JP2004330412A

JP2004330412A - 微小電気機械素子の電荷制御

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Publication number: JP2004330412A
Application number: JP2004129769A
Authority: JP
Inventors: Eric T Martin; エリック・ティー・マーティン; Mark Hunter; マーク・ハンター; Arthur Piehl; アーサー・ピエール; James R Przybyla; ジェイムス・アール・プリツィビラ; Matthew Gelhaus; マシュー・ゲルハウス; Leslie Louis Szepesi Jr; レスリー・ルイス・スツェペジー，ジュニア
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2004-11-25
Also published as: US20050001828A1; US20040218341A1; US20050029548A1; CN1543048A; US6829132B2; EP1473691A2; EP1473691A3; US7088566B2

Abstract

【課題】電極間の間隙距離を広範な範囲にわたって制御することができる微小電気機械素子を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の微小電気機械システムは、可変の間隙距離（48）によって分離されている移動可能な第１の導電性プレート（42）と固定されている第２の導電性プレート（44）とによって形成されている可変コンデンサ（46）を有する微小電気機械システム（MEMS）素子（34）と、スイッチ回路（40）であって、選択された電圧レベルを有する基準電圧を受容するように構成され、かつ少なくともMEMS素子の電気的な時定数と同程度に長いが、MEMS素子の機械的な時定数よりも短い持続時間を有するイネーブル信号に応答して、持続時間にわたって第１のプレートと第２のプレートの間に選択された電圧レベルを印加し、それによって所望の大きさの蓄電電荷が可変コンデンサ上に蓄積できるように構成され、可変の間隙距離が前記蓄電電荷の前記大きさの関数であるスイッチ回路（40）とからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は微小電気機械素子に関する。より詳細には、本発明は微小電気機械素子の電荷制御に関する。

［関連特許出願への相互参照］
本特許出願は、2003年4月30日に出願した「Optical Interference Display Device」という名称の米国特許出願第10/428,261号に関連する。

微小電気機械システム（MEMS）は、薄膜技術を利用して開発され、電気部品及び微小機械部品の両方を備えているシステムである。MEMS素子は、光学ディスプレイシステム、圧力センサ、流量センサ及び電荷制御アクチュエータのような種々の用途において使用されている。MEMS素子は静電力又は静電エネルギーを利用して、電荷を蓄えることができる微小機械電極を動かし、又はその電極の動きをモニターする。MEMS素子の１つの様式では、所望の結果を達成するために、静電力と機械的な復元力との平衡をとることにより、電極間の間隙距離が制御される。デジタルMEMS素子は、２つの間隙距離を利用するが、アナログMEMS素子は複数の間隙距離を利用する。

MEMS素子は種々の手法を利用して開発されてきた。１つの手法では、電極上に変形可能な可撓性の膜が配置され、電極に静電的に取り付けられる。他の手法では、上部導電層を形成するシリコン又はアルミニウムのフラップ又はビームを使用する。光学的な用途では、導電層は反射性であり、静電力を利用して変形され、導電層上に入射する光が散乱される。

間隙距離を制御するための１つの手法は、連続する制御電圧を電極に印加することであり、この場合、制御電圧を上昇させることによって間隙距離が減少し、制御電圧を降下させることによって間隙距離が増加する。しかしながら、この手法は静電的に不安定であることによる欠点を有し、それによって間隙距離を有効に制御することができる利用可能な動作範囲が大幅に狭まる。これは、電極が可変コンデンサを形成し、その容量が、間隙距離が減少するのに応じて増加するためである。間隙距離がある特定の閾値、通常は初期間隙距離の約３分の２まで減少すると、電極同士を引き寄せる静電力が機械的な復元力に打ち勝ち、それにより電極が互いに、又は機械的なストッパに対して「パチンと当接（スナップ）」する。これは、最小閾値よりも短い距離では、余分な電荷が電極上に引き込まれる点まで容量が増加し、結果として静電引力が増加し、「電荷ランナウェイ現象（チャージランナウェイ現象）」として知られる現象が生じるためである。

制御電圧と間隙距離の間にこのような非線形の関係があることにより、制御可能な電極の移動範囲が、初期間隙距離のわずか約３分の１にまで制限され、それによってMEMS素子の潜在的な有用性が制限される。たとえば、光学ディスプレイシステムの場合、干渉又は回折に基づく光変調器MEMS素子は、光学MEMS素子によって散乱され、光学的により広い範囲の可視光を制御するために、広い範囲の間隙距離を制御できることが好ましい。

本発明は、電極間の間隙距離を広範な範囲にわたって制御することができる微小電気機械素子を提供することを課題とする。

本発明の一態様では、可変の間隙距離によって分離されている第１の導電性プレート及び第２の導電性プレートによって形成されている可変コンデンサを有する微小電気機械システム（MEMS）素子を制御するための電荷制御回路を提供する。電荷制御回路はスイッチ回路を備え、このスイッチ回路は、選択された電圧レベルを有する基準電圧を受容するように構成され、かつ少なくともMEMS素子の電気的な時定数と同程度に長いが、MEMS素子の機械的な時定数よりも短い持続時間を有するイネーブル信号に応答して、持続時間にわたって第１のプレートと第２のプレートの間に選択された電圧レベルを印加し、それによって所望の大きさの蓄電電荷が可変コンデンサ上に蓄積できるように構成され、このとき可変の間隙距離は蓄えられる電荷、蓄電電荷の大きさの関数である。

本発明は、微小電気機械システム（30）に関し、このシステムは、可変の間隙距離（48）によって分離されている移動可能な第１の導電性プレート（42）と固定されている第２の導電性プレート（44）とによって形成されている可変コンデンサ（46）を有する微小電気機械システム（MEMS）素子（34）と、スイッチ回路（40）からなる。スイッチ回路は、選択された電圧レベルを有する基準電圧を受容するように構成され、かつ少なくともMEMS素子の電気的な時定数と同程度に長いが、MEMS素子の機械的な時定数よりも短い持続時間を有するイネーブル信号に応答して、持続時間にわたって第１のプレートと第２のプレートの間に選択された電圧レベルを印加し、それによって所望の大きさの蓄電電荷が可変コンデンサ上に蓄積できるように構成され、このとき可変の間隙距離は蓄電電荷の大きさの関数である。この構成によって、電極間の間隙距離を広範な範囲にわたって制御することができる微小電気機械素子を製造することが可能となる。

好ましい実施形態を記述する以下の説明では、その一部を構成し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示する添付の図面を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することもでき、構造的又は論理的な変更がなされることが可能であることを理解されたい。したがって以下に記述する説明は、限定する意味に受け取られるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって画定される。

図１は、本発明による微小電気機械システム30の典型的な実施形態を示す図である。微小電気機械システム30は、電荷制御回路32と、微小電気機械素子34を備える。電荷制御回路32はさらに、可変電源36と、コントローラ38と、スイッチ回路40とを備える。典型的な実施形態では、微小電気機械素子34はさらに、第１の導電性プレート42及び第２の導電性プレート44を備え、これらのプレートは可変の間隙距離48を有する可変コンデンサ46を形成し、可変の間隙距離48は可変コンデンサ46上の蓄電電荷の大きさの関数である。一実施形態では、第１の導電性プレート42が移動可能であり、一方第２の導電性プレート44は基板50に固定されている。

電荷制御回路32は、所定の持続時間にわたって、第１の導電性プレート42と第２の導電性プレート44の間に、可変電源36によって供給される選択された電圧レベルを有する基準電圧を印加し、それによって所望の大きさの蓄電電荷を可変コンデンサ46上に蓄積させることによって、微小電気機械素子34が制御されるように構成されている。第１の導電性プレート42と第２の導電性プレート44の間に正確な基準電圧を印加することによって、可変コンデンサ46上の蓄電電荷、したがって可変の間隙48が、広範な間隙距離範囲にわたって制御可能となる。

典型的な実施形態では、可変電源36は、経路52を介して、コントローラ38から電圧選択信号を受容し、かつ経路54を介して、電圧選択信号に基づいて選択された電圧レベルを有する基準電圧をスイッチ回路40に供給するように構成されている可変電圧源である。スイッチ回路40は、経路56を介して、コントローラ38から、ある持続時間を有するイネーブル信号を受容し、かつそれに応答して、経路60を介して、その持続時間にわたって、選択された電圧レベルを微小電気機械素子34に印加するように構成され、それによって所望の大きさの蓄電電荷が、可変コンデンサ46上に蓄積される。一実施形態では、スイッチ回路40は、経路58を介してコントローラ38からクリア信号を受容し、それに応答して、可変コンデンサ46上に蓄えられている可能性がある電荷を除去するように構成され、それによって選択された電圧レベルを有する基準電圧を印加する前に、可変コンデンサ46を既知の電荷レベルに設定することができる。

図２は、微小電気機械素子70の典型的な実施形態を示す図である。典型的な実施形態では、微小電気機械素子70は、表示可能な画像の画素を少なくとも部分的に表示する。素子70は、上部反射器72及び底部反射器74と、可撓性部材80及びばね機構82とを備える。光共振空胴又は光共振器76が反射器72及び74によって画定され、可変の間隙距離、すなわち間隙距離78を有する。一実施形態では、上部反射器72は、半透明性又は半反射性を有する。一実施形態では、底部反射器74は高い反射性又は完全な反射性を有する。他の実施形態では、上部反射器72が高い反射性又は完全な反射性を有し、底部反射器74が半透明性又は半反射性を有する。種々の実施形態において、ばね機構82は、線形又は非線形のばね機能を有し、ポリマーのような任意の適切な可撓性材料である。

典型的な実施形態では、光共振器76は、光学的な干渉によって、ある強度の可視光波長に対して可変の選択性を有する。微小電気機械素子70の所望の構成によれば、光共振器76は、その強度のその波長を反射し又は透過することができる。すなわち、共振器76は現実には反射性又は透過性の何れかの特性を有する。光共振器76によって光は生成されないので、素子70は、共振器76によって反射又は透過される周囲光又は微小電気機械素子70によってもたらされる光に基づく。光共振器76によって選択される可視光波長、その光共振器76によって選択されるその強度は、共振器76の間隙距離78に依存する。すなわち光共振器76は、その間隙距離78を制御することにより、所望の強度の所望の波長に調整することができる。

典型的な実施形態では、可撓性部材80及びばね機構82によって、光共振器76の間隙距離78が、適切な量の電荷が反射器72及び74上に蓄えられているときに変化できるようになり、それによって所望の強度の所望の波長が選択されるようになる。この電荷及び対応する電圧は、以下の式Ｉにしたがって決定されるが、この式は平行板コンデンサの板として機能する反射器72と反射器74の間の引力であり、フリンジ電界を考慮に入れていない。
式Ｉ：F=ε₀V²A/2d²
ただし、ε_０は自由空間の誘電率であり、Ｖは反射器72と反射器74の間にかかる電圧であり、Ａは反射器72及び反射器74のそれぞれの面積であり、ｄは間隙距離78である。

したがって、間隙距離78が0.25ミクロンメートル（μm）である場合、70平方ミクロンメートル（μm²）の画素にかかる１ボルトの電位は、７×10^-7ニュートン（Ｎ）の静電力を生成する。

したがって反射器72と74の間にかかる小さな電圧に対応する電荷の量が、上部反射器72を動かし、重力及び衝撃に対してその反射器を保持するのに十分な力をもたらす。反射器72及び74に蓄えられる静電荷は、付加的なエネルギーを加えることなく、上部反射器72を適所に保持するのに十分な量である。種々の実施形態においては、電荷の漏れがあるので、電荷を時々充電（リフレッシュ）することが必要な場合もある。

典型的な実施形態では、式Ｉにおいて定義される力が、以下の式IIに従ってばね機構82によってもたらされる線形のばね力と釣り合う（平衡を保つ）。
式II：F=k(d₀-d)
ただし、ｋは線形ばね定数であり、ｄ_０は間隙距離78の初期値である。

本特許出願の背景の部分において説明したように、式Ｉ及びIIの力が安定平衡状態にある範囲は、値(d₀-d)が０〜d₀/3の範囲にあるときに生じる。(d₀-d)＞d₀/3では、式Ｉの静電力の引力が、式IIのばね力に勝り、反射器74が反射器72に対してスナップ（パチンと当接）するようになり、望ましくない状態となる。これは、反射器74がd₀/3の位置を越えるときに、容量の増加に起因して、反射器72及び74上に余分な電荷が引き込まれ、それによって反射器72と74との間で、式Ｉによる引力が増大し、反射器74が反射器72に向かって引き寄せられるようになるために生じる。

しかしながら、式Ｉによる反射器72と74の間の力は、以下の式IIIに従って、電荷の関数として書き換えることができる。
式III：F=-Q²/2εA
ただし、Ｑはコンデンサ上の電荷である。

力Ｆを、距離ｄではなく、電荷Ｑの関数とする場合、反射器72の位置が、反射器72及び74上の電荷の量を制御することによって、間隙距離全体にわたって効果的に制御可能であることが明らかである。

さらに、微小電気機械素子70は、可変コンデンサ上の電荷Ｑの変化に起因する反射器72の動きに遅れを生じさせる機械的な時定数を有する。機械的な時定数は、中でも、ばね機構82に使用される材料によって、かつ微小電気機械素子が動作する環境によって制御することが可能である。たとえば、微小電気機械素子70の機械的な時定数は、空気を含む環境内で動作する際にある値を有し、ヘリウムを含む環境内で動作する際に別の値を有する。

電荷制御回路32はこれらの各特性を利用して、実質上その範囲全体にわたって間隙距離を制御する。イネーブル信号の持続時間に基づいて、選択可能な制御電圧を微小電気機械素子70に印加することによって、素子70の可変容量が、基準電圧が印加される持続時間にわたって「固定」されているように見える。ただし、この場合、その持続時間は素子70の機械的な時定数よりも短い。結果として、選択された基準電圧を印加することによって反射器72及び74上に蓄積される所望の電荷（Ｑ）は、以下の式IVによって決定される。
式IV：Q=C_INT×V_REF
ただし、Ｖ_REFは選択された基準電圧であり、Ｃ_INTは微小電気機械素子70の初期容量である。

イネーブル信号の持続時間（すなわち電気的な時定数）を機械的な時定数よりも小さく保持することによって、ある特定の持続時間にわたって微小電気機械素子70に基準電圧が印加され、所望の電荷が供給され、その後基準電圧は除去される。一旦、基準電圧が除去されると、微小電気機械素子70は浮動している状態、すなわち３ステートの状態になり、付加的な電荷が蓄積するのを防ぎ、微小電気機械素子70を電圧で直接制御する場合と比べて、増大した制御範囲にわたって間隙距離を効果的に制御することができるようになる。

前段の説明は理想的な平行板コンデンサ及び理想的な線形ばね復元力に関するものであるが、説明される原理が、干渉又は回折に基づくディスプレイ装置、平行板アクチュエータ、非線形のばね及び他の様式のコンデンサのような他の微小電気機械素子70にも適合させることができることは当業者には理解されよう。ディスプレイ装置の場合、利用可能な範囲、利用可能な間隙距離の制御範囲が大きくなることによって、より豊富な色、高い飽和レベル、高い強度を達成することができる。

一実施形態では、微小電気機械素子70は平行板アクチュエータ70である。平行板アクチュエータ70は、ばね機構82内に可撓性部材80を含む。ばね機構82は、第１のプレート72を支持し、第１のプレート72を第２のプレート74から分離するための復元力をもたらすように適合されている。可撓性部材80は、ばね機構82に取り付けられ、第２のプレート74を支持するように適合されている。ばね機構82及び可撓性部材80は、第１のプレート72を、撓み距離78又は間隙距離78において、第２のプレート74に対して概ね平行な向きに保持する。

一実施形態では、微小電気機械素子70は受動画素機構70である。画素機構70は、静電的に調整可能な上部反射器72及び底部反射器74からなり、これらの反射器は光共振器76を画定するように構成されている。電荷制御回路32は、上部反射器72及び底部反射器74上に所望の大きさの蓄電電荷を蓄え、それにより間隙距離78を制御することによって、受動画素機構70の可視光波長を選択するように構成されている。

図３は、本発明によるスイッチ回路40の一実施形態を90として概略的に示す図である。電荷制御回路32は、第１のスイッチ91と第２のスイッチ93を備える。一実施形態では、第１のスイッチ91は、ゲート94とソース96とドレイン98を有するｐチャネル金属酸化膜半導体（PMOS）素子である。一実施形態では、第２のスイッチ93は、ゲート104とドレイン106とソース108を有するｎチャネル金属酸化膜半導体（NMOS）素子である。

第１のスイッチ91は、選択された基準電圧（Ｖ_REF）を、経路54を介してソース96において受容し、イネーブル信号を、経路56を介してゲート94において受容する。ドレイン98は、経路60を介して、微小電気機械素子34の第１の導電性プレート42に接続されている。第２のスイッチ93は微小電気機械素子34の両端に接続され、ドレイン106が第１の導電性プレート42に接続され、ソース108が接地を介して第２の導電性プレート44に接続されている。第２のスイッチ93は、経路58を介して、ゲート104においてクリア信号を受容する。

スイッチ回路40は以下に記載するように動作して、所望の大きさの蓄電電荷が第１の導電性プレート42及び第２の導電性プレート44上に蓄えられるようにする。最初に、イネーブル信号は「ハイ」のレベルであり、クリア信号は「ロー」のレベルであり、基準電圧は選択された電圧レベルにある。その後、クリア信号が「ロー」から「ハイ」のレベルに変更され、第２のスイッチ93がオンに切り替わり、第１の導電性プレート42を接地に引き込み、それにより可変コンデンサ46上に蓄えられていた全ての蓄電電荷が除去、取り除かれる。その後、クリア信号は「ロー」のレベルに復帰し、第２のスイッチ93が再びオフとなる。

さらにイネーブル信号が「ハイ」から「ロー」のレベルに変更され、第１のスイッチ91がオンに切り替わり、それにより可変コンデンサ46に基準電圧が印加され、所望の電荷が第１の導電性プレート42及び第２の導電性プレート44上に蓄積できるようになり、よって間隙距離48が所望の距離に設定される。イネーブル信号は、所望の持続時間にわたって「ロー」のままであり、その後、「ハイ」のレベルに復帰して、第１のスイッチ91が再びオフとなり、微小電気機械素子34から基準電圧が切り離される。この時点で、微小電気機械素子は３ステートの状態又は分離されており、もはや電荷は流れること、移動することができない。所定の持続時間は、微小電気機械素子34の機械的な時定数よりも短く、結果として、所定の持続時間の間、可変コンデンサ46は実質上「固定されている」ように見えるので、蓄電電荷は式IVを利用して計算することができる。したがって、一実施形態では、所定の持続時間は固定値であり、基準電圧の値が変化して、それによって可変コンデンサ46上の蓄電電荷の大きさが制御される。

一実施形態では、スイッチ回路40は第２のスイッチ93を含まず、また可変コンデンサ46に所望の大きさの電荷を供給する前に、最初に可変コンデンサ46から蓄えられた電荷、蓄電電荷を除去するためのクリア信号を受容しない。したがって、０（零）の値から可変コンデンサ46に電荷を供給するのではなく、可変の間隙距離が変更される度に、基準電圧が必要に応じて変更され、ある間隙距離から別の間隙距離に移行する。大きな間隙距離から小さな間隙距離に移行するために、基準電圧を上昇させて、可変コンデンサ46に電荷が追加される。小さな間隙距離から大きな間隙距離に移行するために、基準電圧を降下させ、それによって可変コンデンサ46から電荷が除去される。

図４は、本発明による微小電気機械システム120の典型的な実施形態を示すブロック図である。微小電気機械システム120は、微小電気機械（MEM）セル122からなるＭ行×Ｎ列のアレイを含み、各セル122は微小電気機械素子34及びスイッチ回路40からなる。簡略化するために図示していないが、各微小電気機械素子34はさらに、可変の間隙距離48によって分離され、可変コンデンサ46を形成する第１の導電性プレート42及び第２の導電性プレート44も備える。

各スイッチ回路40は、その関連する微小電気機械素子34の可変コンデンサ46上に蓄えられる電荷、蓄電電荷の大きさを制御し、それによって関連する可変の間隙距離48を制御するように構成されている。アレイのＭ個の各行は、全部でＭ個のクリア信号及びＭ個のイネーブル信号を得るために、個々のクリア信号124及びイネーブル信号126を受容し、ある所与の行の全てのスイッチ回路40は同じクリア信号及びイネーブル信号を受容する。アレイのＮ個の各列は、全部でＮ個の基準電圧信号を得るために、個々の基準電圧（Ｖ_REF）128を受容する。

微小電気機械セル122の所与の行の各微小電気機械素子32に対して所望の電荷を蓄え、すなわち「書き込む」ために、選択された値を有する基準電圧がＮ個の各列に供給され、Ｎ個の各基準電圧信号は異なる選択された値を有する可能性がある。その後、所与の行のためのクリア信号の「パルス」が供給され、所与の行の各スイッチ回路40が、その関連する微小電気機械素子34から、蓄えられている可能性がある全ての電荷を除去又はクリアする。その後、所与の列のためのイネーブル信号の「パルス」が供給され、所与の行の各スイッチ回路40が、その関連する微小電気機械素子に対して、その関連する基準電圧を所定の持続時間にわたって印加する。結果として、印加された基準電圧の値に基づく所望の大きさの蓄電電荷が、関連する可変コンデンサ上に蓄えられ、それによって蓄電電荷の所望の大きさに基づいて、可変の間隙距離が設定される。この手順は、アレイの行毎に繰り返され、アレイの各微小電気機械セルに所望の電荷が「書き込まれる」。

好ましい実施形態を説明するために、特定の実施形態を図示し、記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、図示及び記載した特定の実施形態の代わりに、種々の代替及び／又は同等の実施態様を利用することができることは当業者には理解されよう。化学、機械、電気機械、電気及びコンピュータ分野の熟練者は、本発明が非常に広範な実施形態において実施可能であることを容易に理解することができよう。本特許出願は、本明細書で説明する好ましい実施形態の任意の改変又は変更をも網羅することを意図している。したがって本発明は、特許請求の範囲の記載及びそれと同等のものによってのみ制限されることを明らかに意図している。

本発明による微小電気機械システムの例示的な実施形態を示す概略図である。微小電気機械素子の例示的な実施形態を示す概略図である。電荷制御回路の例示的な実施形態を示す概略的な回路図である。本発明による微小電気機械システムの例示的な実施形態を示す概略図である。

符号の説明

３２電荷制御回路
３４ MEM素子
３６可変電源
３８コントローラ
４０スイッチ回路
４２第１の導電性プレート
４４第２の導電性プレート
４６可変コンデンサ
４８間隙距離

Claims

微小電気機械システム（30）であって、
可変の間隙距離（48）によって分離されている移動可能な第１の導電性プレート（42）と固定されている第２の導電性プレート（44）によって形成されている可変コンデンサ（46）を有する微小電気機械システム（MEMS）素子（34）と、
スイッチ回路（40）であって、選択された電圧レベルを有する基準電圧を受容するように構成され、かつ少なくとも前記MEMS素子の電気的な時定数と同程度に長いが、前記MEMS素子の機械的な時定数よりも短い持続時間を有するイネーブル信号に応答して、前記持続時間にわたって前記第１のプレートと前記第２のプレートの間に前記選択された電圧レベルを印加し、それによって所望の大きさの蓄電電荷が前記可変コンデンサ上に蓄積できるように構成され、前記可変の間隙距離が前記蓄電電荷の前記大きさの関数であるスイッチ回路（40）とからなる微小電気機械システム。
前記MEMS素子及び前記スイッチ回路が共に微小電気機械セルを形成している請求項１に記載の微小電気機械システム。
前記微小電気機械セル（122）からなるＭ行×Ｎ列のアレイ（120）を含む請求項２に記載の微小電気機械システム。
前記Ｍ行の各行が個別のイネーブル信号（126）を受容し、所与の行のＮ個の全スイッチ回路が同じイネーブル信号を受容し、前記Ｎ列の各列が個別の基準電圧（128）を受容し、所与の列のＭ個の全スイッチ回路が同じ基準電圧を受容し、前記個別の各基準電圧が異なる選択された電圧レベルを有し得る請求項３に記載の微小電気機械システム。
前記アレイの前記Ｎ列に前記基準電圧を供給するように構成されている可変電源と、
前記アレイの前記Ｍ行に前記イネーブル信号を供給し、前記可変電源によって前記アレイの前記Ｎ列に供給される前記基準電圧の選択された電圧レベルを制御するように構成されているコントローラとをさらに含む請求項３に記載の微小電気機械システム。
前記各スイッチ回路がさらに、クリア信号に応答して、前記可変コンデンサ上の蓄電電荷を放電するように構成されている請求項３に記載の微小電気機械システム。
前記Ｍ行の各行が個別のクリア信号（124）を受容し、所与の行のＮ個の全スイッチ回路が同じクリア信号を受容する請求項６に記載の微小電気機械システム。
前記アレイの前記Ｎ列に前記基準電圧を供給するように構成されている可変電源と、
前記アレイの前記Ｍ行に前記イネーブル信号及び前記クリア信号を供給し、前記可変電源によって前記アレイの前記Ｎ列に供給される前記基準電圧の選択された電圧レベルを制御するように構成されているコントローラとをさらに含む請求項６に記載の微小電気機械システム。
受動画素機構（70）を備え、該受動画素機構が、
可変コンデンサを形成し、可変の間隙距離（78）によって分離されて光共振器（76）を画定する第１の反射器（72）及び第２の反射器（74）と、
スイッチ回路であって、選択された電圧レベルを有する基準電圧を受容するように構成され、かつ少なくとも前記受動画素機構の電気的な時定数と同程度に長いが、前記受動画素機構の機械的な時定数よりも短い持続時間を有するイネーブル信号に応答して、前記持続時間にわたって前記第１の反射器と前記第２の反射器の間に前記選択された電圧レベルを印加し、それによって所望の大きさの蓄電電荷が前記可変コンデンサ上に蓄積できるように構成され、前記光共振器の前記可変の間隙距離が前記蓄電電荷の大きさの関数であるスイッチ回路とからなるディスプレイ装置。
前記各スイッチ回路がさらに、
前記微小電気機械素子に接続され、前記イネーブル信号に応答して、前記イネーブル信号の持続時間にわたって、前記微小電気機械素子に前記基準電圧を供給するように構成されている第１のスイッチと、
前記第１の導電性プレートと前記第２の導電性プレートとの間に接続され、クリア信号に応答して、前記可変コンデンサから前記蓄電電荷を放電するように構成されている第２のスイッチを備えている請求項１又は９に記載のスイッチ回路。
前記第１のスイッチが、
前記基準電圧を受容するように構成されているソース（96）と、前記イネーブル信号を受容するように構成されるゲート（94）と、前記イネーブル信号に基づいて前記微小電気機械素子に前記基準電圧を供給するように構成されているドレイン（98）とを有するｐチャネル金属酸化膜半導体（PMOS）素子（91）を含む請求項１０に記載のスイッチ回路。
前記第２のスイッチが、
前記クリア信号を受容するように構成されているゲート（104）と、前記第１の導電性プレートと前記第２の導電性プレートの間に接続されているドレイン（106）及びソース（108）とを有するｎチャネル金属酸化膜半導体（NMOS）素子（93）を含む請求項１０に記載のスイッチ回路。
請求項１に記載の電荷制御回路がさらに、
前記選択された電圧レベルで前記基準電圧を供給するように構成されている可変電源（36）と、
前記イネーブル信号及び前記クリア信号を供給し、前記可変電源によって供給される前記基準電圧の選択された電圧レベルを制御するように構成されているコントローラ（38）とを備える請求項１０に記載のスイッチ回路。
可変の間隙距離を画定する可変コンデンサを有する微小電気機械システム（MEMS）素子を制御する方法であって、電荷制御回路を含むものにおいて、
少なくとも前記MEMS素子の電気的な時定数と同程度に長いが、前記MEMS素子の機械的な時定数よりも短い持続時間にわたって、前記MEMS素子の両端に選択された電圧レベルを有する基準電圧を印加し、所望の大きさの蓄電電荷を前記可変コンデンサ上に蓄積するステップを含み、前記可変の間隙距離が前記蓄電電荷の大きさの関数である方法。
前記微小電気機械システム素子の両端に前記基準電圧を印加する前に、前記可変コンデンサ上の蓄電電荷を除去するステップをさらに含む請求項１４に記載の方法。