JP2008519293A - 改良されたコントラストを有するデジタル・マイクロ・ミラー・デバイス、及びそのデジタル・マイクロ・ミラー・デバイスのための方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例に従って、改良されたコントラストを有するデジタル・マイクロ・ミラー・デバイス及びそのための方法が提供される。デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスは、基板（２１４）の上側表面上の複数の電流供給導電体であって、各々が上側表面を有する電流供給導電体（２１０）と、電流供給導電体の上側表面上に配置される低反射率金属（２０８）と、基板の上方に開口を形成する第１及び第２のマイクロ・ミラーとを含み、電流供給導電体の上側表面上に配置された低反射率金属（２０８）は、開口を介して電流供給導電体が受ける光の反射を低減させる。

Description

本発明は、全般的に光学処理デバイスに関し、更に特定して言えば、改良されたコントラストを有するデジタル・マイクロ・ミラー・デバイス、及びそのデジタル・マイクロ・ミラー・デバイスのための方法に関連する。

デジタル・マイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）は、光通信及び／又はプロジェクション・ディスプレイ・システムにおいて用いることができる。ＤＭＤは、アクティブ「オン」及び「オフ」状態間を旋回する（ｐｉｖｏｔ）ことによって、光学信号又は光ビームの少なくとも一部を選択的に伝達する、マイクロ・ミラーのアレイを含む。マイクロ・ミラーを旋回させるため、各マイクロ・ミラーは、ＣＭＯＳ基板に接続される１つ又はそれ以上の支持ポスト上に搭載されるヒンジに取り付けられる。マイクロ・ミラー及び支持ポストの下方で、ＣＭＯＳ基板は、ＤＭＤのマイクロ・ミラーの動きを制御するために用いられる。このＣＭＯＳ基板は光学的に反射性であるが、困ったことに、マイクロ・ミラーが「オフ」状態にあるとき、このＣＭＯＳ基板が露出される可能性がある。光がＤＭＤのマイクロ・ミラー間を通ると、その光は基板の表面で反射されて、望ましくない光学アーティファクトとなり、ＤＭＤのコントラストを制限することに成り得る。

ＤＭＤのコントラストを改良するため、ＤＭＤの下部構造を構成するＣＭＯＳ基板の反射率を低減させる試みで、種々の方法が用いられてきている。幾つかのアプローチでは、ＤＭＤ下部構造を覆うために、ＳｉＯ_２及びＴｉＮなどの材料で作られた多層誘電体構造を用いている。しかし、このアプローチは、充電及び寄生容量などの電気的問題を起こす可能性があるＴｉＮの半導性のため、適用に制約がある。他のアプローチでは、幾つかのＤＭＤに用いられる光学開口を形成するために、クロム上酸化クロム、又は他の反射性金属を用いている。クロムの使用は、環境に対する問題で厳しく制限されているため、このアプローチにも制約がある。また、ＤＭＤの露出された層内の非金属要素は、ＤＭＤの上部空間（ｈｅａｄｓｐａｃｅｓ）内のフッ素と反応して、ＤＭＤを損傷させ得る高分圧を有する化合物を形成し易いことから、非金属要素を用いる方法には制約がある。

本発明の一実施例に従って、改良されたコントラストを有するデジタル・マイクロ・ミラー・デバイス、及びそのデジタル・マイクロ・ミラー・デバイスのための方法が提供される。デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスは、基板の上側表面上の複数の電流供給（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｃａｒｒｙｉｎｇ）導電体であって、各々が上側表面を有する電流供給導電体と、電流供給導電体の上側表面上に配置される低反射率金属と、基板の上方に開口を形成する第１及び第２のマイクロ・ミラーとを含む。電流供給導電体の上側表面上に配置された低反射率金属は、開口を介して電流供給導電体が受ける光の反射を低減させる。

本発明の幾つかの実施例の技術的利点の１つは、従来のＤＭＤより改良されたコントラストを有するデジタル・マイクロ・ミラー・デバイスを含む。高反射性の電流供給導電体を基板の上側表面上に露出させておくのではなく、本発明の特定の実施例は、これらの導電体を、ＤＭＤの上部構造からの光の反射を低減させる低反射率金属で覆う。

本発明の幾つかの実施例の別の技術的利点は、用いられる低反射率金属が、ＤＭＤの上部空間内の化合物に晒されるとき、イオン結合化合物（ｉｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を形成し易いことである。これらのイオン結合化合物は、典型的に、共有結合化合物より分圧が低く、上部空間内の過圧に因るＤＭＤへの損傷のリスクを低減させる。

本発明の幾つかの実施例のさらに別の技術的利点は、ＤＭＤに用いられる低反射率金属が、本質的に低い吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を有しており、金属が少なくとも部分的に透過性を有する多層積層構造にこの低反射率金属を用いることができることである。幾つかの実施例において、これらの多層積層構造は、極めて厚い単層構造のものよりもさらに低い反射率を有し得る。

本発明の他の技術的利点は、以下を参照すれば当業者には容易に認められるであろう。

本発明及び本発明の特徴や利点を更によく理解するため、添付の図面に関連させて、これから以下の説明を参照する。

本発明の特定の実施例に従って、図１は、デジタル・マイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）１００の一部の切開図を示す。ＤＭＤ１００は、そのＤＭＤのＣＭＯＳ基板の導電性層の上に低反射率被覆を用いて、ＤＭＤの上部構造の反射率を低減させ、ＤＭＤのコントラスト比を改良させる。

図１に示すように、ＤＭＤ１００は、傾斜する数十万ものアレイのマイクロ・ミラー１０４を含む微小電気機械スイッチング（ＭＥＭＳ）デバイスを含む。この例では、各マイクロ・ミラー１０４は、ほぼ１３．７ミクロン四方の寸法であり、隣接するマイクロ・ミラー間にほぼ１ミクロンの間隙を有する。幾つかの例において、各マイクロ・ミラーは、１３ミクロン四方より小さな寸法であってもよい。他の例において、各マイクロ・ミラーは、ほぼ１７ミクロン四方の寸法であってもよい。また、各マイクロ・ミラー１０４は、プラス又はマイナス１０度まで傾斜して、アクティブ「オン」状態又はアクティブ「オフ」状態を生成することができる。他の例では、各マイクロ・ミラー１０４は、アクティブ「オン」状態又は「オフ」状態のために、プラス又はマイナス１２度まで傾斜してもよい。

本実施例において、各マイクロ・ミラー１０４は、アクティブ「オン」状態と「オフ」状態との間で遷移して、光学信号又は光ビームの少なくとも一部を選択的に伝達する。マイクロ・ミラー１０４を傾斜させるため、各マイクロ・ミラー１０４は、ヒンジ・ポスト１０８上に搭載される１つ又はそれ以上のヒンジ１１６に取り付けられ、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）基板１０２の上のエア・ギャップによって間隔が空けられる。この例では、マイクロ・ミラー１０４は、ヨーク１０６が導電性コンジット（ｃｏｎｄｕｉｔｓ）１１０に接触するまで、正又は負の方向に傾斜する。この例ではヨーク１０６を含むが、他の例ではヨーク１０６は省いてもよい。そのような例では、マイクロ・ミラー１０４は、マイクロ・ミラー１０４がミラー・ストップ（明示せず）に接触するまで、正又は負の方向に傾斜する。

この特定の例において、電極１１２及び導電性コンジット１１０は、酸化物層１０３から外側に配置される導電性層１２０内に形成される。導電性層１２０は、例えば、アルミニウム合金又は他の適切な導電性材料を含み得る。酸化物層１０３は、ＣＭＯＳ基板１０２を電極１１２及び導電性コンジット１１０から絶縁するように機能する。

導電性層１２０はバイアス電圧を受け、バイアス電圧は、電極１１２、マイクロ・ミラー１０４、及び／又はヨーク１０６間に形成される静電力の生成に少なくとも部分的に貢献する。この特定の例において、このバイアス電圧は定常状態電圧を含む。つまり、導電性層１２０に印加されるバイアス電圧は、ＤＭＤ１００が動作する間、実質的に一定のままである。この例において、このバイアス電圧は約２６ボルトを含む。この例では２６ボルトのバイアス電圧を用いるが、この開示の範囲から逸脱することなく、他のバイアス電圧を用いることもできる。

この特定の例において、ＣＭＯＳ基板１０２は、ＤＭＤ１００に関連する制御回路を含む。この制御回路は、電極１１２、マイクロ・ミラー１０４、及び／又はヨーク１０６間の静電力の生成に少なくとも部分的に貢献することが可能な、任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせを含み得る。ＣＭＯＳ基板１０２に関連する制御回路は、プロセッサ（明示せず）から受けたデータに少なくとも部分的に基づいて、マイクロ・ミラー１０４を「オン」状態と「オフ」状態との間で選択的に遷移させるように機能する。

この特定の例において、マイクロ・ミラー１０４ａは、アクティブ「オン」状態に位置し、一方、マイクロ・ミラー１０４ｂは、アクティブ「オフ」状態に位置する。制御回路は、特定のマイクロ・ミラー１０４に関連する少なくとも１つの電極１１２に制御電圧を選択的に印加することによって、マイクロ・ミラー１０４を「オン」状態と「オフ」状態との間で遷移させる。例えば、マイクロ・ミラー１０４ｂをアクティブ「オン」状態に遷移させるには、制御回路は、電極１１２ｂから制御電圧を取り除き、電極１１２ａに制御電圧を印加する。この例において、制御電圧は約３ボルトを含む。この例は約３ボルトの制御電圧を用いるが、本開示の範囲から逸脱することなく他の制御電圧を用いることもできる。なお、図１は、特定のＤＭＤデバイスを図示しているが、図１及びそれに関連する記載は、単に例示の目的で提供されているのであって、決して本開示の範囲を制限すると解釈すべきではない。むしろ、本発明の教示は、任意のＤＭＤ基板又は半導体デバイスで反射される光の量を低減させるために用いることができることを理解されたい。

上述のように、マイクロ・ミラー１０４が「オフ」状態にあるとき、ミラーの傾斜がマイクロ・ミラーの下の上部構造の覆いをなくすため、導電性層１２０は露出され得る。従来のＤＭＤでは、ミラーによって形成される開口を介して光が通過してＤＭＤの上部構造から反射するため、これは、ＤＭＤによって生成される光学信号又は画像の画素間に見える望ましくない反射となり得る。しかし、ＤＭＤ１００は、この光の反射を低減させ、ＤＭＤのコントラスト比を改良させるため、導電性層１２０の上側表面上に低反射率金属の被覆を特徴として備えている。本発明の教示に従ったＤＭＤの例を示す図２Ａ及び図２Ｂを参照することによって、これがさらによく理解されるであろう。

図２Ａは、本発明の特定の実施例に従ったＤＭＤ２００の断面図を示す。ＤＭＤ２００は、１つ又はそれ以上のビーム２０４及びヒンジ２０６に取り付けられ、ＣＭＯＳ基板２１４上方のエア・ギャップによって間隔が空けられたマイクロ・ミラー２０２を含む。ＣＭＯＳ基板２１４の上側表面上に、複数の電極及び導電性コンジット（明示せず）が、酸化物層２１２から外側に配置される導電性層２１０内に形成される。導電性層２１０は、典型的にアルミニウム合金又は他の適切な導電性材料を含む。これは、光学的に反射性である導電性層２１０となる傾向がある。導電性層２１０の表面からの望ましくない反射を低減させるため、導電性層２１０内の電極及び導電性コンジットは、層２０８の低反射率金属で覆われる。

一般に、いかなる低反射率金属も本発明に従った用途に適している。特定の実施例において、適切な低反射率金属は、これらに限定されないが、チタン、タングステン、バナジウム、又はタンタルを含む。一般に、本発明の教示に従った用途に適している低反射率金属は、比較的低いｋ値（屈折率虚数部とも呼ぶ）を有する。金属のｋ値と金属の反射率との関係は、次の式で得られる。

ここでＲは材料の反射係数であり、ｎは材料の屈折係数であり、ｋは材料の吸光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。上記の式のｋ値が大きい場合、Ｒ値は１に近似する。しかし、ｋ値が小さい場合、Ｒ値は一般に１より小さいままである。

この関係を念頭に置き、本発明の教示に従った用途に適している低反射率金属は、典型的に、約０．２マイクロメートルから約０．８マイクロメートルまでの光の波長で約３．５より小さいｋ値を有する。このような低いｋ値は、典型的に、約０．４マイクロメートルから約０．７マイクロメートルまでの光の波長で約０．６より低い反射率を有する、適切な低反射率金属をもたらす。

また、低反射率金属の低ｋ値により、本発明の低反射率金属が、次の式で得られる低い吸収係数Ａを有するようにすることもできる。

ここで、Ａは材料の吸収係数であり、ｋは材料の吸光係数であり、λは吸収される光の波長である。

本発明の低反射率金属は低い吸収係数を有するため、本発明の特定の実施例は、この低反射率金属を多層積層構造の一部として用いることもできる。このような多層積層に用いられる場合、低反射率金属は、少なくとも部分的に透過性を有し得る。これらの少なくとも部分的に透過性を有する金属の多数の薄膜を組み合わせることにより、その結果の多層積層は、金属の極めて厚い単層被覆のものよりも低い反射率を有し得る。

このような多層積層構造の一例を、同じくＤＭＤ２００を示す図２Ｂに図示する。但し、この実施例では、「層」２０８は実際には、層２２０、２２２、２２４、及び２２６の低反射率金属の多数の薄膜を含む多層積層である。本実施例において、層２２０から２２６の各々は、少なくとも部分的に透過性を有し得る。上述で説明したように、これは、全体の厚みが同じ低反射率金属の単層よりも小さい総反射率（ｏｖｅｒａｌｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する層２２０から２２６となり得る。

本発明の低反射率金属は他の利点も提供し得る。例えば、その金属性の性質により、本発明の教示に従った用途に適している低反射率金属は、フッ素又はリンを含み得る、ＤＭＤの上部空間内の成分に晒されるとき、一般に、イオン結合化合物を形成する傾向がある。低反射率金属の上部空間成分との反応によって形成されるイオン結合化合物は、典型的に、共有結合化合物よりも低い分圧を有する。このような一層低い分圧は、上部空間内の過圧に因るＤＭＤの上部構造への損傷のリスクを低減させる助けとなる。本発明の他の利点も、当業者には明らかであろう。

本発明の教示に従ってＤＭＤのコントラスト比を改良する方法のフローチャートを図３に図示する。図３に示すように、フローチャート３００はブロック３０１で開始する。ブロック３０２で、ＤＭＤのＣＭＯＳ基板が形成される。製造されるＤＭＤに因って、ＣＭＯＳ基板は、種々の異なる構造に配列される種々の異なる材料を含み得、これらはすべて本発明の教示の範囲に含まれる。

ブロック３０２でＣＭＯＳ基板が形成された後、ＤＭＤの導電性層が形成される。この導電性層は、ＤＭＤのマイクロ・ミラーの動きを制御するために用いられる、複数の電極及び導電性コンジットを含み、アルミニウム合金又は別の適切な導電性材料から構成されるのが典型的である。

その後、チタン、タングステン、バナジウム、又はタンタルなどの低反射率金属が、ブロック３０３の導電性層の上側表面上に蒸着される。金属のこの低い反射率は、ＤＭＤの上部構造による、「オフ」状態のマイクロ・ミラー間を通る光の反射を低減させる助けとなる。このように反射が低減されるため、その結果のＤＭＤは、一層高いコントラスト比を有し得る。

特定の実施例において、低反射率金属は、実際には、多層積層構造の一部として蒸着されてもよい。そのような実施例では、低反射率金属の付加的な層が必要とされる。多層積層に存在する場合、本発明の低反射率金属は、たいてい少なくとも部分的に透過性を有する薄膜であるのが典型的である。幾つかの実施例において、これは、金属の極めて厚いシートのものよりも低い総反射率を有する多層積層となり得る。従って、ブロック３０４において、導電性層の電極及びコンジットの上に低反射率金属の任意の付加的な層を蒸着するかどうか決定が成される。低反射率金属の付加的な層が望ましい場合、付加的な層はブロック３０５で蒸着される。低反射率金属の付加的な層は、ブロック３０４で付加的な層は必要とされないという決定が成されるまで付加される。低反射率金属の所望の数の層が蒸着されると、このフローチャートはブロック３０７で終了する。

本発明の方法及び装置の特定の実施例を、添付の図面に図示し前述の詳細な説明において説明してきたが、本発明は、開示された実施例に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の再配列、変更、及び置換が可能であることを理解されたい。

図１は、本発明の特定の実施例に従って、デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスの一部の切開図を示す。 図２Ａは、本発明の特定の実施例に従ったデジタル・マイクロ・ミラー・デバイスの一部の断面図を示す。 図２Ｂは、本発明の特定の実施例に従ったデジタル・マイクロ・ミラー・デバイスの一部の断面図を示す。 図３は、本発明の特定の実施例に従って、デジタル・マイクロ・ミラー・デバイス基板を形成する方法のフローチャートを図示する。

Claims (8)

1. デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスであって、
   基板の上側表面上の複数の電流供給（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｃａｒｒｙｉｎｇ）導電体であって、各々が上側表面を有する電流供給導電体、
   電流供給導電体の上側表面上に配置される低反射率金属、及び
   基板の上方に開口を形成する第１及び第２のマイクロ・ミラーを含み、
   電流供給導電体の上側表面上に配置された低反射率金属が、開口を介して電流供給導電体が受ける光の反射を低減させる、
   デジタル・マイクロ・ミラー・デバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスであって、低反射率金属が多層積層構造を含む、デバイス。
3. 請求項１又は請求項２に記載のデバイスであって、低反射率金属が、約０．４マイクロメートルから約０．７マイクロメートルまでの光の波長で約０．６より低い反射率を有する、デバイス。
4. 請求項１又は請求項２に記載のデバイスであって、低反射率金属が、約０．２マイクロメートルから約０．８マイクロメートルまでの光の波長で約３．５より低いｋ値を有する、デバイス。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のデバイスであって、低反射率金属が、チタン、タングステン、バナジウム、又はタンタルを含む、デバイス。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のデバイスであって、低反射率金属が、デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスの上部空間（ｈｅａｄｓｐａｃｅ）の素子と反応するときイオン結合化合物（ｉｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を形成する、デバイス。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のデバイスであって、低反射率金属が少なくとも部分的に透過性を有する、デバイス。
8. デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスのコントラストを改良させる方法であって、
   デジタル・マイクロ・ミラー・デバイスの基板の上方に配置される第１のマイクロ・ミラー及び第２のマイクロ・ミラーによって形成される開口を介して光を受けることであって、基板は基板の上側表面上に複数の電流供給導電体を有しており、各電流供給導電体は電流供給導電体の上側表面上に配置される低反射率金属を有しており、
   開口を介して受けた光を低反射率金属と接触させること、及び
   開口を介して低反射率金属が受ける光の反射を少なくとも部分的に低減させること
   を含む方法。

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