JP2016511838A - 側壁ビームを有する電気機械システム - Google Patents

Abstract

本開示は、側壁ビームを有する電気機械システムのためのシステム、方法および装置を提供する。一態様では、デバイスは、第１の電極および第２の電極を有する基板と、基板とモノリシックに集積されるとともに、第１の壁、第２の壁、およびベースを有する可動シャトルとを含む。第１の壁および第２の壁は各々、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有する。第１の壁および第２の壁は、シャトルの実質的に平行な垂直辺を画定し、ベースは、第１の壁および第２の壁に対して直角に配置され、シャトルの水平底面を形成し、第１の壁および第２の壁への構造的支持を提供する。第１の壁および第１の電極は第１のキャパシタを画定し、第２の壁および第２の電極は第２のキャパシタを画定する。

Description

本開示は、電気機械システムおよびデバイスと、電気機械センサおよびアクチュエータの形成とに関する。

電気機械システム（ＥＭＳ）は、電気および機械要素と、アクチュエータと、トランスデューサと、センサと、鏡および光学フィルムなどの光学構成要素と、電子機器とを有するデバイスを含む。ＥＭＳデバイスまたは要素は、マイクロスケールおよびナノスケールを含むが、それに限定されるわけではない、様々な規模で製造され得る。たとえば、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、約１ミクロンから数百ミクロン以上にわたるサイズを有する構造を含み得る。ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）デバイスは、たとえば、数百ナノメートルよりも小さいサイズを含む、１ミクロンよりも小さいサイズを有する構造を含み得る。電気機械要素は、堆積、エッチング、リソグラフィ、ならびに／あるいは基板および／または堆積材料層の部品をエッチング除去する、もしくは電気および電気機械デバイスを形成するための層を追加する他のマイクロマシニングプロセスを使って作成され得る。

ＭＥＭＳは通常、比較的旧型のシリコン式集積回路処理機器を使って製造される。従来のマイクロ電気機械デバイス作製方法がしばしば、ガラス式ディスプレイ技術と適合しないので、ガラス式製造技術は、開発するのが難しい。また、従来の集積回路（ＩＣ）作製に関連付けられた応力および応力勾配問題は、大規模ガラス式微細加工において悪化され得る。

米国特許出願第１１／２５１，０３５号 米国特許出願第１１／３２６，６９６号 米国特許出願第１２／４８３，０６２号 米国特許第７，４０５，８５２号

Ｄｅｎ Ｂｏｅｒ、「Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、２００５）

本開示のシステム、方法およびデバイスは、それぞれいくつかの発明的態様を有し、それらのうちの単一の態様だけが、本明細書で開示する望ましい属性に関与するとは限らない。

本開示で説明する主題の１つの発明的態様は、第１の電極および第２の電極を有する基板と、基板とモノリシックに集積されるとともに、第１の壁、第２の壁、およびベースを有する可動シャトルとを含むデバイスにおいて実装され得る。第１の壁および第２の壁は各々、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有する。第１の壁および第２の壁は、シャトルの実質的に平行な垂直辺を画定し、ベースは、第１の壁および第２の壁に対して直角に配置され、シャトルの水平底面を形成する。第１の壁および第１の電極は第１のキャパシタを画定し、第２の壁および第２の電極は第２のキャパシタを画定する。

いくつかの実装形態では、ベースは、第１の壁および第２の壁への構造的支持を与えることができ、第１の壁および第２の壁の動きを制限する。いくつかの実装形態では、差動キャパシタセンサを設けるように、第１の壁は、第１の方向において第１の電極を向き、第２の壁は、第２の反対方向において第２の電極を向く。いくつかの実装形態では、基板は透明セクションを含んでよく、可動シャトルは、基板の透明セクションを通過する光を変調するためのマイクロ電気機械（ＭＥＭ）シャッター要素を含む。いくつかの実装形態では、可動シャトルは、加速度計、スピーカ、マイクロフォン、および圧力センサのうちの少なくとも１つを含む群から選択された構成要素のトランスデューサを含み得る。いくつかの実装形態では、デバイスは、基板とモノリシックに集積されるとともに、デバイスの配向を測定するように構成されたマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープアレイを含み得る。

本開示で説明する主題の別の発明的態様は、第１の電極および第２の電極を有する基板を設けるステップと、基板上に可動シャトルをモノリシックに形成するステップとを含む、電気機械デバイスを製造する方法において実装され得る。シャトルを形成するステップは、第１の壁および第２の壁を形成するステップであって、各々が、シャトルの垂直辺を画定し、各々が、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有する、ステップと、第１の壁および第２の壁に対して直角に配置されるとともにシャトルの水平底面を画定するベースを形成するステップとを含み、第１の壁および第２の壁は、ベースに結合されて波形構造を形成する。第１の壁および第１の電極は第１のキャパシタを画定し、第２の壁および第２の電極は第２のキャパシタを画定する。

いくつかの実装形態では、第１の壁を形成するステップは、第１の方向において第１の電極を向くように第１の壁を形成するステップを含み、第２の壁を形成するステップは、第２の反対方向において第２の電極を向くように第２の壁を形成するステップを含む。方法は、差動キャパシタセンサを設けるように、第１のキャパシタおよび第２のキャパシタを構成するステップをさらに含み得る。いくつかの実装形態では、可動シャトルをモノリシックに形成するステップは、基板の透明セクションを通過する光を変調するためのＭＥＭシャッター要素を設けるステップを含み得る。いくつかの実装形態では、可動シャトルをモノリシックに形成するステップは、加速度計、スピーカ、マイクロフォン、および圧力センサからなる群から選択された構成要素のトランスデューサを設けるステップを含み得る。

いくつかの実装形態では、方法は、基板とモノリシックに集積されるとともに、基板に対して可動シャトルを保持するように構成されたテザービームを設けるステップを含み得る。いくつかの実装形態では、基板を設けるステップは、ガラス、溶融石英、絶縁セラミック、および高分子絶縁体のうちの少なくとも１つを含む群から選択された絶縁体を設けるステップを含み得る。

本開示で説明する主題の別の発明的態様は、第１の電極および第２の電極を有する基板と、基板上に配設されるとともに光を変調するように構成された複数のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）シャッターと、基板とモノリシックに集積されるとともに、第１の壁、第２の壁、およびベースを有する可動シャトルとを含むディスプレイにおいて実装され得る。第１の壁および第２の壁は各々、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有し、第１の壁、第２の壁、およびベースは、Ｕ字形を実質的に画定するように結合される。第１の壁および第１の電極は第１のキャパシタを画定し、第２の壁および第２の電極は第２のキャパシタを画定する。

いくつかの実装形態では、可動シャトルは、加速度計、スピーカ、マイクロフォン、傾斜センサ、および圧力センサのうちの少なくとも１つを含む群から選択された構成要素のトランスデューサを含み得る。いくつかの実装形態では、第１の壁および第２の壁は、シャトルの平行な垂直辺を画定することができ、ベースは、第１の壁および第２の壁に対して直角に配置されてよく、ベースは、第１の壁および第２の壁への支持を提供することができ、第１の壁および第２の壁の動きを制限することができる。いくつかの実装形態では、差動キャパシタセンサを設けるように、第１の壁は、第１の方向において第１の電極を向いてよく、第２の壁は、第２の反対方向において第２の電極を向いてよい。いくつかの実装形態では、基板は、ガラス、溶融石英、絶縁セラミック、および高分子絶縁体のうちの少なくとも１つを含む群から選択された絶縁体を含み得る。いくつかの実装形態では、ディスプレイは、基板とモノリシックに集積されるとともに、基板に対して可動シャトルを保持するように構成されたテザービームを含み得る。いくつかの実装形態では、ディスプレイは、基板上に配設されるとともにディスプレイの配向を測定するように構成されたＭＥＭＳジャイロスコープアレイを含んでよく、ＭＥＭＳジャイロスコープアレイは、可動シャトルを組み込む少なくとも１つのジャイロスコープを含む。

本開示で説明する主題の１つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および以下の説明において示す。本開示で提供する例は、主にＥＭＳおよびＭＥＭＳ式ディスプレイに関して説明するが、本明細書で提供する概念は、他のタイプのディスプレイ、たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）ディスプレイ、および電界放出ディスプレイに適用することができる。他の特徴、態様および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになろう。以下の図の相対寸法は、一定の縮尺で描かれてはいない場合があることに留意されたい。

上述の説明は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。

例示的なディスプレイ装置の等角図である。 図１Ａのディスプレイ装置のブロック図である。 図１ＡのＭＥＭＳ式ディスプレイへの組込みに適した例示的なシャッター式光変調器の斜視図である。 図１ＡのＭＥＭＳ式ディスプレイに組み込まれた光変調器の制御に適した制御マトリクスの概略図である。 図３Ａの制御マトリクスに接続されたシャッター式光変調器アレイの斜視図である。 開状態にある、二重作動式シャッターアセンブリの平面図である。 閉状態にある、二重作動式シャッターアセンブリの平面図である。 シャッター式ディスプレイ装置の断面図である。 複数の光変調器ディスプレイ要素を含むディスプレイデバイス６４０を示すシステムブロック図である。 複数の光変調器ディスプレイ要素を含むディスプレイデバイス６４０を示すシステムブロック図である。 ＭＥＭＳシステムの例を示す図である。 一例による、異なる作製段階における側壁ビームを含む基板の領域の断面の概略図である。 一例による、異なる作製段階における側壁ビームを含む基板の領域の断面の概略図である。 一例による、異なる作製段階における側壁ビームを含む基板の領域の断面の概略図である。 一例による、異なる作製段階における側壁ビームを含む基板の領域の断面の概略図である。 一例による、異なる作製段階における側壁ビームを含む基板の領域の断面の概略図である。 電極を含むセンサ構造の例の上面図である。 電極を含むセンサ構造の例の断面図である。 一例による、カバーを有するセンサの断面図である。 電極を含むセンサ構造の例の上面図である。 電極を含むセンサ構造の例の断面図である。 基板上に形成された１組のシャッターおよび加速度計の例の断面図である。 一例による、電気機械デバイスを製造する方法のフロー図である。 ＭＥＭＳジャイロスコープアレイの斜視図である。 ジャイロスコープ要素とシャッターとを含むＭＥＭＳ要素のアレイの斜視図である。

様々な図面における類似の参照符号および記号は、類似の要素を示している。

以下の説明は、本開示の発明的態様について説明する目的で、いくつかの実装形態を対象とする。ただし、本明細書の教示が多数の異なる方法で適用され得ることは、当業者には容易に認識されよう。説明する実装形態は、動いている（ビデオなど）か、動いていない（静止画像など）かにかかわらず、および、テキストであるか、グラフィックであるか、絵であるかにかかわらず、画像を表示するように構成され得る、任意のデバイス、装置、またはシステムにおいて実施され得る。より詳細には、説明する実装形態は、限定はしないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョン受信機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ（ＭＰ３プレーヤなど）、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算機、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子リーディングデバイス（たとえば、電子リーダー）、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ（オドメーターディスプレイ、および速度計ディスプレイなどを含む）、コックピットコントロールおよび／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両中のリアビューカメラのディスプレイなど）、電子写真、電子掲示板または標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、パーキングメーター、パッケージング（微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用途を含む電気機械システム（ＥＭＳ）用途、ならびに、非ＭＥＭＳ用途におけるものなど）、美的構造物（１つの宝飾品または衣類上の画像のディスプレイなど）、ならびに様々なＥＭＳデバイスなど、様々な電子デバイス中に含まれるか、またはそれに関連付けられ得ることが企図される。本明細書の教示はまた、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動作感知デバイス、磁力計、家電製品のための慣性構成要素、家電製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験機器など、非ディスプレイ適用例においても使用され得る。したがって、本教示は、単に図に示す実装形態に限定されることを意図しておらず、代わりに、当業者に容易に明らかになるであろう広い適用性を有する。

容量性要素を有するガラス式デバイスを提供するため、およびそのようなデバイスを製造するためのシステムおよび方法について、本明細書で開示する。デバイスは、容量性要素および可動シャトルを含み、従来のガラス式ディスプレイ作製プロセスから形成される。デバイスは、微小機械デバイスおよびＭＥＭＳデバイスを含み得る。一実装形態では、デバイスは、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカおよびマイクロフォンなど、ディスプレイ基板上に集積された追加構成要素を有するＭＥＭＳシャッターディスプレイである。

一実装形態では、デバイスは、第１の電極および第２の電極を有する基板と、基板とモノリシックに集積された可動シャトルとを含む。可動シャトルは第１の壁および第２の壁を有し、これらの壁が、シャトルの実質的に平行な垂直辺を画定し、ベースは、第１の壁および第２の壁に対して直角に配置されるとともに、シャトルの水平底面を形成する。第１の壁および第１の電極は第１のキャパシタを画定し、第２の壁および第２の電極は第２のキャパシタを画定する。この実装形態において、第１の壁および第２の壁は、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有する。一実装形態では、ベースは、第１の壁および第２の壁への構造的支持を与え、第１の壁および第２の壁の動きを制限する。可動シャトルは、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカ、マイクロフォンおよび圧力センサのうちの１つまたは複数の一部であってよい。

様々な実装形態によると、本明細書で開示するシステムおよび方法は、シャトルなど、波形構造を含む様々な微小機械アクチュエータおよびセンサの形成を可能にする。１つの利点によると、従来のシリコン式方法および設計を使って生産される構造よりも、生産するためのコストがかからない微小機械構造を含むガラス式ディスプレイ作製プラットフォームのためのシステムおよび方法が提供される。

いくつかの実装形態によると、マイクロシステムを製造するのに、従来のガラス式ディスプレイ作製技術を使用すると、ディスプレイ、センサ、アクチュエータ、およびインターフェース回路のモノリシックな集積が容易になる。その結果、ディスプレイ、加速度計、マイクロフォン、スピーカ、圧力センサ、エネルギー収集デバイス、機械共振器、またはそれらの任意の組合せなど、完全に集積されたシステムの開発に、実装形態が使われ得る。たとえば、ジェスチャー認識または傾斜検知に、加速度計が使われ得る。

本明細書で開示するガラス式構造は、ディスプレイシステムに機能構成要素を集積し、そうすることによって、機能性を提供するための、ディスプレイシステムへの個別機能構成要素の追加をなくすことによって、デバイスコストを削減する。さらに、ガラスデバイス作製のための設計規則は、匹敵するシリコン式構造用よりも大きいが、ガラスデバイス作製のためのコストは、匹敵するシリコン式デバイス作製のためのコストよりも約１００倍低い。一例では、携帯電話は通常、１つまたは複数の加速度計を有し、ディスプレイシステムに加速度計を集積すると、コストを節約することができ、このことは、デバイスの大量生産には特に顕著であり得る。他の例では、マイクロフォン、スピーカ、ジャイロスコープおよび磁力計が、ディスプレイシステムに集積され得る。様々な実装形態において、加速度計、ジャイロスコープおよび磁力計は、たとえば、傾斜、ジェスチャー、ＧＰＳ代用、およびゲームの統合に使われ得る。

図１Ａは、直視型ＭＥＭＳ式ディスプレイ装置１００の概略図である。ディスプレイ装置１００は、行および列に配列された複数の光変調器１０２ａ〜１０２ｄ（全体として「光変調器１０２」）を含む。ＭＥＭＳ式ディスプレイ装置１００は、ガラス式デバイスであってよく、集積型容量性要素を含み得る。ディスプレイ装置１００において、光変調器１０２ａおよび１０２ｄは開状態にあり、光を通させる。光変調器１０２ｂおよび１０２ｃは閉状態にあり、光の通過を妨げる。光変調器１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的にセットすることによって、ディスプレイ装置１００は、１つのランプまたは複数のランプ１０５で照射された場合、バックライト付きディスプレイ用の画像１０４を形成するのに利用することができる。別の実装形態では、装置１００は、装置の前面から発する周辺光の反射によって、画像を形成することができる。別の実装形態では、装置１００は、ディスプレイの前面に配置された１つのランプまたは複数のランプからの光の反射によって、すなわちフロントライトを使用して、画像を形成することができる。閉状態または開状態のうちの１つにおいて、光変調器１０２は、たとえば、および限定なしで、光を遮断し、反射し、吸収し、フィルタリングし、偏光し、回折し、または他の方法で光の特性または経路を変えることによって、光学経路中の光と干渉する。

ディスプレイ装置１００において、各光変調器１０２は、画像１０４中の画素１０６に対応する。他の実装形態では、ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器を利用して、画像１０４中の画素１０６を形成することができる。たとえば、ディスプレイ装置１００は、３つの色固有光変調器１０２を含み得る。特定の画素１０６に対応する色固有光変調器１０２のうちの１つまたは複数を選択的に開くことによって、ディスプレイ装置１００は、画像１０４中のカラー画素１０６を生成することができる。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４中のグレースケールを提供するために、画素１０６ごとに２つ以上の光変調器１０２を含む。画像に関して、「画素」は、画像の解像度によって定義される最も小さいピクチャ要素に対応する。ディスプレイ装置１００の構造構成要素に関して、「画素」という用語は、画像の単一画素を形成する光を変調するのに使用される、機械構成要素と電気構成要素との組合せを指す。

ディスプレイ装置１００は、結像光学素子を必要としないという点で、直視型ディスプレイである。ユーザは、ディスプレイ装置１００を直接見ることによって、画像を見る。代替実装形態では、ディスプレイ装置１００は投写型ディスプレイに組み込まれる。そのような実装形態では、ディスプレイは、スクリーン上または壁の上に光を投影することによって画像を形成する。投影用途において、ディスプレイ装置１００は、投影画像１０４よりもかなり小さい。

直視型ディスプレイは、透過モードまたは反射モードのいずれかで動作し得る。透過型ディスプレイでは、光変調器は、ディスプレイの後ろに配置された１つのランプまたは複数のランプから発する光をフィルタリングし、または選択的に遮断する。場合によっては、ランプからの光は、光ガイドまたは「バックライト」に注入される。透過直視型ディスプレイ実装形態は、光変調器を含む一方の基板がバックライトのすぐ上に配置されるサンドイッチアセンブリ配列を円滑にするように、透明基板またはガラス基板の上に構築されることが多い。いくつかの透過ディスプレイ実装形態では、カラーフィルタ材料を各変調器１０２に関連付けることによって、色固有光変調器が作成される。他の透過ディスプレイ実装形態では、色は、後で説明するように、異なる原色をもつランプの照明を交替することによるフィールド順次式カラー方法を使って生成することができる。

各光変調器１０２は、シャッター１０８および開口１０９を含む。画像１０４中の画素１０６を照明するために、シャッター１０８は、見ている人に向かって光が開口１０９を通るように配置される。画素１０６を未点灯のまま保つために、シャッター１０８は、光が開口１０９を通過するのを妨げるように配置される。開口１０９は、反射材料または光吸収材料を通じてパターニングされた開口部によって画定される。

ディスプレイ装置は、シャッターの移動を制御するための、基板と、光変調器とに接続された制御マトリクスも含む。制御マトリクスは、画素の行ごとに、少なくとも１つの書込み許可相互接続１１０（「スキャンライン相互接続」とも呼ばれる）と、各画素列に対する１つのデータ相互接続１１２と、すべての画素に、または少なくとも、ディスプレイ装置１００中の複数の列と複数の行の両方にある画素に共通電圧を与える１つの共通相互接続１１４とを含む、一連の電気相互接続（たとえば、相互接続１１０、１１２および１１４）を含む。適切な電圧（「書込み許可電圧、Ｖ_ｗｅ」）の印加に応じて、所与の画素行に対する書込み許可相互接続１１０は、行中の画素を、新規シャッター移動命令を受諾するように準備する。データ相互接続１１２は、新規移動命令を、データ電圧パルスの形で伝達する。データ相互接続１１２に印加されるデータ電圧パルスは、いくつかの実装形態において、シャッターの静電的な移動に直接寄与する。他の実装形態では、データ電圧パルスは、スイッチ、たとえばトランジスタ、または、データ電圧よりも通常、規模が高い別個の作動電圧の、光変調器１０２への印加を制御する他の非線形回路要素を制御する。次いで、これらの作動電圧を印加した結果、シャッター１０８の静電駆動移動が生じる。

図１Ｂは、ディスプレイ装置１００のブロック図１５０である。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、上述したディスプレイ装置１００の要素に加え、ブロック図１５０に示すように、ディスプレイ装置１００は、複数のスキャンドライバ１５２（「書込み許可電圧源」とも呼ばれる）と複数のデータドライバ１５４（「データ電圧源」とも呼ばれる）とを含む。スキャンドライバ１５２は、スキャンライン相互接続１１０に書込み許可電圧を印加する。データドライバ１５４は、データ相互接続１１２にデータ電圧を印加する。ディスプレイ装置のいくつかの実装形態において、データドライバ１５４は、特に画像１０４のグレースケールがアナログ方式で導出されるべきである場合、光変調器にアナログデータ電圧を提供するように構成される。アナログ動作において、光変調器１０２は、ある範囲の中間電圧がデータ相互接続１１２を通して印加されると、シャッター１０８における、ある範囲の中間開状態が生じ、その結果、画像１０４におけるある範囲の中間照明状態すなわちグレースケールが生じるように設計される。

他の場合には、データドライバ１５４は、２つ、３つまたは４つのデジタル電圧レベルの縮小セットのみを制御マトリクスに印加するように構成される。これらの電圧レベルは、デジタル方式で、シャッター１０８の各々に対して、開状態または閉状態をセットするように設計される。

スキャンドライバ１５２およびデータドライバ１５４は、デジタルコントローラ回路１５６（「コントローラ１５６」とも呼ばれる）に接続される。コントローラ１５６は、着信画像信号１５７を、ディスプレイ１００の空間アドレス指定およびグレースケール性能に適したデジタル画像形式に処理する入力処理モジュール１５８を含む。各画像の画素の場所およびグレースケールデータは、データが必要に応じてデータドライバ１５４に供出されるように、フレームバッファ１５９に記憶される。データは、行および画像フレームでグルーピングされた所定のシーケンスに編成されて、ほぼ直列方式でデータドライバ１５４に送られる。データドライバ１５４は、直列並列データコンバータと、レベルシフティングと、いくつかの適用例向けにはデジタルアナログ電圧コンバータとを含み得る。

ディスプレイ装置１００は、場合によっては、共通電圧源とも呼ばれる１組の共通ドライバ１５３を含む。いくつかの実装形態において、共通ドライバ１５３は、たとえば、一連の共通相互接続１１４に電圧を供給することによって、光変調器のアレイ１０３内のすべての光変調器にＤＣ共通電位を提供する。他の実装形態では、共通ドライバ１５３は、コントローラ１５６からのコマンドに従って、光変調器のアレイ１０３に対し電圧パルスまたは信号、たとえば、アレイ１０３の複数の行および列中のすべての光変調器の同時作動を駆動および／または開始することが可能である大域作動パルスを出す。

異なるディスプレイ機能のためのドライバ（たとえばスキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、および共通ドライバ１５３）はすべて、コントローラ１５６内のタイミング制御モジュール１６０によって時間同期される。モジュール１６０からのタイミングコマンドが、ランプドライバ１６８と、画素のアレイ１０３内の特定の行の書込み許可およびシーケンシングと、データドライバ１５４からの電圧の出力と、光変調器作動を可能にする電圧の出力とにより、赤、緑および青および白色ランプ（それぞれ１６２、１６４、１６６、および１６７）の照明を調整する。

コントローラ１５６は、アレイ１０３内のシャッター１０８の各々が、新規画像１０４に適した照明レベルにリセットされ得るためのシーケンシングまたはアドレス指定方式を決定する。新規画像１０４は、周期的間隔でセットされ得る。たとえば、ビデオディスプレイの場合、カラー画像１０４またはビデオフレームは、１０〜３００ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実装形態において、アレイ１０３への画像フレームの設定は、交替画像フレームが、赤、緑および青など、交替する一連の色で照射されるように、ランプ１６２、１６４、および１６６の照明と同期される。それぞれの色のための画像フレームは、カラーサブフレームと呼ばれる。フィールド順次式カラー方法と呼ばれるこの方法では、カラーサブフレームが、２０Ｈｚを超過する周波数で交替される場合、人間の脳は、交替するフレーム画像を、広い連続する範囲の色を有する画像の知覚に平均する。代替実装形態では、原色をもつ４つ以上のランプが、ディスプレイ装置１００において利用されてよく、赤、緑、および青以外の原色を利用する。

いくつかの実装形態では、ディスプレイ装置１００が、開状態と閉状態との間でのシャッター１０８のデジタル切替え用に設計される場合、コントローラ１５６は、アドレス指定シーケンスおよび／または画像フレームの間の時間間隔を判定して、適切なグレースケールをもつ画像１０４を生じる。特定のフレームにおいてシャッター１０８が開である時間量を制御することによってグレースケールの変動レベルを生成するプロセスは、時分割グレースケールと呼ばれる。時分割グレースケールのいくつかの実装形態では、コントローラ１５６は、その画素の所望される照明レベルまたはグレースケールにより、シャッター１０８が開状態のままであることを許可される各フレーム内の時間期間または時間の一部を判定する。他の実装形態では、各画像フレームについて、コントローラ１５６は、アレイ１０３の複数の行および列中で複数のサブフレーム画像をセットし、コントローラは、グレースケールについてのコード化ワード内で利用されるグレースケール値または有効性値に比例して、各サブフレーム画像が照明される持続時間を変更する。たとえば、一連のサブフレーム画像についての照明時間は、バイナリコード化系列１、２、４、８．．．に比例して変えられ得る。アレイ１０３中の各画素用のシャッター１０８は次いで、グレーレベルについての画素のバイナリコード化ワード内の対応する位置における値に従って、サブフレーム画像内で開状態または閉状態のいずれかにセットされる。

他の実装形態では、コントローラは、特定のサブフレーム画像向けに所望されるグレースケール値に比例して、ランプ１６２、１６４、および１６６からの光の強度を変更する。いくつかのハイブリッド技術も、シャッター１０８のアレイからカラースケールおよびグレースケールを形成するために利用可能である。たとえば、上述した時分割技術が、画素ごとの複数のシャッター１０８の使用と組み合わされてもよく、特定のサブフレーム画像についてのグレースケール値が、サブフレームタイミングとランプ強度の両方の組合せにより確立されてもよい。いくつかの実装形態において、画像状態１０４についてのデータは、コントローラ１５６によって、変調器アレイ１０３に、スキャンラインとも呼ばれる個々の行の順次アドレス指定によりロードされる。

シーケンス中の行すなわちスキャンラインごとに、スキャンドライバ１５２は、アレイ１０３のその行について、書込み許可相互接続１１０に書込み許可電圧を印加し、続いて、データドライバ１５４が、選択された行中の各列について、所望のシャッター状態に対応するデータ電圧を供給する。このプロセスは、アレイ中のすべての行についてデータがロードされるまで繰り返す。いくつかの実装形態において、データローディングのための選択された行のシーケンスは、線形であり、アレイ中の上から下に進む。他の実装形態では、選択された行のシーケンスは、視覚的アーティファクトを最小限にするために擬似ランダム化される。さらなる実装形態では、シーケンシングはブロックで編成され、この場合、ブロックに対して、画像状態１０４の特定の一部のみについてのデータが、たとえば、シーケンス中のアレイの５行おきにのみアドレス指定することによってアレイにロードされる。

いくつかの実装形態において、アレイ１０３に画像データをロードするためのプロセスは、シャッター１０８を作動させるプロセスとは、時間的に分離される。これらの実装形態において、変調器アレイ１０３は、アレイ１０３中の各画素に対するデータメモリ要素を含むことができ、制御マトリクスは、メモリ要素に記憶されたデータに従って、シャッター１０８の同時作動を開始するためのトリガ信号を、共通ドライバ１５３から搬送するための大域作動相互接続を含み得る。様々なアドレス指定シーケンスが、タイミング制御モジュール１６０を用いて調整され得る。

代替実装形態では、画素アレイ１０３と、画素を制御する制御マトリクスとが、方形の行および列以外の構成で配列され得る。たとえば、画素は、六角形アレイまたは曲線をなす行および列で配列され得る。概して、本明細書で使用するスキャンラインという用語は、書込み許可相互接続を共有する、任意の複数の画素を指すものである。

ディスプレイ１００は、タイミング制御モジュール１６０、フレームバッファ１５９、スキャンドライバ１５２、データドライバ１５４、ならびにドライバ１５３および１６８を含む複数の機能ブロックを含む。各ブロックは、区別可能なハードウェア回路および／または実行可能コードのモジュールのいずれかを表すように理解されてよい。いくつかの実装形態では、機能ブロックは、回路基板および／またはケーブルを用いて互いに接続された個別のチップまたは回路として提供される。代替として、これらの回路のうちの多くは、ガラスまたはプラスチックの同じ基板上で、画素アレイ１０３とともに製造され得る。他の実装形態では、ブロック図１５０にある複数の回路、ドライバ、プロセッサ、および／または制御機能は、単一のシリコンチップ内で互いと統合されてよく、チップは次いで、透明基板保持画素アレイ１０３に直接接合される。

コントローラ１５６は、コントローラ１５６内で実装されるアドレス指定、カラー、および／またはグレースケールアルゴリズムを、特定の適用例の必要に応じて変えるようにするためのプログラミングリンク１８０を含む。いくつかの実装形態では、プログラミングリンク１８０は、周辺光または温度センサなどの環境センサからの情報を伝え、そうすることによってコントローラ１５６は、環境条件に対応する撮像モードまたはバックライト電力を調整することができる。コントローラ１５６は、ランプならびに光変調器作動に必要とされる電力を提供する電源入力１８２も含む。必要な場合、ドライバ１５２、１５３、１５４、および／または１６８は、１８２における入力電圧を、シャッター１０８の作動またはランプ１６２、１６４、１６６、および１６７などのランプの照明に十分な様々な電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータを含むか、またはそれらのコンバータに関連付けられ得る。

ＭＥＭＳ光変調器

図２は、図１ＡのＭＥＭＳ式ディスプレイ装置１００への組込みに適した例示的なシャッター式光変調器２００の斜視図である。光変調器２００は、ガラスから形成され得る。シャッター式光変調器２００（シャッターアセンブリ２００とも呼ばれる）は、アクチュエータ２０４に結合されたシャッター２０２を含む。アクチュエータ２０４は、２つの別個のコンプライアント電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）から形成される。シャッター２０２は、一方では、アクチュエータ２０５に結合する。アクチュエータ２０５は、表面２０３に対して実質的に平行である運動面における表面２０３の上方で、シャッター２０２を横方向に移動する。シャッター２０２の反対側は、アクチュエータ２０４によって加えられる力に対向する復元力を与えるスプリング２０７に結合する。いくつかの実装形態では、シャッター２０２は、後でより詳細に説明するように、波形であってよい。いくつかの適用例では、光変調器２００は容量性要素を含むことができる。

各アクチュエータ２０５は、シャッター２０２をロードアンカ２０８に接続するコンプライアントロードビーム２０６を含む。ロードアンカ２０８は、コンプライアントロードビーム２０６とともに、機械的サポートとして働き、シャッター２０２を、表面２０３に近接して懸架されたまま保つ。ロードアンカ２０８は、コンプライアントロードビーム２０６とシャッター２０２とを表面２０３に物理接続し、ロードビーム２０６を、バイアス電圧、一部の事例ではグランドに電気接続する。

各アクチュエータ２０５は、各ロードビーム２０６に隣接して配置されたコンプライアント駆動ビーム２１６も含む。駆動ビーム２１６は、一方の端部において、駆動ビーム２１６の間で共有される駆動ビームアンカ２１８に結合する。各駆動ビーム２１６の他端は、自由に移動する。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端と、ロードビーム２０６の固定端との近くのロードビーム２０６に最接近するように湾曲される。

表面２０３は、光を通過させるための１つまたは複数の開口２１１を含む。シャッターアセンブリ２００が、たとえばシリコンで作られた不透明基板上に形成される場合、表面２０３は基板の表面であり、開口２１１は、基板を通して穴のアレイをエッチングすることによって形成される。シャッターアセンブリ２００が、たとえばガラスまたはプラスチックで作られた透明基板上に形成される場合、表面２０３は、基板上に堆積された遮光層の表面であり、開口は、穴２１１のアレイ中に表面２０３をエッチングすることによって形成される。開口２１１は概して、円形、楕円、多角形、蛇行状、または形状が不規則でよい。

動作時、光変調器２００を組み込むディスプレイ装置は、駆動ビームアンカ２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を印加する。第２の電位が、ロードビーム２０６に印加され得る。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６との間の得られる電位差は、駆動ビーム２１６の自由端を、ロードビーム２０６の固定端の方に引き付け、ロードビーム２０６のシャッター端を、駆動ビーム２１６の固定端の方に引き付け、そうすることによって、シャッター２０２を、駆動アンカ２１８に向かって横に駆動する。コンプライアント部材２０６は、ビーム２０６および２１６にわたる電圧が除去されたとき、ロードビーム２０６がシャッター２０２をその初期位置に押し戻すように、スプリングとして働き、ロードビーム２０６に蓄えられた応力を解放する。

弾性シャッターアセンブリとも呼ばれるシャッターアセンブリ２００は、電圧が除去された後にシャッターをその休止または弛緩位置に戻すための、スプリングなどの受動復元力を組み込む。いくつかの弾性復元機構および様々な静電結合が、静電アクチュエータ、すなわち一例にすぎないシャッターアセンブリ２００中に示すコンプライアントビームの中に、またはそれらとともに設計されてよい。他の例が、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている米国特許出願第１１／２５１，０３５号および第１１／３２６，６９６号に記載されている。たとえば、動作の「開」状態と「閉」状態との間の急激な遷移を好むとともに、多くの場合では、双安定またはヒステリシス動作特性をシャッターアセンブリに提供する、高度に非線形な電圧変位応答が与えられ得る。アナロググレースケール動作用に使われ得る、より漸次的な電圧変位応答をもつとともにかなり削減されたヒステリシスをもつ、他の静電アクチュエータも設計され得る。

弾性シャッターアセンブリ内のアクチュエータ２０５は、閉位置または作動位置と弛緩位置との間で動作することとなる。ただし、設計者は、アクチュエータ２０５がその弛緩位置にあるときはいつでも、シャッターアセンブリ２００が「開」状態にある、すなわち、光を通過し、または「閉」状態にある、すなわち、光を遮断するように、開口２１１を位置することを選ぶことができる。説明の目的で、以下では、本明細書で説明する弾性シャッターアセンブリは、その弛緩状態において開であるように設計されると仮定される。

多くの場合は、制御電子機器が開状態および閉状態の各々にシャッターを静電的に駆動することが可能であるように、「開」アクチュエータおよび「閉」アクチュエータの２種セットが、シャッターアセンブリの一部として設けられ得る。

図３Ａは、図１ＡのＭＥＭＳ式ディスプレイ装置１００に組み込まれた光変調器の制御に適した制御マトリクス３００の概略図である。いくつかの実装形態では、制御マトリクスは、後でより詳細に説明する波形シャトルを含む波形シャトルマトリクスを制御するのに使われ得る。図３Ｂは、図３Ａの制御マトリクス３００に接続されたシャッター式光変調器アレイ３２０の斜視図である。制御マトリクス３００は、画素アレイ３２０（「アレイ３２０」）をアドレス指定することができる。各画素３０１は、アクチュエータ３０３によって制御される、図２のシャッターアセンブリ２００などの弾性シャッターアセンブリ３０２を含む。各画素は、開口３２４を含む開口層３２２も含む。

制御マトリクス３００は、シャッターアセンブリ３０２が形成される基板３０４の表面に、拡散または薄膜堆積電気回路として組み立てられ得る。制御マトリクス３００は、制御マトリクス３００中の画素３０１の各行に対するスキャンライン相互接続３０６と、制御マトリクス３００中の画素３０１の各列に対するデータ相互接続３０８とを含み得る。各スキャンライン相互接続３０６は、書込み許可電圧源３０７を、対応する画素３０１の行中の画素３０１に電気接続する。各データ相互接続３０８は、データ電圧源（「Ｖｄソース」）３０９を、対応する画素３０１の列中の画素３０１に電気接続する。制御マトリクス３００中で、データ電圧Ｖ_ｄは、シャッターアセンブリ３０２の作動に必要なエネルギーの大部分を提供する。このように、データ電圧源３０９は、作動電圧源としても働く。

図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、画素アレイ３２０中の各画素３０１または各シャッターアセンブリ３０２に対して、制御マトリクス３００は、トランジスタ３１０とキャパシタ３１２とを含む。各トランジスタ３１０のゲートは、画素３０１が置かれているアレイ３２０中の行のスキャンライン相互接続３０６に電気接続される。各トランジスタ３１０のソースは、それに対応するデータ相互接続３０８に電気接続される。各シャッターアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３は、２つの電極を含む。各トランジスタ３１０のドレインは、対応するキャパシタ３１２の１つの電極、および対応するアクチュエータ３０３の電極のうちの１つと並列に電気接続される。シャッターアセンブリ３０２内のキャパシタ３１２の他方の電極およびアクチュエータ３０３の他方の電極は、共通または接地電位に接続される。代替実装形態では、トランジスタ３１０は、半導体ダイオードおよび／または金属絶縁体金属サンドイッチ型スイッチ素子で置き換えることができる。

動作時、画像を形成するために、制御マトリクス３００は、各スキャンライン相互接続３０６にＶ_ｗｅを順に印加することによって、シーケンス中のアレイ３２０中の各行を書込み可能にする。書込み可能にされた行に対して、行中の画素３０１のトランジスタ３１０のゲートへのＶ_ｗｅの印加により、トランジスタ３１０を通してデータ相互接続３０８に電流が流れて、シャッターアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３に電位が印加される。行が書込み可能にされている間、データ電圧Ｖ_ｄが、データ相互接続３０８に選択的に印加される。アナロググレースケールを与える実装形態では、各データ相互接続３０８に印加されるデータ電圧は、書込み可能にされたスキャンライン相互接続３０６とデータ相互接続３０８との交差に置かれた画素３０１の所望の輝度との関係で変えられる。デジタル制御方式を提供する実装形態では、データ電圧は、比較的低規模の電圧（すなわち、グランドに近い電圧）になるように、またはＶ_ａｔ（作動閾電圧）を満たし、もしくは超えるように選択される。データ相互接続３０８へのＶ_ａｔの印加に応答して、対応するシャッターアセンブリ３０２内のアクチュエータ３０３が作動し、シャッターアセンブリ３０２内のシャッターを開く。データ相互接続３０８に印加された電圧は、制御マトリクス３００が行にＶ_ｗｅを印加するのをやめた後でも、画素３０１のキャパシタ３１２に蓄えられたまま留まる。したがって、シャッターアセンブリ３０２が作動するのに十分な程長い時間、行において電圧Ｖ_ｗｅを待ち、保持する必要はなく、そのような作動は、書込み許可電圧が行から除去された後も進行し得る。キャパシタ３１２は、アレイ３２０内のメモリ要素としても機能し、画像フレームの照明に必要な期間だけ、作動命令を記憶する。

アレイ３２０の画素３０１ならびに制御マトリクス３００は、基板３０４上に形成される。アレイは、基板３０４上に配設された開口層３２２を含み、開口層３２２は、アレイ３２０中のそれぞれの画素３０１に対する１組の開口３２４を含む。開口３２４は、各画素中のシャッターアセンブリ３０２と整列される。一実装形態では、基板３０４は、ガラスやプラスチックなどの透明材料で作られる。別の実装形態では、基板３０４は、不透過性材料から作られるが、この場合、穴がエッチングされて開口３２４を形成する。

シャッターアセンブリ３０２の構成要素は、同じ基板上で、制御マトリクス３００と同時に、または後続処理ステップにおいて処理される。制御マトリクス３００中の電気構成要素は、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタアレイの製造と共通する多くの薄膜技術を使って製造される。利用可能な技術が、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている、Ｄｅｎ Ｂｏｅｒ、「Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、２００５）に記載されている。シャッターアセンブリは、マイクロマシニングの分野と同様の技術を使って、またはマイクロ機械（すなわち、ＭＥＭＳ）デバイスの製造から製造される。たとえば、シャッターアセンブリ３０２は、化学気相堆積プロセスによって堆積された、アモルファスシリコンの薄膜から形成され得る。

シャッターアセンブリ３０２は、アクチュエータ３０３とともに、双安定にされ得る。すなわち、シャッターは、いずれかの位置にシャッターを保持するための電力がほとんどまたはまったく要求されることなく、少なくとも２つの均衡位置（たとえば開または閉）に存在し得る。より具体的には、シャッターアセンブリ３０２は、機械的に双安定であり得る。シャッターアセンブリ３０２のシャッターが正しい位置でセットされると、その位置を維持するのに、電気エネルギーまたは保持電圧は要求されない。シャッターアセンブリ３０２の物理要素に対する機械的圧力が、シャッターを所定の場所で保持し得る。

シャッターアセンブリ３０２はまた、アクチュエータ３０３とともに、電気的に双安定にされ得る。電気的に双安定のシャッターアセンブリでは、シャッターアセンブリの作動電圧を下回る電圧範囲が存在し、この電圧範囲は、（シャッターが開または閉のいずれかの状態で）閉アクチュエータに印加されると、シャッターに対向力が加えられたとしても、アクチュエータを閉のままに、かつシャッターを所定の位置に保持する。対向力は、シャッター式光変調器２００内のスプリング２０７などのスプリングによって加えることができ、または対向力は、「開」もしくは「閉」アクチュエータなどの対向アクチュエータによって加えることができる。

光変調器アレイ３２０は、画素ごとに単一のＭＥＭＳ光変調器を有するものとして示されている。各画素中に複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられる他の実装形態も可能であり、そうすることによって、各画素中の単なる２進「オン」または「オフ」光学状態以上のものを可能にする。画素中の複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、光変調器の各々に関連付けられた開口３２４が不等面積をもつ符号化面積分割グレースケールのいくつかの形が可能である。

他の実装形態では、ローラー式光変調器２２０、光タップ２５０、またはエレクトロウェッティング式光変調アレイ２７０、ならびに他のＭＥＭＳ式光変調器が、光変調器アレイ３２０内のシャッターアセンブリ３０２の代わりに用いられ得る。
図４Ａおよび図４Ｂは、様々な実装形態への包含に適した代替シャッター式光変調器（シャッターアセンブリ）４００を示す。光変調器４００は、デュアルアクチュエータシャッターアセンブリの例であり、図４Ａでは、開状態で示されている。図４Ｂは、閉状態にあるデュアルアクチュエータシャッターアセンブリ４００の図である。シャッターアセンブリ２００とは対照的に、シャッターアセンブリ４００は、シャッター４０６の両側にアクチュエータ４０２および４０４を含む。各アクチュエータ４０２および４０４は、独立に制御される。第１のアクチュエータ、シャッター開アクチュエータ４０２は、シャッター４０６を開くのを担当する。第２の対向アクチュエータ、シャッター閉アクチュエータ４０４は、シャッター４０６を閉じるのを担当する。アクチュエータ４０２および４０４は両方とも、コンプライアントビーム電極アクチュエータである。アクチュエータ４０２および４０４は、シャッターがその上方で懸架されている開口層４０７に対して実質的に、平行な平面にあるシャッター４０６を駆動することによって、シャッター４０６を開閉する。シャッター４０６は、アクチュエータ４０２および４０４に取り付けられたアンカ４０８によって、開口層４０７の少し上方で懸架される。シャッター４０６の移動軸に沿って、シャッター４０６の両端に取り付けられたサポートを含むことにより、シャッター４０６の面外運動が低減され、運動を基板に対して実質的に平行な平面に閉じ込める。図３Ａの制御マトリクス３００との類似性によって、シャッターアセンブリ４００とともに使用するのに適した制御マトリクスは、対向するシャッター開アクチュエータ４０２およびシャッター閉アクチュエータ４０４の各々につき、１つのトランジスタおよび１つのキャパシタを含み得る。

シャッター４０６は、光が通り得る２つのシャッター開口４１２を含む。開口層４０７は、３つの開口４０９からなるセットを含む。図４Ａにおいて、シャッターアセンブリ４００は開状態にあり、したがって、シャッター開アクチュエータ４０２は作動しており、シャッター閉アクチュエータ４０４はその弛緩位置にあり、かつ開口４１２および４０９の中心線が一致する。図４Ｂにおいてシャッターアセンブリ４００は閉状態に移されており、したがって、シャッター開アクチュエータ４０２はその弛緩位置にあり、シャッター閉アクチュエータ４０４は作動しており、かつシャッター４０６の遮光部分はこのとき、開口４０９（点線として示す）を通る光の透過を遮断するための所定の位置にある。

各開口は、その周囲に、少なくとも１つの辺をもつ。たとえば、方形開口４０９は、４つの辺をもつ。円形、楕円、卵型、または他の湾曲開口が開口層４０７に形成される代替実装形態では、各開口は、単一辺のみを有し得る。他の実装形態では、開口は、数学的な意味において分離され、または独立する必要はなく、連結されてよい。すなわち、開口の一部または成形断面が、各シャッターとの対応を維持し得る間、これらのセクションのいくつかは、開口の単一の連続外周が複数のシャッターによって共有されるように連結され得る。

様々な出口角をもつ光を、開状態にある開口４１２および４０９に通すために、開口層４０７中の開口４０９の対応する幅またはサイズよりも大きい幅またはサイズをシャッター開口４１２に与えることが有利である。閉状態において光が漏れるのを効果的に阻止するために、シャッター４０６の遮光部分が開口４０９と重なるように配置され得る。図４Ｂは、シャッター４０６内の遮光部分の辺と、開口層４０７内に形成される開口４０９の１つの辺との間の所定の重複４１６を示す。

静電アクチュエータ４０２および４０４は、その電圧変位挙動により、シャッターアセンブリ４００に双安定特性が与えられるように設計される。シャッター開アクチュエータおよびシャッター閉アクチュエータの各々について、作動電圧を下回る電圧範囲が存在し、この電圧範囲は、そのアクチュエータが閉状態である（シャッターは開または閉のいずれかである）間に印加されると、対向アクチュエータに作動電圧が印加された後でも、アクチュエータを閉のままに、かつシャッターを所定の位置に保持する。そのような対向力に対してシャッターの位置を維持するのに必要とされる最小電圧は、維持電圧Ｖ_ｍと呼ばれる。

図５は、シャッター式光変調器（シャッターアセンブリ）５０２を組み込んだディスプレイ装置５００の断面図である。各シャッターアセンブリは、シャッター５０３とアンカ５０５とを組み込んでいる。アンカ５０５とシャッター５０３との間で接続されると、表面の少し上でシャッターを懸架するのを助けるコンプライアントビームアクチュエータについては図示していない。シャッターアセンブリ５０２は、透明基板５０４上に配設され、プラスチックまたはガラスで作られ得る。基板５０４上に配設された後ろ向き反射層、反射膜５０６が、シャッターアセンブリ５０２のシャッター５０３の閉位置の下に置かれた複数の表面開口５０８を画定する。反射膜５０６は、表面開口５０８を通らない光を、ディスプレイ装置５００の後ろに向かって逆反射する。反射開口層５０６は、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティング、レーザアブレーション、または化学気相堆積を含むいくつかの気相堆積技術によって薄膜方式で形成された含有物をもたない微粒金属膜であり得る。別の実装形態では、後ろ向き反射層５０６は、誘電鏡などの鏡から形成され得る。誘電鏡は、高および低屈折率の材料を交互に繰り返す誘電薄膜の積層として作製される。シャッターが自由に移動する反射膜５０６からシャッター５０３を分離する垂直ギャップは、０．５〜１０ミクロンの範囲内である。垂直ギャップの規模は、図４Ｂに示す重複４１６など、閉状態における、シャッター５０３の辺と、開口５０８の辺との間の横の重複よりも小さくてもよい。

ディスプレイ装置５００は、基板５０４を平面光ガイド５１６から分離する随意のディフューザ５１２および／または随意の輝度強化膜５１４を含む。光ガイドは、透明材料、すなわちガラス材料またはプラスチック材料を含む。光ガイド５１６は、１つまたは複数の光源５１８によって照射され、バックライトを形成する。光源５１８は、たとえば、限定はしないが、白熱電球、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）でよい。反射体５１９は、ランプ５１８から光ガイド５１６に光を向けるのを助ける。前向き反射膜５２０が、バックライト５１６の後ろに配設され、シャッターアセンブリ５０２に向かって光を反射する。シャッターアセンブリ５０２のうちの１つを通らない、バックライトからの光線５２１などの光線は、バックライトに戻され、膜５２０から再度反射される。この方式において、第１の経路上に画像を形成するためにディスプレイを離れることができない光は、リサイクルし、シャッターアセンブリ５０２のアレイ中の他の開いた開口の透過のために利用可能にすることができる。そのような光リサイクルは、ディスプレイの照明効率を上げることがわかっている。

光ガイド５１６は、ランプ５１８から開口５０８の方に、したがってディスプレイの前面の方に光を向け直す１組の幾何学的光リダイレクタまたはプリズム５１７を含む。光リダイレクタは、代替可能に断面が三角形、台形になる、または湾曲することができる形状をもつ光ガイド５１６のプラスチック本体内に成形することができる。プリズム５１７の密度は概して、ランプ５１８からの距離とともに増大する。

代替実装形態では、開口層５０６は、光吸収材料で作ることができ、代替実装形態ではシャッター５０３の表面は、光吸収材料または光反射材料のいずれかでコーティングすることができる。代替実装形態では、開口層５０６は、光ガイド５１６の表面に直接堆積され得る。代替実装形態では、開口層５０６は、（後で説明するＭＥＭＳダウン構成を参照）シャッター５０３およびアンカ５０５と同じ基板上に配設される必要はない。

一実装形態では、光源５１８は、異なる色、たとえば、赤色、緑色、および青色のランプを含み得る。人間の脳が、異なる色の画像を単一の多色画像に平均するのに十分なレートで、異なる色のランプで画像を連続して照明することによって、カラー画像が形成され得る。様々な色固有画像が、シャッターアセンブリ５０２のアレイを使用して形成される。別の実装形態では、光源５１８は、４つ以上の異なる色を有するランプを含む。たとえば、光源５１８は、赤色、緑色、青色および白色ランプ、または赤色、緑色、青色および黄色ランプを有し得る。

カバープレート５２２は、ディスプレイ装置５００の前面を形成する。カバープレート５２２の後ろ側は、コントラストを増すために、ブラックマトリクス５２４でカバーされ得る。代替実装形態では、カバープレートは、カラーフィルタ、たとえば、シャッターアセンブリ５０２のうちの異なるものに対応する、固有の赤色、緑色、および青色フィルタを含む。カバープレート５２２は、シャッターアセンブリ５０２から所定の距離だけ離れて支えられ、ギャップ５２６を形成する。ギャップ５２６は、機械的サポートもしくはスペーサ５２７によって、および／またはカバープレート５２２を基板５０４に付着させる粘着シール５２８によって維持される。

粘着シール５２８は作動流体５３０を密閉する。作動流体５３０は、約１０センチポアズを下回り得る粘度、約２．０を上回り得る比誘電率、および約１０^４Ｖ／ｃｍを上回る絶縁破壊強度で作られる。作動流体５３０は、潤滑剤としても働き得る。一実装形態では、作動流体５３０は、高い表面濡れ性をもつ疎水性液体である。代替実装形態では、作動流体５３０は、基板５０４の屈折率よりも大きい、または小さい屈折率を有する。

ＭＥＭＳ式ディスプレイアセンブリが作動流体５３０用に液体を含むとき、液体は少なくとも部分的に、ＭＥＭＳ式光変調器の可動部を囲む。作動電圧を下げるために、液体は、７０センチポアズ、または１０センチポアズをも下回り得る粘度を有する。７０センチポアズを下回る粘度をもつ液体は、４０００グラム／モルを下回るか、または場合によっては４００グラム／モルを下回る低分子量を有する材料を含み得る。好適な作動流体５３０は、限定はしないが、脱イオン水、メタノール、エタノールおよび他のアルコール、パラフィン、オレフィン、エーテル、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイル、または他の天然もしくは合成の溶剤もしくは潤滑剤を含む。有用な作動流体は、ポリジメチルシロキサン、たとえば、ヘキサメチルジシロキサンおよびオクタメチルトリシロキサン、またはアルキルメチルシロキサン、たとえば、ヘキシルペンタメチルジシロキサンであり得る。有用な作動流体はアルカン、たとえば、オクタンまたはデカンであり得る。有用な流体はニトロアルカン、たとえば、ニトロメタンであり得る。有用な流体は芳香族化合物、たとえば、トルエンまたはジエチルベンゼンであり得る。有用な流体はケトン、たとえば、ブタノンまたはメチルイソブチルケトンであり得る。有用な流体はクロロカーボン、たとえば、クロロベンゼンであり得る。有用な流体はクロロフルオロカーボン、たとえば、ジクロロフルオロエタンまたはクロロトリフルオロエチレンであり得る。また、これらのディスプレイアセンブリについて考えられる他の流体には、酢酸ブチル、ジメチルホルムアミドが含まれる。

多くの実装形態にとって、上記流体の混合物を組み込むことが有利である。たとえば、混合物が一定の範囲の分子量の分子を含む場合、アルカンの混合物またはポリジメチルシロキサンの混合物が有用であり得る。異なる族の流体または異なる特性をもつ流体を混合することによって、特性を最適化することも可能である。たとえば、ヘキサメチルジシロキサンの表面湿潤特性は、低粘度のブタノンと組み合わされて、改善された流体を作成することができる。

薄板金属または成形プラスチックアセンブリブラケット５３２は、カバープレート５２２と、基板５０４と、バックライト５１６と、他の構成要素部とを合わせて、辺の周りに保持する。アセンブリブラケット５３２は、複合ディスプレイ装置５００に剛性を加えるために、ねじまたはインデントタブで固定される。いくつかの実装形態では、光源５１８は、エポキシポッティング化合物によって、所定の場所に成形される。反射体５３６は、光ガイド５１６の辺から漏れた光を光ガイドに戻すのを助ける。シャッターアセンブリ５０２およびランプ５１８に制御信号ならびに電力を与える電気相互接続は、図５に示していない。

他の実装形態では、ローラー式光変調器２２０、光タップ２５０、またはエレクトロウェッティング式光変調アレイ２７０、ならびに他のＭＥＭＳ式光変調器が、ディスプレイアセンブリ５００内のシャッターアセンブリ５０２の代わりに用いられ得る。

ディスプレイ装置５００は、ＭＥＭＳアップ構成と呼ばれ、ＭＥＭＳ式光変調器が、基板５０４の前面、すなわち見ている人の方を向く表面上に形成される。シャッターアセンブリ５０２は、反射開口層５０６のすぐ上に構築される。ＭＥＭＳダウン構成と呼ばれる代替実装形態では、シャッターアセンブリは、反射開口層が形成される基板とは別個の基板上に配設される。複数の開口を画定する反射開口層が形成される基板は、本明細書では、開口プレートと呼ばれる。ＭＥＭＳダウン構成において、ＭＥＭＳ式光変調器を収容する基板は、ディスプレイ装置５００におけるカバープレート５２２に取って代わり、上部基板の後面、すなわち見ている人とは反対を向き、バックライト５１６の方を向く表面にＭＥＭＳ式光変調器が配置されるように配向される。ＭＥＭＳ式光変調器は、そうすることによって、反射開口層からのギャップに直接対向して、かつギャップにわたって配置される。ギャップは、開口プレートと、ＭＥＭＳ変調器が形成される基板とを接続する、一連のスペーサポストによって維持され得る。いくつかの実装形態では、スペーサは、アレイ中の各画素内に、または各画素間に配設される。ＭＥＭＳ光変調器を、それらの対応する開口から分離するギャップまたは距離は、１０ミクロン未満、または重複４１６など、シャッターと開口との間の重複よりも小さい距離であってもよい。

図６Ａおよび図６Ｂは、複数の光変調器ディスプレイ要素を含むディスプレイデバイス６４０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６４０は、たとえば、スマートフォン、セルラー電話または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス６４０の同じ構成要素またはその若干異なる形態はまた、テレビ、コンピュータ、タブレット、電子リーダー、ハンドヘルドデバイス、およびポータブルメディアデバイスなど、様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。

ディスプレイデバイス６４０は、ハウジング６４１、ディスプレイ６３０、アンテナ６４３、スピーカ６４５、入力デバイス６４８およびマイクロフォン６４６を含む。ハウジング６４１は、射出成形および真空成形など、様々な製造プロセスのうちのいずれかから形成され得る。さらに、ハウジング６４１は、限定はしないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはそれらの組合せを含む、様々な材料のうちのいずれかから形成され得る。ハウジング６４１は、異なる色の、または異なるロゴ、ピクチャもしくはシンボルを含む他の取外し可能な部分と交換され得る取外し可能な部分（図示せず）を含み得る。

ディスプレイ６４０は、本明細書で説明したように、双安定ディスプレイまたはアナログディスプレイを含む様々なデバイスのうちのいずれかであり得る。ディスプレイ６３０はまた、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤもしくはＴＦＴ ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ、またはＣＲＴもしくは他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むように構成され得る。加えて、ディスプレイ６３０は、本明細書で説明するように、光変調器式ディスプレイを含み得る。

ディスプレイデバイス６４０の構成要素は、図６Ａに概略的に示されている。ディスプレイデバイス６４０は、ハウジング６４１を含んでおり、その中に少なくとも部分的に収容された追加の構成要素を含むことができる。たとえば、ディスプレイデバイス６４０はネットワークインターフェース６２７を含んでおり、ネットワークインターフェース６２７はアンテナ６４３を含んでおり、アンテナ６４３はトランシーバ６４７に結合され得る。ネットワークインターフェース６２７は、ディスプレイデバイス６４０に表示されることのある画像データのソースであり得る。したがって、ネットワークインターフェース６２７は、画像ソースモジュールの一例であるが、プロセッサ６２１および入力デバイス６４８も、画像ソースモジュールの働きをすることができる。トランシーバ６４７はプロセッサ６２１に接続され、プロセッサ６２１は調整ハードウェア６５２に接続される。調整ハードウェア６５２は、（信号をフィルタリングするか、または別の方法で操作するなど）信号を調整するように構成され得る。調整ハードウェア６５２は、スピーカ６４５およびマイクロフォン６４６に接続され得る。プロセッサ６２１は、入力デバイス６４８およびドライバコントローラ６２９にも接続され得る。ドライバコントローラ６２９は、フレームバッファ６２８およびアレイドライバ６２２に結合されてよく、アレイドライバ６２２は、次いでディスプレイアレイ６３０に結合され得る。図６Ａに明示されていない要素を含む、ディスプレイデバイス６４０における１つまたは複数の要素は、メモリデバイスとして機能するように構成され、プロセッサ６２１と通信するように構成され得る。いくつかの実装形態では、電源６５０は、特定のディスプレイデバイス６４０の設計における実質的にすべての構成要素に電力を提供することができる。

ネットワークインターフェース６２７は、ディスプレイデバイス６４０がネットワークを介して１つまたは複数のデバイスと通信できるように、アンテナ６４３およびトランシーバ６４７を含む。ネットワークインターフェース６２７はまた、たとえば、プロセッサ６２１のデータ処理要件を緩和するためのいくつかの処理能力を有し得る。アンテナ６４３は、信号を送信および受信することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ６４３は、ＩＥＥＥ １６．１１規格、たとえばＩＥＥＥ １６．１１（ａ）、（ｂ）、もしくは（ｇ）、またはＩＥＥＥ ８０２．１１規格、たとえばＩＥＥＥ ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎ、およびそのさらなる実装形態に従って、ＲＦ信号を送信および受信する。いくつかの他の実装形態では、アンテナ６４３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に従ってＲＦ信号を送信および受信する。セルラー電話の場合、アンテナ６４３は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ）、ＧＳＭ／汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ：Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、拡張データＧＳＭ環境（ＥＤＧＥ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ＧＳＭ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、地上基盤無線（ＴＥＴＲＡ：Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｒｕｎｋｅｄ Ｒａｄｉｏ）、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（ＥＶ−ＤＯ）、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＯ Ｒｅｖ Ａ、ＥＶ−ＤＯ Ｒｅｖ Ｂ、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）、高速アップリンクパケットアクセス（ＨＳＵＰＡ）、発展型高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ＋：Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、ＡＭＰＳ、または３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇ技術を利用するシステムなど、ワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される他の既知の信号を受信するように設計され得る。トランシーバ６４７は、アンテナ６４３から受信された信号を、プロセッサ６２１によって受信でき、さらにプロセッサ６２１によって操作できるように前処理することができる。トランシーバ６４７はまた、プロセッサ６２１から受信された信号を、アンテナ６４３を介してディスプレイデバイス６４０から送信できるように処理することができる。

いくつかの実装形態では、トランシーバ６４７は、受信機によって置き換えられ得る。さらに、いくつかの実装形態では、ネットワークインターフェース６２７は、プロセッサ６２１に送られることになる画像データを記憶または生成することができる画像ソースによって置き換えられ得る。プロセッサ６２１は、ディスプレイデバイス６４０の動作全体を制御することができる。プロセッサ６２１は、圧縮された画像データなどのデータを、ネットワークインターフェース６２７または画像ソースから受信し、そのデータを生の画像データへ、または生の画像データに素早く変換できるフォーマットへと処理する。プロセッサ６２１は、処理されたデータをドライバコントローラ６２９に、または記憶のためにフレームバッファ６２８に送ることができる。生データは通常、画像内の各ロケーション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、彩度およびグレースケールレベルを含み得る。

プロセッサ６２１は、ディスプレイデバイス６４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵまたは論理ユニットを含み得る。調整ハードウェア６５２は、スピーカ６４５に信号を送信するための、およびマイクロフォン６４６から信号を受信するための増幅器およびフィルタを含み得る。調整ハードウェア６５２は、ディスプレイデバイス６４０内の個別構成要素であってよく、またはプロセッサ６２１もしくは他の構成要素に組み込まれてもよい。

ドライバコントローラ６２９は、プロセッサ６２１によって生成された生画像データを、直接プロセッサ６２１から、またはフレームバッファ６２８から取得でき、かつ生画像データをアレイドライバ６２２への高速送信に向けて適切に再フォーマットすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ６２９は、生画像データを、ディスプレイアレイ６３０でスキャンするのに適した時間的順序を有するように、ラスタ様フォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができる。次いで、ドライバコントローラ６２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ６２２に送る。ＬＣＤコントローラなどのドライバコントローラ６２９は、独立型集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ６２１に関連付けられることが多いが、そのようなコントローラは、多くの方法で実装され得る。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ６２１中に埋め込まれること、ソフトウェアとしてプロセッサ６２１中に埋め込まれること、またはアレイドライバ６２２とハードウェアで完全に統合されることがある。

アレイドライバ６２２は、フォーマットされた情報をドライバコントローラ６２９から受信することができ、ビデオデータを、ディスプレイ要素のディスプレイのｘ−ｙマトリクスから来る数百、場合によっては数千（またはそれよりも多く）のリード線に１秒当たり多数回適用される波形の並列セットに再フォーマットすることができる。

いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ６２９、アレイドライバ６２２、およびディスプレイアレイ６３０は、本明細書で説明するタイプのディスプレイのいずれにも適している。たとえば、ドライバコントローラ６２９は、従来型のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ（光変調器ディスプレイ要素コントローラなど）であり得る。さらに、アレイドライバ６２２は、従来型のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ（光変調器ディスプレイ要素ドライバなど）であり得る。その上、ディスプレイアレイ６３０は、従来型のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイ（光変調器ディスプレイ要素のアレイを含むディスプレイなど）であり得る。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ６２９は、アレイドライバ６２２と統合され得る。そのような実装形態は、高集積システム、たとえば、携帯電話、ポータブル電子デバイス、ウォッチまたは小面積ディスプレイにおいて有用であり得る。

いくつかの実装形態では、入力デバイス６４８は、たとえば、ユーザがディスプレイデバイス６４０の動作を制御することを可能にするように構成され得る。入力デバイス６４８は、ＱＷＥＲＴＹキーパッドもしくは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチセンシティブスクリーン、ディスプレイアレイ６３０と統合されたタッチセンシティブスクリーン、または感圧性もしくは感熱性の膜を含むことができる。マイクロフォン６４６は、ディスプレイデバイス６４０の入力デバイスとして構成され得る。いくつかの実装形態では、マイクロフォン６４６を介したボイスコマンドが、ディスプレイデバイス６４０の動作を制御するために使用され得る。

電源６５０は、様々なエネルギー蓄積デバイスを含むことができる。たとえば、電源６５０は、ニッケルカドミウムバッテリーまたはリチウムイオンバッテリーなどの充電式バッテリーであり得る。充電式バッテリーを使用した実装形態では、充電式バッテリーは、たとえば、壁コンセントまたは光起電デバイスもしくはアレイから来る電力を使用して充電可能であり得る。代替的に、充電式バッテリーはワイヤレス充電可能であり得る。電源６５０は、再生可能エネルギー源、キャパシタ、またはプラスチック太陽電池もしくは太陽電池塗料を含む太陽電池であってもよい。電源６５０はまた、壁コンセントから電力を受け取るように構成され得る。

いくつかの実装形態では、電子ディスプレイシステム内のいくつかの場所に位置し得るドライバコントローラ６２９に制御プログラマビリティが存在する。いくつかの他の実装形態では、アレイドライバ６２２に制御プログラマビリティが存在する。上述の最適化は、任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素において、および様々な構成で実施され得る。

ディスプレイデバイス６４０は、たとえば、スマートフォン、セルラー電話または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス６４０の同じ構成要素またはその若干異なる形態はまた、テレビ、コンピュータ、タブレット、電子リーダー、ハンドヘルドデバイス、およびポータブルメディアデバイスなど、様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。

従来のガラス式ディスプレイ作製プロセスから、微小機械デバイスを含むデバイスを製造するためのシステムおよび方法が提供される。本明細書では、従来のガラス式ディスプレイ作製プロセスから形成される、容量性要素を有するデバイスも提供される。様々な実装形態によると、デバイスは、ディスプレイ基板上に、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカおよびマイクロフォンなどの追加構成要素も有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）シャッターディスプレイを含み得る。これは、そのような構成要素をＭＥＭＳシャッターディスプレイ上に集積することを可能にする。

作製方法は、安価なＬＣＤ製造において使われるような、大面積基板上で大規模限界寸法リソグラフィを使う。大規模限界寸法リソグラフィは、たとえば、約１ミクロンよりも大きい限界寸法を含む。製造されたデバイスは、可動シャトルより上に形成された容量性要素を有するＭＥＭＳデバイスと、可動シャトルより下に形成された容量性要素を有するＭＥＭＳデバイスと、可動シャトルに隣接して形成された容量性要素を有するＭＥＭＳデバイスとを含む。いくつかの実装形態では、容量性要素は、ノイズに比較的敏感でなくてよい差動キャパシタを形成し得る。後でより詳細に論じるように、以下の図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、容量性能力を提供するための、基板上の電極を含む例示的なＭＥＭＳセンサ構造（加速度計９５８）の上面図および断面図を示す。

様々な実装形態によると、本明細書で開示するシステムおよび方法は、シャトルなど、波形構造を含む様々な微小機械アクチュエータおよびセンサの形成を可能にする。従来の方法および設計を使って生産され得る構造よりも小さい微小機械構造を含むガラス式ディスプレイ作製プラットフォームのためのシステムおよび方法が提供される。

波形構造は、１つまたは複数の側壁ビームを含み、側壁ビームは、高い高さ対幅のアスペクト比を特徴とする要素である。側壁ビームは、下に位置する基板より上で、シャトルなどの波形構造を支持するためのテザーとしても使われる。多くの適用例において、波形構造は、従来の平らな剛体プレートと比較して、より高い強度、より強い剛性、より強い構造的完全性、より強い信頼性、およびより低い温度感度のうちの少なくとも１つを有する。いくつかの適用例では、波形構造は、構造の位置を検知し、または構造の動きを誘発するための複数のキャパシタの形成を可能にする。

いくつかの実装形態によると、マイクロシステムを製造するのに、従来のガラス式ディスプレイ作製技術を使用すると、ディスプレイ、センサ、アクチュエータ、およびインターフェース回路のモノリシックな集積が容易になる。その結果、ディスプレイ、加速度計、ジャイロスコープ、マイクロフォン、スピーカ、圧力センサ、エネルギー収集デバイス、機械共振器、またはそれらの任意の組合せなどの構成要素を含む、完全に集積されたシステムの開発に、実装形態が使われ得る。たとえば、ジェスチャー認識または傾斜検知に、加速度計が使われ得る。

アクチュエータおよびセンサのいくつかの例は、本明細書において詳しく説明する波形構造を含み、アクチュエータおよびセンサの代替実装形態も、本明細書において説明するような波形構造を含み得る。いくつかの実装形態は、限定はしないが、スピーカ、機械共振器、光学変調器、および空間光変調器など、１つまたは複数のアクチュエータを含む。いくつかの実装形態は、限定はしないが、圧力、音響エネルギー、熱エネルギー、化学エネルギーおよび核エネルギーの存在などの環境刺激に基づく出力信号を与える１つまたは複数のセンサを含む。

図７は、微小機械システムの例を示す。システム７００は、プロセッサ７０２および微小機械モジュール７０４を含む。プロセッサ７０２は、微小機械モジュール７０４から信号を受信し、モジュール７０４に信号を送信し、コンピュータプログラムを実行し、メモリに情報を記憶する汎用プロセッサである。微小機械モジュール７０４は、ディスプレイと、モジュールの加速度に基づいて電気信号を与えるセンサとを含むトランスデューサモジュールである。微小機械モジュール７０４は、インターフェース回路７０６、加速度計７０８、およびディスプレイ７１６を含む。インターフェース回路７０６、加速度計７０８、およびディスプレイ７１６は、共通基板７１２の表面７１４上に、モノリシックに集積される。説明のための例は加速度計７０８を含むが、他のタイプの微小機械センサまたはアクチュエータが微小機械モジュール７０４内で使われてよい。いくつかの実装形態では、微小機械モジュール７０４は、ディスプレイ７１６を含まない。

インターフェース回路７０６は、加速度計７０８にバイアス信号を与え、加速度計７０８からの出力信号を増幅および調整するための制御電子回路を含む。インターフェース回路７０６は、ディスプレイ７１６のディスプレイ要素を制御するための制御マトリクスも含む。インターフェース回路７０６および加速度計７０８は、相互接続７１０により電気的に結合される。インターフェース回路７０６は、調整された出力信号をプロセッサ７０２に与える。

加速度計７０８は、集積型プルーフマスの加速度に基づいて、出力信号を与える。加速度計７０８は、出力信号を、相互接続７１０上のインターフェース回路７０６に与える。加速度計７０８については、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、以下でより詳細に説明する。

ディスプレイ７１６は、ＭＥＭＳシャッター式ディスプレイであり、このディスプレイは、相互接続７１８により制御回路７０６と電気的に結合される。ＭＥＭＳシャッター式ディスプレイおよびその作製のための方法の例は、上に、および参照により本明細書にその全体が組み込まれる米国特許出願第１２／４８３，０６２号に記載されている。いくつかの実装形態では、ディスプレイ７１６は非ＭＥＭＳシャッター式ディスプレイである。ディスプレイ７１６に使われ得るディスプレイは、限定はしないが、薄膜液晶ディスプレイ、および有機発光ダイオード式ディスプレイを含む。

いくつかの実装形態では、システム７００は、複数の微小機械デバイスを含む微小機械モジュール７０４を含む。いくつかの実装形態では、微小機械モジュール７０４は、１つもしくは複数のセンサ、１つもしくは複数のアクチュエータ、またはセンサとアクチュエータのどの組合せも含む。

側壁ビーム
本明細書において言及される側壁ビーム構造は、一実装形態では、構造材料の層から形成されるビームである。側壁ビームは、基板上に配設された除去可能モールドの上に構造材料を共形に堆積することであって、モールドが、水平表面および１つまたは複数の垂直表面を含むこと、モールドの水平表面から構造材料を（たとえば方向性エッチによって）選択的に除去すること、ならびにモールドを除去することを含む操作によって形成される。側壁ビームは、除去可能モールドの垂直側壁ビーム上に堆積される構造層材料の厚さに実質的に等しい水平寸法を有する。側壁ビームは、モールドの除去の後のギャップによって、基板から分離される。側壁ビームは通常、１よりも大きい高さ対幅のアスペクト比を特徴とし、ここで高さは、垂直方向でのビームの寸法であり、幅は、水平方向でのビームの寸法のうちの狭い方である。いくつかの実装形態では、側壁ビームは、２よりも大きい高さ対幅のアスペクト比、または４よりも大きい高さ対幅のアスペクト比を有する。

本明細書で使用する、「水平」および「垂直」という用語は、基板の配向に依存する。「水平」は、基板の主要寸法によって定義される平面に実質的に平行と定義され、「垂直」は、基板の主要寸法によって定義される平面に実質的に直交と定義される。

図８Ａ〜図８Ｅは、一例による、異なる作製段階における側壁ビームを含む基板の領域の断面の概略図を示す。図８Ａは、基板８５０上に犠牲層８０２を堆積し、犠牲層８０２内に特徴体８０６を形成することによって形成されるモールド８００を示す。特徴体８０６は、水平上面８０８と、水平底面８１０と、垂直側壁ビーム８１２および８１４とを含むＵ字形チャネルである。犠牲層８０２は、側壁ビームを構成する構造材料の上の、選択的に除去され得る材料である。

様々な実装形態において、犠牲層８０２は、約０．２ミクロン〜約５ミクロンの範囲内、または約０．２ミクロン〜約１０ミクロンの範囲内の厚さを有する。一実装形態では、犠牲層８０２はビアを含み、ビアの各々は、アンカ用の、モールドの第１の部分を画定する。ビアは、従来のフォトリソグラフィ技術を使って形成され、ビアは、相互接続パッドにまで伸びる。１つの適用例では、ビアの形成の後、犠牲層８０２は、フォトリソグラフィ技術でそれ以上パターニングされないように、高い温度で完全に硬化される。いくつかの実装形態では、アンカ、テザー、シャトル、および側壁ビームなどの追加的な特徴体の形成を可能にするように、第２の犠牲層が犠牲層８０２上に形成される。

１つの適用例では、感光性ポリイミドが、従来のフォトリソグラフィ技術を使って容易にパターニングされ得るので、犠牲層８０２用の材料として使われる。さらに、その材料は、従来のプラズマエッチまたは非方向性反応性イオンエッチを使う解放エッチ中に容易に除去され得る。他の適用例では、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリマー、フォトレジスト、非感光性ポリイミド、ガラス、半導体、金属、および誘電体など、他の材料が、犠牲層８０２用に使われ得る。一例では、犠牲層８０２用に使われる材料は、ノボラック樹脂など、１未満のホルムアルデヒド対フェノールモル比をもつフェノールホルムアルデヒド樹脂である。犠牲層８０２用の材料の選択は、全体的構造中の他の材料に対する、そのエッチ選択度、その形状を高い温度で維持可能であること、成形および／またはパターニングすることができる相対的容易さ、プロセス熱収支、堆積温度、ならびに完全なデバイス内の要素に使われる構造材料の選択など、多くの事柄に基づき得る。

図８Ｂは、モールド８００上での構造層８０４の堆積後の、モールド８００の領域を示す。構造層８０４は構造材料８１６を含む。構造層８０４は、下に位置する犠牲層８０２およびＵ字形特徴体８０６と共形になるように堆積される。その結果、構造材料８１６は、上面８０８および底面８１０の各々の上に配設された水平部分と、側壁ビーム８１２および８１４上に配設された垂直部分とを含む連続層として配設される。構造層８０４の水平部分の、堆積後の層の厚さ（すなわち、上面８０８および底面８１０の各々の上に配設された構造材料８１６の厚さ）は厚さｔ１に等しく、構造層８０４の垂直部分の、堆積後の層の厚さ（すなわち、側壁ビーム８１２および８１４の各々の上に配設された構造材料８１６の厚さ）は厚さｔ２に等しい。

一例では、構造層８０４は、ほぼ０．４ミクロンの厚さを有するアモルファスシリコンの層であり、すべての露出した表面において実質的に均一である（すなわち、ｔ１およびｔ２の各々は、０．４ミクロンに実質的に等しい）。他の例では、構造層８０４の厚さは、ほぼ０．０１ミクロン〜５ミクロンの範囲内である。いくつかの例では、ｔ１およびｔ２は同じでない。構造層８０４の厚さは、層８０４がその中で使われる構造の信頼性ならびに性能（たとえば、弾力、敏感性、および剛性）に影響する。したがって、たとえば、構造層８０４の厚さは、シャトルおよびテザーの所望の機械的挙動に基づき得る。様々な実装形態において、構造層８０４は、任意の厚さを有してよい。さらに、いくつかの実装形態では、構造層８０４は、ポリシリコン、炭化ケイ素、誘電体、金属、ガラス、セラミック、誘電体、ゲルマニウム、ＩＩＩ−Ｖ半導体、およびＩＩ−ＶＩ半導体など、任意の適切な材料からなり得る。

構造層８０４は、下に位置する犠牲層８０２によって形成されるモールドと共形になるように堆積される。構造層８０４の堆積により、新生の側壁ビーム８１２および８１４である垂直要素が形成される。

第１の層は、第１の層および第２の層が実質的に同じ形状を有するように、第２の層の露出した表面上に連続層として配設されると、下に位置する第２の層と実質的に共形になる。いくつかの実装形態では、第１の層の、堆積後の層の厚さは、第１の層がその上に堆積される第２の層の表面すべてにおいて実質的に均一である（すなわち、ｔ１およびｔ２は実質的に等しい）。堆積後の層の厚さの均一性は、たとえば、堆積方法の選択、前駆体ガス、および堆積条件によって影響を受け得る。その結果、実質的に共形の層は、水平表面上に配設された層の部分と、実質的に垂直な表面上に配設された層の部分との間の厚さにおいて、何らかの変化があり得る。変化は通常、一桁以内である（すなわち、ｔ１≦１０＊ｔ２）。

堆積の後、層８０４はエッチ８１８においてエッチングされる。エッチ８１８は、露出した水平表面から構造材料を除去するが、垂直表面上に配設された構造材料に明らかには影響を及ぼさない高度方向性エッチである。したがって、エッチ８１８は、上面８０８および底面８１０からは構造材料８１６を除去するが、側壁ビーム８１２および８１４からは構造材料８１６を除去しない。いくつかの実装形態では、方向性エッチングにおいて使われるエッチング剤は、フルオロカーボン、酸素、塩素、および／または三塩化ホウ素などの反応ガスのプラズマを含み得る。いくつかの適用例では、窒素、アルゴン、および／またはヘリウムなど、他のガスが、プラズマまたは反応ガスに加えられ得る。

図８Ｃは、エッチ８１８の後のモールド８００の領域を示す。エッチ８１８の後、構造材料８１６は側壁ビーム８１２および８１４上に留まる。側壁ビーム８１２上の構造材料８１６は、第１の新生側壁ビーム８２０を表す。同様に、側壁ビーム８１４上の構造材料８１６は、第２の新生側壁ビーム８２２を表す。いくつかの実装形態では、第１の側壁ビーム８２０および第２の側壁ビーム８２２の各々は、微小機械デバイスの設計要素である。そのような実装形態では、モールド８００はこの時点で除去され得る。ただし、いくつかの実装形態では、第１の新生側壁ビーム８２０および第２の新生側壁ビーム８２２のうちの１つが、モールド８００の除去に先立って除去される。

図８Ｄは、１つの側壁ビームの除去を示す。エッチ８２６における攻撃から構造材料を保護するために、側壁ビーム８１２上に配設された構造材料の上に、マスク層８２４が配設される。エッチ８２６は、露出した構造材料を除去するのに適した非方向性エッチである。したがって、エッチ８２６は、表面の配向にかかわりなく、露出した表面から構造材料を除去する。その結果、エッチ８２６は、側壁ビーム８１４から構造材料８１６を除去する。非方向性エッチは、腐食液または化学的活性イオン化ガス、たとえばプラズマなどの等方性エッチング剤であり得る。

図８Ｅは、完全に形成され、解放された第１の側壁ビーム８２０を示す。犠牲層８０２の除去の後、側壁ビーム８２０は、基板８５０から離れ、空隙８２８によって基板８５０から分離される。

波形構造
いくつかの実装形態では、側壁ビームは、波形構造の要素である。波形構造とは、ベースに対してある角度で配置されるとともにベースに結合された１つまたは複数の側壁を有する可動要素である。ベースへの、１つまたは複数の側壁の結合は、側壁の動きを制限する。一例では、側壁は、ベースに対して直角に配置される。波形構造は、並列であり交互に配置する隆起および溝を有するひだに成形され得る。一例では、波形構造はシャトルである。いくつかの実装形態では、波形構造は、第１の平面において実質的に共平面であるとともに基板の平面に実質的に平行な複数の第１の表面と、第２の平面において実質的に共平面であるとともに基板の平面に実質的に平行な複数の第２の表面と、第３の平面において実質的に共平面であるとともに基板の平面に実質的に直交する複数の側壁ビームとを含む。波形構造の例は、連続するシャトル、ならびにセグメント化され、したがって実質的に連続しないシャトルを含む。

図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、電極９０２ａ〜９０２ｃを含む例示的なセンサ構造の上面図および断面図を示す。電極９０２ａ〜９０２ｃは、基板９５０上に形成され、容量性能力を提供する。

例示的実装形態によると、図９Ａおよび図９Ｂに示すセンサ構造は加速度計９５８であり、基板９５０と、シャトル９３０と、キャパシタ９０４ａ〜９０４ｃと、アンカ９３２ａ〜９３２ｄと、テザー９０６および９１０と、相互接続９５２ａ〜９５２ｄと、相互接続パッド９０８ａ〜９０８ｄとを含む。シャトル９３０は波形構造であり、加速度計９５８の錘として機能する。シャトル９３０は、基板９５０に対して、ｘ方向に沿って可動である。

シャトル９３０の位置は、キャパシタ９０４ａ〜９０４ｃによって検知される。図９Ｂの断面に示すように、シャトル９３０は、上壁９４２ａ〜９４２ｃ、底壁９４４ａ〜９４４ｃおよび側壁ビーム９４６ａ〜９４６ｆを有する。側壁ビーム９４６ａ〜９４６ｆは、図８Ａ〜図８Ｅを参照して説明したような側壁ビームプロセスによって形成されるタイプの側壁である。図示する側壁９４６ａ〜９４６ｆの各々は、高いアスペクト比を有し、ここで側壁は、長さなど、ある寸法を有し、この寸法は、幅など、別の寸法よりも少なくとも４倍大きい。第１のキャパシタ９０４ａの一方の電極は、可動シャトル９３０の第１の底壁９４４ａ上に載せられ、他方の電極９０２ａは、基板９５０の表面上に形成される。シャトル９３０の位置は、キャパシタ９０４ａ〜９０４ｃの集合静電容量に基づく出力信号によって示される。出力信号は、相互接続９５２ａ〜９５２ｄ上のインターフェース回路９５６に与えられる。

インターフェース回路９５６は、キャパシタ９０４ａ〜９０４ｃからの出力信号を調整し、増幅するための回路を含む。いくつかの実装形態では、インターフェース回路９５６は、キャパシタ９０４ａ〜９０４ｃのうちの１つまたは複数に電圧を与えるための制御回路を含む。回路要素、ならびに例示的な回路を形成するのに適した例示的なプロセスが、参照によって本明細書に組み込まれている、２００８年７月２９日に発行された米国特許第７，４０５，８５２号に挙げられている。インターフェース回路９５６は、基板９５０の具体的に画定された領域内に置かれるが、他の実装形態では、１つまたは複数の回路要素が、加速度計９５８の構造内または構造の近くの基板９５０上に配設される。

シャトル９３０、テザー９０６および９１０、ならびにアンカ９３２ａ〜９３２ｄは、基板９５０上に形成される。電極９０２ａ〜９０２ｃは、基板９５０の表面９５４上に配設された導電性アモルファスシリコンの領域である。相互接続９５２ａ〜９５２ｄは、基板９５０の表面９５４上に配設された導電性アモルファスシリコンの配線である。第１の相互接続９５４ａは、シャトル９３０とインターフェース回路９５６との間の電気的接続性を提供する。第２の相互接続９５２ｂ、第３の相互接続９５２ｃ、および第４の相互接続９５２ｄは、それぞれ、インターフェース回路９５６と電極９０２ａ〜９０２ｃとの間の電気的接続性を提供する。

相互接続パッド９０８ａ〜９０８ｄの各々は、続けて形成されるアンカ９３２ａ〜９３２ｄと相互接続９５２ａ〜９５２ｄとの間の電気的接続性を提供するのに適した、導電性アモルファスシリコンの領域である。相互接続パッド９０８ａ〜９０８ｄは、各アンカ９３２ａ〜９３２ｄの基板９５０より上の全高が実質的に確実に等しくなるようにアンカ９３２ａ〜９３２ｄが形成されるべきである各場所に形成される。いくつかの実装形態では、相互接続パッドは、各アンカ９３２ａ〜９３２ｄの場所には形成されない。シャトル９３０は、第１の相互接続９５２ａおよび第１のアンカ９３２ａを通して接地電位に電気的に接続される。

いくつかの実装形態では、電極９０２ａ〜９０２ｃ、相互接続９５２ａ〜９５２ｄ、および相互接続パッド９０８ａ〜９０８ｄのうちの１つまたは複数は、アモルファスシリコン以外の導電性材料を含む。電極、相互接続、および相互接続パッドのうちのいずれかにおける使用に適した材料は、限定はしないが、金属、半導体材料、ケイ化物、導電性ポリマー、金属酸化物、窒化チタンなどを含む。

テザー９０６は、アンカ９３２ａ〜９３２ｄから、基板９５０の上のシャトル９３０を支持するように伸びる。テザー９０６は、シャトル９３０の表面９４２ａ〜９４２ｃおよび９４４ａ〜９４４ｃが、それぞれ、第１の平面９３６および第２の平面９３８において共平面になるように、シャトル９３０を支持する。第１の平面９３６および第２の平面９３８は、基板９５０の表面９５４の平面である、第３の平面９１２と実質的に平行である。

テザー９０６の各々のビーム部分９１４は、図示するように、ｘ方向に沿って選択的に弾性である側壁ビームであり、テザー９０６は集合的に、シャトル９３０の動きをｘ方向に沿ってのみ可能にする。したがって、加速度計９５８は、ｘ方向に沿ってプルーフマス（現在の例ではシャトル９３０である）に対して加えられる加速度に基づく電気的出力信号を与える。

テザー９１０は、テザー９０６の形成の一部として、第１のアンカ９３２ａと第４のアンカ９３２ｄ、および第２のアンカ９３２ｂと第３のアンカ９３２ｃとの間に形成される側壁ビームである。一実装形態によると、テザー９１０は機能性を提供せず、テザー９１０は、加速度計９５８に影響を及ぼすことなく除去され得る。ただし、テザー９１０の各々の各端部をアンカ９３２ａ〜９３２ｄに機械的に接続することによって、テザー９１０を除去するのに必要とされる作製ステップが、いくつかの実装形態では回避される。ただし、いくつかの実装形態では、テザー９１０は、加速度計９５８の作製中に除去される。したがって、加速度計９５８はテザーを含まない場合がある。

図１０は、一例による、カバープレート１００２を有するセンサ１０００の断面図を示す。センサ１０００は、チャンバ１０１８の任意選択の形成の後、図９Ａおよび図９Ｂに示す加速度計９５８を含む。カバープレート１００２は、ＤＭＳディスプレイなどのディスプレイのガラストップであってよく、加速度計９５８は、ディスプレイの光変調器と同じ基板９５０上に構築され得る。これにより、傾斜感応型であるディスプレイが提供される。カバープレート１００２は、基板９５０と実質的に同様であり得る。具体的には、カバープレート１００２は、基板９５０と同じ材料から形成され得る。

一実装形態によると、カバープレート電極１０２０ａ〜１０２０ｃは、カバープレート１００２の表面１０１６上に形成される。カバープレート電極１０２０ａ〜１０２０ｃの各々はＵ字形を有する。カバープレート電極１０２０ａ〜１０２０ｃは、基板電極９０２ａ〜９０２ｃと同様である。ただし、各電極１０２０ａ、１０２０ｂ、および１０２０ｃは、それぞれ、カバープレート１００２の表面１０１６を超えて伸びるとともにシャトル９３０の上面９４２ａ、９４２ｂ、および９４２ｃの形状と実質的に合致するフィンガー１０２４ａ〜１０２４ｂ、１０２６ａ〜１０２６ｂ、および１０２８ａ〜１０２８ｂの対を含む。カバープレート電極１０２０ａ、１０２０ｂ、および１０２０ｃならびに上面９４２ａ、９４２ｂ、および９４２ｃは、それぞれ集合的に、カバープレートキャパシタ１０２２ａ、１０２２ｂ、および１０２２ｃを画定する。

スペーサ１０１４ａおよび１０１４ｂは、カバープレート１００２の表面１０１６上に形成される。スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂは、感光性ポリイミドからなる円環である。スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂは、加速度計９５８の形成中に基板９５０の表面９５４上に形成される、円環１０１０ａ、１０１０ｂの形状と合致する。スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂおよび円環１０１０ａ、１０１０ｂの各々は、シャトル９３０、テザー９０６、およびアンカ９３２ａ、９３２ｂを囲むのに十分な内径を有する。構造材料１００８ａ、１００８ｂは、犠牲層１００４ａ、１００４ｂおよび１００６ａ、１００６ｂを、犠牲層エッチによる除去から保護する。

いくつかの実装形態では、スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂは各々、チャンバ１０１８の所望の高さに等しい厚さを有する、材料からなる円環である。そのような実装形態では、円環１０１０ａ、１０１０ｂは含まれなくてよい。スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂにおける使用に適した材料は、限定はしないが、ポリイミド、樹脂、ポリマー、ノボラック樹脂、エポキシ、および金属を含む。いくつかの実装形態では、スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂは、スピンコート、蒸着、スパッタリング、および電気めっき技術のうちの１つまたは複数によって、カバープレート１００２上に配設される。いくつかの実装形態では、スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂは、基板９５０の表面９５４上に形成される。

カバープレート１００２は、基板９５０と整列され、取り付けられる。一実装形態によると、カバープレート１００２および基板９５０が整列され、取り付けられた後、エポキシ１０１２ａ、１０１２ｂが、スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂおよび円環１０１０ａ、１０１０ｂの外部垂直表面に施される。エポキシ１０１２ａ、１０１２ｂは、犠牲層１００４ａ、１００４ｂ、１００６ａ、および１００６ｂ、構造層１００８ａ、１００８ｂ、スペーサ１０１４ａ、１０１４ｂ、ならびに円環１０１０ａ、１０１０ｂを機械的に接合して、集合的にチャンバ１０１８を画定する。

いくつかの実装形態では、チャンバ１０１８は実質的に密閉され、環境の影響から加速度計９５８を保護する。チャンバ１０１８は、加速度計９５８付近の環境に対する制御も可能にする。たとえば、いくつかの実装形態では、チャンバ１０１８は、不活性ガスなどのガスで充填される。いくつかの実装形態では、チャンバ１０１８は、望ましくない静電荷電の影響を軽減するために、高い誘電率を有するガスで充填される。いくつかの実装形態では、シャトル９３０の動きに対する空気圧の影響を軽減するために、チャンバ１０１８内に真空が形成される。さらにいくつかの他の実装形態では、チャンバ１０１８は、絶縁性、低粘度、高誘電率潤滑液などの液体で充填される。

カバープレート１００２およびスペーサ１０１４ａ、１０１４ｂは通常、ガラス式ディスプレイ作製プロセスの一部として設けられる。したがって、これらの要素は、追加コストがほとんどまたはまったくなく、微小機械アクチュエータまたはセンサ中に含めることができる。

図１０に示すような実装形態において、カバープレート１００２は電極１０２０ａ〜１０２０ｃを含む。カバープレート電極１０２０ａ〜１０２０ｃの各々のフィンガー１０２４ａ〜１０２４ｆは、カバープレート電極１０２０ａ〜１０２０ｃの各々のフィンガー１０２４ａ〜１０２４ｆの各々が、シャトル９３０が静止状態にあるとき、それぞれの上面９４２ａ〜９４２ｃの利用可能面積のほぼ２分の１と重なるように、上面９４２ａ〜９４２ｃと（ｘ方向に沿って）整列される。たとえば、第１のカバープレート電極１０２０ａのフィンガー１０２４ａおよび１０２４ｄは、上面９４２ａの面積の約半分がフィンガー１０２４ａおよび１０２４ｄに向くように、シャトル９３０の上面９４２ａと整列される。その結果、キャパシタ１０２２ａ〜１０２２ｃが呈する静電容量変化が、加速度計９５８からの出力信号を増大させ、そうすることによって、加速度計９５８の感度を向上させる。

いくつかの実装形態では、ｘ方向に沿った、基板電極９０２ａ〜９０２ｃと底面９４４ａ〜９４４ｃとの間のオフセットは、キャパシタ９０４ａ〜９０４ｃのうちの１つまたは複数を、シャトル９３０の動きを誘発するための静電アクチュエータとして使用するのに利用される。いくつかの実装形態では、ｘ方向に沿った、カバープレート電極１０２０ａ〜１０２０ｃと上面９４２ａ〜９４２ｃとの間のオフセットは、キャパシタ１０２２ａ〜１０２２ｃのうちの１つまたは複数を、シャトル９３０の動きを誘発するための静電アクチュエータとして使用するのに利用される。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ、電極１１０２ａ、１１０２ｂを含むセンサ構造の例の上面図および断面図を示す。図１１Ｂに示す断面図は、図１１Ａの線ｅ−ｅを通してとられている。センサ構造は加速度計１１００であり、シャトル１０１０、テザー１１２６、アンカ１１２８、およびキャパシタ１１０４ａ、１１０４ｂを含む。加速度計１１００は、側壁ビーム１１０６ａ、１１０６ｂを使って、容量性センサ１１０４ａ、１１０４ｂを形成する。側壁ビーム１１０６ａ、１１０６ｂは、たとえば、比較的小さい幅および比較的大きい高さを与える高いアスペクト比を有する。これは、キャパシタ中で使うことができるタイプの電極を載せるための、少なくとも１つの比較的大きい表面を提供する。

第１のキャパシタ１１０４ａは、シャトル１０１０の第１の電極１１０２ａと第１のセグメント１１１２ａの第１の側壁ビーム１１０６ａとを含む。第１のキャパシタ１１０４ａは、インターフェース回路に出力信号１１１６を与える。出力信号１１１６は、第１のキャパシタ１１０４ａの静電容量値に基づき、この値は、第１の電極１１０２ａと第１の側壁ビーム１１０６ａとの間の分離に基づく。同様に、第２のキャパシタ１１０４ｂは、シャトル１０１０の第２の電極１１０２ｂと第２の側壁ビーム１１０６ｂとを含む。

第１のキャパシタ１１０４ａおよび第２のキャパシタ１１０４ｂは、差動静電容量配列に並べられる。ｘ方向に沿ったシャトル１０１０の動きは、出力信号１１１６および１１１８における、実質的に等しい変化および反対の変化を誘発する。その結果、加速度計１１００は、出力信号１１１６と１１１８との間の差に基づく感度出力信号を与える。

図１２は、基板１２０６上に形成される１組のシャッター１２０２および加速度計１２０４の例の断面図を示す。コンプライアントビームの側壁ビーム上に構築される容量性センサは、ディスプレイ向けの光を変調するＭＥＭＳシャッターと同じ基板上に形成され得る。加速度計１２０４は、上で論じた加速度計９５８と実質的に同じである。加速度計１２０４は、空間中のディスプレイの配向を検出するのに使うことができる傾斜センサに組み込まれ得る。

図１３は、一例による、電気機械デバイスを製造する方法１３００のフロー図を示す。ブロック１３０２で、第１の電極と第２の電極とを有する基板が設けられる。ブロック１３０４で、可動シャトルの第１の壁が基板上に形成される。ブロック１３０６で、可動シャトルの第２の壁が基板上に形成される。第１の壁および第２の壁は各々、モノリシックに形成される可動シャトルの垂直辺を画定する。さらに、第１の壁および第２の壁は各々、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有する。ブロック１３０８で、基板上にベースが形成される。ベースは、第１の壁および第２の壁に対して直角に配置され、シャトルの水平底面を画定する。第１の壁および第２の壁は、波形構造を形成するようにベースに結合される。上で図９Ａ、図９Ｂ、図１０、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明したように、第１の壁および第１の電極は第１のキャパシタを画定し、第２の壁および第２の電極は第２のキャパシタを画定する。

図１４は、第１のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０２、第２のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０４、第３のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０６および第４のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０８を含むＭＥＭＳジャイロスコープアレイ１４００の斜視図である。ＭＥＭＳジャイロスコープアレイ１４００は、アレイ１４００が含まれるデバイスの配向を測定する。１つの特徴によると、ジャイロスコープのアレイ１４００は、いかなるエラーも平均され得るので、単一のジャイロスコープよりも正確なジャイロスコープ測定値を与える。第１のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０２、第２のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０４、第３のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０６および第４のＭＥＭＳジャイロスコープ１４０８の各々はそれぞれ、ジャイロスコープ要素、すなわち第１のジャイロスコープ要素１４１２、第２のジャイロスコープ要素１４１４、第３のジャイロスコープ要素１４１６および第４のジャイロスコープ要素１４１８を含む。第１のジャイロスコープ要素１４１２、第２のジャイロスコープ要素１４１４、第３のジャイロスコープ要素１４１６および第４のジャイロスコープ要素１４１８は、それぞれ、第１のばね１４２２、第２のばね１４２４、第３のばね１４２６および第４のばね１４２８によって基板１４１０の上で支持される。

一実装形態によると、第１のジャイロスコープ要素１４１２および第３のジャイロスコープ要素１４１６はｘ軸に沿って振動し、第１のジャイロスコープ要素１４１２は第１のばね１４２２の間で振動し、第２のジャイロスコープ要素１４１６は第２のばね１４２６の間で振動する。第２のジャイロスコープ要素１４１４および第４のジャイロスコープ要素１４１６は、ｙ軸に沿って振動し、第２のジャイロスコープ要素１４１４は第２のばね１４２４の間で振動し、第４のジャイロスコープ要素１４１６は第４のばね１４２８の間で振動する。ジャイロスコープの各々の動きが測定され、基板１４１０の動きを判定するのに使われ得る。

一実装形態によると、ばね１４２２、１４２４、１４２６、および１４２８のうちの１つまたは複数に電極が含まれてよく、電極は、各ジャイロスコープ１４０２、１４０４、１４０６および１４０８中の容量性要素を形成するように、ジャイロスコープ要素１４１２、１４１４、１４１６、および１４１８と相互作用することができる。容量性要素は、たとえば、それぞれのジャイロスコープ要素１４１２、１４１４、１４１６および１４１８と、それぞれのばね１４２２、１４２４、１４２６および１４２８との間の距離を測定することによって、ジャイロスコープ要素１４１２、１４１４、１４１６および１４１８の振動を測定するのに使われ得る。

一実装形態によると、ＭＥＭＳジャイロスコープアレイ１４００は、ガラス基板上に固定される。シリコン基板ではなくガラス基板を使うことにより、大幅なコスト節約になり得る。別の実装形態によると、ＭＥＭＳジャイロスコープアレイ１４００は、回路のアレイの上方に置かれる。たとえば、ＭＥＭＳジャイロスコープアレイ１４００は、薄膜トランジスタの上方に置かれ得る。薄膜トランジスタは、ジャイロスコープの動きの検知、エラーの推定、およびジャイロスコープの全般制御に使われ得る。さらなる実装形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープアレイ１４００は、基板とモノリシックに集積される。

図１５は、第１のジャイロスコープ要素１４０２、第２のジャイロスコープ要素１４０４、および第４のジャイロスコープ要素１４０８を含むならびにシャッター式光変調器１５０２ＭＥＭＳ要素のアレイ１５００の斜視図である。図１５は、ジャイロスコープアレイがＭＥＭＳディスプレイデバイス中に容易に集積され得ること、およびＭＥＭＳディスプレイデバイス上の他のＭＥＭＳ要素に対して使われる同じプロセスを使って製造され得ることを示す。シャッター式光変調器は、図２を参照して上述したシャッターアセンブリ２００と実質的に同様でよく、シャッター要素１５０８中の第１の開口１５１０と、開口層中の第２の開口１５１２とを含む。シャッター要素１５０８をｘ軸に沿って動かし、第２の開口１５１２との第１の開口１５１０の整列を制御するのに、アクチュエータ１５０４が使われる。

ＭＥＭＳ要素のアレイ１５００は、シャッターの大規模アレイを含むディスプレイに集積され得る。たとえば、ジャイロスコープ要素１４０２、１４０４、および１４０８を含むアレイ１５００は、数百または数千のシャッター要素をもつアレイの１つの隅であり得る。たとえば、図３Ｂに示すシャッター要素のアレイ３２０は数百回繰り返されてよく、数千のシャッター要素をもつアレイを含むディスプレイを形成し、シャッター要素のうちのいくつかは、アレイ１５００に示すようにジャイロスコープ要素１４０２、１４０４、および１４０８と置き換えられてよい。このようにして、ただ２つまたはそれ以上のジャイロスコープ要素を含むジャイロスコープアレイは、ディスプレイの配向および／または動きについての情報などのジャイロスコープの特徴を提供するように、ディスプレイのシャッターアレイに集積され得る。

本明細書で使用するように、項目の一覧「のうちの少なくとも１つ」を指す語句は、単一の構成を含む、それらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「ａ、ｂ、またはｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｃ、およびａ−ｂ−ｃを包含するように意図される。

本明細書で開示した実装形態に関連して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路およびアルゴリズムのステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性は、全体的にそれらの機能に関して説明し、上述の様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびステップにおいて示してきた。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。

本明細書で開示した態様に関連して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュールおよび回路を実装するために使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチッププロセッサもしくは汎用マルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサ、または任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、もしくは状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。いくつかの実装形態では、特定のステップおよび方法は、所与の機能に固有の回路によって実行され得る。

１つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示した構造およびそれらの構造の同等物を含む、ハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェアにおいて、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。本明細書で説明した対象の実装形態はまた、１つまたは複数のコンピュータプログラム、すなわち、データ処理装置による実行のために、またはデータ処理装置の動作を制御するために、コンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールとして実装され得る。

本開示で説明した実装形態の様々な修正形態が当業者にはすぐに理解でき、本明細書に定める一般的原理は、本開示の趣旨または範囲から離れることなく他の実装形態に適用できる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示す実装形態に限定されることを意図しておらず、本開示、この原理および本明細書で開示する新規の特徴と合致する最大の範囲を認めるものである。さらに、当業者は、「上側」および「下側」という用語が、図の説明を簡単にするために使用されることがあり、適切に配向されたページ上の図の方位に対応する相対位置を示しており、たとえば、実装されるＩＭＯＤディスプレイ要素の適切な方位を反映していない場合があることを容易に諒解する。

個別の実装形態との関連で本明細書で説明しているいくつかの特徴は、単一の実装形態において組合せで実装されてもよい。反対に、単一の実装形態との関連で説明している様々な特徴は、複数の実装形態で個別に、または任意の適切な副組合せで実装されてもよい。さらに、特徴は一定の組合せで機能するものとして上述され、当初はそういうものとして特許請求されることもあるが、特許請求される組合せによる１つまたは複数の特徴は、場合によっては、当該組合せにより実施可能であり、特許請求される組合せは、副組合せまたは副組合せの変形を対象にし得る。

同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これについては、所望の結果を達成するために、そのような動作が示された特定の順序でもしくは順次に実行されることも、すべての示された動作が実行されることも必要とされるわけではないことが、当業者には容易に認識されよう。さらに、図面は、１つまたは複数の例示的なプロセスをフロー図の形式で概略的に示し得る。しかしながら、図示されていない他の動作を、概略的に示す例示的なプロセスに組み込むことができる。たとえば、１つまたは複数の追加の動作は、示された動作のいずれかの前、示された動作のいずれかの後、示された動作のいずれかと同時に、または示された動作のいずれかの間に実行され得る。いくつかの状況において、マルチタスキングおよび並列処理は有利であり得る。また、上述の実装形態における様々なシステム構成要素の分離については、すべての実装形態でかかる分離を要求するものとして理解すべきではなく、説明されるプログラム構成要素およびシステムは一般に単一のソフトウェア製品への統合、または複数のソフトウェア製品へのパッケージ化が可能であると理解されたい。さらに、他の実装形態も、以下の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、請求項に記載のアクションは、異なる順序で実行されながらもなお、望ましい結果を達成することが可能である。

１００ ＭＥＭＳ式ディスプレイ装置
１０２ 光変調器
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ 光変調器
１０３ 光変調器のアレイ
１０４ 画像
１０６ 画素
１０８、２０２、４０６、５０３ シャッター
１０９、３２４ 開口
１１０ 書込み許可相互接続
１１２ データ相互接続
１１４ 共通相互接続
１５２ スキャンドライバ
１５３ 共通ドライバ
１５４ データドライバ
１５６ コントローラ
１５７ 着信画像信号
１５８ 入力処理モジュール
１５９ フレームバッファ
１６０ タイミング制御モジュール
１６２、１６４、１６６、１６７ ランプ
１６８ ランプドライバ
１８０ プログラミングリンク
１８２ 電源入力
２００ シャッター式光変調器
２０３ 表面
２０４ アクチュエータ
２０５ コンプライアント電極ビームアクチュエータ
２０６ コンプライアントロードビーム
２０７ スプリング
２０８ ロードアンカ
２１１ 開口
２１６ コンプライアント駆動ビーム
２１８ 駆動ビームアンカ
２２０ ローラー式光変調器
２５０ 光タップ
２７０ 光エレクトロウェッティング式光変調アレイ
３００ 制御マトリクス
３０１ 画素
３０２ 弾性シャッターアセンブリ
３０３ アクチュエータ
３０４ 基板
３０６ スキャンライン相互接続
３０７ 書込み許可電圧源
３０８ データ相互接続
３０９ データ電圧源
３１０ トランジスタ
３１２ キャパシタ
３２０ 光変調器アレイ
３２２、４０７ 開口層
４００ デュアルアクチュエータシャッターアセンブリ
４０２ シャッター開アクチュエータ
４０４ シャッター閉アクチュエータ
４０８、５０５ アンカ
４０９ 開口
４１２ シャッター開口
４１６ 重複
５００ ディスプレイアセンブリ
５０２ シャッター式光変調器
５０４ 透明基板
５０６ 後ろ向き反射層
５０８ 表面開口
５１２ ディフューザ
５１４ 輝度強化膜
５１６ 平面光ガイド
５１７ 幾何学的光リダイレクタ
５１８ 光源
５１９、５３６ 反射体
５２０ 前向き反射膜
５２１ 光線
５２２ カバープレート
５２４ ブラックマトリクス
５２６ ギャップ
５２７ 機械的サポートまたはスペーサ
５２８ 粘着シール
５３０ 作動流体
５３２ アセンブリブラケット
６２１ プロセッサ
６２２ アレイドライバ
６２７ ネットワークインターフェース
６２８ フレームバッファ
６２９ ドライバコントローラ
６３０ ディスプレイ
６４０ ディスプレイデバイス
６４１ ハウジング
６４３ アンテナ
６４５ スピーカ
６４６ マイクロフォン
６４７ トランシーバ
６４８ 入力デバイス
６５０ 電源
６５２ 調整ハードウェア
７００ システム
７０２ プロセッサ
７０４ 微小機械モジュール
７０６ インターフェース回路
７０８ 加速度計
７１０ 相互接続
７１２ 共通基板
７１４ 表面
７１６ ディスプレイ
８００ モールド
８０２ 犠牲層
８０４ 構造層
８０６ Ｕ字形特徴体
８０８ 水平上面
８１０ 水平底面
８１２ 垂直側壁ビーム
８１４ 垂直側壁ビーム
８１６ 構造材料
８１８ エッチ
８２０ 第１の新生側壁ビーム
８２２ 第２の新生側壁ビーム
８２４ マスク層
８２６ エッチ
８２８ 空隙
８５０ 基板
９０２ａ〜９０２ｃ 電極
９０４ 充填ポート
９０４ａ 第１のキャパシタ
９０４ｂ キャパシタ
９０４ｃ キャパシタ
９０６ テザー
９０８ａ〜９０８ｄ 相互接続パッド
９１０ テザー
９１４ ビーム部分
９３０ 可動シャトル
９３２ａ 第１のアンカ
９３２ｂ 第２のアンカ
９３２ｃ 第３のアンカ
９３２ｄ 第４のアンカ
９３６ 第１の平面
９３８ 第２の平面
９４２ａ〜９４２ｃ 上面
９４４ａ 第１の底壁
９４４ｂ 底壁
９４４ｃ 底壁
９４６ａ〜９４６ｆ 側壁ビーム
９５０ 基板
９５２ａ 第１の相互接続
９５２ｂ 第２の相互接続
９５２ｃ 第３の相互接続
９５２ｄ 第４の相互接続
９５４ 表面
９５６ インターフェース回路
９５８ 加速度計
１０００ センサ
１００２ カバープレート
１００４ａ、１００４ｂ 犠牲層
１００６ａ、１００６ｂ 犠牲層
１００８ａ、１００８ｂ 構造材料
１０１０ シャトル
１０１０ａ、１０１０ｂ 円環
１０１２ａ、１０１２ｂ エポキシ
１０１４ａ、１０１４ｂ スペーサ
１０１６ 表面
１０１８ チャンバ
１０２０ａ カバープレート電極
１０２０ｂ カバープレート電極
１０２０ｃ カバープレート電極
１０２２ａ〜１０２２ｃ カバープレートキャパシタ
１０２４ａ、１０２４ｂ フィンガー
１０２６ａ、１０２６ｂ フィンガー
１０２８ａ、１０２８ｂ フィンガー
１１００ 加速度計
１１０２ａ 第１の電極
１１０２ｂ 第２の電極
１１０４ａ 第１のキャパシタ
１１０４ｂ 第２のキャパシタ
１１０６ａ 第１の側壁ビーム
１１０６ｂ 第２の側壁ビーム
１１１２ａ 第１のセグメント
１１１６ 出力信号
１１１８ 出力信号
１１２６ テザー
１１２８ アンカ
１２０２ シャッター
１２０４ 加速度計
１２０６ 基板
１４００ ＭＥＭＳジャイロスコープアレイ
１４０２ 第１のＭＥＭＳジャイロスコープ
１４０４ 第２のＭＥＭＳジャイロスコープ
１４０６ 第３のＭＥＭＳジャイロスコープ
１４０８ 第４のＭＥＭＳジャイロスコープ
１４１０ 基板
１４１２ 第１のジャイロスコープ要素
１４１４ 第２のジャイロスコープ要素
１４１６ 第３のジャイロスコープ要素
１４１８ 第４のジャイロスコープ要素
１４２２ 第１のばね
１４２４ 第２のばね
１４２６ 第３のばね
１４２８ 第４のばね
１５００ ＭＥＭＳ要素のアレイ
１５０２ シャッター式光変調器
１５０４ アクチュエータ
１５０８ シャッター要素
１５１０ 第１の開口
１５１２ 第２の開口

Claims (25)

1. 第１の電極および第２の電極を有する基板と、
   前記基板とモノリシックに集積されるとともに、第１の壁、第２の壁、およびベースを有する可動シャトルとを含むデバイスであって、
   前記第１の壁および前記第２の壁が各々、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有し、
   前記第１の壁および前記第２の壁が、前記シャトルの実質的に平行な垂直辺を画定し、前記ベースが、前記第１の壁および前記第２の壁に対して直角に配置され、前記シャトルの水平底面を形成し、
   前記第１の壁および前記第１の電極が第１のキャパシタを画定し、前記第２の壁および前記第２の電極が第２のキャパシタを画定する、デバイス。
2. 前記ベースが、前記第１の壁および前記第２の壁への構造的支持を与え、前記第１の壁および前記第２の壁の動きを制限する、請求項１に記載のデバイス。
3. 差動キャパシタセンサを設けるように、前記第１の壁が、第１の方向において前記第１の電極を向き、前記第２の壁が、第２の反対方向において前記第２の電極を向く、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記基板が、ガラス、溶融石英、絶縁セラミック、および高分子絶縁体のうちの少なくとも１つを含む群から選択された絶縁体を含む、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記基板が透明セクションを含み、
   前記可動シャトルが、前記基板の前記透明セクションを通過する光を変調するためのマイクロ電気機械（ＭＥＭ）シャッター要素を含む、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記可動シャトルが、加速度計、スピーカ、マイクロフォン、および圧力センサのうちの少なくとも１つを含む群から選択された構成要素のトランスデューサを含む、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記基板とモノリシックに集積されるとともに、前記基板に対して前記可動シャトルを保持するように構成されたテザービームをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記基板とモノリシックに集積されるとともに、前記デバイスの配向を測定するように構成されたマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープアレイをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
9. ディスプレイと、
   ディスプレイと通信するように構成され、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
   前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスとをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成されたドライバ回路と、
    前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部分を送るように構成されたコントローラとをさらに含む、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記プロセッサに前記画像データを送るように構成された画像ソースモジュールをさらに含み、前記画像ソースモジュールが、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載のデバイス。
12. 入力データを受信し、前記入力データを前記プロセッサに通信するように構成された入力デバイスをさらに含む、請求項９に記載のデバイス。
13. 電気機械デバイスを製造する方法であって、
    第１の電極および第２の電極を有する基板を設けるステップと、
    前記基板上に可動シャトルをモノリシックに形成するステップとを含み、前記シャトルを形成するステップが、
    前記シャトルの垂直辺を各々が画定し、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を各々が有する、第１の壁および第２の壁を形成するステップと、
    前記第１の壁および前記第２の壁に対して直角に配置されるとともに前記シャトルの水平底面を画定するベースを形成するステップであって、前記第１の壁および前記第２の壁が、波形構造を形成するように、前記ベースに結合される、ステップとを含み、
    前記第１の壁および前記第１の電極が第１のキャパシタを画定し、前記第２の壁および前記第２の電極が第２のキャパシタを画定する、方法。
14. 前記第１の壁を形成するステップが、第１の方向において前記第１の電極を向くように前記第１の壁を形成するステップを含み、
    前記第２の壁を形成するステップが、第２の反対方向において前記第２の電極を向くように前記第２の壁を形成するステップを含み、
    前記方法が、
    差動キャパシタセンサを設けるように、前記第１のキャパシタおよび前記第２のキャパシタを構成するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記可動シャトルをモノリシックに形成するステップが、前記基板の透明セクションを通過する光を変調するためのＭＥＭシャッター要素を設けるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記可動シャトルをモノリシックに形成するステップが、加速度計、スピーカ、マイクロフォン、および圧力センサからなる群から選択された構成要素のトランスデューサを設けるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記基板とモノリシックに集積されるとともに、前記基板に対して前記可動シャトルを保持するように構成されたテザービームを設けるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記基板を設けるステップが、ガラス、溶融石英、絶縁セラミック、および高分子絶縁体のうちの少なくとも１つを含む群から選択された絶縁体を設けるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
19. 第１の電極および第２の電極を有する基板と、
    前記基板上に配設されるとともに光を変調するように構成された複数のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）シャッターと、
    前記基板とモノリシックに集積されるとともに、第１の壁、第２の壁、およびベースを有する可動シャトルであって、前記第１の壁および前記第２の壁が各々、第２の寸法よりも少なくとも４倍大きい第１の寸法を有し、前記第１の壁、前記第２の壁、および前記ベースが、Ｕ字形を実質的に画定するように結合される可動シャトルとを含むディスプレイであって、
    前記第１の壁および前記第１の電極が第１のキャパシタを画定し、前記第２の壁および前記第２の電極が第２のキャパシタを画定する、ディスプレイ。
20. 前記可動シャトルが、加速度計、スピーカ、マイクロフォン、傾斜センサ、および圧力センサのうちの少なくとも１つを含む群から選択された構成要素のトランスデューサを含む、請求項１９に記載のディスプレイ。
21. 前記第１の壁および前記第２の壁が、前記シャトルの平行な垂直辺を画定し、
    前記ベースが、前記第１の壁および前記第２の壁に対して直角に配置され、
    前記ベースが、前記第１の壁および前記第２の壁への支持を与え、前記第１の壁および前記第２の壁の動きを制限する、請求項１９に記載のディスプレイ。
22. 差動キャパシタセンサを設けるように、前記第１の壁が、第１の方向において前記第１の電極を向き、前記第２の壁が、第２の反対方向において前記第２の電極を向く、請求項１９に記載のディスプレイ。
23. 前記基板が、ガラス、溶融石英、絶縁セラミック、および高分子絶縁体のうちの少なくとも１つを含む群から選択された絶縁体を含む、請求項１９に記載のディスプレイ。
24. 前記基板とモノリシックに集積されるとともに、前記基板に対して前記可動シャトルを保持するように構成されたテザービームをさらに含む、請求項１９に記載のディスプレイ。
25. 前記基板上に配設されるとともに前記ディスプレイの配向を測定するように構成されたＭＥＭＳジャイロスコープアレイをさらに含み、前記ＭＥＭＳジャイロスコープアレイが、前記可動シャトルを組み込む少なくとも１つのジャイロスコープを含む、請求項１９に記載のディスプレイ。

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