(57)【要約】分岐干渉変調器（ＩＭｏｄ）が、反射防止膜（１００）及び（又は）微細加工補助照明源を有する。Ｉｍｏｄのマトリックスアドレス指定アレイ（１０８）又は他の機械的装置のために効率的な駆動方式が提供される。改良型カラー方式が優れた融通性をもたらす。電子ハードウェアは、種々のディスプレイフォーマット及び（又は）応用層機能に対応するようフィールド再構成されたものであるものがよい。ＩＭｏｄの電気機械的挙動をその光学挙動から切り離すのがよい。改良型作動手段が提供され、そのうちの１つを視界から隠すのがよい。ＩＭｏｄ又はＩＭｏｄアレイ（１０８）を作製し、ＭＥＭＳスイッチ又はスイッチアレイと関連して使用する。ＩＭｏｄを光スイッチング及び光変調に利用できる。ＩＭｏｄの中には、２−Ｄ及び３−Ｄフォトニック構造を有するものがある。光の変調に関する種々の用途について説明する。連続ウェブプロセスを利用した状態でＭＥＭＳ製造包装方式が提供される。ＩＭｏｄを被着物質中の残留応力の評価のための検査構造として使用できる。
2004534280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射形ディスプレイであって、ディスプレイの目視面に被着された反射防止膜を有し、反射防止膜は、ディスプレイのコントラスト比を増大させるよう構成されていることを特徴とする反射形ディスプレイ。
【請求項２】
分岐干渉変調器を有していることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
【請求項３】
平らな基板に設けられたモノリシック加工部を有するアークランプ構造であって、モノリシック加工部は、被着された薄膜及び（又は）基板の材料から成り、モノリシック加工部は、薄膜電極を有し、アークが薄膜電極間で生じるようになっていることを特徴とするアークランプ構造。
【請求項４】
請求項３記載のアークランプ構造を有する透過形又は反射形ディスプレイ装置。
【請求項５】
ラインアットアタイム（line-at-a-time）電子駆動方法であって、バイアス電圧をデバイスの行（又は列）にかける段階と、バイアス電圧の値と同じほどのデータ電圧を列（又は行）に交互にかける段階と、データ電圧の値と選択電圧との差が第１の所定レベルよりも大きいとデバイスの動作が始まるようにする段階と、データ電圧の値と選択電圧の差が最も低い第２の所定レベルよりも小さいとデバイスの解除が生じるようにする段階と、選択電圧がバイアスレベルであるとき、デバイスがその状態を維持するようにする段階とを有していることを特徴とする方法。
【請求項６】
デバイスが多数のＭＥＭＳデバイスから成ることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
各々が白及び飽和色の制御された量をもたらすよう構成された画素を有する反射形ディスプレイと、フルカラーディスプレイをもたらすよう画素を制御するコントローラとを有することを特徴とする装置。
【請求項８】
ディスプレイは、分岐干渉変調器を有していることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
電子製品であって、多数のソフトウェアアプリケーション又は機能のうち選択された１又は２以上を実行するよう再構成可能なコア非汎用プロセッサと、ユーザがソフトウェアアプリケーション又は機能のうち任意のものを使えるようプロセッサを再構成することができるようにする制御要素とを有していることを特徴とする電子製品。
【請求項１０】
周辺装置を更に有し、周辺装置は、コアプロセッサの構成に基づいて相互作用できるよう用いられ又は再構成され、或いはアクセス可能であることを特徴とする請求項９記載の電子製品。
【請求項１１】
分岐干渉変調器であって、分岐干渉変調器の動作を可能にする空洞共振器と、干渉効果をもたらす別個の空洞共振器とを有していることを特徴とする分岐干渉変調器。
【請求項１２】
分岐干渉変調器であって、分岐干渉変調器の動作と関連した構造と、壁を備えた干渉空洞共振器とを有し、前記構造は、干渉空洞共振器の壁のうち少なくとも１つによって隠されていることを特徴とする分岐干渉変調器。
【請求項１３】
分岐干渉変調器であって、薄膜スタックと、分岐干渉変調器の動作と関連した構造とを有し、前記構造は、薄膜スタック上に直接被着されており、前記構造とスタックの干渉により、スタックが最小量の光を反射することを特徴とする分岐干渉変調器。
【請求項１４】
分岐干渉変調器であって、一動作モードでは、誘導残留応力により螺旋として形作られていて、巻き出されて別の動作モードで光に対し干渉作用を発揮するプレートを形成する可動壁を有していることを特徴とする分岐干渉変調器。
【請求項１５】
モノリシックＭＥＭ変調器であって、支持基板上に保持された可動プレートを有し、前記可動プレートは、光路を選択的に妨害するよう構成され、支持基板の表面に垂直な平面内でヒンジ回りに回転運動でき、基板の表面のところに設けられた電極との間に加えられる静電力により作動されることを特徴とする変調器。
【請求項１６】
カラー又はダーク状態は、変調器構造に被着された薄膜スタックの干渉特性により付与されることを特徴とする請求項１５記載の変調器。
【請求項１７】
微細機械的スイッチであって、支持基板と、基板の平面に平行な平面内の運動によりスイッチングを行う可動コンポーネントとを有することを特徴とするスイッチ。
【請求項１８】
可動コンポーネントは、ソースとドレーンの電気的接触をもたらすことを特徴とする請求項１７記載のスイッチ。
【請求項１９】
可動コンポーネントは、絶縁要素を有していることを特徴とする請求項１７記載のスイッチ。
【請求項２０】
請求項１７記載のスイッチを有する電圧スイッチング又は論理コンポーネント。
【請求項２１】
請求項２０記載の電圧スイッチング又は論理コンポーネントを有する電子又はＭＥＭＳ形デバイス。
【請求項２２】
動的微細機械的構造であって、屈折率が少なくとも２つの直交する軸線のうち２以上に沿って周期的に変化する構造から成ることを特徴とする動的微細機械的構造。
【請求項２３】
請求項２２記載の微細機械的構造を有する光の処理装置。
【請求項２４】
多数の光周波数を伝搬している導波管から特定の周波数の光を選択すると共に（或いは）その向きを変えるよう構成された請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記構造の可動部分が周期的フォトニック構造中に欠陥を導入するよう構成されていることを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記構造の可動部分は、前記装置の全体的な光特性を変更するよう多次元フォトニック構造を動かすよう構成されていることを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２７】
マイクロ電気機械的構造と関連して多次元フォトニック構造を作製する方法であって、ホログラフィーによるパターン付け又はポリマー自動組立てプロセス又は自動組織化粒子サスペンションを実施する工程から成ることを特徴とする方法。
【請求項２８】
欠陥を多次元フォトニック構造中に導入する方法であって、原子粒子又は亜原子粒子のビームを用いて材料の追加又は除去、材料の光学的性質の変更、又はマイクロ電子被着法を用いて材料を追加することによりフォトニック構造の一部を改質する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項２９】
欠陥を多次元フォトニック構造中に導入する方法であって、特徴部を基板の表面上に形成する工程を有し、前記特徴部は、後で形成されるフォトニック構造中に欠陥を生じさせるための場所を提供するよう構成されていることを特徴とする方法。
【請求項３０】
基板と、基板上に加工された分岐干渉変調器とを有する装置であって、分岐干渉変調器は、これが加工された基板中を、基板の表面に全体として平行な方向に伝搬している光を変調するよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３１】
基板及び基板上に形成された金属ＭＥＭ構造を有する装置であってＭＥＭ構造は、案内されるドーハとして伝搬している光を変調するよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３２】
可変減衰器として機能するよう構成された請求項３０又は３１記載の変調器。
【請求項３３】
基板及び基板上に設けられた反射光学部品を有する微細機械的構造であって、反射光学部品は、作動されると、これに入射し、基板中を別の光学的構造に向かって伝搬している光の向きを変えることを特徴とする動的微細機械的構造。
【請求項３４】
基板及び基板上に又はこれに密接して加工されたミラーを有する静的微細加工構造であって、ミラーは、これに入射し、基板中を伝搬している光の向きを変えるよう構成されていることを特徴とする静的微細加工構造。
【請求項３５】
光スイッチであって、反射光学部品及び反射光学部品を組み込んだ固定微細構造を有する動的微細機械的構造を有し、２つの構造は、基板／導波管の互いに反対側の側部に加工され、反射光学部品は、基板／導波管中を伝搬している光のビームが作動状態で動的構造に入射すると、組合せ状態の反射光学部品の光路により、基板／導波管内の光の伝搬経路を任意的に変えることができることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３６】
反射光学部品は、ミラーから成ることを特徴とする請求項３４記載の装置。
【請求項３７】
光を基板の内部又は外部に結合するよう構成されていることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３８】
基板／導波管中を伝搬している光を処理するよう構成された微細機械的構造及びその後光を遮り又は操作するよう構成された光学又は電子装置を有していることを特徴とする光デバイス。
【請求項３９】
光を基板／導波管に結合し、又は光を基板又は導波管から切り離すよう構成された反射防止膜を更に有していることを特徴とする請求項３７記載の光デバイス。
【請求項４０】
静的微細加工コンポーネント、動的微細機械的コンポーネント及び電子コンポーネントの組合せを支持することができ、基板／導波管に取り付けられる光学上部構造を更に有していることを特徴とする請求項３８記載の光デバイス。
【請求項４１】
基板／導波管の表面上に被着された誘電体のパターン付けブロックを有する光路再位置決め装置。
【請求項４２】
微細機械的構造は、波長可変フィルタを有していることを特徴とする請求項３７記載の光デバイス。
【請求項４３】
請求項３３、３４又は３７記載の光デバイスを有するＮ×Ｎ光スイッチ。
【請求項４４】
請求項３３、３４又は３７記載の光デバイスを有する波長選択スイッチ。
【請求項４５】
請求項３３、３４又は３７記載の光デバイスを有する光混合器。
【請求項４６】
微細機械的構造を加工する方法であって、プラスチック支持基板の連続ウェブを、被着、被着フィルムのパターン付け及びそのエッチングのための一連のツールを通って供給する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項４７】
測定されるべき材料の被着により変形した分岐干渉空洞共振器を有する被着材料の残留応力を測定する方法であって、空洞共振器によって反射された光の波長のパターンを測定することにより微細構造の変形度を求める段階を有していることを特徴とする方法。
【請求項４８】
反射光のパターンに基づいて被着材料の応力を自動的に求める段階を更に有していることを特徴とする請求項４４記載の方法。
【請求項４９】
被着中及び被着後にフィルムの残留応力を求める段階を更に有していることを特徴とする請求項４５記載の方法。
【請求項５０】
不連続である誘電体、金属又は半導体フィルムを有する動的微細機械的構造であって、前記フィルムの光学的性質は、不連続のために連続フィルムの光学的性質とは異なっていることを特徴とする動的微細機械的構造。
【請求項５１】
誘電体、金属又は半導体フィルムを有する動的微細機械的構造であって、前記フィルムは、フィルムの深さにわたりフィルムの光学的性質の連続変化を生じさせるような仕方でエッチングされていることを特徴とする動的微細機械的構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、１９９６年１１月５日に出願された米国特許出願第０８／７４４，２５３号の一部継続出願であり、この米国特許出願第０８／７４４，２５３号は、１９９５年５月１日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ９５／０５３５８号の継続出願であり、この国際出願は、１９９４年５月５日に出願された米国特許出願第０８／２３８，７５０号の一部継続出願であり、この米国特許出願は、現在米国特許第５，８３５，２５５号として発行されている。
【０００２】
本発明は、分岐干渉変調に関する。
分岐干渉変調器（ＩＭｏｄ）は、微細機械的装置の光学的性質の操作により入射光を変調させる。これは、種々の技術を用いて装置の分岐干渉特性を変更することによって達成される。ＩＭｏｄは、フラットパネルディスプレイ及び光コンピューティングから光ファイバ変調器及び投写型ディスプレイの範囲にわたる多くの用途に向いている。種々のＩＭｏｄ設計を利用して種々の用途に取り組むことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、本発明は一特徴において、反射防止膜及び（又は）微細加工補助照明源を有するＩＭｏｄ利用型ディスプレイを提供する。
一般に、本発明は一特徴において、ＩＭｏｄのマトリックスアドレス指定アレイ又は他の微細機械的装置の効率的な駆動方式を提供する。
一般に、本発明は一特徴において、優れた融通性をもたらすカラー方式を提供する。
一般に、本発明は一特徴において、種々のディスプレイフォーマット及び（又は）アプリケーション機能に対応するようフィールド再構成可能な電子ハードウェアを提供する。
一般に、本発明は一特徴において、ＩＭｏｄの電気機械的挙動をＩＭｏｄの光学的挙動から切り離すＩＭｏｄ設計を提供する。
【０００４】
一般に、本発明は一特徴において、どれか一つが視界から隠すことができる二者択一的な作動手段を備えたＩＭｏｄ設計を提供する。
一般に、本発明は一特徴において、加工され、ＭＥＭＳスイッチ又はスイッチアレイ及び（又は）ＭＥＭＳ型ロジックと関連して用いられるＩＭｏｄ又はＩＭｏｄアレイを提供する。
一般に、本発明は一特徴において、光スイッチング及び光変調に用いることができるＩＭｏｄを提供する。
【０００５】
一般に、本発明は一特徴において、２−Ｄ及び３−Ｄフォトニック構造を有するＩＭｏｄを提供する。
一般に、本発明は一特徴において、光の変調のための種々のアプリケーションを提供する。
一般に、本発明は一特徴において、連続ウェブ供給法を利用したＭＥＭＳ製造包装方式を提供する。
一般に、本発明は一特徴において、被着フィルム中の残留応力の評価のための検査構造として用いられるＩＭｏｄを提供する。
【０００６】
反射防止膜
上述した１つのＩＭｏｄ設計（１９９５年１１月６日に出願された米国特許出願第０８／５５４，６３０号明細書に記載された誘導型アブソーバ設計）（かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）の特質は、そのダーク状態の効率であり、この場合、ＩＭｏｄは、入射した光の９９．７％という多い量を吸収できる。これは、反射形ディスプレイに有用である。上述の設計では、ＩＭｏｄは、非作動状態では或る特定の色の光を反射し、作動状態では光を吸収する。
【０００７】
ＩＭｏｄアレイは基板上に設けられているので、吸収の可能性は、基板の固有の反射度によって減少する。ガラス基板の場合、反射量は一般に、可視スペクトルについて約４％である。かくして、ＩＭｏｄ構造の吸収性能にもかかわらず、ダーク状態は、基板からの前面反射が許容するほどダークであるに過ぎない。
ＩＭｏｄ利用型ディスプレイの総合性能を向上させる一方法は、反射防止膜（ＡＲ膜）を設けることによってである。これら反射防止膜は、基板の表面に被着された誘電体フィルムの１又は２以上の層を有するのがよく、その表面からの反射を減少させるよう設計されている。かかるフィルムについては多種多様な形態が考えられ、設計及び作製は周知の技術である。簡単なフィルム設計の１つは、厚さ約四分の一波長の弗化マグネシウムの１つの被膜である。別の例は、ガラス上に被着された弗化鉛の四分の一波長フィルムを利用し、次に弗化マグネシウムの四分の一波長フィルムを被着して用い、更に第３の例は、これら２つのフィルム相互間に硫化亜鉛のフィルムを介在させたものである。
【０００８】
図１Ａは、ＡＲ膜をＩＭｏｄディスプレイに組み込んでディスプレイシステムの性能を向上させる一方法を示している。図１Ａでは、上述したように１又は２以上の薄膜から成るＡＲ膜１００をガラス基板１０６に接合されたガラス層１０２の表面に被着させ、このガラス基板の反対側には、ＩＭｏｄアレイ１０８が設けられている。ＡＲ膜１００が存在することにより、表面から反射した入射光１０９の大部分がガラス層１０２中へ結合されるのでかかる入射光の量が減少する。その結果、入射光のうち多くが、ＩＭｏｄアレイによる作用を受けるのでＩＭｏｄが吸収モードで動作しているとき、よりダークなディスプレイ状態を得ることができる。ＡＲ膜１００をＩＭｏｄアレイと反対側でガラス基板１０６の表面上に直接被着させてもよい。
【０００９】
一体形照明
図１Ａは又、補助照明をどのようにかかるディスプレイに供給できるかを示している。この場合、顕微鏡的アークランプのアレイ１０４をガラス層１０２中に作製する。アークランプは、光の効率的な供給手段である。歴史的には、アークランプは、通常の電球の作製と関連のある技術を用いて作製されていた。かかるランプの代表的な変形例が米国特許第４，９８７，４９６号明細書に記載されている。ガラス容器が作られ、別個に作製された電極を容器内に収容する。適当なガスによる充填後、容器を密閉する。かかる電球は小形に作ることができるが、この製造方法はかかる電球の大きなモノリシックアレイの作製には適していない場合がある。
【００１０】
マイクロ機械構造の製造に用いられる技術を顕微鏡的放電又はアークランプの作製に応用することができる。これら「マイクロランプ」が顕微鏡的サイズのものなので、これらを駆動する電圧及び電流は、従来型手段及びサイズを用いて作製されたアークランプに供給するのに必要な電圧及び電流よりも相当低い。図１Ａの例では、アレイは、ランプによって放出された光１１３が以下に説明する固有のレフレクタ層１１１によりＩＭｏｄアレイ１０８に差し向けられるよう作製される。
【００１１】
図２は、フラットパネルディスプレイに最適化されたかかるランプの１つをどのように作製できるかについての詳細を提供している。シーケンスは次の通りである。ステップ１で分かるように、ガラス層２００をエッチングしてウェット又はドライ式化学エッチングを用いてレフレクタボウル２０１を形成する。ボウルの深さ及び形状は、各ランプについての所要の照明面積によって決定される。浅いボウルは、広い反射ビームの広がりを生じさせ、他方放物線は反射光をコリメートする傾向がある。ボウルの直径は、十〜数百ミクロンまで様々である。この寸法は、目視者の視界から許容可能に隠すことができるディスプレイ面積の量によって決定される。これは又、マイクロランプのアレイの密度の関数である。標準型被着法、例えばスパッタリング及び標準型フォトリソグラフィー法を用いて、レフレクタ／金属ハロゲン化物層２０４及び犠牲層２０２を被着させてパターン付けする。レフレクタ／金属ハロゲン化物層は、アルミニウム（レフレクタ）及び金属ハロゲン化物、例えば沃化タリウム、沃化カリウム及び沃化インジウムから成るフィルムスタックであってよい。金属ハロゲン化物（これは必須ではない）、生じた光の性質を向上させることができる。犠牲層は、例えばシリコンのような層であってよい。
【００１２】
次に、電極層２０６を被着させてパターン付けし、それにより２つの別々の電極を形成する。この材料は、タングステンのような耐熱金属であるのがよく、この材料は、数千オングストローム台の機械的支持手段となるのに十分な厚さを有している。次に、犠牲層２０２をドライリリース法を用いて除去する。組立体（かかるランプのアレイの形態をしている）を、基板１０６（図１Ａに示す）のようなガラスプレートに接合することにより密封してレフレクタがプレートに向くようにする。ガス、例えばキセノンを用いて密封工程中にランプによって形成された空洞共振器を約１気圧の圧力まで埋め戻す。これは、従来キセノンで充填されていた気密チャンバ内で密封工程を実施することにより達成できる。
【００１３】
各ランプの電極への十分な電圧の印加の結果として、電極の端部相互間のガス中に放電が生じ、レフレクタ２０４から遠ざかる方向に光の放出２０５が生じるようになる。この電圧は、もしギャップの間隔が数百ミクロン以下台であれば数十ボルトという低いものである。電極材料が最小限の応力で被着されている場合、犠牲層２０２は、ボウル内の電極の位置を決定することになろう。この場合、厚さは、放電をボウルの焦点のところに位置させるよう選択される。万が一電極がリリース時に動くようにする残留応力があれば、厚さは、この運動を補償するよう選択される。一般に、厚さは、ボウルの深さの何分の一か、即ち数ミクロン〜数十ミクロンである。
【００１４】
再び図１Ａを参照すると、光は、経路１１３に沿って進んでいる状態で示されている。かくして、光は、ＩＭｏｄアレイに向かって放出され、ここでアレイによって作用を受けてその後経路１１０に沿って反射され、インタフェース１０７及び目視者１１１に差し向けられる。
レフレクタ層を設けないでランプを作製することができ、したがってランプが光を全方向に放出することができるようになる。
【００１５】
レフレクタを設け又は設けないで作製したランプは顕微鏡的光源又は光源アレイを必要とする種々の用途に用いることができる。これら用途としては、投写型ディスプレイ、放射型フラットパネルディスプレイ用のバックライト、又は屋内（住居、ビルディング）又は屋外（自動車、フラッシュライト）用途用の通常の光源が挙げられる。
【００１６】
図１Ｂを参照すると、別の補助照明方式が示されている。光ガイド１１８が、基板１１２に接合されたガラス又はプラスチック層を有している。任意の数の発光源、例えば蛍光管、ＬＥＤアレイ又は上述のマイクロランプアレイから成るのがよい光源１１６が、光ガイドの互いに反対側の側部に取り付けられている。光１２２は、コリメータ１２０を用いて光ガイド中に結合されていて、光の大部分が全反射によりガイド内に捕捉されるようになっている。スキャッタパッド１２４は、ウェット又はドライ式化学的手段を用いて粗くされた光ガイドの一領域である。スキャッタパッドは、材料又は薄膜スタック１２６で被覆されており、かかる薄膜スタックは、基板１１２に向いた反射面及び目視者１２８に向いた吸収面を備えている。
【００１７】
ガイド内に捕捉された光がスキャッタパッドに入射すると、全反射の条件は崩され、光の或る部分１２９があらゆる方向に散乱する。通常は周囲の媒体、例えば目視者１２８に向かって逃げる散乱光は、膜１２６の反射側が存在しているので基板１１２中へ反射される。上述のマイクロランプと同様、スキャッタパッドは、アレイの状態に作製されており、各パッドは、直視から見えなくするディスプレイの部分が殆ど目立たないように寸法決めされている。これら寸法は数十ミクロン台で小さいが、これら寸法は、下に位置するＩＭｏｄアレイ１１４の固有の光学的効率により十分な補助照明を提供することができる。スキャッタパッドの形状は、円形であっても矩形であっても或いは目視者によるこれらの認識を最小限にすることができる任意の形状であってよい。
【００１８】
アレイ中のアドレス指定要素
ＩＭｏｄのアレイをディスプレイ目的で強調方式で作動させるため、一連の電圧を一般に「ラインアトアタイム（line-at-a-time）」方式と呼ばれる方法でアレイの列（縦の並び）及び行（横の並び）に印加する。基本的な概念は、十分な電圧を特定の行に印加して選択された列に印加された電圧により、選択された行上の対応関係にある要素が列電圧に応じて作動し又はリリースするようにすることである。閾値及び印加電圧は、選択された行上の要素だけが列電圧の印加による影響を受けるようなものでなければならない。ディスプレイを構成する行の組みを順次選択することによりアレイ全体を或る期間にわたってアドレス指定することができる。
【００１９】
これを達成する簡単な一方法が図３に示されている。ヒステリシス曲線３００は、反射ＩＭｏｄの電気光学的応答の理想的な表示である。ｘ軸は、印加電圧を示し、ｙ軸は反射光の振幅を示している。ＩＭｏｄは、ヒステリシスを示している。というのは、電圧をプルイン閾値を超えて増大させると、ＩＭｏｄ構造が作動して吸収度が高くなるからである。印加電圧を減少させると、印加電圧は、構造が非作動モードに戻るようにするためにはリリース閾値よりも低くしなければならない。プルイン閾値とリリース閾値の差は、ヒステリシス窓を生じさせる。ヒステリシス効果は別のアドレス指定方式と共に１９９６年１１月５日に出願された米国特許出願第０８／７４４，２５３号明細書に記載されており、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。バイアス電圧Ｖbiasを維持することによりヒステリシス窓を常時利用してＩＭｏｄをこれが駆動され又は放出されるどのような状態でもれに維持できるようにする。電圧Ｖoff 及びＶonは、ＩＭｏｄ構造を作動させ又はリリースするのに必要な電圧に一致している。列ドライバ及び行ドライバとして知られるエレクトロニクスを利用して電圧を列及び行に印加することによりアレイを駆動する。ＩＭｏｄは、６ボルトのプルイン閾値及び３ボルトのリリース閾値で作製されていた。かかる装置に関し、Ｖbias、Ｖoff 、Ｖonについての代表的な値はそれぞれ、４．５ボルト、０ボルト、９ボルトである。
【００２０】
図３では、タイミング（刻時）図３０２が、ヒステリシス曲線に似た曲線３００を示すＩＭｏｄのアレイを作動させるよう利用できる種類の波形を示している。全体で５ボルト、即ち、列の２ボルトと行の３ボルトが必要である。かかる電圧は、Ｖcol１がＶbiasの値のちょうど２倍であり、Ｖcol０が０ボルトであるように選択される。行電圧は、Ｖsel Ｆ０，Ｖcol０の相互間の差がＶonに等しく、ＶselＦ０，Ｖcol１相互間の差がＶoff に等しいように選択される。これとは逆に、ＶselＦ１，Ｖcol１相互間の差がＶonに等しく、ＶselＦ１，Ｖcol０相互間の差がＶoffに等しい。
【００２１】
アドレス指定は、フレーム０，１が交互の状態で生じる。代表的なアドレス指定シーケンスでは、行０についてのデータがフレーム０中、列ドライバにロードされ、その結果、Ｖcol１又はＶcol０の何れかの電圧レベルがデータが２進数の１又は０の何れかに応じて印加されることになる。データが落ち着くと、行ドライバ０が選択パルスをＶselＦ０の値で印加する。この結果、Ｖcol０が存在している列上のＩＭｏｄが作動状態になり、Ｖcol１が存在している列上のＩＭｏｄがリリースする。次の行についてのデータが列にロードされ、選択パルスがその行等に順次印加され、ついにはディスプレイの端に到達するようになる。次に、アドレス指定を行０で再び開始するが、この時点では、アドレス指定はフレーム１内で起こる。
【００２２】
フレーム相互間の差は、データと列電圧との間の対応関係が切り換えられ、２進数の０が今やＶcol０で表示され、行選択パルスは今やＶselＦ１のレベルにあるということにある。この方法を用いると、ディスプレイアレイに印加される電圧の全体的な極性は各フレームで交互になる。これは、ＭＥＭＳ利用ディスプレイに特に有用である。というのは、これは単一の極性の電圧だけを印加したときに生じる場合のあるＤＣレベル電荷の蓄積の補償を可能にするからである。構造体内の電荷の蓄積は、ＩＭｏｄ又は他のＭＥＭデバイスの電気光学的曲線を著しく損ねる場合がある。
【００２３】
カラーディスプレイ方式
ＩＭｏｄは種々の潜在的な光応答方式の汎用デバイスなので、多くの種々のカラーディスプレイ方式が種々の特質を備えた状態で実行可能になる。潜在的な方式の１つは、同一のＩＭｏｄ中でカラー状態、黒色状態及び白色状態を達成できる２進ＩＭｏｄ設計があるという事実を利用している。この機能を用いると、“ベース＋顔料”と呼ぶことができるカラー方式を達成することができる。この用語は、この方式が顔料を白色ベースに加えて所望のカラーを達成することによりペイントカラーを作り出す方法と類似しているので用いられている。この方式を用いると、特定のペイントは、ベースに加えられる顔料の内容物及び量を制御することによりスペクトル中の任意のカラー及び任意の飽和レベルを達成することができる。同じことが、着色画素並びに黒色画素及び白色画素を含むディスプレイについても言える。
【００２４】
図４Ａに示すように、画素４００は、５つのサブピクセル４０２，４０４，４０６，４０８から成っており、各サブピクセルは、それぞれ赤、緑、青及び白を反射することができる。サブピクセルは全て、黒色状態を達成できる。各サブピクセルの明るさの制御は、米国特許第５，８３５，２５５号明細書に記載されているようなパルス幅変調関連技術を用いて達成できる。適当に選択された相対的なサブピクセルサイズと関連して、この結果、非常に大きな制御の度合いを明るさ及び飽和について及ぼすことができるピクセルが得られる。例えば、白色のサブピクセルの全体的な明るさを最小限に抑えることにより、非常に飽和度の高いカラーを達成できる。これとは逆に、カラーサブピクセルの明るさを最小限に抑えることにより又は白色サブピクセルと関連してこれらを最大にすることにより、明るい黒及び白色モードを達成できる。これら相互間の変化も全て達成できることは明らかである。
【００２５】
カラー方式のユーザ制御
上述のカラー方式は、解像度、グレースケール及びリフレッシュレートの観点におけるＩＭｏｄ利用ディスプレイの固有の特質と共に、ディスプレイ性能に融通性をもたらす。この範囲が与えられると、かかるディスプレイを含む製品のユーザにその全体的な性質の制御を与えることは有用である。変形例として、ディスプレイが種々の目視に関する要求に自動的に適合できれば有利である。
【００２６】
例えば、ユーザがもし何らかの事情でテキストだけを見ようとした場合、製品を黒色及び白色モードで用いたいと考える場合がある。しかしながら、別の状況では、ユーザは、高品質のカラー静止画像を見たいと考え、更に別のモードでライブビデオを視聴したいと考える場合がある。これらモードの各々は、所与のＩＭｏｄディスプレイ形態の範囲内で潜在的ではあるが、特定の特質においてトレードオフの関係を必要とする。トレードオフとしては、高解像度の像が必要な場合に低いリフレッシュレートが必要であり、或いは、黒色及び白色だけが要求される場合に高いグレースケール深さを達成できることが挙げられる。
【００２７】
ユーザのこの種のオンデマンドの融通性を与えるため、コントローラハードウェアは、或る程度まで再構成可能である。トレードオフは、ディスプレイが、画素の応答時間により基本的に制限され、かくして所与の時間で表示できる情報の量を定める或る量のバンド幅だけを有しているという結果である。
【００２８】
かかる融通性をもたらすディスプレイアーキテクチャの１つが図４Ｂに示されている。このブロック図では、コントローラロジック４１２は、種々のＩＣ技術のうちの１つを用いて具体化され、かかるＩＣ技術としては、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＡ）及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＥＰＧＡ）が挙げられ、これらＩＣ技術は、コンポーネントの機能性をコンポーネントが工場を出た後に変更し又は再構成できるようにする。伝統的に専用アプリケーション、例えばディジタル信号処理又は画像圧縮に用いられているかかるデバイスは、かかる処理に必要な高性能をもたらすと共にかかるデバイスを組み込んだ製品の設計段階中に融通性をもたらすことができる。
【００２９】
コンポーネント４１２は、ディスプレイ４１８のアドレス指定のために信号及びデータをドライバエレクトロニクス４１４，４１６に提供する。従来型コントローラは、ＩＣ又はアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）を利用しており、これらは、製造中、これらの設計により効果的に「プログラム」される。この場合における「プログラム」という用語は、多くの基本的及び高レベル論理素子（論理ゲート及び論理モジュール又はゲートのアセンブリ）を有する内部チップレイアウトを意味している。フィールドプログラマブルデバイス、例えば、ＰＬＡ又はＥＰＧＡを用いることにより、互いに異なるディスプレイ形態をコンポーネント４１０からハードウェアアプリケーション又は「ハードアップ（hardapp ）」の形態でディスプレイコントローラコンポーネントにロードすることができ、このコンポーネント４１０は、記憶装置又は従来型記憶装置付きマイクロプロセッサであるのがよい。記憶装置は、ＥＥＰＲＯＭＳ又は他の再プログラム可能な記憶装置であるのがよく、マイクロプロセッサは、機能が記憶装置からのハードアップをＥＰＧＡにロードするようになった単純なマイクロコントローラの形態をしているのがよい。ただし、どのようなプロセッサが製品の一般的な機能発揮と関連していてもかかるプロセッサによってこれが実行されないことを条件とする。この方式は有利であるが、その理由は、比較的簡単な回路構成で多種多様なディスプレイ性能形態及び混合ディスプレイスキャンレートをこれらを組み合わせる可能性と共に達成できるからである。
【００３０】
例えばスクリーンの一部を低解像度テキストエントリ領域として動作させ、他方別の部分が到来するＥメールの高品質の表示を行うようにしてもよい。これは、ディスプレイの種々のセグメントについて、リフレッシュレート及びスキャンの数を変化させることによりディスプレイの全体的なバンド幅に関する制約内で達成できる。低解像度テキスト領域を、迅速且つグレースケール深さの１又は２ビットに相当する１回だけ又は２回スキャンできる。高表示Ｅメール領域を迅速且つグレースケールの３又は４ビットに相当する３又４パスでスキャンすることができる。
【００３１】
構成可能な電子製品
この構想は、ディスプレイコントローラの機能性を含まず、全体的な製品の機能性を含むよう一般化できる。図４Ｃは、プログラマブルロジックデバイス又はそのコア４２０のところで均等な汎用ポータブル電子製品４１８の構成を示している。多くのディスプレイ中心パーソナル電子製品、例えばＰＤＡ（パーソナルディジタルアシスタント）及び電子オーガナイザでは、中央プロセッサは、縮小命令セットを用いるＲＩＳＣプロセッサの変形例である。ＲＩＳＣプロセッサは、大抵のパーソナルコンピュータに給電するＣＰＵのより効率的な変形例であるが、これらプロセッサは、繰り返しタスク、例えば、記憶装置からの検索命令を実行する多量のエネルギを費やす依然として汎用プロセッサである。
【００３２】
パーソナルコンピュータでは、電力消費は問題ではなく、ユーザは一般に、多くの複雑なソフトウェアアプリケーションを実行するのを望む。反対のことが、代表的なディスプレイ中心／パーソナル電子製品について当てはまる。これらは、消費電力が少なく、提供する比較的簡単なプログラムが比較的少ないことが必要である。かかる方式は、専用目的のプログラムの実行に有利であり、かかるプログラムとしては、とりわけハードアップとして、ウェブブラウザ、カレンダ機能、作図プログラム、電話／アドレスデータベース及び筆写／スピーチ認識が挙げられる。かくして、特定の機能性モード、例えばプログラムがユーザに必要とされる場合にはいつでも、コアプロセッサを、適当なハードアップを備えた状態に再構成し、ユーザは、製品と対話する。かくして、ハードアッププロセッサ、即ちフィールドプログラマブルゲートアレイの典型例がその内部ロジック及びコネクションで明らかにされたハードアップ（即ち、プログラム）を有しており、これら内部ロジック及びコネクションは、新しいハードアップがロードされると常にアレンジし直されると共に配線し直される。これらコンポーネントの多くの供給業者は又、専用プログラミング言語（ハードウェア記述言語）を適当なプロセッサを構成する論理表示に還元することができるようにするアプリケーション開発システムを提供する。プロセスを単純化し又は高レベルプログラミング言語をこのフォームに還元するための多大な努力も又進行中である。かかるプロセッサを実現させる一方法が、コウイチ・ナガミ他（Kouichi Nagami, et al ）著の論文“Plastic Cell Architecture: Towards Reconfigurable Computing for General-Purpose ”，Proc. IEEE Workshop on FPGA-based Custom Computing Machines, 1998 に詳細に記載されている。
【００３３】
再び図４Ｃを参照すると、ハードアッププロセッサ４２０は、これが現在ロードされているハードアップの性質及び機能に基づいて利用し、変更し又は無視するひとまとまりのＩ／Ｏデバイス及び周辺装置の中心に位置した状態で示されている。ハードアップを製品中に存在する記憶装置４２２又はＲＦ又はＩＲインタフェース４２４経由で外部ソースからロードでき、かかるインタフェースは、ハードアップを特定のハードアップアプリケーションの内容と共にインターネット、セルラーネットワーク又は他の電子デバイスから引き出すことができる。ハードアップの他の例としては、オーディオインタフェース４３２用の音声認識又はスピーチ合成アルゴリズム、ペン入力４２６用の筆写認識アルゴリズム及びイメージ入力装置４３０用のイメージ圧縮及び処理モードが挙げられる。かかる製品は、その主要なコンポーネント、主要なユーザインタフェースとしてのディスプレイ及び再構成可能なコアプロセッサにより多くの機能を実行することができる。かかる装置のための全電力消費量は、既存の製品による消費が数百ミリワットに対し、数十ミリワット台である。
【００３４】
光学的観点からのデカップリング電気機械的特徴
１９９６年１２月１９日に出願された米国特許出願第０８／７６９，９４７号及び１９９８年４月４日に出願された米国特許出願第０９／０５６，９７５号明細書は、ＩＭｏｄの電気機械的性能をその光学的性能から切り離すことを提案するＩＭｏｄ設計を記載している。なお、これら米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。これを達成できる別の方法が図５Ａ及び図５Ｂに示されている。この設計は、分岐干渉空洞共振器の幾何学的形状を変更する静電力を用いている。電極５０２が、基板５００上に作製され、絶縁フィルム５０４によりメンブレン／ミラー５０６から電気的に隔離されている。電極５０２は、ミラーとしてというのではなく、電極としてのみ働く。
【００３５】
光共振器５０５が、メンブレン／ミラー５０６と補助ミラー５０８との間に形成されている。補助ミラー５０８の支持体は、透明な上部構造５１０によって得られており、この透明な上部構造は、厚い被着有機物、例えばＳＵ−８、ポリイミド又は無機材料であるのがよい。電圧を印加しない場合、メンブレン／ミラー５０６は、補助ミラー５０８に対し、製造中に被着された犠牲層の厚さにより定まる図５Ａに示す或る特定の位置を維持する。約４ボルトの作動電圧の場合、数千オングストロームの厚さが適している。補助ミラーが適当な材料、例えばクロムで作られミラー／メンブレンが反射材料、例えばアルミニウムで作られている場合、構造は、目視者５１２によって知覚できる光５１１の或る特定の周波数を反射することになろう。特に、クロムが半透明であるほど薄く、約４０オングストロームであり、アルミニウムが不透明であるほど十分に厚く、少なくとも５００オングストロームである場合、構造は、多種多様な光学的応答を有することができる。図５Ｃ及び図５Ｄはそれぞれ、黒色応答及び白色応答並びにカラー応答の例を示しており、これらは全て、共振器の長さ及び構成層の厚さで決まる。
【００３６】
図５Ｂは、主電極５０２とメンブレン／ミラー５０６との間に印加された電圧の結果を示している。メンブレン／ミラーは、垂直方向に変位され、かくして光共振器の長さ、したがってＩＭｏｄの光学的性質を変更する。図５Ｃは、２つの状態で可能な一種類の反射光学的応答を示しており、装置が完全に作動された場合に黒色状態５２１及び装置がそうでない場合には白色状態５２３を示している。図５Ｄは、青、緑及び赤の色にそれぞれ対応するカラーピーク５２５，５２７，５２９を備えた光学的応答を示している。かくして、この装置の電気機械的挙動を、光学的性能とは独立して制御することができる。電気機械的挙動に影響を及ぼす主電極の材質及び形態を、補助ミラーを構成する材料とは無関係に選択できる。というのは、これらの材料は、ＩＭｏｄの光学的性質において役割を果たしていないからである。この設計例を、表面微細加工の方法及び技術、例えば、１９９６年７月３１日に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載された方法及び技術を用いて作製できる。なお、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００３７】
図６Ａに示す別の例では、ＩＭｏｄ６０６の支持構造は、メンブレン／ミラー６０８によって隠されるよう位置決めされている。このようにして休止領域の量を効果的に減少させる。というのは、目視者は、メンブレン／ミラーによって覆われた領域及び隣り合うＩＭｏｄ相互間の最小限の空間だけを見ているからである。これは、メンブレン支持体が目に見え、カラーの見地からは休止及び不正確な領域を構成する図５Ａの構造とは異なっている。図６Ｂは、同一構造を作動状態で示している。
【００３８】
図７Ａでは、ＩＭｏｄ構造に用いられる別の幾何学的形状が示されている。この設計は、米国特許第５，６３８，０８４号明細書に示されたものと類似している。この設計は、等方的に応力を受けて自然な状態ではカール状態に位置するようになっている不透明なプラスチックメンブレンを利用している。電圧の印加により、メンブレンが平らになり、それによりＭＥＭＳ利用型光シャッタが得られる。
【００３９】
装置の機能性を、これを分岐干渉性にすることにより向上させることができる。ＩＭｏｄの変形例が図７Ａに示されており、この場合、薄膜サック７０４は、１９９６年７月３１に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載された誘導型アブソーバＩＭｏｄ設計についての基礎となっている誘電体／導体／絶縁体スタックと同様であり、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００４０】
アルミニウムメンブレン７０２とスタック７０４との間に電圧を印加することにより、メンブレン７０２はスタックに当たって平らな状態で位置する。作製中、他の反射金属（銀、銅、ニッケル）又は反射金属で下が覆われた誘電体又は有機材料を更に有するのがよいアルミニウム７０２が、薄い犠牲層に被着されていて、アルミニウムがウェット式エッチング又はガス層リリース法を用いてリリースできるようになっている。アルミニウムメンブレン７０２は更に支持タブ７１６により基板に機械的に固定されており、この支持タブは、光学スタック７０４に直接被着されている。このために、タブとスタックがオーバーラップした領域に入射した光は、吸収され、この機械的に休止状態の領域を光学的に休止状態にする。この方法により、このＩＭｏｄ設計及び他のＩＭｏｄ設計では別個のブラックマスクが不要になる。
【００４１】
入射光７０６は、完全に吸収され、又は特定の周波数の光７０８がスタックの層の間隔に応じて反射される。光学的挙動は、１９９６年７月３１日に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載された誘導型アブソーバＩＭｏｄの光学的挙動と同様であり、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００４２】
図７Ｂは、電圧を印加しない場合の装置の形状を示している。メンブレン中の残留応力により、メンブレンは密に巻かれたコイルの状態にカールする。材料の薄い層７１８を極めて高い残留引張応力を持つメンブレンの頂部上に被着させることにより、残留応力を付与することができる。クロムは、数百オングストロームという小さなフィルム厚さで高い応力を達成できる一例である。メンブレンがその経路をもはや隠さない状態では、光ビーム７０６は、スタック７０４を通り、プレート７１０と交差するようになる。プレート７１０は、吸収度が高いか又は反射度が高い状態に位置するのがよい（特定の色又は白色について）。変調器を反射型ディスプレイ中で用いる場合、光学スタック７０４は、装置を作動させると、装置が特定の色を反射し（もしプレート７１０が吸収性であれば）又は吸収する（もしプレート７１０が反射性であれば）ように設計される。
【００４３】
回転作動
図８Ａに示すように、別の幾何学的形状のＩＭｏｄは、回転作動を利用している。１９９６年７月３１日に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載された方法を用いて、電極８０２、即ち厚さ約千オングストロームのアルミニウムフィルムが基板８００上に作製されている。支持ポスト８０８、回転ヒンジ８１０及び１組の反射フィルム８１３が被着された支持シャッタ８１２が設けられている。支持シャッタは、厚さ数千オングストロームのアルミニウムフィルムであるがのよい。そのＸ−Ｙ寸法は、数十〜数百ミクロン台であるのがよい。フィルムは、分岐干渉型であり、特定の色を反射するよう設計されている。１９９６年７月３１日に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載されたものと同様の誘導型アブソーバの形態をした固定分岐干渉スタックで十分であり、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。これらフィルムは、カラー顔料が入っていないポリマーから成っていてもよく或いはブロードバンド反射をもたらすようアルミニウム又は銀であってもよい。電極８０２及びシャッタ８１２は、これら２つ相互間に電圧（例えば、１０ボルト）を印加すると、シャッタ８１２がヒンジの軸線回りに部分回転又は１回転するように設計されている。シャッタ８１８だけが回転状態で示されている。ただし、代表的には所与の画素についてのシャッタが全て共通のバス電極８０４上の信号により一斉に駆動される。かかるシャッタは、ヒンジ及び電極相互間の距離を電極の静電引付け力が回転中或る点でヒンジのばね張力に打ち勝つように設計されている場合、電気機械的ヒステリシスの形態を取ることになる。かくして、シャッタは、２つの電気機械的に安定な状態を持つことになる。
【００４４】
透過動作モードでは、シャッタは、入射光を遮断し又は入射光が通過するようにする。図８Ａは、入射光８２２が反射して目視者８２０に戻る反射モードを示している。このモードでは、一方の状態では、シャッタは、金属化されている場合、白色の光を反射し、分岐干渉フィルム又は顔料で被覆されている場合、特定のカラー又はカラーの組みを反射する。分岐干渉スタックについて代表的な厚さ及び結果的に得られる色も又１９９６年７月３１日に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載されており、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。他方の状態では、光は、シャッタの反対側が１又は複数の吸収フィルム７２２で被覆されている場合、基板８００に入ってこの中で吸収されることになる。これらフィルムは、別の顔料入り有機フィルム又は吸収性であるように設計された誘導型アブソーバスタックから成っていてもよい。これとは逆に、シャッタは、吸収度が高いもの、例えば黒色であってもよく、基板８００の反対側は、反射度の高いフィルム８２４で被覆され、或いは、顔料又は上述のカラー反射フィルムのラインに沿ってカラーを反射する分岐干渉フィルムで選択的に被覆されている。
【００４５】
補助電極８１４を付け足すことにより装置の作動を一段と高めることができ、かかる補助電極は、補助電極８１４とシャッタ８１２との間に静電引付け力を誘発する電位まで帯電すると追加のトルクをシャッタに与える。補助電極８１４は、導体８１４と支持構造８１６の組合せから成っている。この電極は、厚さが約千オングストロームの透明な導体、例えばＩＴＯから成るものであるのがよい。構造及び関連の電極の全てを単一の基板の表面上に被着され、即ち、モノリシック的に被着され、したがって、電極のギャップ空間の良好な制御により容易に作製されて高信頼度で作動される材料から機械加工される。例えば、かかる電極を対向した基板に取り付けた場合、装置基板と対向した基板の両方の表面のばらつきが組み合わさって、数ミクロン以上という大きな偏差を生じさせる場合がある。かくして、特定の挙動の変化に影響を及ぼす必要のある電圧は、数十ボルト以上という大きな値のばらつきがある。モノリシックである構造は、基板の表面のばらつきを正確にたどり、かかるばらつきを殆ど受けない。
【００４６】
図８Ｂは、ステップ１〜７において回転変調器の作製シーケンスを示している。ステップ１では、基板８３０を電極８３２及び絶縁体８３４で被覆する。代表的な電極及び絶縁材料は、各々が１，０００オングストロームの厚さのアルミニウム及び二酸化シリコンである。ステップ２においてこれらにパターン付けする。犠牲スペーサ８３６（これは、厚さが数ミクロンの材料、例えばシリコンで作られている）をステップ３において被着させてこれにパターン付けし、ステップ４においてポスト／ヒンジ／シャッタ材料８３４で被覆する。これは、厚さが約１，０００オングストロームのアルミニウム合金又はチタン／タングステン合金であるのがよい。ステップ５において、材料８３８にパターン付けしてこれがバス電極８４４、支持ポスト８４０及びシャッタ８４２を形成するようにした。ステップ６において、シャッタレフレクタ８４６を被着させてこれにパターン付けした。ステップ７において、犠牲スペーサをエッチングして完全な構造を生じさせた。ステップ７は又、構造の平面図を示し、支持ポスト８４８、トーションアーム８５０及びシャッタ８５２から成るヒンジの細部を示している。
【００４７】
スイッチング素子
２進デバイスであるＩＭｏｄに関し、ディスプレイをアドレス指定するのに必要な電圧レベルの数は少なくてよい。ドライバエレクトロニクスは、グレースケール動作を達成するのに必要なアナログ信号を発生させる必要はない。
かくして、１９９６年１２月１９に出願された米国特許出願第０８／７６９，９４７号明細書において示唆されているような他の手段を用いてエレクトロニクスを具体化することができ、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。特に、ドライバエレクトロニクス及びロジック関数は、ＭＥＭＳを利用したスイッチ素子を用いて具体化できる。
【００４８】
図９Ａ〜図９Ｅは、この概念を示している。図９Ａは、基本的なスイッチ構成単位又はブロックの略図であり、入力９００が制御信号９０２の印加により出力９０９への接続を行っている。図９Ｂは、行ドライバをどのように具体化するかを示している。上述のアドレス指定方式の行ドライバは、３つの電圧レベルの出力を必要とする。適当な制御信号を行ドライバに加えることにより、入力電圧レベルのうちの１つを出力９０３について選択することができる。入力電圧は、図において符号９０６，９０８，９１０に相当するＶcol １、Ｖcol ０及びＶbaisである。これと同様に、図９Ｃに示す列ドライバに関し、適当な制御信号を与えた結果として、出力９２０に送られる一方又は他方の入力電圧レベルの選択が行われる。入力電圧は、図において符号９１４、９１６、９１８に相当するＶsel  Ｆ１、Ｖsel Ｆ０及びアース電位である。図９Ｄは、基本的なスイッチ構成ブロック９３４，９３６，９３８，９４０を用いてロジックデバイス９３２、この場合ＮＡＮＤゲートをどのように具体化できるかを示している。これらコンポーネントは全て、図９Ｅに示すディスプレイサブシステムの作製を可能にするような仕方で構成されると共に組み合わせることができる。サブシステムは、コントローラユニット９２６、行ドライバ９２４、列ドライバ９２８及びディスプレイアレイ９３０から成り、図３を参照して上述したアドレス指定方式を用いている。
【００４９】
スイッチ素子をＭＥＭＳデバイスとして作製することにより、単一の方法を用いてディスプレイシステム全体を作製することができる。スイッチ作製法は、ＩＭｏｄ作製法のサブプロセスとなり、図１０Ａに示されている。
ステップ１は、初期ステージの側面図と平面図の両方を示している。矢印１００４は、側面図の方向を示している。基板１０００は、その表面上に被着されパターン付けされた犠牲スペーサ１００２、即ち厚さ２，０００オングストロームのシリコン層を有している。ステップ２では、構造材料、即ち厚さ数ミクロンのアルミニウム合金を被着させてこれにパターン付けしてソースビーム１０１０、ドレーン構造１００８及びゲート構造１００６を形成している。数百オングストロームの非腐食性金属、例えば金、イリジウム又はプラチナをこの時点において構造材料上にメッキしてスイッチの寿命全体を通じて低い接触抵抗を維持するようにするのがよい。エッチングによりソースビーム１０１０に切欠き１０１２を形成して基板の平面に平行な平面内におけるビームの運動を容易にしている。図面の斜視図は、ステップ３及びステップ４では異なっており、これらは今や正面図と平面図を比較している。矢印１０１６は、正面図の方向を示している。ステップ３では、犠牲材料をエッチングして除き、後にはソースビーム１０１０が元のままの状態で残り、自由に動くことができる。
【００５０】
電圧をソースビームとゲート構造との間に印加すると、ソースビーム１０１０は、ゲート１００６に向かって偏向されてついにはこれがドレーン１００８と接触するようになり、それによりソースとドレーンを電気的に接触させる。作動モードは、基板の表面に平行であり、かくして主要なＩＭｏｄ作製法と両立する作製法の使用を可能にする。この方法は又、基板表面に垂直な方向に動作するスイッチを作製するのに用いられるステップよりも必要なステップが少ない。
【００５１】
図１０Ｂ及び図１０Ｃは、平らなＭＥＭスイッチについての２つの二者択一的な設計例を示している。図１０Ｂのスイッチは、スイッチビーム１０２８がドレーン１０２４とソース１０２６との接触を可能にするのに役立つという点において異なっている。図１０Ａのスイッチでは、ソースビームを通ってドレーンまで流れなければならない電流は、閾値の切換えを行い、回路の設計を複雑にする。これはスイッチ１０２０には当てはまらない。図１０Ｃのスイッチは、別の改造例を示している。この場合、絶縁体１０４０は、スイッチビーム１０４２を接触ビーム１０３８から電気的に隔離する。この絶縁体は、従来方法を用いて被着してパターン付け可能な材料、例えばＳｉＯ2であるのがよい。かかるスイッチを用いることにより、スイッチ駆動電圧をこれらスイッチを構成する回路中のロジック信号から電気的に隔離する必要はない。
【００５２】
多次元フォトニック構造
一般に、ＩＭｏｄは、有用な光学的性質を有し、作動手段によりそれ自体又は他の電気的、機械的又は光学的要素に対し動くことができる要素を備えることを特徴としている。
分岐干渉スタックを作るための薄膜のアセンブリは、多次元フォトニック構造と呼ばれている構造のより大きなクラスのサブセットである。広義には、フォトニック構造は、構造の幾何学的形状及びこれに関連した屈折率の変化に起因して電磁波の伝搬具合を変更することができる構造として定義される。かかる構造は、主として１又は２以上の軸線に沿って光と相互作用するので次元的特徴を有している。多次元である構造は又、フォトニックバンドギャップ構造（ＰＢＧ）又はフォトニック結晶とも呼ばれている。ジョン・Ｄ・ジョアノポウロス他のテキスト“フォトニック・クリスタルズ（Photonic Crystals）”は、周期性を持つフォトニック構造を記載している。
【００５３】
１次元ＰＢＧは、薄膜スタックの形態で生じる場合がある。一例を挙げると、図１６は、誘電体ファブリ−ペロー型フィルタの形態をしたＩＭｏｄの作製及び最終製品を示している。各々の厚さが四分の一波長であるシリコンと二酸化シリコンの層が交互に配置されたものである薄膜スタック１６１４，１６１８が、基板上に作製されていて、中央共振器１６１６を有するＩＭｏｄ構造が形成されている。一般に、スタックは、Ｘ方向及びＹ方向において連続であるが、高い屈折率及び低い屈折率の層が交互に配置されて構成されているので材料の屈折率のばらつきに起因してＺ方向において光学的な意味において周期性を持っている。この構造は、１次元であると考えることができる。というのは、周期性の効果は、一軸線、この場合Ｚ軸に沿って伝搬する波について最大になるからである。
【００５４】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、２次元フォトニック構造の２つの表示を示している。図１１Ａでは、マイクロリング共振器１１０２を周知の方法を用いて多くの周知の材料のうちの１つ、例えば、五酸化タンタルと二酸化シリコンの合金で作るのがよい。１．５５ｕｍレンジの波長について最適化されたデバイスに関し代表的な寸法形状は、ｗ＝１．５ｕｍ、ｈ＝１．０ｕｍ、ｒ＝１０ｕｍである。
【００５５】
構造は、基板１１００（ガラスが、他にも多くがあるが、１つの考えられる材料である）上に作製されると、屈折率及び寸法ｗ，ｒ，ｈはこの中で伝搬する光の周波数及びモードを決定する本質的に円形の導波管である。かかる共振器は、正確に設計されている場合、これに結合されているブロードバンド放射線の周波数選択フィルタとして働くことができる。この場合、放射線は、向きを表す記号１１０１によって示されるＸＹ平面内で伝搬する。この装置の１次元アナログは、単一の層から成るミラーを用いて作製されたファブリ−ペロー型フィルタである。単一の層「境界」（即ち、ミラー）により高次の光学的周期性を示す装置は無いが、これらは、広い意味でフォトニック構造と考えることができる。
【００５６】
より従来型のＰＢＧが図１１Ｂに示されている。列状のアレイ１１０６は、Ｘ方向とＹ方向の両方向において屈折率の周期的な変化を示している。この媒体中を伝搬する電磁波又は電磁放射線は、もし方向を表す記号１１０３によって指示されるＸＹ平面で伝搬している場合、最も著しい影響を受ける。
【００５７】
図１１Ｂのアレイは、その周期的な性質により、その高次の寸法性を除き、１次元薄膜スタックと属性を共有している。アレイは、ＸＹ平面内においてアレイ中を通る幾つかの軸線に沿い、屈折率が列材料の屈折率と通常は空気である周囲物質の屈折率との間で変化するという意味において周期性がある。薄膜スタックの設計に当てはめられる同一の原理でばらつきを利用してこのアレイの適当な設計は、ＸＹ平面内で伝搬する放射線に作用する多種多様な光学的応答（ミラー、バンドパスフィルタ、エッジフィルタ等）の作製を可能にする。
【００５８】
図１１Ｂに示す場合のアレイ１１０６は、寸法及び（又は）屈折率が異なる列の形態をした特異点又は欠陥１１０８を含む。例えば、この列の直径は、残りの列（これは、直径が四分の一波長台である）よりも部分的に大きく又は小さく、或いは別の材料のものである場合がある（恐らくは、空気と二酸化シリコン）。アレイの全体的なサイズは、操作が必要な光学系又はコンポーネントのサイズで決定される。欠陥は又、所望の挙動に応じて１又は複数の列（行）が存在していない形態で生じる場合がある。この構造は、図１６の誘電体ファブリ−ペロー型フィルタに類似しているが、２次元でのみ機能する。この場合、欠陥は、共振器１６１６に類似している。残りの列は、隣り合う２次元スタックに類似している。
【００５９】
図１１Ｂの構造の適当な寸法は、列ｘ、間隔ｓｘ、列ｙの間隔ｓｙ（その何れかは、格子定数と考えられる場合がある）、列直径ｄ及びアレイの高さｈで表される。四分の一波長スタックと同様、１次元均等例、列直径及び間隔は、ほぼ四分の一波長であるのがよい。高さｈは、所望の伝搬モードで決定され、単一モード伝搬には二分の一波長よりも大きな波長は殆ど用いられない。構造のサイズを光に対するこれらの効果に関連づける方程式は、周知であり、ジョアノポウラス他（Joannopoulos et al）著の論文“Photonic Crystals ”に記載されている。
【００６０】
この種の構造は又、共振器１１０２を作製するのに用いた同一の材料及び方法を用いて作製できる。例えば従来方法を用いてシリコンの単一フィルムをガラス基板上に被着させてパターン付けし、そして反応性イオンエッチングを用いてエッチングして高いアスペクト比の列を生じさせる。１．５５ｕｍの波長に関し、列の直径及び間隔は、それぞれ０．５ｕｍ、０．１ｕｍ台である。
【００６１】
また、フォトニック構造により、制限的な幾何学的形状に関する制約下において放射線を差し向けることができる。かくして、これらフォトニック構造は、寸法上の制約が非常に厳しい場合、光の或る特定の周波数又は周波数バンドの向きを変えると共に（或いは）選択することが望ましい用途において極めて有用である。ＸＹ平面内で伝搬する光を導き、光を光の波長よりも短い空間内で９０度回転させることができる導波管を作製することができる。これは、例えば導波管として働くことができる直線状の行の形態をした列欠陥を作ることにより達成できる。
【００６２】
３次元構造が図１２に示されている。３次元周期的構造１２０２が、ＸＹ平面、ＹＺ平面及びＸＺ平面内で伝搬する放射線に作用する。種々の光学的応答を構造の適当な設計及びその構成材料の選択によって得ることができる。同一の設計上の規則が当てはまるが、これら規則はここでは３次元的に適用される。欠陥が点と線に対し、線又は領域の形態で生じ、これら欠陥は、周囲の媒体からサイズ及び（又は）屈折率が異なっている。図１２では、欠陥１２０４は、１つの点要素であるが、線要素又は線要素と点要素或いは領域の組合せであってもよい。例えば、点欠陥の「直線状」又は「蛇行」アレイを作製してこれがＰＢＧを通る任意的な３次元経路を辿り、光を伝搬させる厳密な条件付き導波管として作用するようにしてもよい。欠陥は一般に、内部に位置するが、説明の目的上表面上に位置した状態で示されている。この構造の適当な寸法形状は、全て図示されている。ＰＢＧの直径及び間隔並びに材質は、完全に用途で決まるが、上述の設計上の基準及び方程式も又当てはまる。
【００６３】
３次元ＰＢＧは、作るのが複雑である。１次元又は２次元特徴部を作製する従来手段は、３次元に適用された場合、構造中に第３の寸法を達成するためには被着サイクル、パターン付けサイクル及びエッチングサイクルを多数回行わなければならない。周期的な３次元構造を形成する作製技術としては、感光性材料を定在波に暴露し、この感光性材料がその材料自体の内部に屈折率の変化の形態で定在波を複製するホログラフィー、材料の被着中、列状又は球形構造のアレイを作るために或る特定のコポリマー材料の元々備わっている付着力及び配向特性を利用した自己組織化有機又は自己集成材料、一回分の制御された寸法形状の一回分の球形構造をいったん凝固すると構造を組織化する液体サスペンション中へ導入することができ、溶解又は高温で除去できるセラミック方式、これら方式の組合せ等が挙げられる。
【００６４】
コポリマー自己集成法が特に興味のあるものである。というのは、かかる方法は、低温であると共に必要とするフォトリソグラフィーが最小限であり、又フォトリソグラフィーを必要としないからである。一般に、この方法では、ポリマー、例えばポリマーフェニルキノイン（polyphenylquinoine）（ＰＰＱｍＰＳｎ）を溶剤、例えば二硫化炭素中に溶解させる。溶液を基板上に塗布して溶剤が蒸発できるようにした後、空気充填ポリマー球体の密に充填された六角形構造が結果として得られる。この方法を多数回繰り返すと、多層を形成することができ、アレイの周期は、ポリマーのコンポーネント（ｍ及びｎ）の繰り返しユニットの数を操作することにより制御できる。アレイの周期を一段と減少させると共に、ポリマーの屈折率を増大させる効果を持つことができる金属、酸化物又は半導体を含むナノメートルサイズのコロイドを導入する。
【００６５】
例えば合焦イオンビーム又は原子間力顕微鏡のようなツールを用いて欠陥を材料の直接的な操作を介してサブミクロンの尺度で導入するのがよい。合焦イオンビームを用いると、非常に狭い選択された領域の材料を除去し又は加えることができ、或いは材料の光学的性質を変更することができる。材料の除去は、高エネルギの粒子ビーム、例えば合焦イオンビームツールによって用いられる粒子ビームがその経路中の材料をスパッタして除去すると生じる。材料の追加は、合焦イオンビームをガス、例えばタングステンヘキサフルオリド（タングステン導体の場合）又はシリコンテトラフルオリド（絶縁二酸化シリコンの場合）を含有した揮発性金属を通したときに生じる。このガスは分解し、ビームが基板に接触したところに成分が被着する。原子間力顕微鏡を用いると、物質を分子の尺度であちこちに動かすことができる。
【００６６】
別の方式では、マイクロ電着と呼ぶことができる方法が用いられ、これは米国特許第５，６４１，３９１号明細書に詳細に記載されている。この方式では、単一の顕微鏡的電極が、種々の材料及び基板を用いるサブミクロン解像度の３次元特徴部を構成するよう利用できる。このように被着した金属「欠陥」を次に酸化させると、誘電体欠陥を形成することができ、上述の方法を用いてＰＢＧアレイをこの誘電体欠陥の回りに作製することができる。
【００６７】
ＰＢＧが作製された基板上の他の材料のパターンの形態をした表面特徴部の存在は又、ＰＢＧの形成中、ＰＢＧ内に欠陥を生じさせるためのテンプレートとして役立つ場合がある。これは、基板条件に敏感なＰＢＧ法、主として自己集成方式に特に適している。これら特徴部は、その方法の特定の性状に応じてシードの周りに非常に局在化された領域内でのＰＢＧの「成長」を促進し又は阻止することができる。このように、欠陥「シード」のパターンを作ることができ、しかる後、ＰＢＧを形成し、ＰＢＧの形成法の実施中、この中に欠陥を作ることができる。
【００６８】
かくして、ＩＭｏｄと呼ばれるデバイスの等級を、大きな族をなす多次元フォトニック構造を変調器それ自体の中に導入することにより一段と広げることができる。本来的に静的なデバイスである任意の種類のフォトニック構造を今や、その幾何学的形状を変えると共に（或いは）他の構造へのその近接度を変更することにより動的に作ることができる。これと同様に、それぞれが１次元フォトニック構造である２つのミラーを有する微小機械的ファブリ−ペローフィルタ（図１６に示す）を共振器幅を静電気の作用で変更することによりチューニングすることができる。
【００６９】
図１３は、２次元ＰＢＧを組み込んだＩＭｏｄ設計の２つの例を示している。図１３Ａでは、切除図が、自立型メンブレン１３０４を示しており、この自立型メンブレンは、マイクロリング共振器１３０６が基板に向いた側に取り付けられた状態で作製されている。基板１３０３の本体内に位置する導波管１３０１，１３０２は、平らであって且つ互いに平行であり、公知の方法を用いてこれらを作製することができる。図１３Ａでは、ＩＭｏｄは、限界を持つ空隙（番号）がマイクロリングと基板との間に位置した状態で非駆動状態で示されている。マイクロリングは、その位置がその下に位置する基板内の対をなす導波管とオーバーラップすると共にこれと整列するように作製されている。マイクロリングの寸法形状は、上述の例と同一である。断面１３０５は、導波管の寸法形状を示しており、導波管のｗ＝１ｕｍ、ｈ＝０．５ｕｍ、ｔ＝１００ｎｍであるのがよい。非駆動状態では、光１３０８は、導波管１３０２中を妨げられない状態で伝搬し、出力ビーム１３１０は、スペクトルが入力１３０８と同一である。
【００７０】
ＩＭｏｄを駆動してマイクロリングを基板及び導波管と密に接触させることにより、デバイスの光学的挙動が変えられる。導波管１３０２中を伝搬する光は今やエバネッセンスの現象によりマイクロリング中に結合可能である。マイクロリングは、正しく寸法決めされると、導波管１３０２からの選択された周波数を結合し、これを導波管１３０１中へ注入する光共振器として働く。これは、図１３Ｂに示されており、この図では、光ビーム１３１２は、光の方向１３０８と逆の方向に伝搬している状態で示されている。かかるデバイスは、その構造をその下に位置する導波管と密に接触させるのに必要な電圧又は他の駆動手段を印加することにより特定の波長を導波管から取り出す周波数選択スイッチとして利用できる。この幾何学的形状の静的変形例が、Ｂ．Ｅリトル他（B. E. Little et al）著の論文“Vertically Coupled Microring Resonator Channel Dropping Filter”IEEE Photonics Technology Letters, vol. 11, no.2, 1999に記載されている。
【００７１】
別の例が図１３Ｃに示されている。この場合、１対の導波管１３３２，１３３０及び共振器１３１４が、列状ＰＢＧの形態で基板上に作製されている。ＰＢＧは、列の一様なアレイであり、２つの行（各導波管について１つずつ）を除去することにより構成された導波管及び２つの列を除去することにより構成された共振器を備えている。平面図１３３３は、導波管１３３０，１３３２及び共振器１３１４の構造の細部を与えている。寸法形状は、関心のある波長並びに用いられる材料で決まる。波長が１．５５ｕｍの場合、列の直径及び間隔は、それぞれ０．５ｕｍ、１ｕｍ台である。高さｈは、支持される伝搬モードを決定し、この伝搬モードは、単一モードだけを伝搬する場合、波長の半分よりも僅かに大きいものであることが必要である。
【００７２】
メンブレン１３１５の内面上には、下方に差し向けられた２つの隔離された状態の列１３１１が形成されており、これら列は、基板上の列と同一の寸法形状であり且つ同一材料（又は、光学的に等価）のものである。共振器及び列は、互いに補完するよう設計されており、メンブレン上のコラムが位置決めされる共振器には、これに対応して列が存在していない。
【００７３】
ＩＭｏｄが非駆動状態にあるとき、ＰＢＧとメンブレン列との間に少なくとも数百ｎｍの限界のある垂直方向空隙１３１２があり、したがって光学的な相互作用は生じない。共振器中に列が存在しないことは欠陥のように作用し、導波管１３３０，１３３２相互間の結合を引き起こす。この状態では、このデバイスは、図１３Ｂに示すデバイスのように作用し、導波管に沿って伝搬している光の選択された周波数は今や導波管１３３２内へ注入され、そして光１３２９の形態で逆方向に伝搬する。
【００７４】
しかしながら、ＩＭｏｄを駆動してこれをＰＢＧに接触させることにより、列が共振器中に配置され、その挙動を変更する。共振器の欠陥は、メンブレン列を配置することにより無くなる。このデバイスは、この状態では、図１３Ａに示すデバイスのように作用し、光１３２８は干渉なく伝搬する。
この幾何学的形状の静的変形例が、Ｈ．Ａ．ハウス（H. A. Haus）著の論文“Channel  drop filters in photonic crystals ”，Optics Express, vol.3, no. 1, 1998に記載されている。
【００７５】
光スイッチ
図１４Ａには、誘導型アブソーバを利用したデバイスが、約数十〜数百ミクロン四方の自立型アルミニウムメンブレン１４００を有しており、このアルミニウムメンブレンは、金属と酸化物の組合せから成り、透明な基板上にパターン付けされた材料のスタック１４０２上に浮いた状態で設けられている。誘導型アブソーバ変調器に用いられ、１９９６年７月３１日に出願された米国特許出願第０８／６８８，７１０号明細書に記載されたフィルムは、この目的に役立つ。なおかかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。基板上のフィルムは又、透明な導体、例えばＩＰＯを構成できる。この構造は、その下面に、厚さ数百オングストロームの損失の大きい金属フィルム、例えばモリブデン又はタングステンを有するのがよい。
【００７６】
これら材料は、非駆動状態では、装置が特定の波長領域内では反射するがメンブレンを接触させると非常に吸収性になるように構成されている。側面図１４１０は、基板の側部を見たデバイスの図を示している。光ビーム１４０８は、基板中を通って或る任意の角度で伝搬し、非駆動状態で示されたＩＭｏｄ１４０６に入射する。光の周波数が非駆動状態のＩＭｏｄの反射領域と一致していると仮定すると、光は、補角で反射されて遠ざかって伝搬する。側面図１４１４は、同一のＩＭｏｄを駆動状態で示している。デバイスが今や非常に吸収性なので、これに入射した光はもはや反射されず、ＩＭｏｄのスタック中の材料によって吸収される。
【００７７】
かくして、この形態では、ＩＭｏｄは、これが作製されている基板内で伝搬している光の光スイッチとして働くことができる。基板は、非常に研磨され、非常に平行であり（関心のある光の波長の１／１０内まで）そして光の波長の何倍も厚い（少なくとも数百ミクロン）である表面を成形するよう機械加工されている。これにより、基板は、光ビームが基板に平行である方向に伝搬するが、表面から表面に多数回の反射を行う点において基板／導波管として働くことができる。かかる構造中の光の波は、基板導波と呼ばれる場合が多い。
【００７８】
図１４Ｂは、この方式の変形例を示している。メンブレン１４２０は、もはや矩形ではなく、一端に向かってテーパするようパターン付けされている。構造の機械的ばね定数がこの長さに沿って一定のままであるが、電極面積が減少している。かくして、静電気の作用で及ぼすことができる力の量は、テーパの幅の狭い端部のところでは小さい。漸増電圧を印加した場合、メンブレンは、幅の広い端部のところで最初に作動し始め、作動は電圧の増加につれて矢印１４２８に沿って進展する。
【００７９】
入射光に対し、ＩＭｏｄは、吸収領域として働き、この吸収領域の面積は、印加電圧の値で決まる。側面図１４３４は、電圧が印加されない場合における基板伝搬ビームに対する影響を示している。入射ビームの方向から見たＩＭｏｄを示す対応関係にある反射領域１４２９は、反射領域上に重ね合わせられたビームの「フットプリント」１４３１を示している。領域１４２９全体は非吸収性なので、ビーム１４３０はビーム１４３２の形態でＩＭｏｄ１４２８から反射される（損失は最小限に抑えられた状態で）。
側面図１４３６では、中間の電圧値を印加し、反射ビーム１４４４を或る程度減衰させている。というのは、１４３７で示された反射領域は今や部分的に吸収性だからである。図１４３８，１４２９は、ビームの十分な作動及び完全な減衰の結果を示している。
【００８０】
かくして、テーパした幾何学的形状を用いることにより、可変光減衰器を形成することができ、その応答は、印加電圧の値に直接関連している。
別の種類の光スイッチが図１５Ａに示されている。支持フレーム１５００が、ミラー１５０２に電気的に接続されるような仕方で厚さ数千オングストロームの金属、例えばアルミニウムから作られている。ミラー１５０２が、透明な光スタンドオフ１５０１上に位置している。ミラー１５０２は、単一の金属フィルム又は金属、酸化物又は半導体フィルムの組合せから成るのがよい。
【００８１】
スタンドオフは、基板の屈折率と同一又はこれよりも大きな屈折率の材料から作られる。これは、ＳｉＯ2（同一の屈折率）であってもよく、或いは屈折率を変えることができるポリマーであってもよい。スタンドオフは、ミラーが４５゜の角度で支持されるように機械加工されている。スタンドオフの機械加工は、特徴部がこれらの光密度の点で連続的に可変であるフォトマスクを利用したアナログリソグラフィーとして知られている技術を用いて達成できる。特定の特徴部上でこの密度を適当に変化させることにより、３次元形状をこのマスクを用いて露光されたフォトレジスト内に形成することができる。次に、この形状を反応性イオンエッチングにより他の材料に移すことができる。組立体全体を導体１５０３上に浮かして設け、この導体は、下に位置する基板１５０４内への妨害物の無い「窓」１５０５を提供するようパターン付けされている。すなわち、導体１５０３のバルクをエッチングして除き、裸のガラスから成る窓１５０５が露出されるようにする。他のＩＭｏｄのようなスイッチを作動させて組立体全体を基板／導波管に接触させるのがよい。側面図１５１２は、光学的挙動を示している。ビーム１５１０は、これが基板の境界を越えて伝搬するのを阻止する垂直線から４５゜の角度をなした状態で基板中を伝搬する。これは、４５゜が臨界角として知られている角度よりも大きいからであり、これにより、ビームを、全反射（ＴＩＲ）の原理により基板と外部媒体との間のインタフェース１５１９のところで最小限の損失又は損失が無い状態で反射させることができる。
【００８２】
ＴＩＲの原理は、スネルの法則を利用しているが、基本的な要件は、基板外部の媒体が基板の屈折率よりも小さな屈折率を持つことである。側面図１５１２では、デバイスは、スイッチ１５０６が非駆動状態にあり、ビーム１５１０が妨げられない状態で伝搬している状態で示されている。スイッチ１５０６を作動させて側面図１５１４に示すように基板に接触させると、ビームの経路が変更される。スタンドオフの屈折率は、基板の屈折率以上なので、ビームはインタフェースのところでＴＩＲをもはや生じない。ビームは、基板から光学的スタンドオフ中へ伝搬し、ここでミラーによって反射される。ミラーは、４５゜の角度をなしていて、反射ビームが今や基板の平面に垂直な角度で進むようになる。その結果、この光は、ＴＩＲの基準をもはや満たさないので、基板インタフェースを通って伝搬することができ、そしてファイバカプラ１５２０によって捕捉され、このファイバカプラは、基板／導波管の反対側に取り付けられている。同じ概念がＸ．ゾウ他（X. Zhou et al ）著の論文“Waveguide Panel Display Using Electromechanical Spatial Modulators”，SID Digest, vol. XXIX, 1998 に記載されている。この特定のデバイスは、発光型ディスプレイ用途向きに設計されていた。ミラーは又、反射格子の形態で具体化でき、この反射格子は、従来型パターン付け法を用いてスタンドオフの表面内にエッチングできる。しかしながら、この方式は、波長依存性を示し、薄膜ミラーでは問題とならない多くの回折次数に起因して損失を生じる。加うるに、それぞれの特質及び欠点を備えたミラーに代えて別の光学構造を用いることができる。これら構造は、屈折型、反射型及び回折型として分類でき、これら構造は、マイクロレンズ（透過型と反射型の両方）、凹面鏡又は凸面鏡、回折光学素子、ホログラフィー光学素子、プリズム及び微細加工法を用いて作ることができる任意他形式の光学要素を含む場合がある。別の光学素子を用いる場合、スタンドオフ及びこれが光学部品に与える角度は、マイクロ光学部品の性状に応じて必要ではない場合がある。
【００８３】
ＩＭｏｄに関するこの変形例は、光のデカップリングスイッチとして作用する。ブロードバンド放射ミラーが正確に設計されていれば、ブロードバンド放射線又は固有周波数を意のままに基板／導波管から結合することができる。側面図１５２６は、４５゜の角度をなす追加の固定ミラーが、デカップリングスイッチの側とは反対側の基板の側上に作製されたより精巧な具体例を示している。このミラーは、これを作動させることができないという点においてスイッチとは異なっている。両方の構造上のミラーの角度を注意深く選択することにより、スイッチ１５０６により基板から効果的に切り離された光１５２２を再結合ミラー１５２８により再び基板中に結合して戻すことができる。しかしながら、ＸＹ平面内において種々の向きを持つ再結合ミラーを作製することにより、ミラーの組合せを用いて光を基板／導波管内で任意の新たな方向に向きを変えることができる。これら２つの構造の組合せを、方向性スイッチと称する。また、再結合ミラーを用いると、表面に垂直な方向で基板中に伝搬している光を結合することができる。
【００８４】
図１５Ｂは、方向性スイッチのアレイの一具体例を示している。基板１５３５を上から見ると、直線状アレイ１５３６は、光をＸＹ平面に垂直な角度で基板中に差し向けるファイバカプラのアレイである。再結合ミラーのアレイ（見えない）が、ファイバカプラアレイの真向かいに配置されており、光をビーム１５３０に平行に基板に結合するようになっている。基板１５３５の表面上には、方向性スイッチのアレイが形成されており、そのうちの１つは１５３１で示されている。スイッチは、入力ファイバカプラ１５３６のうち任意の１つから基板中に結合された光を出力ファイバカプラ１５３２のうちの任意の１つに差し向けることができるように位置決めされている。このように、デバイスは、任意の数の種々の入力のうち任意の１つを任意の数の種々の出力のうち任意の１つに切り換えることができるＮ×Ｎ光スイッチとして働くことができる。
【００８５】
波長可変フィルタ
図１６を参照すると、波長可変ファブリ−ペローフィルタの形態をしたＩＭｏｄが示されている。この場合、導電性接触パッド１６０２が、誘電体ミラー１６０４，１６０８及び犠牲層１６０６と共に被着されてパターン付けされている。これは、厚さが二分の一波長の或る倍数のシリコンフィルムから成るのがよい。ミラーは、低屈折率と高屈折率が交互に並んだ材料のスタックから成るのがよく、材料の２つの例としてはＴｉＯ2（高屈折率）及びＳｉＯ2（低屈折率）が挙げられ、層のうち１つは空気であってもよい。絶縁層１６１０が被着されてパターン付けされていて第２の接触タブ１６１２だけがミラー１６０８に接触するようになっている。次に、ミラー１６０８をパターン付けして後に支持体１６１５により連結されたミラー「アイランド（島）」１６１４が形成されている。アイランドの横方向寸法は主として、これが相互作用する光ビームのサイズによって定められる。これは通常は、数十ミクロン〜数百ミクロン台である。犠牲層１６０６は、部分的に化学エッチングされているが、機械的安定性をもたらすのに十分なサイズ、恐らくは数十ミクロン四方のスタンドオフが後に残されている。ミラー１６０８の頂部層及びミラー１６０４の底部層が導電性となるよう軽く（低不純物）ドープされる場合、接触パッド１６０２，１６１２相互間に電圧を印加してミラーアイランドを変位させる。かくして、構造の光学的応答をチューニングすることができる。
【００８６】
図１７Ａは、この波長可変フィルタの応用例を示している。基板１７１４の頂面上には、波長可変フィルタ１７０４、ミラー１７１６及び反射防止膜１７１２が作製されている。ミラー１７１７も又、基板の底面上に例えば金属、例えば厚さが少なくとも１００ｎｍの金から作製されている。光学上部構造１７０６が基板の頂面上に設けられており、その内面は、例えば金から成る反射フィルムを付け足すことにより少なくとも９５％の反射性を示し、この光学上部構造は又、角度が付けられたミラー１７１０を支持している。このデバイスでは、光ビーム１７０２は、臨界角よりも大きな或る角度をなして基板中を伝搬し、この臨界角は、ガラスの基板及び空気の媒体に関しては約４１゜である。したがって、ミラー１７１６は、これを基板／導波管の境界部内に制限した状態に保つことが必要である。この形態により、光が伝搬する角度の選択に大きな融通性を与えることができる。
ビーム１７０２がファブリ−ペロー１７０２に入射し、ファブリ−ペローは、特定の周波数の光１７０８を透過し、他方残り１７０９を反射する。透過された周波数は、反射上部構造１７０６に入射してこれによって反射され、そしてミラー１７１６によって再び反射されて、角度が付けられたミラー１７１０に差し向けられる。ミラー１７１０は、光が基板に対して直角の角度で反射防止膜１７１２に差し向けられ、外部媒体を通ってこの中に進むように傾斜している。かくして、このデバイスは全体として波長選択デバイスとして働く。
【００８７】
多くの方法を用いて上部構造を作製することができる。一方法としては、シリコンのスラブをバルク微細加工して正確な深さ、例えば基板の厚さ程度即ち少なくとも数百ミクロン台の空洞共振器又は共振器を形成することが挙げられる。角度が付けられたミラーを空洞共振器エッチング後に作製し、組立体全体を多くのシリコン−ガラス接合技術のうち任意の１つを用いて基板、例えばガラスに接合する。
【００８８】
図１７Ｂは、精巧な変形例を示している。この例では、第２の波長可変フィルタ１７３９を追加して追加の周波数選択チャンネルを形成する。すなわち、２つの別々の周波数を今や別個独立に選択できる。検出器１７３８も又、高度の総合機能性を見越して追加してある。
【００８９】
図１７Ｃは、集積回路を有している。光ビーム１７５０が基板１７７０中に結合され、波長可変フィルタ１７５２に入射する。このフィルタは、フィルタの可動ミラーの表面上に作製された再結合ミラー１７５６を有している点において、図１７Ａ及び図１７Ｂのフィルタとは異なっている。ミラーの角度は、フィルタ１７５２によって選択された周波数が今や光ビーム１７５８の形態で直角の角度で基板中に直接戻って結合されるようなものである。光ビーム１７５０中に含まれる残りの周波数は、これらが再結合ミラー１７６０に当たるまで伝搬し、この再結合ミラーは、伝搬しているビーム１７５６に垂直な表面を備えるよう傾斜している。かくして、ビームはその経路を後戻りしてデバイスから出て、このデバイスでは光学結合されている他のデバイスによって用いることができる。光ビーム１７５８は、ＩＣ１７６４に入射し、このＩＣは、このビーム内の情報を検出して、デコード（復号）することができる。このＩＣは、情報伝達光に直接結合されると有利なＦＰＧＡ又は他のシリコン、シリコン／ゲルマニウム又はガリウム砒素デバイスを利用した集積回路の形態をしているのがよい。例えば、双方向光経路（光路）１７７２によりＩＣ１７６４，１７６２相互間に高バンド幅インタコネクトを形成するのがよい。これは、ミラー１７６６と再結合ミラー１７６８の組合せにより形成される。ＩＣが例えば垂直空洞共振器表面発光レーザ（VCSELS）のような素子を有している場合にはＩＣにより、或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）により光を放出することができる。任意の数の光感受性素子により光を検出することができ、かかる素子の性状は、ＩＣを作製するのに用いられる半導体技術で決まる。ＩＣに入射した光も又、基板伝搬光に露光されるＩＣの表面上に作製されているＩＭｏｄにより変調できる。
【００９０】
基板導波管を利用した光混合器（オプティカルミキサ）
図１８Ａ及び図１８Ｂは、基板／導波管のＴＩＲ変形例を用いて具体化された２チャンネル光混合器の略図である。図１８Ａは、このデバイスの概略を示している。多数の波長を含む光は、分割されて２つの別個独立の可変減衰器１８０５に差し向けられる２つの特定の波長１８０１，１８０３を有している。次に、これら波長を幾つかの考えられるチャンネル１８０７に出力し、又は光停止部１８１３内へ出力される。
図１８Ｂは、具体例を示している。入力光をファイバカプラ１８００、反射防止膜１８０２を介してデバイス中に差し向け、再結合ミラー１８０６を用いて基板中に結合する。再結合ミラーは、この光を波長可変フィルタ１８０８に差し向け、周波数λ１（ビーム１８１５）を分割し、全ての非選択周波数を第２の波長可変フィルタ１８０９に差し向け、この第２の波長可変フィルタは、周波数λ２（ビーム１８１７）を分割し、残りの周波数であるビーム１８１９がＴＩＲを介して更に下流側に伝搬するようにする。波長可変フィルタ１８０８によって伝送されたビーム１８１５の経路に続き、光の向きをミラー１８１０を介し、ＡＲ膜を通って基板導波管内へ戻し、そして基板中へ再結合して戻す。再結合ミラー１８１１は、ビーム１８１５を減衰器１８１２に差し向け、ここで、ビームは、第２の波長可変フィルタ１８０９によって選択されたビーム１８１７と平行な経路に沿って引き続き伝搬する。これら２つのビームは、ビームリポジショナ（再位置決め器）１８１６により位置がシフトされる。
【００９１】
この構造は、ミラーが基板の表面に平行であることを除き、再結合ミラーと同一の結果をもたらす。ミラーは基板表面上の一定距離のところに吊り下げられているので、反対側の基板インタフェースへの入射点の位置は、右の方にずらされる。このずれは、リポジショナの高さにより直接求められる。非選択波長を含むビーム１８１９も又、リポジショナ１８１８によりずらされる。その結果、３つ全てのビームは、デカップリングスイッチ１８２０，１８２４のアレイに入射すると、等しく分離される。これらは、ビームの向きを２つの光コンバイナ（１８２８は、これらコンバイナのうちの１つである）のうちの１つ又は検出器／アブソーバ１８３０内に差し向けるよう選択的に働く。光コンバイナを種々の方法で作製することができる。反応性イオンエッチングを用いて頂部がレンズ中に形成されたピラーの形態にパターン付けされたポリマーフィルムは、一方式である。基板に接合された半導体デバイスを有するアブソーバ／検出器は、混合器の出力の測定を可能にするのに役立つ。光学上部構造１８２９は、外部光学素子を支持し、混合器の気密パッケージとなる。
【００９２】
プレーナ型ＩＭｏｄと基板導波管の組合せは、容易に作製され、構成され、そして外部世界に結合される光デバイスの一系列をもたらす。というのは、デバイスは、導波管上及び（又は）上部構造上に位置し、導波管中及び導波管と上部構造体との間を伝搬している光に作用できるからである。素子の全てがプレーナ型に作製されているので、広い領域にわたってバルク製造により規模の経済性を達成することができ、互いに異なる部品を容易且つ正確に整列させて接合することができる。加うるに、アクティブなコンポーネントは全て基板に垂直な方向に作動状態を示すので、これらコンポーネントはより精巧な非プレーナ型ミラー及びビームと比較して作製及び駆動が比較的簡単である。アクティブな電子素子を機能性を向上させるために上部構造又は基板／導波管に接合するのがよい。変形例として、アクティブなデバイスを特にこれが半導体、例えばシリコン又はガリウム砒素であれば上部構造の一部として作製することができる。
【００９３】
印刷スタイルの作製法
これら素子はプレーナ型であり、層のうち多くは専用の基板を必要とする電気的半導体特性を必要としないので、ＩＭｏｄ及び他の多くのＭＥＭ構造は、印刷業界の製造法に似た製造法を利用することができる。このような方法では一般に、可撓性であり、例えば紙又はプラスチックの連続シートの形態をした「基板」が用いられる。ウェブ供給法と呼ばれるかかる方法では通常、基板材料の連続ロールを一連のツール内に供給し、各ツールは基板にインキを選択的に被覆して順次フルカラーグラフィカルイメージを作るようにする。かかる方法は、製品を高速で製造することができるので、関心のあるものである。
【００９４】
図１９は、単一のＩＭｏｄの作製、ひいてはＩＭｏｄ又は他のマイクロ電気機械構造のアレイの作製に適応できるシーケンスの略図である。ウェブ源１９００は、基板材料、例えば透明なプラスチックのロールである。ロールからの材料の一部上の代表的な領域１２０２は、この説明の目的上、単一のデバイスだけを有している。エンボス加工ツール１９０４が、凹みパターンをプラスチックシートに刻印する。これは、適当なパターンの突起がエッチングにより設けられている金属マスタによって達成できる。
【００９５】
金属マスタはプラスチックを変形させて凹みを形成するのに十分な圧力でシートに圧接されるドラムに取り付けられる。図１９０６は、これを示している。コータ１９０８が、周知の薄膜被着法、例えばスパッタリング又は蒸発法により薄い材料の層を被着させる。その結果、酸化物、金属、酸化物犠牲フィルムから成る４つのフィルムのスタック１９１０が得られる。これら材料は、誘導アブソーバＩＭｏｄ設計に相当している。ツール１９１２は、これら層のパターン付けのためフォトレジストを小出しし、硬化させそして露光させる。パターンをいったん定めると、フィルムのエッチングがツール１９１４で行われる。変形例として、レーザアブレーションとして知られている方法を用いてパターン付けを達成してもよい。この場合、レーザを移動中の基板と同期させることができるような仕方でレーザを材料に対してスキャンする。レーザの周波数及び出力は、レーザが関心のある材料を蒸発させてミクロン台のサイズを備えるようなものである。レーザの周波数は、これが基板上の材料とのみ相互作用して基板それ自体とは相互しないようにチューニングされる。蒸発が非常に迅速に生じるので、基板の加熱は最小限であるに過ぎない。
【００９６】
このデバイスの例では、フィルムは全て同一のパターンを用いてエッチングされる。これは、ツール１９１６の使用後フォトレジストを剥離した符号１９１８のところで見られる。ツール１９２０は、ＩＭｏｄの構造的層になるものを被着させる別の被着ツールである。アルミニウムは、この層１９２２の１つの候補材料である。この材料は、最小限の残留応力を示し、種々のＰＶＤ及びＰＥＣＶＤ法を用いて被着させることができる有機物質を更に含むのがよい。次に、この層をツール１９２４、１９２６、１９２８をそれぞれ用いてパターン付けし、エッチングし、そしてこれからフォトレジストを剥ぎ取る。ツール１９３０を用いて犠牲層をエッチングにより取り去る。層がシリコンであれば、これは、ＸｅＦ２、即ちかかる目的に用いられる気相エッチング剤を用いて達成できる。その結果、自立型メンブレン構造１９３２がＩＭｏｄを形成する。
【００９７】
結果的に得られたデバイスの包装は、可撓性シート１９３３を基板シートの頂面に接合することにより達成される。これは又、コーティングツール１９３４を用いて気密フィルム、例えば金属で被覆された連続ロール１９３６によって調達される。２枚のシートは、接合ツール１９３７を用いて接合され、その結果、包装済みデバイス１９４０が得られる。
【００９８】
残留応力は、ＭＥＭ構造の設計及び作製における一要因である。ＩＭｏｄ及び作製中構造部材が機械的に放出される他の構造では、残留応力は、部材の結果的に得られる幾何学的形状を定める。
【００９９】
分岐干渉デバイスとしてのＩＭｏｄは、可動メンブレンの結果的に得られる幾何学的形状のばらつきに弱い。反射され又は他の設計の場合には伝達されたカラーは、空洞共振器の空隙間隔の直接的な関数である。その結果、空洞共振器の長さに沿うこの距離のばらつきの結果として、色に許容限度を超えたばらつきが生じる場合がある。他方、この性質は、構造それ自体の残留応力を求める際の、有用なツールである。というのは、色のばらつきを用いると、メンブレンの変形のばらつき及び程度を求めることができるからである。任意の材料の変形状態を知ることにより、材料中の残留応力を求めることができる。コンピュータモデリングプログラム及びアルゴリズムは、変形状態に関する２次元データを利用してこれを求めることができる。かくして、ＩＭｏｄ構造は、この評価を行うツールとなりうる。
【０１００】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、ＩＭｏｄをこのようにしてどのように利用できるかをできるかの例を示している。ＩＭｏｄ２０００，２００２は、側部及び底部の遠近法から示されている（即ち、基板を通して見て）。これらＩＭｏｄは、それぞれ二重片持ち形態及び単一片持ち形態のものである。この場合、構造材料には残留応力が無く、両方のメンブレンは、変形を示さない。基板を通してみて、デバイスは、これらが形成されているスペーサ層の厚さによって定められる一様なカラーを示す。ＩＭｏｄ２００４，２００６は、これが底部に設けられるよりも頂部に設けられた方が圧縮力が大きい応力勾配で示されている。構造メンブレンは、その結果変形を示し、底面図は、結果的に生じるカラーの変化の性質を示している。例えば、カラー領域２０１６が緑であれば、カラー領域２０１４は、基板に近いので青である。これとは逆に、カラー領域２０１８（二重片持ち形態状に示されている）は、基板より更に遠いので赤である。ＩＭｏｄ２００８，２０１０は、応力勾配が底部よりも頂部で高い引張応力を示す状態で示されている。構造メンブレンは、適当に変形し、カラー領域がその結果として変化する。この場合、領域２０２０は赤であり、領域２０２２は青である。
【０１０１】
図２０Ｂでは、被着フィルムの残留応力状態を迅速且つ正確に評価するために用いることができるシステムが示されている。ウェーハ２０３０は、様々な長さ及び幅の単一片持ちメンブレンと二重片持ちメンブレンの両方から成るＩＭｏｄ構造のアレイを有している。構造メンブレンは、機械的及び残留応力特性が十分に特徴付けられた材料から作製される。多くの材料が使用可能であり、この場合ＩＭｏｄがディスプレイ目的で用いられないならば、極めて低い所要の反射性の制限を受ける。良好な候補材料としては、作製上の観点から見て両立するよう作られ又は作ることができ、或る程度の反射性を示し、機械的性質が高精度に決定でき又は決定された結晶形態の材料（シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム）が挙げられる。これら「試験構造」は、自立型であるように作製されてリリースされる。材料が応力の無いものであれば、構造は、カラーのばらつきを示すことはない。しかしながら、この場合はそうではないが、カラー状態又はカラーマップを、高解像度画像化装置２０３４を用いて記録でき、かかる高解像度画像化装置は、光システム２０３２を介して高い倍率の像を得ることができる。
【０１０２】
画像化装置は、コンピュータシステム２０３６に接続されており、画像データを記録して処理することができるハードウェアがコンピュータシステム上に設けられている。ハードウェアは、高速で数値計算を行う容易に入手できる高速処理ボードを有するのがよい。ソフトウェアは、カラー情報を収集し、表面変形を計算する収集ルーチンから成るのがよい。コアルーチンは、変形データを用いてメンブレンの厚さ全体にわたる一様な応力及び応力勾配の最適な組合せを求めることができ、これは、全体的な形状をもたらすことができる。
【０１０３】
一使用モードは、非被着状態における応力状態の詳細な記録を持ち、後で使用するために退けておくひとまとまりの「未使用」試験ウェーハを生じさせることにある。被着フィルムの残留応力を求める要望が生じると、試験ウェーハを選択しフィルムをその頂部に被着させる。被着フィルムは、構造の幾何学的形状を変え、その結果これらのカラーマップを変える。コンピュータシステム上に存在するソフトウェアを用いて、試験ウェーハのカラーマップをその前後両方で比較し被着フィルム中の残留応力の正確な評価を行うことができる。試験構造も又、被着後に作動されるよう設計されたものであるのがよい。新たに被着されたフィルムで作動中におけるこれらの挙動を観察すると、残留応力状態に関する情報及び多くの作動サイクルにわたるフィルム性質の変化に関する情報を得ることができる。
【０１０４】
この方法は、フィルムが被着されているときにフィルムの応力を求めるのに用いることもできる。被着システムの適当な設計変更例では、画像化システムが構造を見てこれらのカラーマップの変化をリアルタイムで追跡することができるようにする光路を作ることができる。これは、このように残留応力を制御しようとして被着パラメータを制御するリアルタイムフィードバックシステムの構成を容易にする。ソフトウェア及びハードウェアは、試験ウェーハに「質問」して被着ツールオペレータがフィルムの成長につれて条件を変えることができるようにする。このシステム全体は、残留応力を測定する他の方法よりも優れており、この他の方法は、電気機械的作動のみを利用し、或いは作製された構造の変形を測定する高価且つ複雑な分岐干渉システムを利用している。電気機械的作動のみを利用する方法は駆動エレクトロニクスをデバイスの大きなアレイに提供する必要があること及び変位を電子的に測定するうえで不正確さがあるという欠点がある。後者の高価且つ複雑な分岐干渉システムを用いる方法は、観察下におけるフィルムの光学的性質であること及び所要の外部光学部品及びハードウェアが複雑であるという欠点がある。
【０１０５】
不連続フィルム
興味のある性質を持つ別の等級の材料は、構造が均質では無いフィルムである。これはフィルムは、幾つかの形態で生じることが可能であり、これらを一まとめにして不連続フィルムという。図２１Ａは、不連続フィルムの一形態を示している。基板２１００は、金属、誘電体又は半導体であるのがよく、その表面にはエッチングにより輪郭２１０４，２１０６，２１０８が形成されている。興味のある光の波長の何分の一かである高さ２１１０を有する個々の構造的プロフィールを含む輪郭は、フォトリソグラフィー及び化学エッチング法を用いてエッチングされて、符号２１０４（３角形）２１０６（円筒形）２１０８（クロッフェンシュタイン（klopfenstein）テーパ）によって示されたプロフィールと類似したプロフィールが達成されている。個々のプロフィールのうち任意のもののベース２１０２の有効直径も又、ほぼパターンの高さである。各輪郭は、僅かに異なっているが、これら輪郭は全て、入射から基板中へ進むにつれ有効屈折率が入射媒体の屈折率からフィルム基板２１００それ自体の屈折率に次第に移行する性質を共有している。この種の構造は、薄膜の組合せからつくられた反射防止膜と比較して優れた反射防止膜として働く。というのは、これら構造は、角度依存性の欠点をそれほど持っていないからである。かくして、これら構造は、広範な入射角から高い非反射性のままである。
【０１０６】
図２１Ｂは、基板２１２２上に被着され、これ又金属、誘電体又は半導体であるのがよい被膜２１２０を示している。この場合、フィルムは、依然として初期成形段階にあり、厚さが１０００オングストローム以下である。大抵の被着法の実施中、フィルムは、漸次核形成プロセスを生じ、フィルムが互いに接合し始め、或る時点で、連続フィルムを形成するまで次第に大きくなる材料の場所を形成する。符号２１２４は、このフィルムの平面図を示している。初期段階におけるフィルムの光学的性質は、連続フィルムの光学的性質とは異なっている。金属の場合、フィルムは、その連続等価物よりも大きな損失を示す傾向がある。
【０１０７】
図２１Ｃは、不連続フィルムの第３の形態を示している。この場合、フィルム２１３０は、少なくとも１０００オングストロームの厚さまで基板２１３２上に被着されており、このフィルムは連続であると考えられる。「波長以下」（即ち、関心のある波長よりも小さな直径）穴２１３４のパターンが上述の自己集成法と類似した技術を用いて材料に形成される。この場合、ポリマーは、エッチングパターンをその下に位置する材料中へ移すマスクとして働くことができ、穴は、反応性イオンエッチング法を用いてエッチングされる。材料は連続であるが孔あけされているので図２１Ｂの初期段階フィルムのようには作用しない。その代わり、その光学的性質は、入射放射線が低い損失を生じ、表面プラズモンに基づく伝送ピークを示すことができるという点において非エッチングフィルムとは異なっている。加うるに、穴の幾何学的形状並びに入射媒体の入射角及び屈折率を操作すると、伝送される光のスペクトル特性を制御することができる。符号２１３６は、このフィルムの平面図を示している。このようなフィルムは、タエ・ジン・キム（Tae Jin Kim ）の論文“Control of optical transmission through metals perforated with subwavelength hole arrays”に記載されている。これらは構造が規則的であるがＰＢＧとは異なっている。
【０１０８】
３つ全てのこれら形式の不連続フィルムは、ＩＭｏｄ構造中に組み込み可能な候補材料である。即ち、これら不連続フィルムは、ＩＭｏｄ構造の静的部分及び（又は）可動部分中の材料フィルムのうち１又は２以上として働くことができる。３つ全ては、漸変厚さのフィルムの組合せではなく、主として個々のフィルムの構造及び幾何学的形状を利用する手法で操作できる独特の光学的性質を示す。これらフィルムは、これが構成するＩＭｏｄの他の電子的、光学的及び機械的要素と関連して使用できる。非常に簡単な場合においては、これらフィルムの各々の光学的性質はこれらフィルムを表面伝導又は光学的干渉を介して他のフィルムに直接接触させ又はこれに密接させることにより変更可能である。これは、フィルムの伝導性を直接変えると共に（或いは）その周囲媒体の有効屈折率を変えることにより生じうる。かくして、個々のＩＭｏｄのより複雑な光学的応答を複雑さの少ない作製法が行われる簡単な構造で得ることができる。
他の実施形態は、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１Ａ】反射防止膜及び一体形補助照明を有するディスプレイ基板の断面図である。
【図１Ｂ】補助照明の別の方式を示す図である。
【図２】微細機械加工アークランプ源の加工工程の詳細を示す図である。
【図３】ディスプレイ中のＩＭｏｄのアレイのバイアス中心形駆動方式を示す図である。
【図４Ａ】“ベース＋顔料”の概念を利用したカラーディスプレイ方式を示す略図である。
【図４Ｂ】フィールド再構成可能なディスプレイ中心製品を提供するシステムのブロック図である。
【図４Ｃ】汎用ディスプレイ中心製品に適用される概念を示す図である。
【図５Ａ】光挙動を電気機械的挙動から切り離すＩＭｏｄ幾何学的形状を非作動状態で示す略図である。
【図５Ｂ】同一ＩＭｏｄを動作状態で示す図である。
【図５Ｃ】ＩＭｏｄ設計の性能を黒色及び白色状態で示すプロット図である。
【図５Ｄ】幾つかのカラー状態の性能を示すプロット図である。
【図６Ａ】光挙動を電気機械的挙動から同様に分離するが、支持構造体が隠されているＩＭｏｄの略図である。
【図６Ｂ】同一設計を動作状態で示す図である。
【図７Ａ】一状態において、異方性的に応力を受けたメンブレンを利用するＩＭｏｄ設計を示す図である。
【図７Ｂ】同一ＩＭｏｄを別の状態で示す図である。
【図８Ａ】回転作動を利用するＩＭｏｄを示す略図である。
【図８Ｂ】回転ＩＭｏｄ設計の加工シーケンスを示す図である。
【図９Ａ】ＭＥＭＳスイッチのブロック図である。
【図９Ｂ】ＭＥＭＳスイッチを利用した行駆動装置のブロック図である。
【図９Ｃ】ＭＥＭＳスイッチを利用した列駆動装置のブロック図である。
【図９Ｄ】ＭＥＭＳスイッチを利用したＮＡＮＤゲートのブロック図である。
【図９Ｅ】ＭＥＭＳを利用したロジック及び駆動装置コンポーネントを有するディスプレイシステムのブロック図である。
【図１０Ａ】ＭＥＭＳスイッチの構造、加工方法及び動作を示す略図である。
【図１０Ｂ】２つの二者択一的なスイッチ設計を示す図である。
【図１１Ａ】マイクロリングを利用した２−Ｄフォトニック構造の例を示す略図である。
【図１１Ｂ】周期的２−Ｄフォトニック構造の略図である。
【図１２】３−Ｄフォトニック構造の一例を示す略図である。
【図１３Ａ】マイクロリング構造を有するＩＭｏｄを非動作状態で示す略図である。
【図１３Ｂ】同一ＩＭｏｄを作動状態で示す図である。
【図１３Ｃ】周期的２−Ｄフォトニック構造を有するＩＭｏｄを示す図である。
【図１４Ａ】光スイッチとして作用するＩＭｏｄ設計を示す図である。
【図１４Ｂ】光減衰器として作用するこの設計の変形例を示す図である。
【図１５Ａ】光スイッチ又は光デカップラとして機能するＩＭｏｄ設計の略図である。
【図１５Ｂ】ＩＭｏｄの組合せがＮ×Ｎ光スイッチとしてどのように作用できるかを示す図である。
【図１６】波長可変ＩＭｏｄ構造の加工シーケンスを示す図である。
【図１７Ａ】波長可変ＩＭｏｄ構造を波長選択スイッチにどのように組み込むことができるかを示す図である。
【図１７Ｂ】波長選択スイッチがどのようにソリッドステートデバイスを有することができるかを示す図である。
【図１７Ｃ】バンプボンデッドコンポーネントをどのように一体化できるかを示す図である。
【図１８Ａ】２チャンネルイコライザ／ミキサーの略図である。
【図１８Ｂ】ＩＭｏｄ利用コンポーネントを用いてイコライザ／ミキサーをどのように具体化できるかを示す図である。
【図１９】連続ウェブを利用した加工プロセスを示す略図である。
【図２０】ＩＭｏｄ利用検査構造を応力測定ツールとしてどのように用いることができるかを示す図である。
【図２１Ａ】不連続フィルムの一形態を示す図である。
【図２１Ｂ】基板に被着された被膜を示す図である。
【図２１Ｃ】不連続フィルムの別の形態を示す図である。
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１８Ａ】
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【図２０Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004534280.tif 000083