JP2008514987A - 光干渉変調器中の変形可能な膜の作動電圧しきい値を修正するためのデバイスと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光干渉変調器中の変形可能な膜の作動電圧しきい値を修正するためのデバイスと方法を提供する。
【解決手段】部分的に反射的で部分的に透過性のある表面１６と、部分的に反射的で部分的に透過性のある表面１６の後ろに配置された反射面１４との間の間隔を変えることによって、光干渉変調器１２は、二つの反射面１４，１６で反射して去る光波の強め合うおよび／または弱め合う干渉を作り出す。間隔は電圧を印加することによって変えることができ、二つの表面１４，１６の間の静電引力を作り出し、それは一方または両方の表面１４，１６を変形させ互いにより近くに移動させる。そのような引力がない状態では、表面１４，１６は弛緩位置にあり、それらは互いにそれ以上離れない。作動電圧は、表面１４，１６を変形させるに十分な静電引力を作り出す必要がある。
【選択図】

Description

本発明は、光干渉変調器としての使用のための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関し、特には、強め合うおよび／または弱め合う光波の干渉を選択的に作り出すためのデバイスと方法に関する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）はマイクロメカニカル素子とアクチュエーターと電子機器とを含んでいる。マイクロメカニカル素子は、基板および／または堆積物質層の一部をエッチング除去するか層を追加して電気デバイスや電気機械デバイスを形成する堆積およびまたはエッチング、ほかのマイクロマシーニングプロセスを用いて作製しうる。ＭＥＭＳデバイスの一つのタイプは光干渉変調器と呼ばれる。ここに使用する光干渉変調器や光干渉光変調器との用語は、光干渉の法則を使用して光を選択的に吸収および／または反射するデバイスを指す。ある実施形態では、光干渉変調器は一対の伝導プレートを備えていてもよく、その一方または両方は、全体または一部が透明および／または反射的であってもよく、適当な電気信号の印加に対して相対運動可能であってもよい。特定の実施形態では、一方のプレートが基板上に堆積された静止層を備えていてもよく、他方のプレートが空隙によって静止層から離れた金属膜を備えていてもよい。ここに詳細に説明するように、一方のプレートの他方に対する位置は、光干渉変調器への入射光の光干渉を変化させることができる。そのようなデバイスは広範囲の用途を有しており、既存製品を改善してまだ開発されていない新製品を作り出すのにそれらの特徴を利用できるようにこれらのタイプのデバイスの特性を利用および／または修正する技術分野にとって有益であろう。

本発明の一つの観点によると、微小電気機械システムが提供される。微小電気機械システムは導体層と機械的層と荷電層とを備えている。機械的層はキャビティによって導体層から分離され、導体層に対して移動するように構成されている。荷電層は組み込み荷電種を有し、導体層と機械的層の間に堆積されている。

本発明の別の観点によると、電磁放射の変調するための方法が供給される。方法は、複数の微小電気機械デバイスを提供することを有している。各デバイスは、導体層と、反射層と、導体層と反射層の間の荷電層とを備えている。荷電層は組み込み荷電種を有している。反射層は、弛緩状態のあいだ、導体層に平行に間隔が空けられている。いくつかの微小電気機械デバイスにおける距離は、ほかの微小電気機械デバイスと異なっている。反射層は、作動状態に切り替えられたときに、導体層に対して移動するように構成されている。微小電気機械デバイスを作動させるために微小電気機械デバイスの導体層と反射層に電圧が印加される。

本発明のまた別の観点によると、微小電気機械デバイスを製造するための方法が供給される。方法は、第一の伝導層を形成することと、第一の伝導層上に誘電体層を形成することと、誘電体層に電荷を加えることと、誘電体層上の第二の伝導層を形成することとを有している。

本発明の別の観点によると、光干渉変調器が提要される。変調器は、光を部分的に反射するための第一の手段と、光を反射するための第二の手段とを備えている。第二の手段は、電圧差の発生に応じて第一と第二の手段の間で第一の手段に対して移動するように構成されている。光干渉変調器はまた、第二の手段の電圧作動しきい値を荷電種で修正するための第三の手段を備えている。

以下に非常に詳細に論じるように、光干渉変調器は、反射部分（「反射層」）を部分的に透過性があり部分的に反射的である部分（「光学スタック」）（それは反射部から間隔が空けられている）に対して移動させることによって、明状態と反射状態との間で切り替えることができる。移動は、二つの部分の間に静電引力を作り出すことによって作動され、それは部分の少なくとも一方を他方に対して移動させる。作動位置では、部分の一方が正味正電荷を有し、その一方で他方の部分が正味負電荷を有しており、これにより部分が互いに引き寄せられる。弛緩位置では、部分間の正味電荷は、移動に対する部分の機械的抵抗に打ち勝つには不十分であり、部分は比較的離れて間隔が空けられている。部分を作動位置に引き寄せるのに十分な静電引力を生成するために必要とされる電圧は作動電圧と呼びうる。

いくつかの好ましい実施形態によれば、作動電圧は、イオンなどの正および／または負の荷電種を反射層および／または光学スタック内に組込むことによって変更することができる。反射層および／または光学スタックは好ましくは誘電体層が設けられており、それは反射層と光学スタックの間に位置しており、その中に荷電種を埋め込むことができる。荷電種は電荷の一定の基線レベルを作り出し、それは光学スタックと反射層に電圧を印加するときに生成される静電引力の一部を増大させるおよび／または打ち消す。その結果、より高いかより低い作動電圧が、たとえば反射層を作動位置へ移動させるのに必要な静電引力の正味レベルを生成するために必要とされうる。たとえば、反射層と光学スタックがそれぞれ正電荷と負電荷を有するように配線されれば、次に正荷電イオンを注入することによって作動電圧を増大させることができ、それは正荷電反射層を追い払うことができる。反対に、負荷電イオンを注入することによって作動電圧を減少させることができ、それは正荷電反射層を引き寄せるのを助ける。したがって、荷電種の組み込みは、作動電圧を望みどおりに変更するために使用することができる。

以下にさらに論じるように、光干渉変調器は、印加電圧の範囲を越えて特定の状態のままになるヒステリシスふるまいを示すこともわかるであろう。印加電圧のこの範囲は「ヒステリシス窓」と呼ぶ。たとえば、光干渉変調器は、作動位置に切り替わるとき、印加電圧が作動電圧に増大されるまで弛緩位置に安定したままである。光干渉変調器は次に、印加電圧がある電圧以下に下がるまで、作動状態に安定したままである。たとえばイオン注入による事前の荷電は好ましくはヒステリシス窓を実質的に非荷電にし、作動電圧で窓をシフトさせる。好都合なことに、このシフトさせることは、以下に論じるように、窓が望みどおりに中心にくるのを可能にして、ドライバーとコントロールシステムの単純化を可能にする。

続く詳細な説明は、本発明のある特定の実施形態に向けられている。しかしながら、本発明は多くの異なる手法で具体化することができる。この説明では、同様の部材は同様の符号で示す参照符号を図面に付す。続く説明から明らかように、実施形態は、動画（たとえばビデオ）か静止画（たとえばスチル画像）かを問わず、さらに文字か絵かを問わず、画像を表示するように構成されたあらゆるデバイスにおいて実施しうる。特に、実施形態は、これに限定されないが、移動電話や無線デバイス、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ハンドヘルドまたは携帯型コンピューター、ＧＰＳレシーバー／ナビゲーター、カメラ、ＭＰ３プレーヤー、カムコーダー、ゲーム機、腕時計、時計、計算機、テレビジョンモニター、フラットパネルディスプレイ、コンピューターモニター、自動ディスプレイ（たとえば走行記録計ディスプレイその他）、コックピットのコントロールやディスプレイ、カメラ視のディスプレイ（たとえば乗り物の背面カメラのディスプレイ）、電子写真、電子の広告板や標識、プロジェクター、建築物、パッケージング、美的構造物（たとえば一つの宝石の画像）など、さまざまな電子デバイスにおいて実施しうるか関連しうることが予想される。ここに説明したものと同様の構造体のＭＥＭＳデバイスは電子スイッチデバイスなどの非ディスプレイ用途において使用することもできる。

光干渉ＭＥＭＳディスプレイ素子を備えている一つの光干渉変調器ディスプレイ実施形態を図１に示す。これらのデバイスでは、画素は明暗状態のいずれかにある。明（「オン」または、「開放」）状態では、ディスプレイ素子は、入射可視光の大部分をユーザーへ反射する。暗（「オフ」または「閉鎖」）状態では、ディスプレイ素子は、入射可視光をユーザーへほとんど反射しない。実施形態によっては、「オン」状態と「オフ」状態の光反射特性は逆であってもよい。ＭＥＭＳ画素は、白黒に加えてカラー表示を考慮し、特定の色で主に反射するように構成することが可能である。

図１は、視覚ディスプレイの一連の画素中の二つの隣接画素を描いた等角投影図であり、各画素はＭＥＭＳ光干渉変調器を備えている。いくつかの実施形態では、光干渉変調器ディスプレイは、これらの光干渉変調器の行／列アレイを備えている。各光干渉変調器は、互いに可変かつ制御可能な距離に位置する一対の反射層を含んでおり、少なくとも一つの可変次元をもつ共振光学キャビティを形成している。一実施形態では、一方の反射層が二つの位置の間で移動されうる。第一の位置（ここでは弛緩位置と呼ぶ）では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きな距離に位置している。第二の位置（ここでは作動位置と呼ぶ）では、可動反射層は、固定部分反射層に隣接し密接して位置している。二つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて強め合ってまたは弱め合って干渉し、各画素について全体反射状態または非反射状態のいずれかを作り出す。

図１の画素アレイの図示部分は二つの隣接する光干渉変調器１２を含んでおり、それらは別々に１２ａと１２ｂと呼ぶ。光干渉変調器１２はそれぞれ可動機械的層１４（それは好ましくは反射的である）と光学スタック１６とを有し、それらは可動反射層１４ａと１４ｂと光学スタック１６ａと１６ｂと別々に呼びうる。左側の光干渉変調器１２ａでは、可動反射層１４ａは光学スタック１６ａからの所定距離の弛緩位置に図示されており、光学スタック１６ａは部分的反射層を含んでいる。右側の光干渉変調器１２ｂでは、可動反射層１４ｂは光学スタック１６ｂに隣接する作動位置に図示されている。光学スタック１６ａと１６ｂ（光学スタック１６と総称する）は、ここに参照するように、典型的にはいくつかの融合層からなり、それらは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの電極層、クロムなどの部分的反射層、透明誘電体を含みうる。したがって、光学スタック１６は、電気的に伝導性で、部分的に透明で、部分的に反射的であり、たとえば透明基板２０上に上記の層の一つ以上を堆積することにより作られうる。いくつかの実施形態では、層は平行ストリップにパターニングされ、後述するようにディスプレイデバイス中の行電極を形成しうる。可動反射層１４ａ，１４ｂは、ポスト１８の上面およびポスト１８間に堆積された介在犠牲物質の上に堆積された（行電極１６ａ，１６ｂに直交する）一つまたは複数の堆積金属層の一連の平行ストリップとして形成してもよい。犠牲物質をエッチング除去すると、可動反射層１４ａ，１４ｂが光学スタック１６ａ，１６ｂから規定間隙１９だけ離れる。アルミニウムなどの高伝導反射物質を反射層１４に使用してもよく、これらのストリップがディスプレイデバイスの列電極を形成してもよい。

印加電圧がないとき、図１の画素１２ａに示すように、可動反射層１４ａと光学スタック１６ａの間にキャビティ１９が残り、可動反射層１４ａは機械的弛緩状態にある。しかしながら、選択した行と列に電位差を印加すると、対応する画素の行電極と列電極の交差により形成されたコンデンサーがチャージされ、静電力が電極同士を引き寄せる。電圧が十分に高ければ、可動反射層１４が変形し、光学スタック１６に押し付けられる。図１の右側の画素１２ｂに示されるように、光学スタック１６内の（この図には示していない）誘電体層が、作動位置において、短絡するのを防ぐとともに層１４と層１６の間の分離距離を制御しうる。その振る舞いは印加電位差の極性にかかわらず同じである。このように、反射対非反射画素状態を制御することができる行／列作動は、従来のＬＣＤやほかのディスプレイ技術で使用される行／列作動に多くの点で類似している。

図２〜５は、表示用途の光干渉変調器のアレイを使用するための一つの代表的なプロセスとシステムを示している。

図２は、本発明の観点を組み込んでよい電子デバイスの一実施形態を示すシステムブロック図である。この代表的な実施形態では、電子デバイスは、ＡＲＭやＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩＩ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＶ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標） Ｐｒｏ、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ ＰＣ（登録商標）、ＡＬＰＨＡ（登録商標）などの任意の汎用シングルまたはマルチチップマイクロプロセッサー、またはデジタルシグナルプロセッサーやマイクロコントローラー、プログラマブルゲートアレイなどの任意の専用マイクロプロセッサーであってもよいプロセッサー２１を含んでいる。この分野で一般に行なわれているように、プロセッサー２１は一つ以上のソフトウェアモジュールを実行するように構成されうる。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサーは、ウェブブラウザや電話アプリケーション、電子メールプログラム、ほかのソフトウェアアプリケーションを含め、一つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されてもよい。

一実施形態では、プロセッサー２１もアレイドライバー２２と通信するように構成されている。一実施形態では、アレイドライバー２２は、パネルすなわちディスプレイアレイ（ディスプレイ）３０に信号を供給する行ドライバー回路２４と列ドライバー回路２６を含んでいる。図１に示したアレイの断面は図２の１−１線によって示されている。ＭＥＭＳ光干渉変調器については、行／列作動プロトコルは、図３に示したデバイスのヒステリシス特性を利用してよい。可動層を弛緩状態から作動状態まで変形させるにはたとえば１０ボルトの電位差を必要としてよい。しかしながら、電圧がその値から低下するとき、電圧が１０ボルト未満に降下する際、可動層はその状態を維持する。図３の代表的な実施形態では、電圧が２ボルト未満の降下するまで可動層は完全に弛緩しない。したがって、デバイスが弛緩または作動状態で安定している印加電圧の窓が存在する電圧の範囲（図３に示した例では約３〜７Ｖ）がある。ここでは、これを「ヒステリシス窓」または「安定窓」と呼ぶ。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイは、行ストロービングのあいだ、ストローブされた行中の作動されるべき画素が約１０ボルトの電圧差にさらされ、弛緩されるべき画素が０ボルト近くの電圧差にさらされるように、行／列作動プロトコルを設計することが可能である。ストローブの後、画素は、行ストローブによっておかれた状態のままであるように、約５ボルトの定常状態電圧差にさらされる。書き込み後、各画素は、この例の３−７ボルトの「安定窓」内の電位差にある。この特徴は、図１に示した画素設計を同じ印加電圧状態の下で作動または弛緩の事前状態のいずれかに安定にする。光干渉変調器の各画素は、作動状態であれ弛緩状態であれ、実質的に固定反射層と可動反射層によって形成されるコンデンサーであるので、この安定状態は、ほとんど消費電力を伴わないヒステリシス窓内の電圧で保持することができる。印加電位が固定されていれば、実質的に電流は画素に流れ込まない。

代表的アプリケーションでは、表示フレームは、第一行中の作動画素の所望のセットにしたがって列電極のセットをアサートすることにより作成してよい。次に行パルスを行１電極に印加し、アサートされた列線に対応する画素を作動させる。次に列電極のアサートされたセットを変更し、第二行中の作動画素の所望のセットに対応させる。次にパルスを行２電極に印加し、行２中の適当な画素をアサートされた列電極にしたがって作動させる。行１画素は行２パルスに影響されず、行１パルスのあいだに設定された状態のままである。これを一連の行の完全にわたり順次に繰り返してフレームを生成してよい。一般に、フレームは、毎秒所望のフレーム数でこのプロセスを絶えず繰り返すことにより、新しい表示データでリフレッシュおよび／またはアップデートされる。表示フレームを生成するために画素アレイの行電極と列電極を駆動するための種々さまざまなプロトコルもまた周知であり、これは本発明と共に使用してよい。

図４と５は、図２の３×３アレイに表示フレームを生成するための一つの可能な作動プロトコルを示している。図４は、図３のヒステリシス曲線を示す画素に使用してよい列と行の電圧レベルの可能なセットを示している。図４の実施形態において、画素を作動させることは、適切な列を−Ｖ_ｂｉａｓに、適切な行を＋ΔＶにセットすることを含んでおり、それらは、それぞれ、−５ボルトと＋５ボルトに一致していてもよい、画素を弛緩させることは、適切な列を＋Ｖ_ｂｉａｓに、適切な行を同じ＋ΔＶにセットして、画素を横切ってゼロボルト電位差を生成することより実施する。行電圧がゼロボルトに保持される行では、画素は、列が＋Ｖ_ｂｉａｓか−Ｖ_ｂｉａｓかにかかわらず、それらがもとあった状態で安定している。また図４に示すように、上述したほかに逆極性の電圧を使用することができること、たとえば、画素を作動させることが適切な列を＋Ｖ_ｂｉａｓに、適切な行を−ΔＶにセットすることを含みうることがわかるであろう。本実施形態では、画素を開放することは、適切な列を−Ｖ_ｂｉａｓに、適切な行に−ΔＶをセットして、画素を横切ってゼロボルト電位差を生産することにより実施する。

図５Ｂは、図５Ａに示したディスプレイ配列をもたらす図２の３×３アレイに印加する一連の行と列の信号を示しているタイミング図であり、ここで作動画素は非反射である。図５Ａに示したフレームを書き込む前に、画素は任意の状態であってもよく、この例では、すべての行が０ボルト、すべての列が＋５ボルトにある。これらの印加電圧では、すべての画素はそれらの既存の作動状態または弛緩状態で安定している。

図５Ａのフレーム中では、画素（１，１）と（１，２）、（２，２）、（３，２）、（３，３）が作動される。これを実施するため、行１の「線時間」のあいだ、列１と列２は−５ボルトにセットし、列３は＋５ボルトにセットする。これは任意の画素の状態を変更しない。なぜなら、すべての画素は３〜７ボルトの安定窓にあるままであるからである。次に行１を、０から５ボルトまで上がってゼロに戻るパルスでストローブする。これは（１，１）と（１，２）画素を作動させ、（１，３）画素を弛緩させる。アレイ中のほかの画素は影響されない。行２を望むようにセットするため、列２を−５ボルトにセットし、列１と列３を＋５ボルトにセットする。次に行２に印加した同じストローブは、画素（２，２）を作動させ、画素（２，１）と（２，３）を弛緩させる。再び、アレイ中のほかの画素は影響されない。列２と列３を−５ボルトに、列１を＋５ボルトにセットすることにより行３を同様にセットする。行３のストローブは図５Ａに示すように行３の画素をセットする。フレームを書き込んだ後、行電位はゼロになり、列電位は＋５または−５ボルトの一方のままとなることが可能であり、ディスプレイは次に図５Ａの配列で安定する。多数すなわち何百もの行と列に対して同じ手順を使用することが可能であることがわかるであろう。行と列の作動を実施するのに使用される電圧のタイミングとシーケンスとレベルは、上に概説した一般的な原理の範囲内で広く変えることが可能であり、上述の例は代表的なだけであり、任意の作動電圧方法もここに説明したシステムと方法で使用することが可能である。

図６Ａと６Ｂは、ディスプレイデバイス４０の実施形態を示すシステムブロック図である。ディスプレイデバイス４０はたとえば携帯（移動）電話とすることができる。しかしながら、ディスプレイデバイス４０またはそれの少しの変形の同じコンポーネントは、テレビやポータブルメディアプレイヤーなどのさまざまなタイプのディスプレイデバイスの例ともなる。ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１とディスプレイ３０とアンテナ４３とスピーカー４５とマイクロホン４６と入力デバイス４８とを含んでいる。ハウジング４１は一般に、射出成形と真空成形を含む、当業者に周知なさまざまな製造プロセスのいずれかから形成される。さらに、ハウジング４１は、これらに限定されないが、プラスチックや金属、ガラス、ゴム、陶器、またはそれらの組み合わせを含む、さまざまな物質のいずれかから作られうる。一実施形態では、ハウジング４１は、異なる色のまたは異なるロゴや絵や記号を有しているほかの着脱部と交換されてよい（図示しない）着脱部を含んでいる。

代表的なディスプレイデバイス４０のディスプレイ３０は、ここに説明するように、双安定ディスプレイを含むさまざまなディスプレイのいずれかであってもよい。ほかの実施形態では、ディスプレイ３０は、当業者に周知なように、プラズマやＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤ、上述したＴＦＴ ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ、またはＣＲＴやほかのチューブデバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含んでいる。しかしながら、本実施形態を説明する目的のため、ディスプレイ３０は、ここに説明するように、光干渉変調器ディスプレイを含んでいる。代表的なディスプレイデバイス４０の一実施形態のコンポーネントを図６Ｂに概略的に示す。図示の代表的なディスプレイデバイス４０はハウジング４１を含んでおり、その中に少なくとも部分的に囲まれた追加コンポーネントを含むことができる。たとえば、一実施形態では、代表的なディスプレイデバイス４０は、トランシーバー４７に接続されるアンテナ４３を含むネットワークインターフェース２７を含んでいる。トランシーバー４７はプロセッサー２１に連結されており、それはコンディショニングハードウェア５２に連結されている。コンディショニングハードウェア５２は信号を整える（たとえば信号をフィルター処理する）ように構成されうる。コンディショニングハードウェア５２はスピーカー４５とマイクロホン４６に連結されている。プロセッサー２１も入力デバイス４８とドライバーコントローラー２９に連結されている。ドライバーコントローラー２９はフレームバッファ２８とアレイドライバー２２に接続され、これはさらにディスプレイアレイ３０に接続されている。電源５０は、特定の代表的なディスプレイデバイス４０設計によって必要とされるすべてのコンポーネントにパワーを供給する。

ネットワークインターフェース２７は、代表的なディスプレイデバイス４０がネットワーク上の一つ以上のデバイスと通信できるように、アンテナ４３とトランシーバー４７を含んでいる。一実施形態では、ネットワークインターフェース２７はまたいくつかの処理容量を有し、プロセッサー２１の要件を取り除いてもよい。アンテナ４３は、信号の送受信用の当業者に周知の任意のアンテナである。一実施形態では、アンテナは、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格によりＩＥＥＥ ８０２．１１（ａ）や（ｂ）や（ｇ）を含むＲＦ信号を送受信する。別の実施形態では、アンテナはＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）規格によりＲＦ信号を送受信する。携帯電話の場合、アンテナは、無線セル電話ネットワーク内で通信するために使用されるＣＤＭＡやＧＳＭ、ＡＭＰＳ、ほかの既知信号を受信するように設計されている。トランシーバー４７はアンテナ４３から受信した信号を、それらがプロセッサー２１によって受信されさらに操作されうるように前処理する。トランシーバー４７はまたプロセッサー２１から受信した信号を、それらがアンテナ４３を介して代表的なディスプレイデバイス４０から送信されうるように処理する。

代替実施形態では、トランシーバー４７はレシーバーと交換することが可能である。また別の代替実施形態では、ネットワークインターフェース２７は像源と取り替えることが可能であり、像源はプロセッサー２１に送る画像データを記憶または生成することができる。たとえば、像源は、画像データを収容したデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）やハードディスクドライブ、または画像データを生成するソフトウェアモジュールとすることができる。

プロセッサー２１は一般に、代表的なディスプレイデバイス４０の動作全体を制御する。プロセッサー２１は、ネットワークインターフェース２７や像源からの圧縮画像データなどのデータを受信し、そのデータを行画像データに、または行画像データへ容易に処理されるフォーマットに処理する。次にプロセッサー２１は処理したデータを記憶のためにドライバーコントローラー２９またはフレームバッファ２８へ送る。生データは、典型的には画像内の各場所における画像特性を識別する情報を指す。たとえば、そのような画像特性は、色と彩度とグレースケールレベルを含みうる。

一実施形態では、プロセッサー２１は、マイクロコントローラーまたはＣＰＵ、論理演算装置を含み、代表的なディスプレイデバイス４０の動作を制御する。コンディショニングハードウェア５２は、スピーカー４５に信号を送信するために、またマイクロホン４６から信号を受信するために、一般に増幅器とフィルターを含んでいる。コンディショニングハードウェア５２は代表的なディスプレイデバイス４０内のディスクリートコンポーネントであってもよく、またはプロセッサー２１やほかのコンポーネント内に組み込まれていてもよい。

ドライバーコントローラー２９は、プロセッサー２１によって生成された行画像データをプロセッサー２１から直接またはフレームバッファ２８からとり、アレイドライバー２２への高速伝送に適切な行画像データに再フォーマットする。具体的には、ドライバーコントローラー２９は行画像データを、ラスター状フォーマットを有するデータ流れに再フォーマットし、それは、ディスプレイアレイ３０を横切って走査するのに適した時間順序を有している。次にドライバーコントローラー２９はフォーマットした情報をアレイドライバー２２に送る。ＬＣＤコントローラーなどのドライバーコントローラー２９はしばしばスタンドアロンの集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサー２１に付随されるが、そのようなコントローラーは多くの手法によって実現されてよい。それらはハードウェアとしてプロセッサー２１に埋め込まれても、ソフトとしてプロセッサー２１に埋め込まれても、アレイドライバー２２にハードウェアに完全に集積されてもよい。

典型的には、アレイドライバー２２はドライバーコントローラー２９からフォーマットされた情報を受信し、ビデオデータを、ディスプレイのｘ−ｙマトリックスの画素から来る何百もの時には何千ものリードに毎秒何度も印加される波形の並列セットに再フォーマットする。

一実施形態では、ドライバーコントローラー２９とアレイドライバー２２とディスプレイアレイ３０は、ここに説明したディスプレイのどのタイプにも適切である。たとえば、一実施形態では、ドライバーコントローラー２９は、従来のディスプレイコントローラーや双安定ディスプレイコントローラー（たとえば光干渉変調器コントローラー）である。別の実施形態では、アレイドライバー２２は、従来のドライバーや双安定ディスプレイドライバー（たとえば光干渉変調器ディスプレイ）である。一実施形態では、ドライバーコントローラー２９はアレイドライバー２２に集積されている。そのような実施形態は、携帯電話、時計、ほかの小面積ディスプレイなどの高集積システムに共通している。また別の実施形態では、ディスプレイアレイ３０は、典型的なディスプレイアレイや双安定ディスプレイアレイ（たとえば光干渉変調器のアレイを含むディスプレイ）である。

入力デバイス４８は、ユーザーが代表的なディスプレイデバイス４０の動作を制御するのを可能にする。一実施形態では、入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードや電話キーパッドなどのキーパッドや、ボタン、スイッチ、タッチセンシティブスクリーン、感圧または感熱膜を含んでいる。一実施形態では、マイクロホン４６は代表的なディスプレイデバイス４０用の入力デバイスである。マイクロホン４６を使用してデバイスにデータを入力するとき、代表的なディスプレイデバイス４０の動作を制御するためにユーザーがボイスコマンドを与えてもよい。

この分野で周知なように、電源５０はさまざまなエネルギー蓄積装置を含みうる。たとえば、一実施形態では、電源５０は、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン電池などの充電式電池である。別の実施形態では、電源５０は、再生可能エネルギー源とコンデンサー、プラスチック太陽電池と太陽電池ペイントを含む太陽電池である。別の実施形態では、電源５０は壁付コンセントからパワーを受け取るように構成される。

いくつかの実施においては、上述したように、電子ディスプレイシステムのいくつかの場所に配置することが可能であるドライバーコントローラーに、制御プログラム化が存在する。いくつかのケースでは、制御プログラム化はアレイドライバー２２に存在する。たくさんのハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントおよびさまざまな構成に対して上述した最適化が実現されてよいことは当業者であればわかるであろう。

上述した原理にしたがって動作する光干渉変調器の構造の詳細は広く変更されてよい。たとえば、図７Ａ〜７Ｅは、可動反射層１４をその支持構造の５つの異なる実施形態を示している。図７Ａは図１の実施形態の断面図であり、金属物質１４のストリップが直交して延びている支持体１８上に堆積されている。図７Ｂでは、可動反射層１４がつなぎ３２によってコーナーだけで支持体に取り付けられている。図７Ｃでは、移動の機能と反射率は分離している。可動反射層１４が変形可能層３４からつるされており、変形可能層３４は可撓性金属で構成されうる。変形可能層３４は、直接または間接的に、変形可能層３４の周囲の周りの基板２０に連結している。これらの接続はここでは支持ポストと呼ぶ。変形可能層３４は機械的層を構成し、層１４は反射面である。図７Ｄに示した実施形態では、支持ポスト１８は、その上に変形可能層３４が横たわる支持ポストプラグ４２を有している。図７Ａ〜７Ｃのように、可動反射層１４はキャビティの上につるされるが、図７Ｂ〜７Ｃとは異なり、変形可能層３４の堆積は、変形可能層３４と光学スタック１６の間の穴を満たすことにより、支持ポストを形成しない。むしろ、支持ポスト１８は少なくとも部分的に単独に堆積された平坦化物質で形成され、それは支持ポストプラグ４２を形成するために使用される。図７Ｅに示す実施形態は、図７Ｄに示した実施形態に基づくが、図示しない追加の実施形態と同様に、図７Ａ〜７Ｃに示した実施形態のいずれに適用してもよい。図７Ｅに示した実施形態では、金属またはほかの伝導物質の追加層がバス構造４４を形成するために使用された。これは信号を光干渉変調器の背面に沿って転送するのを可能にし、さもなければ基板２０上に形成されなければならないであろう多くの電極を取り除く。

図７に示した実施形態では、光干渉変調器は直視型デバイスとして機能し、画像は透明基板２０の正面側つまり変調器が配置される側の反対側から見られる（すなわち基板側から見られる）。これらの実施形態では、変形可能層３４とバス構造４４を含め、反射層１４は、基板２０に対向する反射層の側にある光干渉変調器のいくつかの部分を光学的に遮へいする。これは、遮へい領域が像品質に悪影響を与えずに構成され動作されることを可能にする。この分離可能な変調器アーキテクチャは、変調器の電気機械的観点と光学的観点のために使用される構造設計と物質が互い独立に選択され機能することを可能にする。さらに、図７Ｃ〜７Ｅに示した実施形態は、反射層１４の光学的特性の機械的特性からの減結合を得るという追加の利点を有し、それは変形可能層３４によって実現される。これは、反射層１４に使用する構造設計と物質を光学的特性に対して最適化し、また変形可能層３４に使用する構造設計と物質を所望の機械的特性に対して最適化すること可能にする。

図８に関連して、光干渉変調器１２の断面が単独の図中に示されている。代表的な実施形態では、導体層１００は、一定位置を有し、ガラス基板２０上に堆積されている。上に指摘したように、固定導体層１００は光の所望の波長に対して好ましくは部分的に反射的で透明であり、たとえばＩＴＯとクロムの層から作ることができる。導体層１００上には誘電体層１０２が堆積されている。誘電体層１０２は酸化シリコンで構成することができるが、この分野で周知な酸化アルミニウムなどのほかの誘電物質が等しく適用可能である。たとえば、層１０２は電荷捕獲物質で、特に正電荷と負電荷の両方を捕獲する物質、たとえばＡｌ_２Ｏ_３やＡｌＯ_ｘ（非化学量論性酸化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＮ_ｘ（非化学量論性シリコン窒化物）、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴａＯ_ｘ（非化学量論性酸化タンタル）で構成することができる。固定導体層１００と誘電体層１０２は光学スタック１６を形成している。

誘電体層１０２の上に所定の距離に（弛緩モードで）可動反射層（すなわち機械的／ミラー素子）１４を支持するために支持ポスト１８が設けられている。支持ポスト１８は好ましくは、可動反射層１４を支持するのに十分な構造保全を備えた安定した物質から作られる。たとえば、支持ポスト１８は、フォトレジストなどの有機物質から、またはスピンオンガラスから製造することができる。可動層１４は好ましくは、可撓性で伝導性で高反射性の物質、たとえばアルミニウムやニッケル、クロム、それら組み合わせなどの金属、またはそれらの合金で作られる。

引き続き図８に関連して、誘電体層１０２内の領域１０４は荷電種、好ましくは注入イオンおよび／またはドーパントを組み込み、変調器１２の光学応答を変更する。領域１０４に注入するイオンは、変調器１２のしきい値および／またはヒステリシス特性に対する所望の効果に応じて正荷電イオン（ｐ型）または負荷電（ｎ型）イオンとすることができる。たとえば、カリウムは正荷電イオンとして使用することができ、亜リン酸は負荷電イオンとして使用することができる。ほかの正荷電イオンの例としては、限定しないが、ナトリウムイオンやリチウムイオンがある。

イオンは光干渉変調器１２中のさまざまなほかの位置に配置することができることがわかるであろう。イオンからの電荷の散逸を防ぐため、イオンは好ましくは、誘電体などの非導電材内に埋め込まれるか、絶縁体によって囲まれるか絶縁体に囲まれた物質内に埋め込まれる。図９〜１０は、イオンについての位置のほかの非限定的な例を示している。図９に関連して、誘電体層１０６は可動層１４に隣接して形成することができ、イオン注入領域１０４はその層１０６内に配置することができる。そのような配置では、誘電体層１０２は、典型的には可動層１４と固定伝導層１００の間に間隔を空けるともに短絡を防ぐ役目をし、自由に省略することができる。好ましくは、誘電体層１０６は、層１４の動作を著しく妨げない可撓性物質で形成される。上述したように、誘電体層１０６は酸化シリコンと酸化アルミニウムで形成することができる。

図１０に関連して、二つの誘電体層すなわち層１０２と１０６が設けられている場合、両方の層にイオンを注入してイオン注入領域１０４と１０８を形成することができる。所望の効果に応じて、両方の領域には、同じ極性のイオンまたは異なる極性のイオンを注入することができる。両方の層１０２と１０６の注入は、注入の効果を高めることができる。たとえば、領域１０４と１０８に異なる極性のイオンが注入されている場合、引力の一定レベルが層１０２と１０６の間に確立することができ、それにより、層１００と１４がそれぞれ領域１０４と１０８と同じ極性を有するように配線されている場合には動作電圧を低減する。

作動電圧の変化に加えて、可動層１４と固定層１６の間への荷電イオンの導入は、変調器１２の光学応答曲線をシフトさせることができる。たとえば、図１１〜１３の光学応答曲線は、図８の光干渉変調器１２の可動層１４と固定層１６に印加された電圧に対する可動層１４の変位をプロットしている。グラフの正電圧領域では、可動層１４は、その層１４の中に正電荷を生成する電圧源に連結され、固定導体層１００は、その層１００の中に負電荷を生成する電圧源に連結される。グラフの負電圧領域では、可動層１４は、その層１４の中に負電荷を生成する電圧源に連結され、固定導体層１００は、その層１００の中に正電荷を生成する電圧源に連結される。曲線の底において、可動層１４は弛緩位置にあり、曲線の上において、可動層１４は作動位置にある。

図１１は、誘電体層１０２中に正荷電イオンまたはｐ型イオンを注入した効果を示している。誘電体層１０２中への正荷電イオンの導入は光学応答曲線を右へシフトさせる。正電圧領域では、ｐ型イオンは正荷電可動層１４を追い払い、それにより、可動層１４がつぶれることができる前により大きな電圧とより強い静電引力が印加されることを要求する。負電圧領域では、ｐ型イオンは負荷電可動層１４を引き寄せ、それにより、可動層１４がつぶれることができる前により小さな電圧とより少ない静電引力が印加されることを要求する。光学応答曲線３０２ａと３０２ｂは、イオン注入のない光干渉変調器についての光学応答特性を表わしている。誘電体層中に正荷電イオンを持つ同じ光干渉変調器は、光学応答曲線３０４ａと３０４ｂによって表わされる光学応答特性を示す。イオンによって導入された電荷のレベルは一定であるので、イオンは正味静電引力を同じ量だけ増大または低減させ、その結果、正および負の定応答曲線の両方が同じ量だけ右にシフトする。光学応答特性の変化の量は、誘電体層１０２に導入されたイオンの総電荷によって決まり、それは注入イオンの量に比例しうる。

図１２は、誘電体層１０２中に負荷電イオンまたはｎ型イオンを注入した効果を示している。誘電体層１０２中への負荷電イオンの導入は光学応答曲線を左へシフトさせる。正電圧領域では、ｎ型イオンは可動層１４を作動位置に引き寄せる一方、負電圧領域では、ｎ型イオンは可動層１４を追い払い、その層を弛緩位置に維持する。光学応答曲線３１２ａと３１２ｂは、イオン注入のない光干渉変調器１２についての光学応答特性を表わしている。誘電体層中に負荷電イオンを持つ同じ光干渉変調器１２は、光学応答曲線３１４ａと３１４ｂによって表わされる光学応答特性を示す。図１１と同様に、正および負の応答曲線は同じ量だけ左にシフトし、光学応答特性のシフトの量は誘電体層１０２中に導入されたイオンの量によって決まる。

ゼロ電圧ラインから離れて中心にあるヒステリシス曲線を持つ光干渉変調器を作ることができることがわかるであろう。たとえば、ｉｎｔｅｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ変調器は、イオン注入なしでも、層１４と１６の間に特定レベルの電荷を有するように形成することができる。たとえば、誘電体層１０２の構造の欠陥または構造の変更がそのような電荷をもたらすことができる。この電荷の結果、これらの光干渉変調器についてのヒステリシス窓はゼロ電圧ラインに対して中心にこないかもしれない。さらに、異なる光干渉変調器は異なるレベルの電荷を示しうる。電荷および電荷の異なるレベルは、光干渉変調器の可動層の作動と解放に対する予測性と制御性を低めるために光干渉変調器のふるまいに悪影響を及ぼすかもしれない。好都合なことに、既に依存する電荷に応じて、イオン注入は、たとえば、既存電荷を中性化することによって光干渉変調器のヒステリシスふるまいをゼロ電圧ラインに対して再び中心にくるようにすることが可能である。その結果、光干渉変調器の可動層の作動と解放に対する予測性と制御性を高めることができる。

誘電体層１０２中の組み込み荷電種に関して上で論じたが、それは評価される、類似したそれ、影響する、層１０６（図９に示すように存在するとき）への荷電種の組み込みまたは両方の層１０２と１０６（図１０に示すように存在するとき）への荷電種の組み込みによって同様の影響を達成することができることがわかるであろう。たとえば、荷電種を層１０６に組み込んで図１１と１２に示した効果を達成することができる。電圧源が可動層１４と固定層１６に連結されていてそれらの層の中にそれぞれ正と負の電荷を生成する場合、層１０６の中へ負の荷電種の組み込みは図１１に示したヒステリシス曲線の右方シフトをもたらす。反対に、同様の構成において、しかし層１０６中には正の荷電種がある状態では、図１２に示されるように、ヒステリシス曲線は左にシフトする。

さらに、両方の層１０２と１０６を光干渉変調器に設けることができ、おのおのに荷電種を組み込むことができる。たとえば、可動層１４と固定層１６がそれぞれ正と負にチャージされるように再び構成すると、層１０２への正の荷電種の組み込みと層１０６への負の荷電種の組み込みによって図１１に示したものと同様の効果を達成することができる。さらに、層１０２への負の荷電種の組み込みと層１０６への正の荷電種の組み込みによってヒステリシス曲線を左へシフトさせることができる。

層１０２と１０６の極性を逆にすることによって荷電種の組み込みの効果を逆にすることができることがわかるであろう。たとえば、可動層１４と固定層１６が電圧源に連結されていてそれらの層の中にそれぞれ正と負の電荷を生成するときに荷電種のある構成がヒステリシス曲線を左にシフトさせるならば、電圧源が可動層１４と固定層１６に逆に連結され、すなわちそれらの層の極性を逆にすると、荷電種の同様の構成はヒステリシス曲線を右にシフトさせる。

図１３に関連して、いくつかの構成では、異なる知覚色たとえば二つ以上または三つ以上の異なる色を生成するために複数の異なる周波数に中心がくる強め合う干渉を生成するように光干渉変調器を形成することができる。これらの光干渉変調器はたとえばディスプレイの個々の赤と緑と青の画素を形成するようにグループ化することができる。光干渉変調器の干渉ふるまいは可動層１４と固定層１６の間の間隔によって決まることがわかるであろう。したがって、光干渉変調器１００ａと１００ｂと１００ｃは、可動層１４ａ，１４ｂ，１４ｃと固定層１６との間に異なる間隔１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを有し、それにより異なる色のおのおのが生成されるのを可能にするように形成しうる。異なる間隔のために、各光干渉変調器１００ａと１００ｂと１００ｃは異なる作動電圧とヒステリシス曲線を有することができる。

そのような状況を図１４に示す。図１４は光干渉変調器１００ａ，１００ｂ，１００ｃについてのそれぞれのヒステリシス曲線３２２ａと３２２ｂと３２２ｃを示し、おのおのは異なる色を与えるように設計された異なる間隔を有している。ディスプレイ中の光干渉変調器は、異なるイオンおよび／または異なるレベルのイオンを注入することができることがわかるであろう。好都合なことに、光干渉１００ａ，１００ｂ，１００ｃ変調器のすべてまたはいくつかは、イオンを注入して曲線３２２ａ〜３２２ｃをシフトさせて重なるようにすることができる。曲線を重ねることによって、しきい値と解放の電圧を同様にすることができ、好都合なことに光干渉変調器を動作するに必要な電圧の数を減らし、したがって光干渉変調器に付随するドライバーとコントロールシステムを単純化する。

たとえば、図１４に示した構成では、曲線３２２ｂを基準として使用し、曲線３２２ａと３２２ｃが付随する光干渉変調器に異なるイオンを注入して、曲線３２２ａ（たとえば光干渉変調器１００ａの層３４ａと光学スタック１６中の導電体層の間にｐ型イオンが注入された誘電体層を有する）が右にシフトし、曲線３２２ｃ（たとえば光干渉変調器１００ａの層３４ｃと光学スタック１６中の導電体層の間にｎ型イオンが注入された誘電体層を有する）が左にシフトし、それにより両者が曲線３２２ｂに重なるのを可能にする。その結果、三つの曲線３２２ａ〜３２２ｃのすべてが同一の同じしきい値と解放の電圧を使用して正電圧領域において有利に駆動することができる。

図１５に関連して、フローチャート３５０は、光干渉変調器１２の形成のステップを一般に示している。第一の伝導部をたとえば基板上に形成する３６０。基板はたとえばガラスとすることができる。誘電体を第一の伝導部上に形成し３７０、荷電種を誘電体層中に追加する３８０。

さまざまなプロセスステップが図１５と１６に分離したブロックとして示されているが、分離したブロックはステップが必ず時間的に分離されることを示していないことがわかるであろう。たとえば、誘電体形成と電荷追加が同時に起こり得、その結果、荷電種たとえばイオンが誘電体中に堆積したときの種として形成される。同時の誘電体形成と電荷追加に適したプロセスの一例は同時スパッタリングであり、イオン種と誘電体先駆体が基板上に同時にスパッタされる。ほかの実施形態では、電荷追加が誘電体の形成後に起こる。この場合、電荷追加はこの分野で周知なさまざまなプロセスによって実施することができる。いくつかの実施形態では、イオンが誘電体中に注入されうるか、誘電体中に拡散されうる。たとえば、誘電体層がドープたとえば拡散ドープされうる。

引き続き図１５に関連して、第二の伝導部をイオン注入誘電体上に形成する３９０。第一の伝導部は光干渉変調器１２（図８）の伝導層の一つたとえば固定伝導層１６に相当しうることがわかるであろう。第二の伝導部は、光干渉変調器１２（たとえば可動層１４）のほかの示した伝導層に相当する場合がある。

図８と１６に関連して、フローチャート４００は、図８に示した代表的な光干渉変調器１２を作るのに使用される製造順序のステップを示している。導体層１００を基板２０上に堆積する４０２。導体層１００は典型的にはＩＴＯとクロムで構成される。導体層１００をパターニングしエッチングして４０４、光干渉変調器１２の行を形成する。誘電体層１０２を導体層１００上に堆積する４０６。この誘電体層１０２はＳｉＯ２から作ることができるが、光干渉変調器１２を形成するためのほかの物質とプロセスステップと互換性をもつほかの誘電体を使用することができる。フォトレジスト層をパターニングしエッチングして４０７、誘電体層１０２のいくつかの領域を覆い、誘電体１０２の所望の領域への注入を許す開口を有するマスクを提供する。荷電イオンは、パターニングされたフォトレジストを介して誘電体層１０２中に注入され、それによって、誘電体層１０２の注入領域１０４を形成する。注入イオンの電荷と注入の程度は、上述したように、光学応答特性に対する所望の効果にしたがって選択される。たとえば、イオンの極性は、ヒステリシス曲線（図１１−１３）のシフトを望む方向に基づいて選ぶことができ、注入の程度は所望のシフトの大きさに基づいて選ぶことができる。

イオン注入が誘電体の構造を破壊しうることがわかるであろう。その結果、イオン注入に続いてアニールを行なって、誘電体構造を再配列させ、注入された誘電体の光学特性を改善し、誘電体内のイオンをより均一に分配することができる。

いくつかの実施形態では、フォトレジストは必要ではなく、同様のイオンが光干渉変調器１２に一様に注入されるならばステップ４０７は省略することができることがわかるであろう。ほかの実施形態では、パターニングされたフォトレジストは、光干渉変調器１２にイオンが選択的に注入されることを可能にし、それによって、異なるイオンが注入されることを可能にするか、異なるレベルの注入が達成されることを可能にする。多重フォトレジスト堆積および／またはパターニングステップを使用して複数の異なるイオンを選択的に注入するか異なる量のイオンを選択的に注入することができることがわかるであろう。たとえば、フォトレジストを堆積しパターニングしていくつかの特定の光干渉変調器１２にイオンを注入することができ、また追加のフォトレジストを堆積しパターニングしてほかの光干渉変調器１２にイオンを注入することなどができる。イオン注入の後、フォトレジストは好ましくは除去される。

さらに、荷電組み込みをそれより後のステップで行なうことができる。たとえば、イオン注入は、（後述する）非金属犠牲層（たとえばシリコン）の堆積４１０の後に、好ましくは追加の金属層の形成の前に行なうことができる。

ステップ４１０において、犠牲層（それは後に除去されて光干渉変調器１２の光学キャビティを形成する）を堆積する。犠牲層は、光干渉変調器１２のほかの物質を破壊することなく、たとえばエッチングによって後に除去することができる固体物質で作られる。犠牲層に好適な物質の一例はモリブデンである。ほかの適切な犠牲物質はシリコンとタングステンを含んでいる。それらは、アルミニウムまたは酸化シリコンをエッチングすることなくＸｅＦ_２を使用して選択的または優先的に有利に除去することができる。犠牲層をパターニングしエッチングして４１２、その中に支持ポスト１８を形成する物質が堆積されるすき間を設ける。ステップ４１４において、ポスト物質を堆積し、それによって、支持ポスト１８を形成する。ポスト物質は、たとえば、フォトレジストやいくつかのほかの有機化合物やスピンオンガラスとすることができる。ステップ４１６において、機械的／ミラー膜を堆積する。上述したように、膜はたとえばアルミニウムやほかの可撓性金属で作ることができる。ステップ４１８において、機械的膜をパターニングしエッチングして機械的／ミラー層１４を形成する。犠牲層を次に除去する４２０。

好適な実施形態による光干渉変調器には多数の長所がある。たとえば、電荷組み込みは特定の光干渉変調器の作動電圧および／またはヒステリシス曲線を望みどおりに変えることを可能にする。その結果、光干渉変調器を駆動するのに必要な電圧を低減し、それにより、光干渉変調器を利用する表示体の所要動力と電力消費を低下させることが可能である。さらに、荷電組み込みによってヒステリシス曲線をシフトさせて、曲線をゼロ電圧ラインに対して中心にくるようにすることができる。これは、たとえば、光干渉変調器の伝導層間の誘電体層中に形成しうる電荷を中性化することによって達成することができる。ヒステリシス曲線を中心にこさせることは、たとえば、作動電圧を期待値にセットすることによって、光干渉変調器の状態に対する制御をより予測可能にすることができる。さらに、多重光干渉変調器（おのおのが異なる作動電圧とシフトしたヒステリシス曲線を本来有している）が存在する場合、光干渉変調器のいくつかまたはすべてをヒステリシス曲線が実質的に重なるようにドープすることができる。その結果、光干渉変調器のおのおのの作動電圧と解放電圧が重なり、それによって、光干渉変調器を制御するために生成される異なる電圧の数を減らす。したがって、ドライバーとコントロールシステムを単純化することができる。

一方、荷電種は「注入イオン」として上述したが、荷電種は、可動伝導層と固定伝導層の間に堆積された物質に組み込まれた任意の荷電種とすることができることがわかるであろう。ほかの実施形態では、荷電種は、誘電体基板上に単純に堆積することができ、好適には堆積されたときに電荷を有する。誘電体層は、製造と構造の単純化のための伝導層に好ましくは堆積されるが、伝導層から間隔を空けることができる。さらに、いくつかの実施形態では、説明と図示の簡単化のために一つの可動層と一つの伝導層を有しているように述べたが、可動層と伝導層の配置は図示とは逆にすることもでき、また層の両方を移動するように作ることもできる。

したがって、上述した方法と構造にさまざまなほかの省略や追加や修正を発明の要旨から逸脱することなく施すことができることは当業者にはわかるであろう。特許請求の範囲によって定められるように、そのような修正や変更は発明の要旨の範囲内にある。

第一の光干渉変調器の可動反射層が弛緩位置にあり、第二の光干渉変調器の可動反射層が作動位置にある光干渉変調器ディスプレイの一実施形態の一部を描く等角投影図である。 ３×３光干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイスの一実施形態を示すシステムブロック図である。 図１の光干渉変調器の一つの代表的な実施形態における可動ミラー位置対印加電圧の図である。 光干渉変調器ディスプレイを駆動するのに使用しうる１セットの行および列電圧を示している。 図２の３×３光干渉変調器に表示データのフレームを書き込むために使用しうる行列信号の一つの代表的なタイミング図を示している。 図２の３×３光干渉変調器に表示データのフレームを書き込むために使用しうる行列信号の一つの代表的なタイミング図を示している。 複数の光干渉変調器からなる視覚ディスプレイデバイスの実施形態を示すシステムブロック図である。 複数の光干渉変調器からなる視覚ディスプレイデバイスの実施形態を示すシステムブロック図である。 図１のデバイスの断面図である。 光干渉変調器の代替実施形態の断面図である。 光干渉変調器の別の代替実施形態の断面図である。 光干渉変調器のまた別の代替実施形態の断面図である。 光干渉変調器の追加の代替実施形態の断面図である。 組み込み荷電種を有する光干渉変調器の断面である。 組み込み荷電種を有する別の光干渉変調器の断面である。 組み込み荷電種を有するまた別の光干渉変調器の断面である。 光干渉変調器のヒステリシス窓における電荷組み込みの効果を示している。 光干渉変調器のヒステリシス窓における荷電組み込みの効果を示している。 光干渉変調器の追加の代替実施形態の断面を示している。 図１３の光干渉変調器のヒステリシス窓における電荷組み込みの効果を示している。 光干渉変調器を作るためのプロセスシーケンスのステップを示すフローチャートである。 光干渉変調器を作るためのプロセスシーケンスのステップを示すフローチャートである。

Claims (46)

1. 導体層と、
   キャビティによって導体層から分けられ、前記導体層に対して移動するように構成された機械的層と、
   組み込み荷電種を備えている荷電層であって、前記導体層と前記機械的層の間に堆積された前記荷電層とを備えている微小電気機械システム。
2. 前記荷電層が、前記導体層と前記機械的層の一方に固定関係で連結されている、請求項１の微小電気機械システム。
3. 前記荷電層が不動で、前記導体層に直接重っている、請求項２の微小電気機械システム。
4. 前記組み込み荷電種がイオンである、請求項１の微小電気機械システム。
5. 前記荷電層がイオン注入誘電体層である、請求項４の微小電気機械システム。
6. 前記組み込み荷電種が前記誘電体層中に堆積したときのイオンである、請求項４の微小電気機械システム。
7. 前記組み込み荷電種がカリウムまたは亜リン酸である、請求項４の微小電気機械システム。
8. 前記組み込み荷電種が、ナトリウムイオンとリチウムイオンからなるグループから選択された正荷電イオンである、請求項４の微小電気機械システム。
9. 前記導体層が、光学波長の光に対して部分的に透明である、請求項１の微小電気機械システム。
10. 前記機械的層がミラーである、請求項１の微小電気機械システム。
11. 前記機械的層が、前記機械的層から間隔が空けられたミラーに取り付けられ固定関係で配置されており、前記機械的層は前記荷電層に対して前記ミラーを移動させるように構成されている、請求項１の微小電気機械システム。
12. 前記微小電気機械システムが、前記機械的荷電層に衝突する光の強め合うおよび／または弱め合う干渉を作り出すように構成された光干渉変調デバイスである、請求項１の微小電気機械システム。
13. 少なくとも導体層と電気的通信状態にあるプロセッサーであって、画像データを処理するように構成された前記プロセッサーと、
    前記プロセッサーと電気的通信状態にあるメモリーデバイスとをさらに備えている、請求項１の微小電気機械システム。
14. 少なくとも前記導体層に少なくとも一つの信号を送るように構成されたドライバー回路をさらに備えている、請求項１３の微小電気機械システム。
15. 前記画像データの少なくとも一部を前記ドライバー回路に送るように構成されたコントローラーをさらに備えている、請求項１４の微小電気機械システム。
16. 
    前記画像データを前記プロセッサーに送るように構成された像源モジュールをさらに備えている、請求項１３の微小電気機械システム。
17. 前記像源モジュールが、レシーバーとトランシーバーとトランスミッターの少なくとも一つを備えている、請求項１６の微小電気機械システム。
18. 
    入力データを受け取り、前記入力データを前記プロセッサーに伝えるように構成された入力デバイスをさらに備えている、請求項１３の微小電気機械システム。
19. 複数の光干渉変調デバイスをさらに備えており、いくつかの前記光干渉変調デバイスは前記荷電層を備え、ほかの前記光干渉変調デバイスは前記荷電層を欠いている、請求項１３の微小電気機械システム。
20. 前記いくつかの前記光干渉変調デバイスは、導体層と、支配的に一つの周波数において強め合う干渉を生成するように構成された機械的層とを有しており、前記ほかの前記光干渉変調デバイスは、導体層と、支配的に一以上のほかの周波数において強め合う干渉を生成するように構成された機械的層とを有しており、前記いくつかの前記光干渉変調デバイスと前記ほかの前記光干渉変調デバイスはグループ化され前記ディスプレイのピクセルを形成している、請求項１９の微小電気機械システム。
21. 複数の微小電気機械デバイスを供給することを有し、各デバイスは、
    導体層と、
    弛緩状態では導体層に対して平行に距離を置いている反射層であって、作動状態に切り替えられるときに前記導体層に対して移動するように構成された反射層と、
    前記導体層と前記反射層の間の荷電層であって、組み込み荷電種を有する前記荷電層とを備え、
    いくつかの前記複数の微小電気機械デバイスに対する距離はほかの前記複数の微小電気機械デバイスとは異なっており、
    さらに、前記微小電気機械デバイスの前記導体層と前記反射層に電圧を印加して前記微小電気機械デバイスを作動させることを有している、電磁放射を変調するための方法。
22. 前記微小電気機械デバイスの前記導体層と前記反射層に電圧を印加して前記微小電気機械デバイスを作動させることが、
    前記いくつかの前記微小電気機械デバイスの前記反射層に電圧を印加して前記いくつかの前記微小電気機械デバイスを作動させることと、
    前記ほかの前記微小電気機械デバイスの前記導体層と前記反射層に同じ電圧を印加して前記ほかの前記微小電気機械デバイスを作動させることとを有している、請求項２１の方法。
23. 前記電圧を印加することおよび前記同じ電圧を印加することが、前記導体層と前記反射層に衝突する電磁波の干渉ふるまいを変更する、請求項２１の方法。
24. 電圧を印加することおよび同じ電圧を印加することが、一以上の所望の光周波数を中心とする強め合う干渉を生成する、請求項２１の方法
25. 第一の伝導層を形成することと、
    前記第一の伝導層上の誘電体層を形成することと、
    前記誘電体層に荷電種を加えることと、
    前記誘電体層上に第二の伝導層を形成することとを有している、微小電気機械デバイスを製造するための方法。
26. 前記荷電種を加えることが、前記誘電体層を形成した後にイオン注入を行なうことを有している、請求項２５の方法。
27. 前記荷電種を加えることの後に前記誘電体層をアニールすることをさらに有している、請求項２６の方法。
28. 前記荷電を加えることが、前記誘電体を形成するときに前記誘電体にイオンを方向付けることを有している、請求項２５の方法。
29. 前記荷電種を加えることが、イオン先駆体と一以上の誘電体先駆体を同時にスパッタリングすることを有している、請求項２８の方法。
30. 前記荷電種を加えることが、前記誘電体層をドープすることを有している、請求項２５の方法。
31. 前記誘電体層をドープすることが、前記ｄｉｅｌｅｃｔｒｔｉｃ層にドーパントを拡散することを有している、請求項３１の方法。
32. 前記荷電が、カリウムとリンイオンからなるグループから選択されたイオンを注入することによって供給される、請求項２５の方法。
33. 前記荷電が、ナトリウムイオンとリチウムイオンからなるグループから選択されたイオンを注入することによって供給される、請求項２５の方法。
34. 前記第一の伝導層を形成することが、クロムおよび／またはインジウムスズ酸化物の層を堆積することを備えている、請求項２５の方法。
35. 前記誘電体層を形成することが、酸化物を堆積することを有している、請求項３４の方法。
36. 前記酸化物が、酸化アルミニウムおよび／または酸化シリコンからなるグループから選択される、請求項３５の方法。
37. 前記誘電体層上に犠牲物質層を堆積することと、前記第二の伝導層を続いて形成することとをさらに有している、請求項３５の方法。
38. 前記第二の伝導層を形成することが、前記犠牲物質上に金属層を堆積することを有している、請求項３７の方法。
39. 前記犠牲物質を優先的に除去することをさらに有している、請求項３８の方法。
40. 前記微小電気機械デバイスが光干渉変調器である、請求項２５の方法。
41. 請求項２５の方法によって形成された微小電気機械デバイス。
42. 光を部分的に反射するための第一の手段と、
    光を反射するための第二の手段であって、前記第一と前記第二の手段の間の電圧差の生成に応じて前記第一の手段に対して移動するように構成された前記第二の手段と、
    荷電種を備えた前記第二の手段の電圧作動しきい値を修正するための第三の手段とを備えている光干渉変調器。
43. 前記第一の手段が導体層を備えている、請求項４２の光干渉変調器。
44. 前記第二の手段が第二の導体層を備えている、請求項４２または４３の光干渉変調器。
45. 前記第三の手段が、前記導体と前記第二の導体層の一つにじかに隣接して間に堆積された誘電体中に組み込まれたイオンを備えている、請求項４２または４３、４４の光干渉変調器。
46. 前記荷電種がイオンである、請求項４２、４３、４４または４５の光干渉変調器。

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