(57)【要約】【課題】マイクロミラー素子のミラーの回転又は傾斜を大きくすることなく該マイクロミラー素子から反射される光の角度を実際に大きくすること。【解決手段】基板(20)と、該基板から隔置され、及び該基板と実質的に平行に向けられたプレート(30)であって、該プレートと前記基板とがそれらの間に空洞(50)を画定する、プレート(30)とを含む、マイクロミラー素子。基板とプレートとの間に反射素子(42)が配置され、少なくとも前記反射素子と前記プレートとの間の前記空洞内に１よりも大きな屈折率を有する液体(52/53)が配置される。前記反射素子は、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くよう構成される。【選択図】図１
2004280105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロミラー素子であって、
基板(20)と、
該基板から隔置され、及び該基板と実質的に平行に向けられたプレート(30)であって、該プレートと前記基板とがそれらの間に空洞(50)を画定する、プレート(30)と、
前記基板と前記プレートとの間に配置された反射素子(42)と、
少なくとも前記反射素子と前記プレートとの間の前記空洞内に配置される、１よりも大きな屈折率を有する液体(52/53)とを含み、
前記反射素子が、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くよう構成される、マイクロミラー素子。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第２の位置が、前記第１の位置に対して一定の角度に向いた位置である、請求項１に記載のマイクロミラー素子。
【請求項３】
前記反射素子が、前記液体を介して光を反射するよう構成され、該液体が、前記反射素子の所与の傾斜角(A5)について前記空洞からの前記光の出射角(A4)を増大させるよう適合される、請求項１に記載のマイクロミラー素子。
【請求項４】
前記反射素子が、前記液体を介して光を反射するよう構成され、該液体が、前記反射素子の実際の傾斜角(A5)よりも大きな前記反射素子の傾斜角に相当する、前記空洞からの前記光の出射角(A4)を生成するよう適合される、請求項１に記載のマイクロミラー素子。
【請求項５】
前記液体の前記屈折率が約1.3〜約1.7の範囲内にある、請求項１に記載のマイクロミラー素子。
【請求項６】
前記反射素子が前記液体内に浸漬される、請求項１に記載のマイクロミラー素子。
【請求項７】
前記基板上に形成された少なくとも１つの電極(60,62)を更に含み、
前記反射素子が、前記少なくとも１つの電極に対する電気信号の印加に応じて動くよう構成される、請求項１に記載のマイクロミラー素子。
【請求項８】
マイクロミラー素子の形成方法であって、
基板(20)を配設し、
該基板と実質的に平行にプレート(30)を向け、及び該基板から該プレートを隔置して、該プレートと前記基板との間に空洞(50)を画定し、
前記基板と前記プレートとの間に反射素子(42)を配置し、
少なくとも前記反射素子と前記プレートとの間の前記空洞内に１よりも大きな屈折率を有する液体(52/53)を配設し、
前記反射素子が、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くよう構成される、
という各ステップを含む、マイクロミラー素子の形成方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第２の位置が、前記第１の位置に対して一定の角度に向いている、請求項８に記載のマイクロミラー素子の形成方法。
【請求項１０】
前記反射素子が、前記液体を介して光を反射するよう構成され、前記液体が、該反射素子の所与の傾斜角(A5)について前記空洞からの前記光の出射角(A4)を増大させるよう適合される、請求項８に記載のマイクロミラー素子の形成方法。
【請求項１１】
前記反射素子が、前記液体を介して光を反射するよう構成され、前記液体が、該反射素子の実際の傾斜角(A5)よりも大きな前記反射素子の傾斜角に相当する、前記空洞からの前記光の出射角(A4)を生成するよう適合される、請求項８に記載のマイクロミラー素子の形成方法。
【請求項１２】
前記液体の前記屈折率が約1.3〜約1.7の範囲内にある、請求項８に記載のマイクロミラー素子の形成方法。
【請求項１３】
前記基板と前記プレートとの間に前記反射素子を配置する前記ステップが、該反射素子を前記液体内に浸漬させることを含む、請求項８に記載のマイクロミラー素子の形成方法。
【請求項１４】
前記基板上に少なくとも１つの電極(60,62)を形成するステップを更に含み、
前記反射素子が、前記少なくとも１つの電極に電気信号が加えられるのに応答して動くよう構成される、請求項８に記載のマイクロミラー素子の形成方法。
【請求項１５】
反射素子(42)を含むマイクロミラー素子(10)を用いて光を制御する方法であって、
前記反射素子において光を受容し、
前記反射素子で前記光を反射し、この際、１よりも大きな屈折率を有する液体(52/53)を介し及び該液体との界面を介して光を案内することを含み、
前記液体との前記界面を介して前記光を案内する前記ステップが、前記液体との前記界面において前記光を屈折させることを含む、
反射素子(42)を含むマイクロミラー素子(10)を用いて光を制御する方法。
【請求項１６】
前記液体との前記界面において前記光を屈折させる前記ステップが、前記反射素子の所与の傾斜角についての前記液体からの前記光の出射角を拡大することを含む、請求項１５に記載の反射素子を含むマイクロミラー素子で光を制御する方法。
【請求項１７】
前記液体との前記界面において前記光を屈折させる前記ステップが、前記反射素子の実際の傾斜角(A5)よりも大きな前記反射素子の見掛け上の傾斜角に相当する出射角(A4)で前記液体から前記光を出射することを含む、請求項１５に記載の反射素子を含むマイクロミラー素子で光を制御する方法。
【請求項１８】
前記液体の前記屈折率が約1.3〜約1.7の範囲内にある、請求項１５に記載の反射素子を含むマイクロミラー素子で光を制御する方法。
【請求項１９】
第１の位置と、該第１の位置に対して一定の角度に向けられた少なくとも１つの第２の位置との間で、前記反射素子を動かすステップを更に含み、該ステップが、前記反射素子が前記第１の位置にあるときに前記光を第１の方向に案内し、及び前記反射素子が前記少なくとも１つの第２の位置にあるときに前記光を第２の方向に案内するステップを含む、請求項１５に記載の反射素子を含むマイクロミラー素子で光を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にマイクロアクチュエータに関し、特にマイクロミラー素子に関するものである。
［関連特許出願への相互参照］
本出願は、本出願人の2002年4月30日出願の同時係属中の米国特許出願第10/136,719号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
マイクロアクチュエータは、フォトリソグラフィ、蒸着、及びエッチングといったマイクロエレクトロニクス技術を用いて、絶縁体その他の基板上に形成される。かかるマイクロアクチュエータは、MEMS（Micro Electro Mechinical Systems）素子と呼ばれる場合が多い。マイクロアクチュエータの一例としてマイクロミラー素子が挙げられる。マイクロミラー素子は、入射光の振幅及び／又は位相を変調させるための光変調器として動作することができるものである。マイクロミラー素子の一応用形態が、ディスプレイシステムの中にある。かかる場合、多数のマイクロミラー素子がアレイをなすよう配列され、その各マイクロミラー素子がディスプレイの１つのセル又は画素を提供することになる。
【０００３】
従来のマイクロミラー素子は、ミラーの軸を中心に回転するために支持される静電駆動式のミラーを含む。かかる場合、軸を中心にしたミラーの回転を利用して、入射光を種々の方向に誘導又は反射することにより、入射光を変調させることができる。入射光を実効のあるよう種々の方向に誘導するには、反射される光の角度が十分に大きくなければならない。反射される光の角度は、例えば、ミラーの回転又は傾斜の角度を増大させることにより大きくすることができる。しかし、ミラーの回転又は傾斜の角度の増大は、ミラーを疲労させ、及び／又は応答時間を遅くするものとなり得る。これは、ミラーが一層長い距離にわたって回転又は傾斜させられることになるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、マイクロミラー素子のミラーの回転又は傾斜を大きくすることなく該マイクロミラー素子から反射される光の角度を実際に大きくすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態はマイクロミラー素子を提供する。該マイクロミラー素子は、基板と、該基板から隔置され及び該基板と実質的に平行な方向に向けられたプレートとを含み、該プレート及び該基板がそれらの間に空洞を画定する。該基板と該プレートとの間に反射素子が配置され、１よりも大きな屈折率を有する液体が、少なくとも前記反射素子と前記プレートとの間の空洞内に配置される。この場合に、前記反射素子は、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くよう構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
好ましい実施形態の以下に記載される詳細な説明では、本書の一部を構成し、本発明を実施することができる特定の実施形態が例示される添付の図面が参照される。これに関連して、「上側」、「下側」、「前面」、「背面」、「前部」、「後部」などの方向に関する用語が、説明されている図面の向きを基準にして用いられる。本発明の構成要素は多数の異なる向きに配置することができるので、方向に関する用語は例示のために用いられており、決して限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、構造的又は論理的に変更できることは理解されたい。それゆえ、以下に記載される詳細な説明は限定する意味にとられるべきではなく、本発明の範囲は添付される特許請求の範囲によって規定される。
【０００７】
図１はマイクロミラー素子10の一実施形態を示す。マイクロミラー素子10は、力を生成し、及び本体又は素子が移動又は動作できるようにするための、電気／機械変換に基づくマイクロアクチュエータである。以下に記載されるように、一実施形態では、複数のマイクロミラー素子10が配列されて、マイクロミラー素子のアレイが形成される。かかる場合、マイクロミラー素子のアレイを用いて、ディスプレイを形成することができる。かかる場合、各マイクロミラー素子10は、入射光を変調するための光変調器を構成し、ディスプレイの１つのセル又は画素を提供する。更に、マイクロミラー素子10は、プロジェクタ又はプリンタといった他のイメージングシステムにおいて用いることが可能であり、また、光学的なアドレス指定又は切り替え及び／又はその他の光ビーム変調のために用いることが可能である。
【０００８】
一実施形態では、マイクロミラー素子10は、基板20、プレート30、及びアクチュエーティング素子40を含む。好適には、プレート30は、基板20の表面22に対して実質的に平行に向けられ、及び表面22から隔置されて、該表面22との間に空洞50が画定されるようにする。アクチュエーティング素子40は、基板20の表面22とプレート30との間に配置される。その場合、アクチュエーティング素子40は空洞50内に配置される。
【０００９】
一実施形態では、アクチュエーティング素子40は、基板20及びプレート30に対して第１の位置47と第２の位置48との間で動くよう駆動される。好適には、アクチュエーティング素子40は、回転軸を中心として一定の角度だけ動き又は傾く。かかる場合、アクチュエーティング素子40の第１の位置47は、実質的に水平であり及び基板20と実質的に平行であるように示されており、アクチュエーティング素子40の第２の位置48は、該第１の位置47に対して一定角度に向けられるように示されている。基板20及びプレート30に対するアクチュエーティング素子40の運動又は駆動について以下で詳細に説明する。
【００１０】
一実施形態では、空洞50は液体52で満たされ、アクチュエーティング素子40が液体52と接触した状態になる。より具体的には、マイクロミラー素子10の向きにかかわらず、液体52が少なくともアクチュエーティング素子40とプレート30との間に配置されるように空洞50が液体52で満たされる。一実施形態では、アクチュエーティング素子40が液体52内に浸漬されるように空洞50が液体52で満たされる。それ故、液体52は、アクチュエーティング素子40と基板20との間、及びアクチュエーティング素子40とプレート30との間に配置される。よって、液体52は、アクチュエーティング素子40の両方の表面と接触し、又は両方の表面を濡らすものとなる。
【００１１】
好適には、液体52は透明である。かかる場合、液体52は、可視スペクトルにおいて透明又は無色である。更に、液体52は、電界内で化学的に安定し、幅広い温度動作範囲で熱的に安定し、及び光化学的に安定したものである。加えて、液体52は、低い蒸気圧を有し、非腐食性のものである。
【００１２】
一実施形態では、液体52は誘電液体53を含む。誘電液体53は、以下に記載されるように、アクチュエーティング素子40の動作を強める。好適には、誘電液体53は、電界中で高い分極性を有し、不均一な電界内で運動する。更に、誘電液体53は、低い誘電率と、高い双極子モーメントとを有する。更に、誘電液体53は、一般に柔軟性を有し、利用可能なπ電子を有する。誘電液体53として使用するのに適した液体の例として、単体又は混合物（すなわち、2、3、及び5環）何れかのフェニルエーテル、硫化フェニル、及び／又はセレン化フェニルが挙げられる。１つの例示的な実施形態では、誘電液体53として使用するのに適した液体の例として、OS138及びオリーブ油といったポリフェニルエーテル（PPE）が挙げられる。
【００１３】
プレート30は透明なプレート32であり、アクチュエーティング素子40は反射素子42であることが好ましい。一実施形態では、透明なプレート32はガラスプレートである。しかし、他の適当な平坦な半透明又は透明な材料を用いることもできる。かかる材料の例には、石英及びプラスチックが含まれる。
【００１４】
反射素子42は反射表面44を含む。一実施形態では、反射素子42は、反射表面44を形成するために、適当な反射率を有する均一な材料から形成される。かかる材料の例にはポリシリコン又はアルミニウム等の金属が含まれる。別の実施形態では、反射素子42は、ポリシリコン等のベース材料から形成され、該ベース材料上にアルミニウム又はチタン窒化物といった反射材料が配置されて、反射表面44が形成される。更に、反射素子42は、非導電性材料から形成することが可能であり、又は、導電性材料から形成すること若しくは導電性材料を含むことが可能である。
【００１５】
図１の実施形態に示すように、マイクロミラー素子10は、基板20の反対側の透明プレート32の側に配置される光源（図示せず）によって生成される光を変調する。その光源は、例えば、周囲光及び／又は人工光を含むことができる。かかる場合、透明プレート32に入射する入力光12は、透明プレート32を通過して空洞50に入り、反射素子42の反射表面44によって出力光14として反射される。こうして、出力光14が空洞50から出て、透明プレート32を通って戻される。
【００１６】
出力光14の方向は、反射素子42の位置によって決定され又は制御される。例えば、反射素子42が第１の位置47にある場合には、出力光14は第１の方向14aに向けられる。しかし、反射素子42が第２の位置48にある場合、出力光14bは第２の方向14bに向けられる。こうして、マイクロミラー素子10は、入力光12により生成される出力光14を変調させ又は変更する。かかる場合、反射素子42を使用して、光学イメージングシステム内に、及び／又は光学イメージングシステム外に、光を誘導することができる。
【００１７】
一実施形態では、第１の位置47は、反射素子42の中立位置であり、以下で説明するように、光が例えば視認者又は表示画面に向かって反射されるという点で、マイクロミラー素子10の「オン」状態を表すものである。したがって、第２の位置48は、反射素子42の動作後の位置であり、光が例えば視認者又は表示画面に向かって反射されないという点で、マイクロミラー素子10の「オフ」状態を表すものである。
【００１８】
図２は、反射素子42の一実施形態を示す。反射素子142は、反射表面144を有し、実質的に長方形の外側部分180と、実質的に長方形の内側部分184とを有する。一実施形態では、反射表面144は、外側部分180及び内側部分184の両方の上に形成される。外側部分180は、実質的に長方形の開口部182を形成するよう構成された４つの隣接する側方部分181を有する。かかる場合、内側部分184は開口部182内に配置される。内側部分184は、開口部182内に対称に配置されることが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、一対のヒンジ186が内側部分184と外側部分180との間に延びる。該ヒンジ186は、内側部分184の相対する側面又は端部から、外側部分180のそれぞれ隣接する側面又は端部まで延びる。外側部分180は、対称軸に沿ってヒンジ186によって支持されることが好ましい。より具体的には、外側部分180は、その相対する縁部の中心を通って延びる軸を中心にして支持される。かかる場合、ヒンジ186は、上述したように（図１）、第１の位置47と第２の位置48との間で反射素子142を動かすのを容易にする。より具体的には、ヒンジ186は、内側部分184に対して外側部分180を第１の位置47と第２の位置48との間で動かすのを容易にする。
【００２０】
一実施形態では、ヒンジ186は、反射表面144に対して実質的に平行に向けられた長手軸189を有するねじり部材188を含む。長手軸189は、反射素子142の対称軸と同一直線上にあり、同対称軸と一致する。かかる場合、ねじり部材188は、長手軸189を中心としてねじれ、又は回動して、外側部分180が内側部分184に対して第１の位置47と第２の位置48との間で運動するのに適応する。
【００２１】
一実施形態では、反射素子142は、基板20の表面22から延びる支持体又は支柱24により基板20に対して支持される。より具体的には、該支柱24は、反射素子142の内側部分184を支持する。かかる場合、支柱24は外側部分180の側方部分181の内側に配置される。したがって、反射素子142の外側部分180は、ヒンジ186によって支柱24から支持される。
【００２２】
図３は、反射素子42の別の実施形態を示している。反射素子242は、反射表面244を有し、実質的にＨ形の部分280と一対の実質的に長方形の部分284とを含む。一実施形態では、反射表面244は、Ｈ形部分280及び長方形部分284の両方の上に形成される。Ｈ形部分280は、一対の互いに隔置された脚部281と、該脚部281間に延びる接続部282とを有する。かかる場合、長方形部分284は、互いに隔置された脚部281間の接続部282の両側に配置される。長方形部分284は、互いに隔置された脚部281及び接続部282に対して対称に配置されるのが好ましい。
【００２３】
一実施形態では、ヒンジ286が長方形部分284とＨ形部分280との間に延びる。ヒンジ286は、長方形部分284の１つの側部又は縁部から、それに隣接するＨ形部分280の接続部282の側部又は縁部まで延びる。Ｈ形部分280は、対称軸に沿ってヒンジ286により支持されるのが好ましい。より具体的には、Ｈ形部分280は、接続部282の相対する縁部の中心を通って延びる軸を中心として支持される。かかる場合、ヒンジ286は、上述したように（図１）、反射素子242が第１の位置47と第２の位置48との間で動くのを容易にする。より具体的には、ヒンジ286は、Ｈ形部分280が長方形部分284に対して第１の位置47と第２の位置48との間で動くのを容易にする。
【００２４】
一実施形態では、ヒンジ286は、反射表面244に対して実質的に平行に向けられた長手軸289を有するねじり部材288を含む。長手軸289は、反射素子242の対称軸と同一直線上にあり、同対称軸と一致する。かかる場合、ねじり部材288は、長手軸289を中心にしてねじれ、又は回動して、Ｈ形部分280が長方形部分284に対して第１の位置47と第２の位置48との間で動くのに適応する。
【００２５】
一実施形態では、反射素子242は、基板20の表面22から延びる一対の支柱24により基板20に対して支持される。より具体的には、支柱24は、反射素子242の長方形部分284を支持する。かかる場合、支柱24は、互いに隔置された脚部281間の接続部282の両側に配置される。よって、反射素子242のＨ形部分280は、ヒンジ286によって支柱24から支持される。
【００２６】
図４は、マイクロミラー素子10の動作の一実施形態を示している。一実施形態では、反射素子42（反射素子142,242を含む）は、基板20上に形成された電極60に電気信号を加えることにより、第１の位置47と第２の位置48との間で動かされる。一実施形態では、電極60は、反射素子42の端部又は縁部に隣接して基板20の表面22上に形成される。電極60に電気信号を加えることにより、該電極60と反射素子42との間に電界が生成され、これにより反射素子42が第１の位置47と第２の位置48との間で動くようになる。この場合、反射素子42は第１の方向に動く。
【００２７】
誘電液体53は、電界に応答するよう選択することが好ましい。より具体的には、誘電液体53は、電界が該液体の極性分子を整列させ及び移動させるよう選択される。かかる場合には、電気信号が加えられた際に、誘電液体53が、電界内で移動して、第１の位置47と第２の位置48との間での反射素子42の動きに寄与することになる。このため、空洞50内に誘電液体53が存在する場合には、該誘電液体53は、例えば本出願人に譲渡された関連する米国特許出願第10/136,719号に記載されるように、反射素子42に作用する駆動力を高めるものとなる。
【００２８】
電気信号が電極60から除去された際に、反射素子42はある時間にわたって第２の位置を持続し又は保持することが好ましい。その後、例えばヒンジ186（図２）及びヒンジ286（図３）を含む反射素子42の復元力によって反射素子42が第１の位置47へと引っ張られ又は戻される。
【００２９】
一実施形態では、導電性バイア26が支柱24内に形成され、該支柱24を通って延びる。導電性バイア26は、反射素子42に、より具体的には該反射素子42の導電材料に電気的に接続される。この場合、反射素子42（反射素子142,242を含む）は、電極60及び該反射素子42に電気信号を加えることにより第１の位置47と第２の位置48との間で動かされる。より具体的には、電極60に一定の電位が与えられ、それとは異なる電位が反射素子42の導電材料に与えられる。
【００３０】
電極60に一定の電位を加え、それとは異なる電位を反射素子42に加えることにより、電極60と反射素子42との間に電界が生成され、これにより第１の位置47と第２の位置48との間での反射素子42の運動が生じる。誘電液体53は、既述のように反射素子42の運動に寄与するものとなる。
【００３１】
別の実施形態では、反射素子42（反射素子142,242を含む）は、該反射素子42に電気信号を加えることにより、第１の位置47と第２の位置48との間で動かされる。より具体的には、支柱24を通る導電性バイア26によって反射素子42の導電材料に電気信号が加えられる。かかる場合には、反射素子42に電気信号を加えることにより電界が生成され、これにより第１の位置47と第２の位置48との間での反射素子42の運動が生じる。誘電液体53は、既述のように反射素子42の運動に寄与するものとなる。
【００３２】
マイクロミラー素子10の動作の更に別の実施形態が、例えば本出願人の米国特許出願第10/136,719号に記載される。
【００３３】
図４に示されるように、一実施形態では、反射素子42は第１の方向とは逆の第２の方向にも動かされる。より具体的には、反射素子42は、反射素子42の反対側の端部又は縁部に隣接して基板20上に形成された電極62に電気信号を加えることにより、第１の位置47と、該第１の位置47に対して一定角度に向けられた第３の位置49との間で動かされる。かかる場合、反射素子42は、電極62に電気信号を加えることにより、第１の方向とは逆の第２の方向に動かされる。
【００３４】
電極62に電気信号を加えることにより、電極62と反射素子42との間に電界が生成され、これにより、上述のように、第１の位置47と第２の位置48との間での反射素子42の運動と類似した態様で、第１の位置47と第３の位置49との間での反射素子42の運動が生じることになる。反射素子42が第１の位置47で停止又は一時的に停止することなく第２の位置48と第３の位置49との間で直接運動することもまた本発明の範囲内である。
【００３５】
一実施形態では、マイクロミラー素子10の空洞50内に収容される液体52（誘電液体53を含む）は、１よりも高い屈折率を有する。更に、マイクロミラー素子10の周囲を取り巻く空気は、実質的に１の屈折率を有する。かかる場合には、異なる屈折率を有する領域が、マイクロミラー素子10の空洞50内とマイクロミラー素子10の空洞50外とに形成される。
【００３６】
屈折率が異なるため、マイクロミラー素子10によって変調される光線は、２つの領域の界面で屈折する。より具体的には、プレート30を通って空洞50内に入る入力光が空洞50との界面で屈折する。更に、反射素子42によって反射され、プレート30を通って空洞50から出る出力光が空洞50との界面で屈折する。一実施形態では、プレート30の材料は、液体52と実質的に同じ屈折率を有するよう選択される。更に、プレート30の厚さは、プレート30での屈折が無視できるほど十分薄いものとなる。１つの例示的な実施形態では、プレート30の厚さは約１mmである。
【００３７】
１つの例示的な実施形態では、マイクロミラー素子10の空洞50内に収容される液体52の屈折率は、約1.3〜約1.7の範囲内にある。液体52として用いるのに適した液体の例には、ジフェニルエーテル、ジフェニルエチレン、ポリジメチルシロキサン、又はテトラフェニル−テトラメチル−トリシロキサンが含まれる。液体52としての使用に適した上述その他の液体は、例えば本出願人の何れも2003年3月12日に出願の米国特許出願第10/387,245号及び米国特許出願第10/387,312号に記載されている。
【００３８】
ここで図５を参照する。平坦な界面を横切る光線の場合、スネルの法則により次式が成り立つ。
【００３９】
n1・sin（A1）＝n2・sin（A2）
ただし、n1は、平坦な界面の第１の側の屈折率を表し、A1は、平坦な界面の第１の側で、光線と、該光線が該平坦な界面を横切る点を通る該平坦な界面と垂直な線との間に形成される角度を表し、n2は、平坦な界面の第２の側の屈折率を表し、A2は、平坦な界面の第２の側で、光線と、該光線が該平坦な界面を横切る点を通る該平坦な界面と垂直な線との間に形成される角度を表す。
【００４０】
図５は、プレート30を通って空洞50に入り、出力光14として反射され、空洞50から出てプレート30を通って戻される、入力光12の一実施形態を示している。上述したように、一実施形態では、空洞50内の液体52は１よりも高い屈折率を有し、より具体的には空洞50の外部にある空気よりも高い屈折率を有する。かかる場合、入力光12は、空洞50に入る際に空洞50との界面で屈折し、出力光14は、空洞50から出る際に空洞50との界面で屈折する。
【００４１】
一実施形態では、空洞50の外部で、入力光12と、該入力光12が界面を横切る点を通って空洞50との界面に垂直に延びる線との間に、角度A1が形成される。それゆえ、角度A1は入力光12の照射角を表す。更に、空洞50の内部で、入力光12と、該入力光12が界面を横切る点を通って空洞50との界面に垂直に延びる線との間に、角度A2が形成される。それゆえ、角度A2は入力光12の照射屈折角を表す。
【００４２】
上述のように、入力光12は反射素子42によって出力光14として反射される。かかる場合、空洞50の内部で、出力光14と、入力光12が反射素子42によって反射される点を通って空洞50との界面に垂直に延びる線に対して平行に延びる線との間に、角度A3が形成される。それゆえ、角度A3は出力光14の反射角を表す。更に、空洞50の外部で、出力光14と、出力光14が界面を横切る点を通って空洞50との界面に垂直に延びる線との間に、角度A4が形成される。それゆえ、角度A4は出力光14の出射角を表す。
【００４３】
空洞50との界面における屈折及び反射素子42における反射を含む光学的な原理を適用することにより、角度A5によって表される反射素子42の種々の傾斜角と、屈折率n2によって表される空洞50内の液体52の種々の屈折率とに関して、出射角A4を導出することができる。上述のように、屈折率n1によって表されるマイクロミラー素子10の周囲を取り巻く空気の屈折率は実質的に１である。
【００４４】
図６及び図７は、それぞれ、空洞50内に配置される１よりも高い屈折率を有する液体を用いない場合及び用いる場合におけるマイクロミラー素子による光の変調の１つの例示的な実施形態を示している。図６は、空洞50内に配置される１よりも高い屈折率を有する液体を用いない場合のマイクロミラー素子による光の変調を示している。図６の例示的な実施形態では、空洞50は液体52ではなく空気を含む。かかる場合、空洞50内の屈折率は実質的に１である。マイクロミラー素子の外部の屈折率も実質的に１であるので、上述のように、プレート30の厚さが十分に薄いものと仮定すれば、空洞50との界面で屈折は生じない。図６の例示的な実施形態では、入力光12の照射角A1は15°であり、反射素子42の傾斜角A5は5°である。かかる場合、出力光14の出射角A4は25°である。
【００４５】
図７は、空洞50内に配置される、１より高い屈折率を有する液体を用いる場合のマイクロミラー素子による光の変調を示している。図７の例示的な実施形態では、空洞50は1.65の屈折率を有する液体52（誘電液体53を含む）を含む。更に、図６と比較するために、入力光12の照射角A1は15°であり、反射素子42の傾斜角A5は5°である。しかし、出力光14の出射角A4は32.5°である。かかる場合、同じ照射角（15°）の入力光12及び同じ傾斜角（5°）の反射素子42を用いる場合でも、空洞50内に配置された液体52により、出力光14の一層大きな出射角を達成することができる。このため、例えば、空洞50が液体52を含む場合に、反射素子42の傾斜角を増大させることなく、空洞50からの出力光14の出射角を30％（7.5°）増大させることができる。この出射角の増大を本書では角度の拡大と称す。
【００４６】
図８は、空洞50内に配置される１よりも高い屈折率を有する液体を用いない場合のマイクロミラー素子による光の変調の別の例示的な実施形態を示している。図８の例示的な実施形態では、空洞50は液体52ではなく空気を含む。それゆえ、空洞50内の屈折率は実質的に１である。マイクロミラー素子の外部の屈折率も実質的に１であるので、空洞50との界面で角度の拡大は生じない。
【００４７】
図８の例示的な実施形態では、入力光12の照射角A1は15°であり、反射素子42の傾斜角A5は5°である。かかる場合、空洞50内に配置される液体52を用いることなく、同じ照射角（15°）の入力光12を用いる場合、図７に示すものと同じ出射角（32.5°）を有する出力光14の出射角A4を生成するためには、反射素子42の傾斜角A5を8.75°まで増大させなければならない。したがって、例えば、空洞50が液体52を含まない場合に、空洞50からの同じ出射角の出力光14を生成するためには、反射素子42の傾斜角を75％（3.75°）増大させる必要がある。
【００４８】
図９は、空洞50内に配置される１よりも高い屈折率を有する液体を用いる場合のマイクロミラー素子による光の変調の別の例示的な実施形態を示している。図９の例示的な実施形態では、空洞50は1.65の屈折率を有する液体52（誘電液体53を含む）を含む。更に、入力光12の照射角A1は15°である。かかる場合、空洞50内に配置される液体52を用いて、同じ照射角（15°）の入力光12を用いる場合に、図６に示されるのと同じ出射角（25°）を有する出力光14の出射角A4を生成するためには、反射素子42の傾斜角A5は2.9°しか必要とされない。このため、例えば、空洞50が液体52を含む場合には、反射素子42の傾斜角を42％（2.1°）減少させても、空洞50からの同じ出射角の出力光14を生成することができる。
【００４９】
図１０に示すように、一実施形態では、マイクロミラー素子10はディスプレイシステム500に組み込まれる。ディスプレイシステム500は、光源510、光源用光学系512、光プロセッサ又はコントローラ514、及び投影用光学系516を含む。光プロセッサ514は、多数のマイクロミラー素子10を含み、該マイクロミラー素子10は、その各々がディスプレイの１つのセル又は画素を構成するようアレイとして配列される。このマイクロミラー素子10のアレイは、多数のマイクロミラー素子10の反射素子のための別個の空洞及び／又は共通の空洞を有する共通の基板上に形成することが可能である。
【００５０】
一実施形態では、光プロセッサ514は、表示されることになる画像を表すイメージデータ518を受信する。かかる場合、光プロセッサ514は、該イメージデータ518に基づき、マイクロミラー素子10の動作と、光源510から受光される光の変調とを制御する。次いで、変調された光が視認者又は表示画面520に対して投影される。
【００５１】
図１１に示すように、一実施形態では、マイクロミラー素子10は光スイッチングシステム600に組み込まれる。該光スイッチングシステム600は、光源610、光プロセッサ又はコントローラ612、及び少なくとも１つの受光手段614とを含む。光プロセッサ612は、光を受光手段614に選択的に誘導するよう構成された１つ又は２つ以上ののマイクロミラー素子10を含む。光源610は、例えば、光ファイバ、レーザ、発光ダイオード（LED）、又は入力光12を生成するための他の発光素子を含むことが可能である。受光手段614は、例えば、光ファイバ、光導体／チャネル、又は他の受光又は光検出素子を含むことが可能である。
【００５２】
一実施形態では、受光手段614は、第１の受光手段614a及び第２の受光手段614bを含む。かかる場合、光プロセッサ612は、マイクロミラー素子10の動作と、光源610から受光される光の変調とを制御して、光を第１の受光手段614a又は第２の受光手段614bに誘導する。例えば、マイクロミラー素子10が第１の位置にあるとき、出力光14aが第１の受光手段614aに誘導され、マイクロミラー素子10が第２の位置にあるとき、出力光14bが第２の受光手段614bに誘導される。かかる場合、光スイッチングシステム600は、マイクロミラー素子10を用いて光を制御し又は誘導して、これを例えば光アドレス指定又はスイッチングに使用する。
【００５３】
空洞50内に１よりも高い屈折率を有する液体52（誘電液体53を含む）を配置することにより、反射素子42の傾斜角を増大させることなく、マイクロミラー素子10からの出力光14の出射角を増大又は拡大することができる。マイクロミラー素子10からの出力光14の出射角を増大させることにより、全ての入射光をディスプレイ装置の投影光学系上に完全に導き、及び全ての入射光をディスプレイ装置の投影光学系から完全に逸らすといった、より効果的な入射光の変調が可能となる。かかる場合には、ディスプレイ装置のコントラスト比を高めることができる。
【００５４】
更に、反射素子42の小さな傾斜角でマイクロミラー素子10からの出力光14の所望の出射角を生成することにより、反射素子42の見掛け上の傾斜角を反射素子42の実際の傾斜角よりも大きくすることができる。したがって、これまで通りにマイクロミラー素子10からの出力光14の所望の出射角を生成するのに、反射素子42が短い距離しか回動又は傾斜しなくてもよいので、マイクロミラー素子10の更に高速の応答又は動作時間を達成することができる。更に、これまで通りにマイクロミラー素子10からの出力光14の所望の出射角を生成するのに、反射素子42が短い距離しか回動又は傾斜しなくてもよいので、マイクロミラー素子10が受ける疲労を小さくすることができる。
【００５５】
好ましい実施形態を説明するために、本明細書において特定の実施形態が図示及び記載されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ目的を果たすように考慮された広範な代替の及び／又は等価な実装形態が、図示及び記載された特定の実施形態の代わりに用いられることができることは、当業者には理解されよう。本発明が非常に広範な実施形態において実施できることは、化学、機械、電気機械、電気及びコンピュータ分野の熟練者には容易に理解されよう。本特許出願は、本明細書に説明される好ましい実施形態の任意の適応形態又は変形形態を網羅することを意図している。それゆえ、本発明が請求の範囲及びそれと同等のものによってのみ限定されることが、明らかに意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるマイクロミラー素子の一部の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明によるマイクロミラー素子の一部の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明によるマイクロミラー素子の一部の別の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明によるマイクロミラー素子の動作の一実施形態を概略的に示す、図２及び図３の4−4断面図である。
【図５】本発明によるマイクロミラー素子による光変調の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図６】従来のマイクロミラー素子による光変調の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７】本発明のマイクロミラー素子による光変調の別の実施形態を示す概略的な断面図である。
【図８】従来のマイクロミラー素子による光変調の別の実施形態を示す概略的な断面図である。
【図９】本発明のマイクロミラー素子による光変調の別の実施形態を示す概略的な断面図である。
【図１０】本発明によるマイクロミラー素子を含むディスプレイシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図１１】本発明によるマイクロミラー素子を含む光スイッチの一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
10    マイクロミラー素子
20    基板
22    表面
30    プレート
40    アクチュエーティング素子
47    第１の位置
48    第２の位置
50    空洞
52    液体
【図１】
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【図２】
2004280105.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004280105.tif 000006
【図５】
2004280105.tif 000007
【図６】
2004280105.tif 000008
【図７】
2004280105.tif 000009
【図８】
2004280105.tif 000010
【図９】
2004280105.tif 000011
【図１０】
2004280105.tif 000012
【図１１】
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