部９１２内に付着されて、陥凹部９１２内に突起９１８が生成される。
【００８５】
以上を要約すると、次の通りである。すなわち、本発明の実施形態に係る電子デバイス１００は、表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示するためのものである。電子デバイス１００は、第１のリフレクタ１０２及び第２のリフレクタ１０４を備えており、これらの第１のリフレクタ１０２と第２のリフレクタ１０４との間に光共振器１０６が規定され、第１のリフレクタ１０２及び第２のリフレクタ１０４は、光干渉によるある強度のある可視波長の選択性を有している。電子デバイス１００は、また、第１のリフレクタ１０２及び第２のリフレクタ１０４に蓄積される所定の電荷量を制御することによって、光共振１０６の光学的性質を変化させることを可能にする電荷制御メカニズム１１２を備えている。これにより、上述の可視波長及び／又は強度が、上述の表示可能な画像のピクセルに対応して可変に選択可能である。
【００８６】
本明細書では、具体的な実施形態を図示して説明してきたが、同じ目的を達成するように適合したあらゆる配置を、図示した具体的な実施形態の代わりに使用できることが、当業者にはよく理解されることに留意されたい。この出願は、本発明のあらゆる適用及び変形をカバーするように意図されている。例えば、本発明の実施形態は、主として、直視型表示デバイスに関して説明してきたが、ピクセルを表示する専門用語が、これらと、追加されるこのようなディスプレイのシナリオとの双方を参照するように、他の実施形態を投影型表示デバイスに適用することができる。例えば、投影型の応用では、ピクセルサイズは、およそ１０〜２０マイクロメートルとすることができる。従って、本発明は、明らかに、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、表示可能な画像のピクセルを少なくとも部分的に表示する電子デバイスの図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、図１Ａの電子デバイスに蓄積される電荷量を制御する異なる手法を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、図１Ａの電子デバイスに蓄積される電荷量を制御する異なる手法を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態による、図１Ａの電子デバイスに蓄積される電荷量を制御する異なる手法を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、図１Ａの電子デバイスの代表的なスペクトル応答のグラフである。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、図１Ａの電子デバイスの代表的なスペクトル応答のグラフである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による受動ピクセルメカニズムの配列の図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による表示デバイスの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による使用方法を説明するフローチャートである。
【図５】図１Ａの電子デバイスよりも具体的ではあるが、図１Ａの電子デバイスと整合性を有する、本発明の一実施形態による電子デバイスの図である。
【図６】本発明の一実施形態による製造方法を説明するフローチャートである。
【図７Ａ】図１Ａの電子デバイスよりも具体的ではあるが、図１Ａの電子デバイスと整合性を有する、本発明のさまざまな実施形態による電子デバイスの図である。
【図７Ｂ】図１Ａの電子デバイスよりも具体的ではあるが、図１Ａの電子デバイスと整合性を有する、本発明の実施形態による電子デバイスの図である。
【図７Ｃ】図１Ａの電子デバイスよりも具体的ではあるが、図１Ａの電子デバイスと整合性を有する、本発明の実施形態による電子デバイスの図である。
【図８Ａ】図１Ａの電子デバイスよりも具体的ではあるが、図１Ａの電子デバイスと整合性を有し、かつ、レンズを含む、本発明の実施形態による電子デバイスの図である。
【図８Ｂ】図１Ａの電子デバイスよりも具体的ではあるが、図１Ａの電子デバイスと整合性を有し、かつ、レンズを含む、本発明の実施形態による電子デバイスの図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、図１Ａの電子デバイス内に吸着防止突起をどのようにして製造できるかを例示する図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態による、図１Ａの電子デバイス内に吸着防止突起をどのようにして製造できるかを例示する図である。
【図９Ｃ】本発明の一実施形態による、図１Ａの電子デバイス内に吸着防止突起をどのようにして製造できるかを例示する図である。
【図１０Ａ】本発明の別の実施形態による、図１Ａの電子デバイス内に吸着防止突起をどのようにして製造できるかを例示する図である。
【図１０Ｂ】本発明の別の実施形態による、図１Ａの電子デバイス内に吸着防止突起をどのようにして製造できるかを例示する図である。
【図１０Ｃ】本発明の別の実施形態による、図１Ａの電子デバイス内に吸着防止突起をどのようにして製造できるかを例示する図である。
【符号の説明】
【００８８】
１００  電子デバイス
１０２  上部リフレクタ（第１のリフレクタ）
１０４  底部リフレクタ（第２のリフレクタ）
１０６  光共振器
１１０  撓み部
１１２  バネメカニズム
１２０  電流積算メカニズム
１３０  電圧源
５００Ａ，５００Ｂ  電子デバイス
７２０  層（第３のリフレクタ）
【図１Ａ】
2004334201.tif 000009
【図１Ｂ】
2004334201.tif 000010
【図１Ｃ】
2004334201.tif 000011
【図１Ｄ】
2004334201.tif 000012
【図２Ａ】
2004334201.tif 000013
【図２Ｂ】
2004334201.tif 000014
【図３Ａ】
2004334201.tif 000015
【図３Ｂ】
2004334201.tif 000016
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004334201.tif 000019
【図７Ａ】
2004334201.tif 000020
【図７Ｂ】
2004334201.tif 000021
【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2004334201.tif 000024
【図９Ａ】
2004334201.tif 000025
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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