ディスプレイを作動させるための方法および装置
【課題】双安定機構を含み、かつ、削減された電力消費のために低電圧で駆動されることが可能な機械的に作動可能なディスプレイを提供する。
【解決手段】本発明は、ＭＥＭＳベースのディスプレイ装置に関する。特に、ディスプレイ装置は、２つの機械的にコンプライアントな電極を有するアクチュエータを含んでもよい。さらに、ディスプレイ装置に含まれる、双安定シャッタ組立体と、シャッタ組立体内でシャッタを支持するための手段とが開示される。
【解決手段】本発明は、ＭＥＭＳベースのディスプレイ装置に関する。特に、ディスプレイ装置は、２つの機械的にコンプライアントな電極を有するアクチュエータを含んでもよい。さらに、ディスプレイ装置に含まれる、双安定シャッタ組立体と、シャッタ組立体内でシャッタを支持するための手段とが開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は、ビデオディスプレイの分野に関し、特に、機械的に作動するディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的光変調器から構築されたディスプレイは、液晶技術に基づくディスプレイの、魅力的な代替選択肢である。機械的光変調器は、映像コンテンツを、良好な視野角と、広範なカラーおよびグレースケールとを伴って表示するために十分高速である。機械的光変調器は、投写型ディスプレイの適用例において成功を収めてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
機械的光変調器を使用するバックライト付きディスプレイが、輝度と低電力との十分に魅力的な組み合わせであることはまだ示されていない。高速で、明るく、低電力の、機械的に作動させられるディスプレイが、当業界で必要とされている。特に、双安定機構を含み、かつ、削減された電力消費のために低電圧で駆動されることが可能な、機械的に作動するディスプレイが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本発明は、２つのコンプライアント電極を組み込んだメカニカルアクチュエータから構築されるディスプレイに関する。アクチュエータは、制御可能な電源を、メカニカルアクチュエータの電圧入力に結合する、パッシブまたはアクティブマトリクスアレイによって制御されてもよい。
【０００５】
各アクチュエータ内のコンプライアント電極は、電極間への電圧の印加に応じて電極が相互に引き寄せられるように、お互いに隣接して配置される。電極は、直ちに、または徐々に、相互に引き寄せられてもよい。電極のうちの少なくとも１つは、画像の形成に寄与する変調器に結合される。本発明の１つの特徴によれば、電極の全長の少なくとも大部分はコンプライアントである。電極の幅は、約０．５μｍ〜約５μｍであってもよい。一実装では、電極の高さは、電極の幅の少なくとも約１．４倍である。電極は、さらに、好ましくは約１．５以上の誘電率を有する、絶縁体を使用して、少なくとも部分的にコーティングされてもよい。
【０００６】
変調器は、例えば、シャッタ、変形可能な反射鏡、カラーフィルタ、または３つのカラーフィルタの組であってもよい。シャッタは、それらが上で支持される表面に実質的に平行な面内で移動する。表面は、表面を通した光の通過を可能にする、１つ以上のアパーチャを有してもよい。アパーチャは、実質的に透明なガラスまたはプラスチック基板上に配置された反射膜を貫通してパターニングされてもよい。表面が２つ以上のアパーチャを有する場合、シャッタは、対応する数のシャッタアパーチャを含む。シャッタを移動させることにより、ディスプレイ装置は、光をブロック、反射、吸収、偏光、回折、および／またはフィルタリングすることによって、表面内のアパーチャを通過する光路内の光と選択的に相互作用してもよい。さまざまな実施形態において、シャッタは、さらに、反射または光吸収膜を使用してコーティングされてもよい。
【０００７】
一実施形態では、各電極の一方の端部は、表面に固定され、もう一方の端部は、自由に動くことができる。この実施形態では、変調器は、電極のうちの１つの自由端に結合される。電極の幅は、その全長に沿って一定であってもよく、または変化してもよい。例えば、電極の幅は、変調器により近くなるにつれて、より細くなってもよい。あるいは、電極は、電極の全長に沿った複数の位置において、より細いセクションと、より太いセクションとを有してもよい。変化する太さによって、変化する電極剛性が提供される。この実施形態は、第３のコンプライアント電極を含むという、任意選択の特徴を含んでもよい。変調器に結合されていないコンプライアント電極は、開および閉駆動電極として、独立に働く。駆動電極のうちの１つまたは両方は、その自然な、非アクティブ状態において、湾曲していてもよい。一部の実装では、駆動電極は、一次または二次の湾曲を有する。他の実装では、駆動電極は、二次よりも大きな湾曲を有する。
【０００８】
シャッタ組立体の別の実施形態では、シャッタは、変調器の一方の側の、線形中心（ｌｉｎｅａｒ ｃｅｎｔｅｒ）の付近において、アクチュエータのペアに結合される。アクチュエータは、それぞれが、２つのコンプライアント電極を含む。各アクチュエータの第１のコンプライアント電極は、スプリングを使用してシャッタに結合される。第１のコンプライアント電極は、さらに、スプリングを使用してアンカーに結合されてもよい。コンプライアント電極のもう一方の端部はアンカーに結合され、それにより、シャッタを基板上の２つの位置に接続する。電極は、シャッタ上の位置から基板への、支持的接続を提供する、機械的支持として働く。リターンスプリングなどの、別個の弾性部材が、シャッタの反対側に結合されて、シャッタのための追加の支持的接続を提供してもよい。あるいは、リターンスプリングの代わりに、アクチュエータの第２のペアが、シャッタの反対側に結合されてもよい。複数の支持的接続は、シャッタの、意図される移動平面から離れた、回転またはその他の移動を減らすために役立つ。
【０００９】
本発明の第２の態様では、ディスプレイ装置は、画像を形成するために、機械的に双安定なシャッタ組立体を含む。機械的に双安定なシャッタ組立体は、シャッタと、作動電位を受け取るための電圧入力と、基板上の２つの機械的に安定な位置の間でシャッタを移動させるアクチュエータとを含む。一実施形態では、シャッタをその第１の機械的に安定な位置からその第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事は、シャッタをその第１の機械的に安定な位置に戻すために必要とされる仕事よりも大きい。別の実施形態では、シャッタをその第１の機械的に安定な位置からその第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事の量は、シャッタをその第１の機械的に安定な位置に戻すために必要とされる仕事と実質的に等しい。
【００１０】
本発明の１つの特徴によれば、シャッタの機械的に安定な位置は、機械的にコンプライアントな部材の、位置または形状を含む、状態によって提供される。一実施形態では、機械的にコンプライアントな部材は、アクチュエータの部分である。他の実施形態では、機械的にコンプライアントな部材は、アクチュエータの外部にある。機械的にコンプライアントな部材は、シャッタの機械的に安定な位置のうちの第１における、第１の機械的に安定な状態と、シャッタの機械的に安定な位置のうちの第２における、第２の機械的に安定な状態とを有する。シャッタを、第１の機械的に安定な位置から、第２の機械的に安定な位置まで移動させることは、コンプライアント部材の変形を必要とする。
【００１１】
例えば、コンプライアント部材は、湾曲したコンプライアントビームであってもよい。シャッタが第１の安定位置にある場合、ビームは第１の湾曲を有する。シャッタが第２の位置にある場合、ビームは第２の湾曲を有する。湾曲は、概して「Ｓ字」形状であってもよく、あるいは、コサイン形状の弓形を形成してもよい。第１のシャッタ位置では、ビームは、１つの方向に弓形に曲がってもよい。第２のシャッタ位置への移行において、ビームは、反対方向に弓形に曲がるように変形される。
【００１２】
あるいは、シャッタがその機械的に安定な位置のうちの１つにある間、コンプライアントビームはまっすぐであってもよい。第１の機械的に安定なシャッタ位置において、コンプライアントビームは、シャッタと、第１の角度を作る。第２の位置において、コンプライアントビームは、シャッタと、異なる角度を作る。
【００１３】
シャッタ組立体は、さらに、第２のコンプライアント部材を含んでもよい。第１および第２のコンプライアント部材は、一実施形態では、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータ内の電極として働く。一方または両方のビームは、２つの機械的に安定な状態を有してもよい。コンプライアント部材間に電圧を印加すると、コンプライアント部材のうちの一方は、１つの位置から第２の位置に変形する。電圧は、コンプライアント部材のうちの１つに、コンプライアント部材の一方または両方の端部に結合された１つ以上のアンカーから印加される、作動電位に起因してもよい。例えば、第１の位置において、第１のコンプライアント電極は、第２のコンプライアント電極から離れるように弓形に曲がる。第２の位置において、第１のコンプライアント電極は、第２のコンプライアント電極と実質的に同様の弓形を有して、第２のコンプライアント電極の方へ弓形に曲がる。他の実装では、第１および第２のコンプライアントビームは、第１および第２の安定位置の間でシャッタを移動させるための、シャッタに結合された熱電アクチュエータの部分を形成する。シャッタを移動させるアクチュエータのタイプにかかわらず、シャッタを移動させるには、第１または第２のコンプライアント部材のいずれかに力が印加されなければならない。
【００１４】
一部の実施形態では、第１および第２のコンプライアント部材の形状は、単独で機械的に安定である。
【００１５】
シャッタ組立体は、一実装では、シャッタに結合された第２のアクチュエータを含む。２つのアクチュエータは、シャッタ上の異なる位置においてシャッタに結合される。一実装によれば、アクチュエータは、シャッタの反対の側に、それらの側のほぼ中央において結合される。アクチュエータ内のコンプライアント部材は、２つのシャッタ位置から２つの基板位置への、シャッタのための支持的接続を提供する。別の任意選択の特徴によれば、シャッタに結合されたコンプライアント部材のうちの少なくとも１つは、コンプライアント部材のいずれの端部にも１つの、２つのアンカーに結合される。
【００１６】
さらに他の実施形態では、コンプライアント部材は、機械的に安定なシャッタ位置のための機械的安定性を提供する、スタビライザ内に組み込まれる。スタビライザ内のコンプライアント部材は、相互に接続されてもよい。そのような実施形態では、スタビライザは、第３の機械的に安定なシャッタ位置を提供してもよい。シャッタは、電圧入力への第２の作動電圧の印加に応えて、第３の機械的に安定なシャッタ位置に駆動される。あるいは、コンプライアントビームは、シャッタの両側上で、シャッタの側に、アンカーを結合することによって、スタビライザを形成してもよい。コンプライアント部材は、コンプライアントな、または剛性のビームを含んでもよい。コンプライアント部材が剛性のビームを含む場合、コンプライアント部材は、ある程度のコンプライアンスを提供するために、剛性ビーム間に、追加のコンプライアント接合を含む。
【００１７】
さまざまなディスプレイ装置の追加の特徴は、コンプライアント部材間への作動流体の組み込みを含む。作動流体は、好ましくは、少なくとも約１．５の誘電率を有する。ディスプレイ装置は、さらに、画像を明るくするためのバックライトを含んでもよい。
【００１８】
別の態様では、本発明は、ディスプレイ装置を製造するための方法に関する。方法は、光路内の光と選択的に相互作用するための変調器を形成するために、第１の表面をパターニングするステップを含む。次に、変調器とアンカーとを接続する、アクチュエータが、第１の表面内に製造される。アンカーおよびアクチュエータは、第２の表面の上で変調器を物理的に支持する、第１の機械的支持として働く。アクチュエータは、第２の表面に実質的に平行な面内でシャッタを駆動するように構成される。方法は、さらに、変調器と第２のアンカーとを接続する、第２の機械的支持を、第１の表面内に製造するステップを含む。第２の機械的支持は、第２の表面の上で変調器を物理的に支持する。第１のアンカーと第２のアンカーとは、第２の表面上の２つの別個の位置に接続される。
【００１９】
別の態様では、本発明は、画像を形成する方法に関する。方法は、シャッタ組立体の電圧入力に、作動電位を選択的に印加するステップを含む。シャッタは、作動電圧の印加に応えて、表面に実質的に平行な面内で移動させられる。シャッタは、第１の機械的に安定な位置から第２の機械的に安定な位置に移動させられ、それにより、光が画像の形成に寄与することを許可する。
【００２０】
さらなる態様では、本発明は、ディスプレイ上に画像を形成する方法に関する。方法は、光変調器を選択し、そして、アクチュエータを提供するステップを含む。アクチュエータは、相互に隣接して配置された２つの機械的にコンプライアントな電極を含み、そのうちの少なくとも１つはシャッタに結合される。アクチュエータは、２つの機械的にコンプライアントな電極の間に電圧を生成することによってアクティブにされる。結果として、コンプライアント電極は、それらが相互により近くに引き寄せられるにつれて変形する。さらに、アクチュエータのアクティブ化は、画像内のピクセルの照射に影響を及ぼすための、光路内への、または光路から外へのシャッタの移動をもたらす。
【００２１】
本システムおよび方法は、以下の図面を参照することにより、以下の例示的説明から、より良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置の概念等角投影図である。
【図２Ａ】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置内で使用するための、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置内で使用するための、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ａ】デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースのシャッタ組立体内に含めるのに適した、さまざまなコンプライアント電極の形状を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す形状を有する、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースのシャッタ組立体を移動させるために必要とされる、増分エネルギーを示す図である。
【図３Ｃ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ｄ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ｅ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ｆ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図４Ａ】本発明の例示的実施形態による、アクティブおよび非アクティブ状態におけるデュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの反射鏡ベース光変調器の断面図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、アクティブおよび非アクティブ状態におけるデュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの反射鏡ベース光変調器の断面図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、全長に沿って太さが変化するビームを有する、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の等角投影図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による、リターンスプリングを含むデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、別個の開および閉アクチュエータを有するデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図９】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの光変調器を制御するための、アクティブマトリクスアレイの概念図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの光変調器を制御するための、第２のアクティブマトリクスアレイの概念図である。
【図１１】図８のデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の断面図である。
【図１２】本発明の例示的実施形態による、さまざまなデュアルコンプライアント電極ベースのシャッタ組立体のエネルギー特性を示す、エネルギー図である。
【図１３Ａ】本発明の例示的実施形態による、双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図１３Ｂ】双安定シャッタ組立体の、変位に対する力の発展を示す。
【図１４】本発明の例示的実施形態による、第２の双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータを組み込んだ、三安定シャッタ組立体の上面図である。
【図１６Ａ】本発明の例示的実施形態による、シャッタ位置が変化する間の、シャッタ組立体の状態を示す、双安定シャッタ組立体の別の実施形態の概念図である。
【図１６Ｂ】本発明の例示的実施形態による、シャッタ位置が変化する間の、シャッタ組立体の状態を示す、双安定シャッタ組立体の別の実施形態の概念図である。
【図１６Ｃ】本発明の例示的実施形態による、シャッタ位置が変化する間の、シャッタ組立体の状態を示す、双安定シャッタ組立体の別の実施形態の概念図である。
【図１７Ａ】本発明の例示的実施形態による、実質的に剛性のビームを含む、双安定シャッタ組立体の概念図である。
【図１７Ｂ】回転双安定シャッタ組立体の上面図である。
【図１８】本発明の例示的実施形態による、熱電アクチュエータを組み込んだ、双安定シャッタ組立体の概念図である。
【図１９】本発明の例示的実施形態による、双安定シャッタ組立体を制御するための、パッシブマトリクスアレイの概念図である。
【図２０Ａ】ディスプレイ装置内にシャッタ組立体を配置するための、概念タイリング図である。
【図２０Ｂ】ディスプレイ装置内にシャッタ組立体を配置するための、概念タイリング図である。
【図２１】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置の断面図である。
【図２２】本発明の例示的実施形態による、別のディスプレイ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１Ａは、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００の等角投影図である。ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器、特に、行および列内に配置された複数のシャッタ組立体１０２ａ〜１０２ｄ（一般に「シャッタ組立体１０２」）を含む。一般に、シャッタ組立体１０２は、開および閉という、２つの状態を有する（ただし、グレースケールを伝えるために、部分的な開きが使用されてもよい）。シャッタ組立体１０２ａおよび１０２ｄは、開状態になっており、光の通過を許可している。シャッタ組立体１０２ｂおよび１０２ｃは、閉状態になっており、光の通過を妨げている。ランプ１０５によって照射された場合に、シャッタ組立体１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することにより、ディスプレイ装置１００は、投射型またはバックライト付きディスプレイで画像１０４を形成するために利用されることが可能である。別の実装では、装置１００は、装置の前方からもたらされる環境光の反射によって画像を形成してもよい。ディスプレイ装置１００内で、各シャッタ組立体１０２は、画像１０４内のピクセル１０６に対応している。
【００２４】
各シャッタ組立体１０２は、シャッタ１１２と、アパーチャ１１４とを含む。画像１０４内のピクセル１０６を明るくするためには、シャッタ１１２は、光が、見る人に向けて、大きな障害は何もなしに、アパーチャ１１４を通過することを許可するように配置される。ピクセル１０６を点灯されていないままにするためには、シャッタ１１２は、アパーチャ１１４を通した光の通過を妨げるように配置される。アパーチャ１１４は、各シャッタ組立体１０２内に、反射性または光吸収性材料を貫通してパターニングされた、開口部によって画定される。
【００２５】
代替の実装では、ディスプレイ装置１００は、各ピクセル１０６について、複数のシャッタ組立体１０２を含む。例えば、ディスプレイ装置１００は、３つの色固有シャッタ組立体１０２を含んでもよい。特定のピクセル１０６に対応する色固有シャッタ組立体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内のカラーピクセル１０６を生成してもよい。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内のグレースケールを提供するために、ピクセル１０６につき、２つ以上のシャッタ組立体１０２を含む。さらに他の実装では、ディスプレイ装置１００は、光を変調して画像を形成するために、シャッタ組立体１０２の代わりに、マイクロミラー、フィルタ、偏光子、干渉装置（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、およびその他の適切な装置などの、その他の形態の光変調器を含んでもよい。
【００２６】
ディスプレイ装置１００のシャッタ組立体１０２は、リソグラフィ、エッチング技術（ウェットケミカル、ドライ、およびフォトレジスト除去など）、シリコンの熱酸化、電気めっきおよび無電界めっき、拡散プロセス（ホウ素、リン、ヒ素、およびアンチモンの拡散など）、イオン打ち込み、膜蒸着（蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）（フィラメント、電子ビーム、フラッシュ、シャドウイング、およびステップカバレージ）、スパッタリング、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ促進ＣＶＤ、エピタキシ（気相、液層、および分子線）、電気めっき、スクリーン印刷、およびラミネーションなど）を含む、当業界で周知の標準的なマイクロマシニング技術を使用して形成される。概要については、Ｊａｅｇｅｒ著、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ Ｍａｓｓ．１９８８）と、Ｒｕｎｙａｎら著、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ Ｍａｓｓ．１９９０年）と、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９８７〜１９９８年と、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ＆Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ、Ｗａｓｈ．１９９７年）とを参照されたい。
【００２７】
より詳細には、（通常は、金属と誘電体とが交互になった）複数の材料層が、基板の上に蒸着されて、スタックを形成する。１つ以上の材料層がスタックに追加された後で、スタックから除去されるべき、またはスタック上に残るべき材料を示すパターンが、スタックの一番上の層に適用される。ウェットまたはドライエッチ、あるいは反応性イオンエッチングを含む、さまざまなエッチング技術が、次に、不要な材料を除去するために、パターン付きスタックに適用される。エッチの化学的性質、スタック内の層、およびエッチが適用される時間の長さに基づいて、エッチプロセスは、スタックの１つ以上の層から材料を除去してもよい。製造プロセスは、層形成、パターニング、およびエッチングの、複数回の繰り返しを含んでもよい。
【００２８】
一実装では、シャッタ組立体１０２は、透明なガラスまたはプラスチック基板上に製造される。この基板は、ランプ１０５からの照射を、光がアパーチャ１１４を通して出る前に、均一に分散させるように働くバックライトの一体部分とされてもよい。別法として、および任意選択で、透明基板は、平面光ガイドの上に配置されてもよく、シャッタ組立体１０２のアレイは、画像の形成における光変調要素として働いてもよい。一実装では、シャッタ組立体１０２は、同じガラスまたはプラスチック基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイの製造と組み合わせて、またはそれに続いて製造される。ＴＦＴアレイは、シャッタ組立体への電気信号の配布のための切り換えマトリクスを提供する。
【００２９】
プロセスは、さらに、解除ステップを含む。結果としてもたらされる装置内で部品が移動するための自由度を提供するために、犠牲材料が、スタック内の、完成した装置内の移動部品を形成する材料に隣接して、間に配置される。エッチによって、犠牲材料のほとんどが除去され、それにより、部品は自由に移動できるようになる。
【００３０】
解除の後は、移動部品間で接触時に電荷が移動しないように、シャッタ組立体の１つ以上の表面が絶縁されてもよい。これは、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｉＳｉＯ４、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４などの絶縁体の、熱酸化および／またはコンフォーマル化学気相蒸着法によって、あるいは、同様の材料を、原子層蒸着などの技術およびその他を使用して蒸着することによって達成されてもよい。絶縁された表面は、接触している表面間のスティクションなどの問題を防ぐために、絶縁された表面のフッ素化、シラン化、または水素化などの化学転化プロセスによって、化学的に保護される。
【００３１】
デュアルコンプライアント電極アクチュエータは、シャッタ組立体１０２内のシャッタ１１２を駆動するための、１つの適切なアクチュエータのクラスを構成する。デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータは、一般に、２つ以上の、少なくとも部分的にコンプライアントなビームから形成される。ビームのうちの少なくとも２つは、電極（本明細書では「ビーム電極」とも呼ばれる）として働く。ビーム電極の両端部への電圧の印加に応じて、ビーム電極は、結果としてもたらされる静電力から、相互に引き寄せられる。デュアルコンプライアントビーム電極の両方のビームは、少なくとも部分的に、コンプライアントである。すなわち、ビームのそれぞれの少なくともいくらかの部分は、ビームが寄せ集められるのを助けるために、屈曲および／または湾曲することが可能である。一部の実装では、コンプライアンスは、屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）またはピン継手を含めることによって達成される。ビームのいくらかの部分は、実質的に剛性であってもよく、または、所定の位置に固定されてもよい。好ましくは、ビームの全長の少なくとも大部分はコンプライアントである。
【００３２】
デュアルコンプライアント電極アクチュエータは、当業界で周知の他のアクチュエータに優る利点を有する。静電コームドライブ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏｍｂ ｄｒｉｖｅｓ）は、比較的長い距離にわたって作動させるために非常に適しているが、比較的弱い力しか生成できない。平行板または平行ビームアクチュエータは、比較的大きな力を生成できるが、平行板またはビーム間の小さなギャップを必要とし、したがって、比較的小さな距離にわたってのみ作動させられる。Ｒ．Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｖ．６、２５７頁、１９９７年）は、湾曲した電極アクチュエータの使用により、どのようにして比較的大きな力が生成され、結果として比較的大きな変位がもたらされることが可能であるかを示した。ただし、Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇでは、作動を開始させるために必要な電圧は、やはりかなり大きい。本明細書で示すように、そのような電圧は、両方の電極の移動または屈曲を許可することによって減らすことが可能である。
【００３３】
デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体では、シャッタは、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータの少なくとも１つのビームに結合される。アクチュエータ内のビームのうちの一方が、もう一方の方へ引かれると、引かれたビームは、シャッタも移動させる。それにより、シャッタは、第１の位置から第２の位置に移動させられる。位置のうちの１つにおいて、シャッタは、例えば、以下に限定されるものではないが、ブロック、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折、あるいはその他の、光の特性または経路の変更を行うことによって、光路内の光と相互作用する。シャッタは、その干渉特性を向上するために、反射または光吸収膜を使用してコーティングされてもよい。第２の位置では、シャッタは、比較的遮られないことによる光の通過を許可する。
【００３４】
図２Ａおよび図２Ｂは、ディスプレイ装置１００などの、ディスプレイ装置内で使用するための、カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の２つの実施形態の図である。より詳細には、図２Ａは、カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００ａ（「シャッタ組立体２００ａ」）を示す。シャッタ組立体２００ａは、シャッタ２０２ａを、光の光路に出入りするように、制御可能に移動させることによって、光を変調して画像を形成する。一実施形態では、光路は、シャッタ２０２ａが取り付けられている表面２０４ａの背後から始まる。表面２０４ａは、点線の境界線として示されている。点線は、表面２０４ａが、境界線によって区切られた空間を超えて拡大することを示す。同様の点線境界線は、他の図内で、同じことを示すために使用される。光は、見る人の方へ向けて、または表示画面の方へ向けて、表面２０４ａ内のアパーチャ２０６ａを通過する。別の実施形態では、光路は、表面２０４ａの前で始まり、アパーチャ２０６ａの表面から、見る人の方へ反射される。
【００３５】
シャッタ組立体２００ａのシャッタ２０２ａは、硬い、実質的に平面の物体から形成される。シャッタ２０２ａは、閉じられた位置において、表面２０４ａ内のアパーチャ２０６ａを通した光路をシャッタ２０２ａが十分に遮るような、規則的な、または不規則な、ほとんどあらゆる形状を取ってもよい。さらに、シャッタ２０２ａは、（図示するような）開位置において、ディスプレイ装置内のピクセルを明るくするための十分な光、またはピクセルを明るくするのに寄与する十分な光が、表面２０４ａ内のアパーチャ２０６ａを通過することが可能なように、アパーチャの幅と調和する幅を有さなければならない。
【００３６】
シャッタ２０２ａは、ロードビーム２０８ａの一方の端部に結合される。ロードアンカー２１０ａは、ロードビーム２０８ａの反対側の端部で、ロードビーム２０８ａを、表面２０４ａに物理的に接続し、そして、ロードビーム２０８ａを、表面２０４ａ内のドライバ回路に電気的に接続する。ロードビーム２０８ａと、ロードアンカー２１０ａとは、合わせて、シャッタ２０２ａを、表面２０４ａ上で支持するための、機械的支持として働く。
【００３７】
シャッタ組立体２００ａは、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａのペアを含み、一方は、ロードビーム２１０ａのいずれかの側に沿って配置される。駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａと、ロードビーム２１０ａとは、合わせて、アクチュエータを形成する。一方の駆動ビーム２１２ａは、シャッタ開電極として働き、もう一方の駆動ビーム２１４ａは、シャッタ閉電極として働く。駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａの、シャッタ２０２ａに最も近い端部に配置された、駆動アンカー２１６ａおよび２１８ａは、各駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａを、表面２０４ａに、物理的および電気的に接続する。本実施形態では、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａのもう一方の端部と、全長のほとんどとは、固定されないまま、または自由のままにされる。駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａの固定端からロードビーム２０８ａのシャッタ端部までよりも、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａの自由端からロードビーム２０８ａの固定端までの方が近い。
【００３８】
ロードビーム２０８ａと、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａとは、コンプライアントである。すなわちそれらは、それらの応力を受けない（「静止」）位置または形状から、少なくともいくらかの有用な程度まで、疲労または破損なしに曲げられることが可能なように、十分な柔軟性と弾力性とを有する。ロードビーム２０８ａと、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａとは、一方の端部においてのみ固定されるため、ビーム２０８ａ、２１２ａ、および２１４ａの全長の大部分は、印加される力に応じて、自由に動くこと、曲がること、屈曲すること、または変形することができる。カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００ａの動作は、図３に関連して以下でさらに説明する。
【００３９】
図２Ｂは、カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００ｂ（シャッタ組立体２００ｂ）の、第２の例示的実施形態である。シャッタ組立体２００ａと同様に、シャッタ組立体２００ｂは、ロードビーム２０８ｂに結合されたシャッタ２０２ｂと、２つの駆動ビーム２１２ｂおよび２１４ｂとを含む。シャッタ２０２ｂは、その完全に開かれた位置と、その完全に閉じられた位置との間に配置される。ロードビーム２０８ｂと、駆動ビーム２１２ｂおよび２１４ｂとは、合わせて、アクチュエータを形成する。ビームの各端部に結合された、駆動アンカー２１０ｂ、２１６ｂ、および２１８ｂは、ビームを表面２０４ｂに接続する。シャッタ組立体２００ａとは対照的に、シャッタ組立体２００ｂのシャッタは、スロットの形態の、複数のシャッタアパーチャ２２０を含む。表面２０４ｂは、１つのアパーチャのみを有するのではなく、各シャッタアパーチャ２２０に対応して、１つの表面アパーチャ２０６ｂを含む。開位置では、シャッタアパーチャ２２０は、表面２０４ｂ内のアパーチャ２０６ｂと実質的に位置合わせされて、光がシャッタ２０２ｂを通過するのを許可する。閉位置では、表面アパーチャ２０６ｂは、シャッタ２０２ｂの残りの部分によって遮られ、それにより、光の通過を阻止する。
【００４０】
複数のシャッタアパーチャを、同数の表面アパーチャとともに含むシャッタ組立体の状態変更に必要とされるシャッタの移動は、連続したシャッタと、１つの表面アパーチャとを組み込んだシャッタ組立体の状態変更に必要とされるよりも少なく、そして、提供されるアパーチャ面積は同じである。必要な動きの減少は、必要な作動電圧がより低いことに対応する。より詳細には、必要な動きが１／３だけ減少すると、アクチュエータの必要な作動電圧は、約１／３だけ減少する。作動電圧の減少は、さらに、消費電力の削減に対応する。両方のシャッタ組立体で、総アパーチャ面積はほぼ同じなので、各シャッタ組立体は、実質的に同じ輝度を提供する。
【００４１】
他の実装では、シャッタアパーチャおよび対応する表面アパーチャは、スロット以外の形状を有する。アパーチャは、円形、多角形、または不規則であってもよい。代替の実装では、シャッタは、シャッタ組立体内に存在する表面アパーチャよりも、多くのシャッタアパーチャを含んでもよい。そのような実装では、シャッタアパーチャのうちの１つ以上は、カラーフィルタなどの、フィルタとして働いてもよい。例えば、シャッタ組立体は、各表面アパーチャに対して３つのシャッタアパーチャを有してもよく、各シャッタアパーチャは、赤、青、または緑の色付きのフィルタを含んでもよい。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂは、ロードビームの端部における変位と、駆動ビームのより近くにロードビームを移動させるために必要とされる相対電圧との間の関係を示す図である。任意の所与の電圧において達成されることが可能な変位は、少なくとも部分的に、駆動ビームの湾曲または形状に依存し、あるいは、より詳細には、駆動ビームおよびロードビームに沿った、分離ｄおよび曲げ応力が、ロードビームに沿った位置ｘの関数としてどのように変化するかに依存する。図３Ａに示す分離関数ｄ（ｘ）は、ｄ＝ａｘｎの形式に一般化されてもよく、ここで、ｙは、ビーム間の距離である。例えば、ｎ＝１の場合、駆動電極とロード電極との間の距離は、ロード電極の全長に沿って直線的に増加する。ｎ＝２の場合、距離は放物線的に増加する。一般に、一定の電圧を仮定すると、コンプライアント電極間の距離が減少するにつれて、ビーム上の任意の点における静電力は、１／ｄに比例して増加する。ただし、同時に、分離距離を減少させる可能性があるロードビームの任意の変形も、結果として、ビーム内のより高い応力状態をもたらしてもよい。最小しきい値電圧未満では、電極のより近い接近によって解放される任意の電気的エネルギーが、ビームの変形エネルギー内に蓄積されるようになるエネルギーによって、正確に均衡させられる、変形の限界に到達する。
【００４３】
図３Ｂに示すように、ｎが２以下である分離関数を有するアクチュエータでは、最小作動電圧（Ｖ２）の印加により、結果として、駆動ビームへのロードビームの連鎖的吸引が、より高い電圧の印加を必要とすることなしにもたらされる。そのようなアクチュエータでは、ロードビームが駆動ビームに近付くことに起因する、ビーム上の静電力の増分増加は、ビームのさらなる変位のために必要とされる、ビーム上の応力の増分増加よりも大きい。
【００４４】
ｘが２よりも大きい分離関数を有するアクチュエータの場合、特定の電圧の印加によって、ロード電極の、別個の部分的変位がもたらされる。すなわち、ビーム間の分離の特定の減少に起因する、ビーム上の静電力の増分増加は、ある点において、分離を継続して減少させるためにロードビーム上に伝えられる必要がある増分変形力を超過しない。したがって、２よりも大きなｎを有する分離関数を有するアクチュエータでは、第１の電圧レベルの印加によって、ロード電極の、第１の対応する変位がもたらされる。より高い電圧によって、ロード電極の、より大きな対応する変位がもたらされる。細いビーム電極の形状および相対的コンプライアンスが作動電圧をどのように生じさせるかは、以下の引用文献でより詳細に述べられている。Ｒ．Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇら著、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｖ．６、２５７頁（１９９７）およびＪ．Ｌｉら著、Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’０３，Ｔｈｅ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ、４８０頁（２００３年）。
【００４５】
図２Ａおよび図２Ｂを再び参照すると、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂを組み込んだディスプレイ装置は、制御可能な電源から、駆動ビーム２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、または２１４ｂのうちの１つに、その対応する駆動アンカー２１６ａ、２１６ｂ、２１８ａ、または２１８ｂを経由して電位を印加し（ロードビーム２０８ａまたは２０８ｂは接地に電気的に結合されており）、結果として、ビーム２０８ａ、２０８ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂにわたる電圧をもたらすことによって、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂを作動させる、すなわち、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂの位置を変化させる。アクティブマトリクスアレイドライバなどの制御可能な電源は、アクティブマトリクスアレイを経由して、ロードビーム２０８ａまたは２０８ｂに電気的に結合される（以下の図９および図１０を参照）。ディスプレイ装置は、その代わりに、シャッタ組立体２０２ａまたは２０２ｂのロードアンカー２１０ａまたは２１０ｂを経由して、ロードビーム２０８ａまたは２０８ｂに電位を印加して、電圧を増加させてもよい。駆動ビームとロードビームとの間の電位差は、符号または接地電池に関係なく、ビーム間の静電力を生成する。
【００４６】
図３を再び参照すると、図２Ａのシャッタ組立体２００ａは、２次の分離関数を有する（すなわち、ｎ＝２）。したがって、シャッタ組立体２０２ａのビーム２０８ａと、２１２ａまたは２１４ａとの間の電圧または電位差が、それらの最小分離の点において、最小作動電圧（Ｖ２）を超過する場合、ビーム２０８ａと、２１２ａまたは２１４ａとの変形は、ビーム２０８ａと、２１２ａまたは２１４ａとの全長に連鎖的に伝わり、ロードビーム２０８ａのシャッタ端部を、駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａの固定端の方へ引く。ロードビーム２０８ａの動きは、ディスプレイ装置が駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａのどちらに電位を印加したかによって、シャッタ２０２ａがその位置を、開から閉に、またはその逆に変えるように、シャッタ２０２ａを移動させる。位置の変化を逆にするには、ディスプレイ装置は、付勢された駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａへの電位の印加を中止する。ディスプレイ装置が電位の印加を停止すると、変形させられたロードビーム２０８ａ上に応力の形態で蓄積されたエネルギーが、ロードビーム２０８ａを、その元の、または静止位置に復元する。復元の速さを増加させるために、かつ、ロードビーム２０８ａの静止位置のまわりでのいかなる振動も減少させるために、ディスプレイ装置は、対向する駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａに電位を印加することによって、シャッタ２０２ａをその以前の位置に戻してもよい。
【００４７】
このシャッタ組立体２００ａおよび２００ｂ、ならびにシャッタ組立体５００（以下の図５を参照）、６００（以下の図６を参照）、７００（以下の図７を参照）、および８００（以下の図８を参照）は、電気的に双安定であるという特性を有する。一般に、これは、以下に限定されるものではないが、開状態と閉状態との間の移動を開始させる電位Ｖ２が、シャッタ組立体を安定状態に維持するために必要とされる電位（Ｖ１）よりも概して大きい装置を包含すると理解される。ロードビーム２０８ａと、駆動ビームのうちの１つとがいったん接触すると、ロードビームを移動または分離させるためには、対向する駆動ビームから、実質的により大きな電気力が印加されるべきであり、そのような電気力は、ロードビーム２０８ａが、中立の、または非接触の位置において開始される場合に必要とされるよりも大きい。本明細書に記載する双安定装置は、２００ａなどのシャッタ組立体のアレイの動作のために、パッシブマトリクス駆動方式を使用してもよい。パッシブマトリクス駆動シーケンスでは、すべてのシャッタ組立体（状態変更のためにアクティブに駆動されているものを除く）にわたって、安定化電圧Ｖ１を維持することによって、画像を保持することが可能である。電力は何も、または実質的に何も必要とされないため、シャッタ組立体をその開または閉状態に維持するためには、ロードビーム２０８ａと、駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａとの間での電位Ｖ１の維持で十分である。切り換えイベントを生じさせるためには、ロードビーム２０８ａと、以前に影響を及ぼされた駆動ビーム（例えば、２１２ａ）との間の電圧が、Ｖ１から０に戻ることが許可され、さらに、ロードビーム２０８ａと、対向するビーム（例えば、２１２ｂ）との間の電圧が、切り換え電圧Ｖ２まで引き上げられる。
【００４８】
図２Ｂでは、アクチュエータは、３次の分離関数を有する（すなわち、ｎ＝３）。したがって、駆動ビーム２１２ｂまたは２１４ｂのうちの１つに特定の電位を印加すると、シャッタ２０２ｂの増分変位がもたらされる。ディスプレイ装置は、シャッタ２０２ｂを増分的に移動させる能力を利用して、グレースケール画像を生成する。例えば、駆動ビーム２１２または２１４ｂへの、第１の電位の印加は、シャッタ２０２ｂを、表面アパーチャ２０６ｂを光が通過するのを部分的に妨げ、しかし、いくらかの光がシャッタ２０２ｂを通過することはやはり許可する、その図示されている位置に移動させる。その他の電位の印加は、完全に開かれた位置と、完全に閉じられた位置と、完全に開かれた位置および完全に閉じられた位置の間のその他の中間位置とを含む、その他のシャッタ２０２ｂ位置をもたらす。そのような方法においては、アナロググレースケール画像を実現するために、電気的アナログ駆動回路が使用されてもよい。
【００４９】
図３Ｃ〜図３Ｆは、図２Ａのシャッタ組立体２００ａの、駆動ビーム２０８ａ、シャッタ閉電極２１４ａ、およびシャッタ２０２ａの動きの段階を示す。コンプライアントビーム２０８ａと２１４ａとの間の初期の分離は、２次の分離関数に適合する。図３Ｃは、電圧が印加されていない中立位置におけるロードビーム２０８ａを示す。アパーチャ２０６ａは、シャッタ２１２ａによって半分覆われている。
【００５０】
図３Ｄは、作動の初期ステップを示す。小さな電圧が、ロードビーム２０８ａと、シャッタ閉電極２１４ａとの間に印加される。シャッタ閉電極２１４ａの自由端が、ロードビーム２０８ａと接触するために移動している。
【００５１】
図３Ｅは、シャッタ２１２が、シャッタ閉電極２１４ａの方へ移動を開始した後の、作動の点におけるシャッタ組立体２００ａを示す。
【００５２】
図３Ｆは、シャッタ組立体２００ａの作動の最終状態を示す。電圧は、作動のためのしきい値を超過している。シャッタ組立体２００ａは、閉位置にある。ロードビーム２０８ａと、シャッタ閉電極２１４ａとの間は、その全長のすべてにわたって接触している。
【００５３】
図４Ａは、シャッタ組立体１０２の代わりに、またはシャッタ組立体１０２に加えて、ディスプレイ装置１００などのディスプレイ装置内に含めるための、デュアルコンプライアント電極反射鏡ベースの光変調器４００の第１の断面図である。反射鏡ベースの光変調器４００は、機械的にコンプライアントな反射プラットフォーム４０２を含む。反射プラットフォーム４０２の少なくとも一部は、それ自体が反射性であるか、または反射性材料がコーティングされているか、または反射性材料に接続されている。
【００５４】
反射プラットフォーム４０２は、導電性であってもよく、または導電性でなくてもよい。反射プラットフォーム４０２が導電性である実装では、反射プラットフォームは、反射鏡ベースの光変調器４００のためのロード電極として働く。反射プラットフォーム４０２は、コンプライアント支持部材４０６を介して、基板４０４の上で物理的に支持され、そして、基板４０４に電気的に接続される。反射プラットフォーム４０２が、非導電性材料から形成されている場合、反射プラットフォーム４０２は、コンプライアントな導電性ロードビームまたはその他の形態のコンプライアントなロード電極に結合される。コンプライアント支持部材４０６は、組み合わせられた反射プラットフォーム４０２と電極とを、基板４０４上で物理的に支持する。支持部材４０６は、さらに、電極から基板４０４への電気的接続も提供する。
【００５５】
反射鏡ベースの光変調器４００は、駆動電極４０８として働く、第２のコンプライアント電極４０８を含む。駆動電極４０８は、基板４０４と、反射プラットフォーム４０２との間で、実質的に剛性の第２の支持部材４１０によって支持される。第２の支持部材４１０は、さらに、第２のコンプライアント電極４０８を、反射鏡ベースの光変調器４００を駆動するための電源に、電気的に接続する。
【００５６】
図４Ａに示す反射鏡ベースの光変調器４００は、電極４０２または４０８のいずれも電位を保持しない、静止位置にある。図４Ｂは、アクティブにされた状態における、反射鏡ベースの光変調器４００を示す。駆動電極４０８とロード電極４０２（反射プラットフォーム４０２または取り付けられたロードビームのいずれであっても）との間に電位差が生成された場合、ロード電極４０２は、駆動電極４０８の方へ引かれ、それにより、コンプライアント支持ビーム４０６を曲げて、反射プラットフォーム４０２の反射部分を、基板４０４に対して少なく部分的に横方向であるように傾ける。
【００５７】
画像を形成するために、光４１２は、反射鏡ベースの光変調器４００のアレイにおいて、特定の角度に向けられる。反射鏡ベースの光変調器４００は、それらの静止状態において、光４１２を、見る人または表示画面から離れるように反射し、アクティブ状態において、光４１２を、見る人または表示画面の方へ反射するか、あるいはその逆を行う。
【００５８】
図５は、別のカンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体５００（「シャッタ組立体５００」）の図である。シャッタ組立体２００ａおよび２００ｂと同様に、シャッタ組立体５００は、コンプライアントロードビーム５０４に結合されたシャッタ５０２を含む。コンプライアントロードビーム５０４は、その反対側の端部において、ロードアンカー５０８を介して、表面５０６に物理的に固定され、接地に電気的に結合される。シャッタ組立体５００は、ロードビーム５０４に実質的に沿って配置された、１つのみのコンプライアント駆動ビーム５１０を含む。駆動ビーム５１０は、制御可能な電源からの電位を使用して付勢されることに応えて、シャッタ５０２を、（ロードビーム５０４が実質的に応力を受けない）第１の位置から、表面に実質的に平行な面内で、ロードビーム５０４が応力を受ける第２の位置まで引き寄せる。電位が除去されると、ロードビーム５０４内の蓄積された応力は、ロードビーム５０４を、その元の位置に復元する。
【００５９】
さらに、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂと比較して、ロードビーム５０４は、その全長に沿って変化する幅を有する。ロードビーム５０４は、そのアンカー５０８の近くの方が、シャッタ５０２の近くよりも幅が広い。シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂと比較して、そしてその調整された幅により、ロードビーム５０４は、通常、全体的により大きな剛性を有する。より堅いビームを組み込んだシャッタ組立体は、通常、より高い電圧を作動のために必要とするが、その代わりに、より高い切り換えレートを可能にする。例えば、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂは、最大約１０ｋＨｚで切り換えられてもよいが、これに対して、より堅いシャッタ組立体５００は、最大約１００ｋＨｚで切り換えられてもよい。
【００６０】
図６は、本発明の例示的実施形態による、２つのデュアルコンプライアント電極ビームアクチュエータ６０２（「アクチュエータ６０２」）を組み込んだシャッタ組立体６００の図である。シャッタ組立体６００は、シャッタ６０４を含む。シャッタ６０４は、連続していてもよく、または図２Ｂに関連して説明したような、１つ以上のシャッタアパーチャを含んでもよい。シャッタ６０４は、一方の側が、ビームアクチュエータ６０２に結合される。アクチュエータ６０２は、合わせて、シャッタを、実質的に表面に平行な移動平面内で、表面の上を横方向に移動させる。
【００６１】
各アクチュエータ６０２は、シャッタ６０４をロードアンカー６０８に接続する、コンプライアントロード部材６０６を含む。コンプライアントロード部材６０６は、それぞれが、ロードビーム６１０と、Ｌブラケット６１２とを含む。ロードアンカー６０８はコンプライアントロード部材６０６とともに、シャッタ６０４を表面のすぐ近くに浮遊したままに保つ、機械的支持として働く。ロードアンカー６０８は、コンプライアントロード部材６０６とシャッタ６０４とを表面に物理的に接続し、ロード部材６０６のロードビーム６１０を、接地に電気的に接続する。シャッタ組立体６００のいずれかの側上の位置における、シャッタ６０４の一方の側上の２つの位置からの、ロードアンカー６０８への、シャッタ６０４の結合は、移動中のシャッタ６０４の、その中心軸６１４の周囲での、ねじる動きを減らすのに役立つ。
【００６２】
Ｌブラケット６１２は、ロードビーム６１０の面内剛性を減少させる。すなわち、Ｌブラケット６１２は、ロードビーム内の軸方向応力を緩和することによって、アクチュエータ６０２の、表面に平行な面内での移動（「面内移動」６１５と呼ばれる）への抵抗を減少させる。
【００６３】
各アクチュエータ６０２は、さらに、各ロードビーム６１０に隣接して配置されたコンプライアント駆動ビーム６１６を含む。駆動ビーム６１６は、一方の端部において、駆動ビーム６１６間で共有される駆動ビームアンカー６１８に結合される。各駆動ビーム６１６のもう一方の端部は、自由に動くことができる。各駆動ビーム６１６は、駆動ビーム６１６の自由端およびロードビーム６１０の固定端の近くで、駆動ビーム６１６がロードビーム６１０に最も近くなるように、湾曲している。
【００６４】
動作時、シャッタ組立体６００を組み込んだディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー６１８を介して、駆動ビーム６１６に、電位を印加する。駆動ビーム６１６とロードビーム６１０との間の電位差の結果として、駆動ビーム６１６の自由端は、ロードビーム６１０の固定端の方へ引かれ、そして、ロードビーム６１０のシャッタ端部は、駆動ビーム６１６の固定端の方へ引かれる。静電力は、シャッタ６０４を、駆動アンカー６１８の方へ引き寄せる。コンプライアント部材６０６はスプリングとして働き、それにより、駆動ビーム６１６から電位が除去された場合に、ロードビームのコンプライアント部材６０６は、ロードビーム６１０内に蓄積された応力を解放しながら、シャッタ６０４をその初期位置に押し戻す。Ｌブラケット６１２も、スプリングとして働き、さらなる復元力をシャッタ６０４に印加する。
【００６５】
シャッタ組立体２００〜８００、およびシャッタ組立体１３００〜１８００の製造においては、（ロードビーム６１０などの）ロードビームおよび（駆動ビーム６１６などの）駆動ビームの断面について、矩形形状を提供することが好ましい。（表面に平行な方向における）ビーム幅よりも、寸法が１．４倍以上大きな、（表面に垂直な方向における）ビーム厚さを提供することによって、面内の動き６１５に対する面外の動き６１７に関して、ロードビーム６１０の剛性が増加する。そのような寸法差、および、結果として、剛性の差は、アクチュエータ６０２によって開始されるシャッタ６０４の動きが、エネルギーの無駄な適用となる面外の動き６１７とは対照的な、表面に沿った、表面アパーチャを横切る動きに制限されることを確実にするために役立つ。特定の適用例について、（６１０などの）ロードビームの断面は、湾曲した、または楕円形の形状とは対照的な、矩形であることが好ましい。最も強い作動力は、対向するビーム電極が平坦な面を有し、それにより、作動させられると、それらが可能な最小の分離距離を接近して、相互に接触することが可能な場合に達成される。
【００６６】
図７は、本発明の例示的実施形態による、２つのデュアルコンプライアント電極ビームアクチュエータ７０２を組み込んだ、第２のシャッタ組立体７００の図である。シャッタ組立体７００は、リターンスプリング７０４を含むこと以外は、シャッタ組立体６００と同じ一般的形態を取る。シャッタ組立体６００と同様に、シャッタ組立体７００内では、シャッタ７０６を表面（その表面の上でシャッタは物理的に支持される）に平行な面内で平行移動させるために、シャッタ７０６の第１の側に、２つのアクチュエータ７０２が結合される。リターンスプリング７０４は、シャッタ７０６の反対の側に結合される。リターンスプリング７０４は、さらに、スプリングアンカー７０８において表面に結合され、追加の機械的支持として働く。シャッタ７０６の反対の側において、表面の上でシャッタ７０６を物理的に支持することにより、アクチュエータ７０２と、リターンスプリング７０４とは、動作中の、意図される移動平面から離れた、シャッタ７０６の動きを減少させる。さらに、リターンスプリング７０４は、リターンスプリング７０４の面内剛性を減少させる、いくつかの湾曲部を組み込んでおり、それにより、面外の動きよりも多い、面内の動きをさらに促進する。作動電位が除去された場合に、シャッタ７０６がその初期位置により迅速に戻るように、リターンスプリング７０４は、追加の復元力をシャッタ７０６に提供する。リターンスプリング７０４の追加は、アクチュエータ７０２の作動を開始させるために必要とされる電位を、わずかに増加させるのみである。
【００６７】
図８は、本発明の例示的実施形態による、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４のペアと、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８のペアとを含む、シャッタ組立体の図である。４つのアクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８のそれぞれは、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータの形態を取る。各アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８は、一方の側におけるシャッタ８１２を、もう一方の側におけるロードアンカー８１４に結合する、コンプライアントロード部材８１０を含む。各コンプライアントロード部材８１０は、ロードビーム８１６と、Ｌブラケット８１８とを含む。各アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８は、さらに、一方の端部が駆動アンカー８２２に結合された、駆動ビーム８２０を含む。アクチュエータ８０２／８０４および８０６／８０８の各ペアは、共通の駆動アンカー８２２を共有する。各駆動ビーム８２０の非固定端は、対応するコンプライアントロード部材８１０の固定端に隣接して配置される。各駆動ビーム８２０の固定端は、対応するロードビーム８１６のＬブラケット端部に隣接して配置される。非アクティブ状態では、ロードビーム８１６とその対応する駆動ビーム８２０との間の距離は、ロードビーム８１６の固定端からＬブラケット８１８まで、徐々に増加する。
【００６８】
動作時、シャッタ８１２を開くには、シャッタ組立体８００を組み込んだディスプレイ装置は、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４の駆動アンカー８２２に電位を印加して、シャッタ８１２を開位置の方へ引き寄せる。シャッタ８１２を閉じるには、ディスプレイ装置は、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８の駆動アンカー８２２に電位を印加して、シャッタ８１２を閉位置の方へ引き寄せる。アクチュエータ８０２／８０４または８０６／８０８のいずれのペアもアクティブにされていない場合、シャッタ８１２は、完全に開かれた位置と完全に閉じられた位置との間のどこかの、中間位置に留まる。
【００６９】
シャッタ開アクチュエータ８０２／８０４およびシャッタ閉アクチュエータ８０６／８０８は、シャッタの反対の側において、シャッタ８１２に結合される。シャッタ開および閉アクチュエータは、それらの独自のロード部材８１０を有し、それにより、各アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８の作動電圧を減少させる。図３に関連して説明した電気的双安定性の理由により、コンプライアントロード部材８１０が接触している可能性がある駆動ビーム８２０から、コンプライアントロード部材８１０を分離するために、より多くのレバレッジ（力）を使用する作動方法または構造を見いだすことが有利である。開および閉アクチュエータ８０２／８０４および８０６／８０８を、シャッタ８１２の反対の側上に配置することによって、作動させられるべきアクチュエータの作動力は、分離されるべきアクチュエータに、シャッタを通して移される。したがって、作動力は、そのレバレッジ（力）がより大きくなる、シャッタに近い点（例えば、ロードビーム８１６のＬブラケット端部の近く）において、分離の仕事に適用される。
【００７０】
図８などのシャッタ組立体では、（スロットの方向に沿った）一般的なシャッタ幅は、２０〜８００ミクロンの範囲内となる。「スロー距離（ｔｈｒｏｗ ｄｉｓｔａｎｃｅ）」、または、開および閉位置の間でシャッタが移動する距離は、４〜１００ミクロンの範囲内となる。駆動ビームおよびロードビームの幅は、０．２〜４０ミクロンの範囲内となる。駆動ビームおよびロードビームの長さは、１０〜６００ミクロンの範囲内となる。そのようなシャッタ組立体は、解像度が１インチ当たり３０〜１０００ドットの範囲内であるディスプレイに使用されてもよい。
【００７１】
上述の、シャッタ組立体２００ａ、２００ｂ、５００、６００、７００、および８００のそれぞれと、反射鏡ベースの光変調器４００とは、本明細書で「弾性光変調器」と呼ばれる光変調器のクラスに入る。弾性光変調器は、１つの機械的に安定な静止状態を有する。静止状態では、光変調器は、オン（開かれている、または反射している）、オフ（閉じられている、または反射していない）、あるいは中間のどこか（部分的に開かれている、または部分的に反射している）であってもよい。アクチュエータ内のビーム間への電圧の生成が、光変調器がその静止状態を出て、機械的に不安定な状態になることを強制する場合、光変調器がその不安定な状態に留まるためには、あるレベルの電圧がビーム間で維持されなければならない。
【００７２】
図９は、ディスプレイ装置内の弾性光変調器９０２を制御するための、アクティブマトリクスアレイ９００の図である。特に、アクティブマトリクスアレイ９００は、受動的な復元力のみを含む、反射鏡ベースの光変調器４００、またはシャッタベースの光変調器５００、６００、および７００などの、弾性光変調器９０２を制御するのに適している。すなわち、これらの光変調器９０２は、機械的に不安定な状態に入るために、アクチュエータの電気的アクティブ化を必要とするが、次に、静止状態に戻るためには、スプリングなどの、機械的機構を利用する。
【００７３】
アクティブマトリクスアレイは、弾性光変調器９０２が上に形成される基板の表面上に、拡散された、または薄膜蒸着された電気回路として製造される。アクティブマトリクスアレイ９００は、基板上にグリッド状パターンを形成し、基板を複数のグリッドセグメント９０８に分割する、一連の行電極９０４および列電極９０６を含む。アクティブマトリクスアレイ９００は、一組のドライバ９１０と、グリッドセグメント９０８内に含まれる１つ以上の弾性光変調器９０２を制御するために、グリッドセグメント９０８に選択的に電位を印加する、ダイオードまたはトランジスタのいずれかからなる、非線形な電気的構成要素のアレイとを含む。薄膜トランジスタアレイの技術は、Ｗｉｌｌｅｍ ｄｅｎ Ｂｏｅｒ著、Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ： Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、２００５年）で説明されている。
【００７４】
各グリッドセグメント９０８は、ピクセルの照射に寄与し、そして、１つ以上の弾性光変調器９０２を含む。１つの弾性光変調器９０２のみを含むグリッドセグメントでは、グリッドセグメント９０８は、弾性光変調器９０２に加えて、少なくとも１つのダイオードまたはトランジスタ９１２と、任意選択で、キャパシタ９１４とを含む。図９に示すキャパシタ９１４は、回路の設計要素として明示的に追加されてもよく、あるいは、キャパシタ９１４は、弾性光変調器の等価平行板または寄生静電容量を表すものと理解されてもよい。トランジスタ９１２のエミッタ９１６は、弾性光変調器９０２の駆動電極またはロード電極のいずれかに、電気的に結合される。アクチュエータのもう一方の電極は、接地または共通電位に結合される。トランジスタ９１２のベース９１８は、グリッドセグメントの行を制御する行電極９０４に電気的に結合される。トランジスタのベース９１８が行電極９０４を介して電位を受け取ると、対応する列電極９０６からの電流がトランジスタ９１２を通り抜けて、キャパシタ９１４内に電位を生成し、さらに、弾性光変調器９０２の駆動電極に電位を適用して、アクチュエータを作動させてもよい。
【００７５】
アクティブマトリクスアレイ９００は、一実装では、ドライバ９１０のうちの１つから、選択された行電極９０４に電位を印加して、グリッドセグメント９０８の対応する行を、一度に１つずつ作動させることによって画像を生成する。特定の行がアクティブにされている間、ディスプレイ装置は、アクティブな行内の、静止状態から切り換えられる必要がある光変調器を含むグリッドセグメントに対応する列電極に、電位を印加する。
【００７６】
その後、行が非アクティブにされると、蓄積された電荷は（アクチュエータの等価キャパシタンスによって決定されるとおりに）アクチュエータ９０２の電極上に留まり、さらに、任意選択で、回路の設計に盛り込まれてもよい平行板キャパシタ９１４上にも留まって、弾性シャッタ機構９０２を、それらの機械的に不安定な状態に維持する。弾性シャッタ機構９０２は、キャパシタ９１４内に蓄積された電圧が消散するまで、あるいは、後続の行選択またはアクティブ化ステップの間に、電圧が接地電位に意図的にリセットされるまで、機械的に不安定な状態に留まる。
【００７７】
図１０は、ディスプレイ装置内の弾性光変調器１００２を制御するための、アクティブマトリクスアレイ１０００の別の実装の図である。特に、アクティブマトリクスアレイ１０００は、光変調器を静止状態から機械的に不安定な状態に強制するための１つの組のアクチュエータと、光変調器をリセット状態に、そしてことによると第２の機械的に不安定な状態に駆動して戻すための、第２の組のアクチュエータとを含む、シャッタベースの光変調器２００ａ、２００ｂ、および８００などの、弾性光変調器を制御するのに適している。アクティブマトリクスアレイ１０００は、さらに、図１２〜図２０に関連してさらに説明する、非弾性光変調器を駆動するために使用されてもよい。
【００７８】
アクティブマトリクスアレイ１０００は、アクティブマトリクスアレイ１０００内の各行についての１つの行電極１００４と、アクティブマトリクスアレイ１０００内の各列についての２つの列電極１００６ａおよび１００６ｂとを含む。例えば、シャッタベースの光変調器を含むディスプレイ装置で、各列についての一方の列電極１００６ａは、列内の光変調器１００２のシャッタ開アクチュエータに対応する。もう一方の列電極１００６ｂは、列内の光変調器１００２のシャッタ閉アクチュエータに対応する。アクティブマトリクスアレイ１０００は、アクティブマトリクスアレイ１０００が上に蒸着される基板を、グリッドセクション１００８に分割する。各グリッドセクション１００８は、１つ以上の光変調器１００２と、少なくとも２つのダイオードまたはトランジスタ１０１０ａおよび１０１０ｂと、任意選択の２つのキャパシタ１０１２ａおよび１０１２ｂとを含む。各トランジスタ１０１０ａおよび１０１０ｂのベース１０１４ａおよび１０１４ｂは、列電極１００６ａおよび１００６ｂに電気的に結合される。トランジスタ１０１０ａおよび１０１０ｂのエミッタ１０１６ａおよび１０１６ｂは、対応するキャパシタ１０１２ａまたは１０１２ｂと、グリッドセクション１００８内の光変調器１００２の駆動電極とに結合される。
【００７９】
動作時、ドライバは、選択された行電極１００４に電位を印加して、行をアクティブにする。アクティブマトリクスアレイ１０００は、グリッドセクション１００８内の光変調器１００２の状態が変更される必要がある各列の、２つの列電極１００６ａまたは１００６ｂのうちの１つに、選択的に電位を印加する。あるいは、アクティブマトリクスアレイ１０００は、さらに、以前にアクティブ状態にあり、アクティブ状態に留まるべきであるグリッドセクション１００８について、列電極１００６ａまたは１００６ｂに電位を印加してもよい。
【００８０】
両方のアクティブマトリクスアレイ９００および１０００について、列電極に電力を供給するドライバは、一部の実装では、個々の列電極１００６ａおよび１００６ｂに印加するために、複数の可能な電位から選択する。それらの列内の光変調器１００２は、次に、グレースケール画像を作るために、異なる量だけ開かれるか、または閉じられてもよい。
【００８１】
図１１は、図８のシャッタ組立体８００の、Ａ−Ａ’とラベル付けされた線に沿った断面図である。図８、図１０、および図１１を参照すると、シャッタ組立体８００は、シャッタ組立体８００を組み込んだディスプレイ装置１００などの、ディスプレイ装置の、他のシャッタ組立体と共有される、基板１１０２上に構築される。シャッタ組立体を作動させるための電圧信号は、シャッタ組立体の下位層内の導体に沿って伝えられる。電圧信号は、アクティブマトリクスアレイ１０００などの、アクティブマトリクスアレイによって制御される。基板１１０２は、最大約２０００行および最大約２０００列内に配置された、４，０００，０００ものシャッタ組立体を支持してもよい。
【００８２】
シャッタ８１２と、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４と、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８と、ロードアンカー８１４と、駆動アンカー８２２とに加えて、シャッタ組立体８００は、行電極１１０４と、シャッタ開電極１１０６と、シャッタ閉電極１１０８と、３つの表面アパーチャ１１１０とを含む。図示されているシャッタ組立体は、行導体層、列導体層、およびシャッタ層と呼ばれてもよい、少なくとも３つの機能層を有する。シャッタ組立体は、好ましくは、ガラスまたはプラスチックなどの、透明基板上に作成される。あるいは、表面アパーチャ１１１０のそれぞれの位置において、光の透過のための貫通孔が提供される限り、基板は、シリコンなどの不透明材料から作られてもよい。基板の上の第１の金属層は、行導体電極１１０４および反射面セクション１１０５にパターニングされる、行導体層である。反射面セクション１１０５は、表面アパーチャ１１１０の位置以外において、基板１１０２を通過する光を反射して、基板１１０２を通して戻す。一部の実装では、表面アパーチャは、赤、緑、または青のカラーフィルタリング材料を含むか、あるいは、それらのカラーフィルタリング材料によって覆われてもよい。
【００８３】
シャッタ開電極１１０６およびシャッタ閉電極１１０８は、基板１１０２上の、行導体層１１０４の上に蒸着される、列導体層１１１２内に形成される。列導体層１１１２は、行導体層１１０４から、誘電体材料または金属の、１つ以上の間にはさまれた層によって隔てられる。シャッタ組立体８００のシャッタ開電極１１０４およびシャッタ閉電極１１０６は、ディスプレイ装置の同じ列内の、他のシャッタ組立体と共有される。列導体層１１１２は、さらに、接地電極１１０４内のギャップを通過する、表面アパーチャ１１１０を通過する以外の光を反射する働きをする。行導体層１１０４および列導体層１１１２の厚さは、約０．１〜約２ミクロンである。代替の実装では、列導体層１１１２は、行導体層１１０４の下に配置されてもよい。別の代替の実装では、列導体層と行導体層の両方が、シャッタ層の上に配置されてもよい。
【００８４】
シャッタ８１２と、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４と、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８と、ロードアンカー８１４と、駆動アンカー８２２とは、シャッタ層１１１４と呼ばれる、シャッタ組立体８００の第３の機能層から形成される。アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８は、以下に限定されるものではないが、Ａｕ、Ｃｒ、またはＮｉなどの、蒸着された金属から、または、以下に限定されるものではないが、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコンなどの、蒸着された半導体から、または、埋め込み酸化物の上に形成される場合は、単結晶シリコン（シリコンオンインシュレータとしても知られている）から形成される。アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８のビームは、幅約０．２〜約２０ミクロンの寸法にパターニングされる。シャッタの厚さは、通常、０．５ミクロン〜１０ミクロンの範囲内である。シャッタの面内移動を促進するには（すなわち、面外剛性とは対照的に、横方向ビーム剛性を減少させるには）、ビーム寸法比を、おおよそ、少なくとも１．４：１（ビームの幅よりも厚さの方が大きい）に維持することが好ましい。
【００８５】
金属または半導体ビアが、行電極１１０４と、列導体層１１１２のシャッタ開電極１１０６およびシャッタ閉電極１１０８とを、シャッタ層１１１４上の特徴に電気的に接続する。特に、ビア１１１６は、行電極１１０４を、シャッタ組立体８００のロードアンカー８１４に結合して、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４とシャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８とのコンプライアントロード部材８１０と、シャッタ８１２とを、行導体電位に維持する。追加のビアは、シャッタ開電極１１０６を、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４によって共有される駆動アンカー８２２を介して、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４の駆動ビーム８２０に電気的に結合する。さらに他のビアは、シャッタ閉電極１１０８を、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８によって共有される駆動アンカー８２２を介して、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８の駆動ビーム８２０に電気的に結合する。
【００８６】
シャッタ層１１１４は、潤滑剤、真空、または空気によって列導体層１１１２から隔てられ、それにより、シャッタ８１２に動きの自由度が提供される。シャッタ層１１１４内の可動部品は、すべての可動部品間から犠牲材料を除去する、化学エッチまたはアッシングプロセスであってもよい解除ステップ内で、隣接する構成要素（それらのアンカー点８１４を除く）から機械的に分離される。
【００８７】
アクティブマトリクスアレイ内で使用されるダイオード、トランジスタ、および／またはキャパシタ（わかりやすくする目的で、図示せず）は、３つの機能層の既存の構造内にパターニングされてもよく、あるいは、それらは、シャッタ組立体と基板との間に、またはシャッタ層の上に配置される、別個の層内に組み込まれてもよい。反射面セクション１１０５は、行および列導体電極の延長としてパターニングされてもよく、あるいはそれらは、反射材料の、独立の、または電気的にフローティングのセクションとしてパターニングされてもよい。あるいは、反射面セクション１１０５は、それらの関連する表面アパーチャ１１１０とともに、シャッタ組立体と基板との間に配置される、蒸着された金属層または誘電体反射鏡のいずれかから形成される、第４の機能層内にパターニングされてもよい。接地線が、層１１０４内の行導体電極とは別個に追加されてもよい。これらの独立した接地線は、アクティブマトリクスアレイを使用する場合などの、行がトランジスタを通してアクティブにされる場合に必要とされてもよい。接地線は、行電極と並行してレイアウトされ（そして、駆動回路内で一緒にバス接続され）てもよく、あるいは、接地電極は、シャッタ組立体と基板との間の独立した層内に配置されてもよい。
【００８８】
弾性光変調器に加えて、ディスプレイ装置は、例えば、双安定シャッタ組立体などの、双安定光変調器を含んでもよい。上述のように、弾性シャッタ組立体内のシャッタは、１つの機械的に安定な位置（「静止位置」）を有し、その他のすべてのシャッタ位置は機械的に不安定である。他方、双安定シャッタ組立体のシャッタは、例えば、開および閉の、２つの機械的に安定な位置を有する。機械的に双安定なシャッタ組立体は、開位置または閉位置のいずれかにシャッタを維持するために、電圧は必要とされないという利点を有する。双安定シャッタ組立体は、各安定位置が実質的にエネルギー的に等しいシャッタ組立体と、一方の安定位置が、もう一方の機械的に安定な位置よりもエネルギー的に優先されるシャッタ組立体という、２つのクラスにさらに細分されてもよい。
【００８９】
図１２は、シャッタ位置に関連して、３つのタイプのシャッタ組立体内に蓄積されるポテンシャルエネルギーの図１２００である。実線１２０２は、弾性シャッタ組立体に対応する。破線１２０４は、等しいエネルギー安定状態を有する双安定シャッタ組立体に対応する。点線１２０６は、等しくないエネルギー安定状態を有する双安定シャッタ組立体に対応する。エネルギー図１２００に示すように、２つのタイプの双安定シャッタ組立体についてのエネルギー曲線１２０４および１２０６は、それぞれが、完全に開１２１０および完全に閉１２１２などの、安定なシャッタ位置に対応する、２つの局所的極小１２０８を含む。図示されているように、局所的極小のうちの１つに対応する位置からシャッタを移動させるには、エネルギーが組立体に追加されなければならない。ただし、等しくないエネルギーの機械的に安定なシャッタ位置を有する双安定シャッタ組立体の場合、シャッタを開くために必要とされる仕事１２１２は、シャッタを閉じるために必要とされる仕事１２１４よりも大きい。他方、弾性シャッタ組立体の場合、シャッタを開くためには仕事１２１８が必要であるが、制御電圧を除去した後、シャッタは自発的に閉じる。
【００９０】
図１３Ａは、双安定シャッタ組立体のシャッタ層１３００の上面図である。シャッタ層１３００は、２つのデュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０４および１３０６によって駆動されるシャッタ１３０２を含む。シャッタ１３０２は、３つのスロットを有するシャッタアパーチャ１３０８を含む。一方のデュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０４は、シャッタ開アクチュエータとして働く。もう一方のデュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０６は、シャッタ閉アクチュエータとして働く。
【００９１】
各デュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０４および１３０６は、シャッタ１３０２を、その直線軸１３１２の近くにおいて、シャッタ層１３００の隅に配置された２つのロードアンカー１３１４に接続する、コンプライアント部材１３１０を含む。コンプライアント部材１３１０は、それぞれが、導電性ロードビーム１３１６を含み、導電性ロードビーム１３１６は、その表面の一部または全体に配置された絶縁体を有してもよい。ロードビーム１３１６は、シャッタ組立体が上に構築される基板の上でシャッタ１３０２を物理的に支持する、機械的支持として働く。アクチュエータ１３０４および１３０６は、さらに、それぞれが、共有駆動アンカー１３２０から伸びる２つのコンプライアント駆動ビーム１３１８を含む。各駆動アンカー１３２０は、駆動ビーム１３１８を基板に、物理的および電気的に接続する。アクチュエータ１３０４および１３０６の駆動ビーム１３１８は、それらの対応する駆動アンカー１３２０から、ロードアンカー１３１４上の、ロードビーム１３１６がロードアンカー１３１４に結合する点の方へ、湾曲して離れる。駆動ビーム１３１８内のこれらの湾曲は、駆動ビームの剛性を減らすように働き、それにより、作動電圧を減少させるために役立つ。
【００９２】
各ロードビーム１３１６は、例えば、弓形に曲がった（または正弦波状の）形状で、一般に湾曲している。弓形の曲がりの程度は、ロードアンカー１３１４と、ロードビーム１３１６の全長との間の相対的距離によって決定される。ロードビーム１３１６の湾曲は、シャッタ組立体１３００の双安定性を提供する。ロードビーム１３１６はコンプライアントであるため、ロードビーム１３１６は、駆動アンカー１３２０の方へ、または駆動アンカー１３２０から離れて、弓形に曲がってもよい。弓形の曲がりの方向は、シャッタ１３０２がどの位置にあるかによって変化する。図示されているように、シャッタ１３０２は、閉位置にある。シャッタ開アクチュエータ１３０４のロードビーム１３１６は、シャッタ開アクチュエータ１３０４の駆動アンカー１３２０から離れて、弓形に曲がっている。シャッタ閉アクチュエータ１３０６のロードビーム１３１６は、シャッタ閉アクチュエータ１３０６の駆動アンカー１３２０の方へ、弓形に曲がっている。
【００９３】
動作時、例えば閉から開へ、状態を変えるために、ディスプレイ装置は、シャッタ開アクチュエータ１３０４の駆動ビーム１３１８に、電位を印加する。ディスプレイ装置は、さらに、シャッタ開アクチュエータのロードビーム１３１６に、電位を印加してもよい。駆動ビームとロードビームとの間の任意の電位差が、接地電位に対する符号に関係なく、ビーム間の静電力を生成する。シャッタ開アクチュエータ１３０４の駆動ビーム１３１８とロードビーム１３１６との間の、結果として生じる電圧によって、静電力がもたらされ、ビーム１３１６と１３１８が相互に引き寄せられる。電圧が十分に強い場合、図１３Ａのシャッタ閉アクチュエータに示すように、ロードビーム１３１６は、その湾曲が実質的に逆転させられるまで変形する。
【００９４】
図１３Ｂは、図１３Ａの場合を含む、双安定作動の一般的な場合についての、変位に対する力の発展を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂを参照すると、一般に、コンプライアントロードビームを変形させるために必要とされる力は、変位の量とともに増加する。しかし、図１３Ａに示すような、双安定機構の場合は、さらなる移動が力の減少をもたらす点に到達する（図１３Ｂの点Ｂ）。シャッタ開アクチュエータ１３０４のロードビーム１３１６と駆動ビーム１３１８との間に、十分な電圧が印加された場合、図１３Ｂの点Ｂに対応する変形に到達し、力のさらなる印加は、より大きな自発的な変形（「スナップスルー」）をもたらし、図１３Ｂの点Ｃにおいて変形は停止する。電圧を除去すると、機構は、安定点、または力が０の点に弛緩する。点Ｄは、開位置を表す、そのような弛緩または安定点である。シャッタ１３０２を反対の方向に移動させるには、最初に、シャッタ閉アクチュエータ１３０６のロードビーム１３１６と駆動ビーム１３１８との間に電圧を印加する必要がある。再び、さらなる強制によって大きな自発的変形がもたらされる点に到達する（点Ｅ）。閉じる方向での、さらなる強制によって、点Ｆにより表される変形がもたらされる。電圧を除去すると、機構は、その初期の安定した閉位置である、点Ａに弛緩する。
【００９５】
図１３Ａにおいて、コンプライアント部材の長さは、アンカーと、シャッタにおける取り付け点との間の直線距離よりも長い。アンカー点によって制約されて、ロードビームは、湾曲した形状を適合させることにより安定形状を見い出し、その形状のうちの２つは、ポテンシャルエネルギーが局所的極小の構成を成す。ロードビームのその他の構成は、追加のひずみエネルギーを有する変形を含む。
【００９６】
シリコンで製造されるロードビームの場合、典型的な、現時点での最新設計による（ａｓ−ｄｅｓｉｇｎｅｄ）幅は、約０．２μｍ〜約１０μｍである。典型的な、現時点での最新設計による長さは、約２０μｍ〜約１０００μｍである。典型的な、現時点での最新設計によるビーム厚さは、約０．２μｍ〜約１０μｍである。ロードビームのプリベント（ｐｒｅ−ｂｅｎｔ）の量は、一般に、現時点での最新設計による幅の３倍よりも大きい。
【００９７】
図１３Ａのロードビームは、２つの湾曲位置のうちの１つが、大域的最小に近いように、すなわち、一般には０に近いエネルギーがビーム内の変形または応力として蓄積される、最低エネルギー状態または弛緩状態を保有するように、設計されてもよい。そのような設計構成は、「プリベント（ｐｒｅ−ｂｅｎｔ）」と呼ばれてもよく、これは、特に、コンプライアント部材の形状が、シャッタ組立体の基板からの解除の後に、変形がほとんどまたはまったく必要とされないように、マスク内にパターニングされることを意味する。コンプライアント部材の、現時点での最新設計による湾曲形状は、その安定状態または弛緩状態に近い。そのような弛緩状態は、開位置または閉位置の、２つのシャッタ位置のうちの１つに当てはまる。シャッタ組立体をもう一方の安定状態（準安定状態と呼ばれてもよい）に切り換える場合、いくらかのひずみエネルギーが、ビームの変形内に蓄積されなければならない。したがって、２つの状態は、等しくないポテンシャルエネルギーを有し、準安定状態から安定状態にビームを移動させるために必要とされる電気的エネルギーは、安定状態から準安定状態への移動に比較して少ない。
【００９８】
図１３Ａについての別の設計構成は、しかし、プレストレスト（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓｅｄ）設計として説明されてもよい。プレストレスト設計は、等しいポテンシャルエネルギーを有する２つの安定状態を提供する。これは、例えば、コンプライアント部材を、シャッタ組立体を解除すると実質的かつ自発的にその安定形状に変形するように、パターニングすることによって達成されてもよい（すなわち、初期状態は不安定であるように設計される）。２つの安定形状は、それらの安定状態のそれぞれの、コンプライアント部材内に蓄積される変形またはひずみエネルギーが類似したものとなるように、類似していることが好ましい。プレストレスト設計の場合に、開および閉のシャッタ位置間で移動させるために必要とされる仕事は、類似したものとなる。
【００９９】
シャッタ組立体のプリストレス条件は、いくつかの手段によって提供されてもよい。条件は、例えば、基板の湾曲と、したがって、表面ひずみとをシステム内に引き起こすように、基板を機械的にパッケージングすることによって、製造後に課されてもよい。プレストレスト条件は、さらに、ロードビーム上の、またはロードビームを囲む、表面層によって課される、薄膜応力として課されてもよい。これらの薄膜応力は、蒸着プロセスの詳細に起因する。薄膜応力を付与することが可能な蒸着パラメータとしては、薄膜材料組成、蒸着速度、および蒸着プロセス中のイオン衝撃率（ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ｒａｔｅ）が挙げられる。
【０１００】
図１３Ａで、ロードビームは、その局所的安定状態のそれぞれにおいて湾曲し、また、ロードビームは、安定状態の中間の、変形のすべての点においても湾曲する。ただし、コンプライアント部材は、以下の図で説明するように、ロードビームの、任意の数のまっすぐな、または剛性のセクションを備えてもよい。図１８では、さらに、２つの同等な安定位置のいずれも、有効な変形またはひずみエネルギーを、有さず、要求せず、蓄積しない、双安定シャッタ組立体の設計が示される。応力は、安定状態間を移動する際に、一時的にシステム内に蓄積される。
【０１０１】
図１４は、第２の双安定シャッタ組立体のシャッタ層１４００の上面図である。図６に関連して上述したように、シャッタの面内の動きへの抵抗を減少させることは、面外の移動を減少させる傾向がある。シャッタ層１４００は、面内移動を促進する、面内剛性を減少させる特徴と、状態間の適切な移行を促進する、変形プロモーターとを含むこと以外は、シャッタ層１３００に類似している。図１３Ａのシャッタ層１３００と同様に、図１４のシャッタ層１４００は、ロードアンカー１４０４をシャッタ１４０６に結合する、ロードビーム１４０２を含む。シャッタ組立体の面内剛性を減少させ、いくらかの軸方向コンプライアンスをロードビーム１４０２に提供するために、ロードアンカー１４０４は、ロードビーム１４０２に、スプリング１４０８を介して結合される。スプリング１４０８は、屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）、Ｌブラケット、またはロードビーム１４０２の湾曲部分から形成されてもよい。
【０１０２】
さらに、ロードビーム１４０２の幅は、それらの全長に沿って変化する。特に、ビームは、それらがロードアンカー１４０４およびシャッタ１４０６と交わるセクションに沿って、より狭くなる。ロードビーム１４０２に沿った、ロードビーム１４０２がより広くなる点は、ロードビーム１４０２の変形を、より狭いセクション１４１０に閉じ込めるための転心（ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔｓ）１４１０として働く。
【０１０３】
図１５は、本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータを組み込んだ、三安定シャッタ組立体のシャッタ層１５００の上面図である。シャッタ層１５００は、シャッタ開アクチュエータ１５０２と、シャッタ閉アクチュエータ１５０４とを含む。各アクチュエータ１５０２および１５０４は、駆動アンカー１５０８によってディスプレイ装置の基板に物理的および電気的に結合された、２つのコンプライアント駆動ビーム１５０６を含む。
【０１０４】
シャッタ開アクチュエータ１５０２は、単独では、１つの機械的に安定な状態を有する、弾性アクチュエータである。特に制約されない限り、シャッタ開アクチュエータ１５０２は、作動の後で、その静止状態に戻る。シャッタ開アクチュエータ１５０２は、一方の端部において、Ｌブラケット１５１４によってロードアンカー１５１２に結合され、もう一方の端部において、Ｌブラケット１５１８を介してシャッタ１５１６に結合される、２つのロードビーム１５１０を含む。シャッタ開アクチュエータ１５０２の静止状態において、ロードビーム１５１０はまっすぐである。Ｌブラケット１５１４および１５１８は、ロードビーム１５１０が、シャッタ開アクチュエータ１５０２の作動時に、シャッタ開アクチュエータ１５０２の駆動ビーム１５０６の方へ変形し、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の作動時に、駆動ビーム１５０６から離れるように変形することを許可する。
【０１０５】
シャッタ閉アクチュエータ１５０４は、同様に、本質的に弾性である。シャッタ閉アクチュエータ１５０４は、一方の端部においてロードアンカー１５２２に結合された、１つのロードビーム１５２０を含む。ロードビーム１５２０は、応力を受けていない場合、すなわち、その静止状態にある場合、まっすぐである。シャッタ閉アクチュエータ１５０４のロードビーム１５２０の、反対側の端部において、ロードビーム１５２０は、２つの湾曲したコンプライアントビーム１５２６（それらの端部において、およびそれらの全長の中央において接続されている）から形成された、スタビライザ１５２４に結合される。スタビライザ１５２４のビーム１５２６は、（図示するように）シャッタ閉アクチュエータ１５０４から離れるように弓形に曲がった位置と、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の方へ弓形に曲がった位置という、２つの機械的に安定な位置を有する。
【０１０６】
動作時、シャッタ開アクチュエータ１５０２またはシャッタ閉アクチュエータがアクティブにされると１５０４、シャッタ１５１６が作動位置に移動させられる際に、シャッタ閉アクチュエータ１５０４のロードビーム１５２０は、それぞれ、シャッタ開アクチュエータ１５０４の方へ、または、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の駆動ビーム１５２８の方へ、弓形に曲がるように変形させられる。いずれの場合も、シャッタ層１５００全体の幅に対する、シャッタ閉アクチュエータ１５０４のロードビーム１５２０の長さは減少し、スタビライザ１５２４のビーム１５２６が、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の方へ弓形に曲がるように引かれる。アクティブにされたアクチュエータが非アクティブにされた後、スタビライザ１５２４のビーム１５２６を元の位置に戻すように変形させるために必要とされるエネルギーは、ロードビーム１５１０および１５２０と、アクチュエータ１５０２および１５０４との中に蓄積されたエネルギーよりも大きい。シャッタ１５１６をその静止位置に戻すには、追加のエネルギーがシステムに追加されなければならない。したがって、シャッタ組立体内のシャッタ１５１６は、開、半開、および閉という、３つの機械的に安定な位置を有する。
【０１０７】
図１６Ａ〜Ｃは、シャッタ１６０２の位置が変化する間の、シャッタ組立体１６００の状態を示す、双安定シャッタ組立体１６００の別の実施形態の図である。シャッタ組立体１６００は、コンプライアント支持ビーム１６０４のペアによって物理的に支持されたシャッタ１６０２を含む。支持ビームは、アンカー１６０３に、かつシャッタ１６０２に、回転接合１６０５を使用して結合される。これらの接合は、ピン継手、屈曲部、または細いコネクタビームからなると理解されてもよい。支持ビーム１６０４に印加されている応力がない場合、支持ビーム１６０４は実質的にまっすぐである。
【０１０８】
図１６Ａは、開位置にあるシャッタ１６０２を示し、図１６Ｂは、閉位置への移行の最中におけるシャッタ１６０２を示し、図１６Ｃは、閉位置にあるシャッタ１６０２を示す。シャッタ組立体１６００は、作動のために、静電コームドライブ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏｍｂ ｄｒｉｖｅ）に依存する。コームドライブは、剛性の開電極１６０８と、剛性の閉電極１６１０とを備えてなる。シャッタ１６０２も、開および閉電極の形状と相互補完的な、コーム形状を採用する。図１６に示すようなコームドライブは、かなり長い平行移動距離にわたって作動することが可能であるが、作動力の減少という代償が払われる。コームドライブ内の電極間の主要な電場は、移動の方向と概して垂直に揃えられ、したがって、作動の力は、一般に、コームドライブの内部表面で発生する最大の電圧の線に沿わない。
【０１０９】
上述の双安定シャッタ組立体とは異なり、１つ以上のビームの特定の湾曲に依存して機械的安定性を提供する代わりに、双安定アクチュエータ１６００は、その支持ビーム１６０４のまっすぐな弛緩状態に依存して機械的安定性を提供する。例えば、図１６Ａおよび図１６Ｃに示す２つの機械的に安定な位置において、コンプライアント支持ビーム１６０４は、実質的にまっすぐであり、シャッタ組立体１６００の直線軸１６０６に対してある角度をなす。図１６Ｂに示すように、シャッタ１６０２が１つの機械的に安定な位置から他の機械的に安定な位置に移行中の場合、支持ビーム１６０４は、移動に対応するために、物理的に変形するか、または曲がる。シャッタ１６０２の位置を変えるために必要とされる力は、したがって、コンプライアント支持ビーム１６０４上に結果として生じる応力に打ち勝つために十分なものでなければならない。シャッタ組立体１６００の開状態と閉状態との間のいかなるエネルギー差も、回転接合１６０５内の少量の弾性エネルギーによって表される。
【０１１０】
シャッタ１６０２は、シャッタ１６０２の両側の２つの位置から、支持ビーム１６０４を介して、シャッタ組立体１６００の両側の位置にあるアンカー１６０３に結合され、それにより、シャッタ１６０２の、その中心軸のまわりの、ねじる動きまたは回転運動が減少する。シャッタ１６０２の両側にある独立したアンカーに接続されたコンプライアント支持ビーム１６０４の使用は、さらに、シャッタの移動を、直線平行移動軸に沿ったものに制約する。別の実装では、実質的に平行なコンプライアント支持ビーム１６０４のペアが、シャッタ１６０２の各側に結合されてもよい。４つの支持ビームのそれぞれは、シャッタ１６０２上の、別個の対向する点において結合される。シャッタ１６０２の支持のための、この平行四辺形アプローチは、シャッタの直線平行移動運動が可能であることを保証するために役立つ。
【０１１１】
図１７Ａは、シャッタ組立体１７００内に組み込まれたビーム１７０２が、シャッタ組立体の安定位置１７Ａ−１および１７Ａ−３の両方と、移行中の位置１７Ａ−２とにおいて、コンプライアントとは対照的に、実質的に剛性である、双安定シャッタ組立体１７００を示す。シャッタ組立体１７００は、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータ１７０６のペアによって駆動される、シャッタ１７０４を含む。２つのコンプライアント部材１７１０は、シャッタ１７０４を、表面１７１２の上で支持する。コンプライアント部材１７１０は、シャッタ１７０４の両側に結合される。コンプライアント部材１７１０のもう一方の端部は、コンプライアント部材１７１０を表面１７１２に接続する、アンカー１７１４に結合される。各コンプライアント部材１７１０は、屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅ）、あるいは、スプリングまたはカンチレバーアームなどの、その他のコンプライアント要素１７１８に結合された、２つの実質的に剛性のビーム１７１６を含む。コンプライアント部材内のビーム１７１６は剛性であるにもかかわらず、コンプライアント要素１７１８の組み込みにより、コンプライアント部材１７１０が全体として、コンプライアントなやり方でその形状を変え、２つの機械的に安定な形状を呈することが許可される。コンプライアント要素は、シャッタ組立体の閉または開位置のいずれかにおける、その静止状態に弛緩することが許可され（１７Ａ−１および１７Ａ−３を参照）、それにより、最終状態の両方は、実質的に同一のポテンシャルエネルギーを保有する。２つの最終状態間の移行の間は、コンプライアント要素１７１８内にひずみエネルギーが蓄積されるが（１７Ａ−２を参照）、２つの最終状態の安定性を確立するためには、永続的なビームの曲げまたはビーム応力は必要とされない。
【０１１２】
コンプライアント要素１７１８の形状は、シャッタ１７０４の比較的容易な面内平行移動が許可され、シャッタの面外の動きは制限されるようなものである。
【０１１３】
双安定シャッタ組立体１７００の作動は、図１５で使用されたアクチュエータに類似した、弾性デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータ１７０６のペアによって達成される。シャッタ組立体１７００では、アクチュエータ１７０６は、コンプライアント部材１７１０から物理的に分離された、別個のものである。コンプライアント部材１７１０は、シャッタ１７０４のための比較的剛性の支持を提供し、さらに、開および閉状態を維持するために必要な双安定性を提供する。アクチュエータ１７０６は、開状態と閉状態との間でシャッタを切り換えるために必要な、駆動力を提供する。
【０１１４】
各アクチュエータ１７０６は、コンプライアントロード部材１７２０を備える。コンプライアントロード部材１７２０の一方の端部は、シャッタ１７０４に結合され、もう一方の端部は自由である。シャッタ組立体１７００では、アクチュエータ１７０６ａ内のコンプライアントロード部材は、アンカーに結合されず、その他の方法で表面１７１２に接続されることもない。アクチュエータ１７０６の駆動ビーム１７２２は、アンカー１７２４に結合され、それにより、表面１７１２に接続される。これにより、作動の電圧は減少させられる。
【０１１５】
図１７Ｂは、シャッタ１７０２ｂが、作動時に回転するように設計された、双安定シャッタ組立体１７００ｂの図である。シャッタ１７０２ｂは、その外周に沿った４つの点において、４つのアンカー１７０６ｂに結合された４つのコンプライアント支持ビーム１７０４ｂによって支持される。図１６におけるのと同様に、コンプライアント支持ビーム１７０４ｂは、それらの静止状態において実質的にまっすぐである。シャッタ１７０２ｂが回転すると、アンカーとシャッタの外周との間の距離が減少するにつれて、コンプライアント部材は変形する。コンプライアント支持ビーム１７０４ｂが実質的にまっすぐである、２つの低エネルギー安定状態が存在する。１７００ｂのシャッタ機構は、シャッタ１７０２ｂ内の重心運動が存在しないという利点を有する。
【０１１６】
シャッタ組立体１７００ｂ内のシャッタ１７０２ｂは、複数のシャッタアパーチャ１７０８ｂを有し、それぞれのシャッタアパーチャ１７０８ｂは、シャッタの回転運動を最大限に活用するように設計された、セグメント化された形状を保有する。図１８は、熱電アクチュエータ１８０２および１８０４を組み込んだ、双安定シャッタ組立体１８００の図である。シャッタ組立体１８００は、スロットを有するシャッタアパーチャの組１８０８を有する、シャッタ１８０６を含む。熱電アクチュエータ１８０２および１８０４は、シャッタ１８０６が上で支持される基板１８０８に実質的に平行な平面内で、シャッタ１８０６を横方向に移動させるために、シャッタ１８０６の両側に結合される。シャッタ１８０６の両側の２つの位置から、シャッタ組立体１８００の両側の位置にあるロードアンカー１８０７への、シャッタ１８０６の結合は、シャッタ１８０６の、その中心軸のまわりの、ねじる動きまたは回転運動を減少させるために役立つ。
【０１１７】
各熱電アクチュエータ１８０２および１８０４は、３つのコンプライアントビーム１８１０、１８１２、および１８１４を含む。コンプライアントビーム１８１０および１８１２は、それぞれ、コンプライアントビーム１８１４よりも細い。ビーム１８１０、１８１２、および１８１４のそれぞれは、Ｓ字様の形状に湾曲しており、シャッタ１８０６を適切な位置に安定して保持する。
【０１１８】
動作時、シャッタの位置を、（図示されているような）開位置から、閉位置に変更するには、ビーム１８１０および１８１４を含む回路に電流が通される。各アクチュエータ１８０２および１８０４内の、より細いビーム１８１０は、熱くなり、したがって、さらに、より太いビーム１８１４よりも速く膨張する。膨張により、ビーム１８１０、１８１２、および１８１４は、それらの機械的に安定な湾曲から抜け出すことを余儀なくされ、結果として、シャッタ１８０６の、閉位置への横方向の動きがもたらされる。シャッタ１８０６を開くには、ビーム１８１２および１８１４を含む回路に電流が通されて、同様の不均衡な加熱と、ビーム１８１２の膨張とがもたらされ、結果として、シャッタ１８０６は開位置に戻ることを余儀なくされる。
【０１１９】
双安定シャッタ組立体は、パッシブマトリクスアレイまたはアクティブマトリクスアレイを使用して駆動されてもよい。図１９は、画像を生成するために双安定シャッタ組立体１９０２を制御するための、パッシブマトリクスアレイ１９００の図である。アクティブマトリクスアレイ９００および１０００などの、アクティブマトリクスアレイと同様に、パッシブマトリクスアレイ１９００は、ディスプレイ装置の基板１９０４上の、拡散された、または薄膜蒸着された電気回路として製造される。一般に、パッシブマトリクスアレイ１９００では、アクティブマトリクスアレイ９００および１０００よりも少ない回路を実装する必要があり、製造はより容易である。パッシブマトリクスアレイ１９００は、ディスプレイ装置の基板１９０４上のシャッタ組立体１９０２を、グリッドの、行および列のグリッドセグメント１９０６に分割する。各グリッドセグメント１９０６は、１つ以上の双安定シャッタ組立体１９０２を含んでもよい。ディスプレイ装置内で、グリッドの所与の行内のすべてのグリッドセグメント１９０６は、１つの行電極１９０８を共有する。各行電極１９０８は、ドライバ１９１０などの、制御可能な電源を、シャッタ組立体１９０２のロードアンカーに結合する。列内のすべてのシャッタ組立体１９０２は、シャッタ開電極１９１２およびシャッタ閉電極１９１４という、２つの共通列電極を共有する。所与の列についての、シャッタ開電極１９１２は、ドライバ１９１０を、列内のシャッタ組立体１９０２のシャッタ開アクチュエータの駆動電極に、電気的に結合する。所与の列についての、シャッタ閉電極１９１４は、ドライバ１９１０を、列内のシャッタ組立体１９０２のシャッタ閉アクチュエータの駆動電極に、電気的に結合する。
【０１２０】
シャッタ組立体１３００、１４００、１５００、１６００、１７００ａ、および１８００は、それらの機械的双安定性の特性により、アクチュエータの両端部の電圧が最小しきい値電圧を超過した場合の、開状態と閉状態との間の切り換えが可能になるため、パッシブマトリクスアレイの使用に適用できる。ドライバ１９１０が、それらのうちのいずれも、単独では、シャッタ組立体を開状態と閉状態との間で切り換えるための十分な電圧を出力しないようにプログラムされている場合、所与のシャッタ組立体は、そのアクチュエータが２つの対向するドライバ１９１０から電圧を受け取る場合に切り換えられる。特定の行および列の交点におけるシャッタ組立体は、その特定の行および列ドライバから、差が最小しきい値電圧を超える電圧を受け取った場合に、切り換えられてもよい。
【０１２１】
シャッタ組立体１９０２の状態を閉状態から開状態に変えるためには、すなわち、シャッタ組立体１９０２を開くためには、ドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているグリッドの行に対応する行電極１９０８に電位を印加する。第２のドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているグリッド内の列に対応するシャッタ開電極１９１２に、場合によっては反対の極性を有する、第２の電位を印加する。シャッタ組立体１９０２の状態を開状態から閉状態に変えるためには、すなわち、シャッタ組立体１９０２を閉じるためには、ドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているディスプレイ装置の行に対応する行電極１９０８に電位を印加する。第２のドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているディスプレイ装置内の列に対応するシャッタ閉電極１９１４に、場合によっては反対の極性を有する、第２の電位を印加する。一実装では、シャッタ組立体１９０２は、所定の切り換えしきい値を超える、行電極１９０８と、列電極１９１２または１９１４のうちの１つとに印加される電位の差に応じて状態を変える。
【０１２２】
画像を形成するためには、一実装では、ディスプレイ装置は、グリッド内のシャッタ組立体１９０２の状態を、一度に一行ずつ、順番に設定する。所与の行について、ディスプレイ装置は、最初に、対応する行電極１９０８に電位を印加し、すべてのシャッタ閉電極１９１４に電位のパルスを印加することによって、行内の各シャッタ組立体１９０２を閉じる。次に、ディスプレイ装置は、シャッタ開電極１９１２に電位を印加し、行内の開かれるべきシャッタ組立体１９０２を含む行についての行電極１９０８に電位を印加することによって、光を通過させるべきであるシャッタ組立体１９０２を開く。１つの代替の動作モードでは、シャッタ組立体１９０２の各行を順次閉じる代わりに、ディスプレイ装置内のすべての行が、画像を形成するための適切な位置に設定された後で、ディスプレイ装置は、すべてのシャッタ閉電極１９１４およびすべての行電極１９０８に一斉に電位を印加することによって、すべてのシャッタ組立体１９０２を同時に、全体的にリセットする。別の代替の動作モードでは、ディスプレイ装置は、シャッタ組立体１９０２のリセットをなしで済ませて、後続の画像を表示するために状態を変える必要があるシャッタ組立体１９０２の状態のみを変更する。画像のための、いくつかの代替のドライバ制御方式が、強誘電性液晶ディスプレイとともに使用するために提案されており、そのうちの多くは、本明細書内の、機械的に双安定なディスプレイとともに使用するために組み込まれてもよい。これらの技術は、Ｅｒｎｓｔ Ｌｉｅｄｅｒ著、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ： Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ（Ｗｉｌｅｙ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、２００１）で説明されている。
【０１２３】
ディスプレイの物理的レイアウトは、多くの場合、解像度と、アパーチャ面積と、駆動電圧との特性の間の妥協点である。ディスプレイの解像度を増加するために、小さなピクセルサイズが一般に求められる。しかし、ピクセルがより小さくなるに従って、シャッタアパーチャのために利用できる場所は比例して減少する。設計者は、開口率を最大にしようと努め、その理由は、それによってディスプレイの輝度と電力効率とが増加するからである。さらに、小さなピクセルと大きな開口比との組み合わせは、シャッタを支持するコンプライアント部材内の大きな角変形を意味し、これは、必要とされる駆動電圧と、切り換え回路によって消散されるエネルギーとを増加させる傾向がある。
【０１２４】
図２０Ａおよび図２０Ｂは、高密度アレイ内の開口率を最大にし、駆動電圧を最小にするための、ピクセルのアレイ内へのシャッタ組立体のタイリングの２つの方法を示す。
【０１２５】
図２０Ａは、例えば、２つの概して三角形のシャッタ組立体２００２および２００４から菱面体ピクセル２００６を形成するためにタイリングされた、２つのカンチレバーデュアルビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００２および２００４のタイリング２０００を示す。シャッタ組立体２００２および２００４は、別個に、または一括して制御されてもよい。図２０Ａの菱面体タイリングは、矩形タイリング配置にかなり近く、実際に、開口比２：１を有する矩形ピクセルに適合される。２つのシャッタ組立体は、各矩形内に作られることが可能なため、そのような２：１矩形タイリング配置は、さらに、行および列間の正方形反復距離を保有するアクティブマトリクスアレイの上に、取り付けまたは構築されてもよい。したがって、２つのアレイ内のピクセル間の、１対１の対応関係が確立されてもよい。正方形ピクセルアレイは、テキストおよびグラフィック画像の表示のために、最も一般的に使用される。図２０Ｂのレイアウトの利点は、それにより、各三角形ピクセル内のロードビームの長さが最大になり、開状態と閉状態との間でシャッタを切り換えるために必要とされる電圧が減少すると理解されるということである。
【０１２６】
図２０Ｂは、複数の、図１３Ａの双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体１３００の、例示的タイリングである。例えば、図１４の双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体１４００と比較して、シャッタ組立体１３００のシャッタ１３０２の幅は、シャッタ組立体１３００のロードアンカー１３１４間の距離よりも実質的に少ない。より狭いシャッタ１３０２は、より少ない光が各シャッタ組立体１３００を通過することを許可するが、追加のスペースが、図２０Ｂに示すように、シャッタ組立体１３００を、ロードビームの長さの損失なしにより密に詰め込むために利用されてもよい。より長いロードビームは、アレイ内のシャッタを、低減された電圧において切り換えることを可能にする。特に、より狭いシャッタ１３０２は、シャッタ組立体１３００のアクチュエータ１３０４および１３０６の部分を、隣接するシャッタ組立体１３００のアクチュエータ１３０２および１３０４の間のギャップにインターリーブすることを可能にする。図２０Ｂのインターリーブ配置は、それでもやはり、テキスト表示のための一般的なピクセル構成である、行および列の正方形配置上にマッピングされることが可能である。
【０１２７】
シャッタ組立体のタイリングまたはピクセル配置は、正方形アレイの制約に限定される必要はない。高密度のタイリングは、さらに、矩形、菱面体、または六角形のピクセルアレイを使用して達成されてもよく、これらはすべて、例えば、ビデオおよびカラー画像化ディスプレイにおいて、適用例が見いだされる。
【０１２８】
図２１は、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２１０２を組み込んだディスプレイ装置２１００の断面図である。シャッタ組立体２１０２は、ガラス基板２１０４上に配置される。基板２１０４上に配置された反射膜２１０６は、シャッタ組立体２１０２のシャッタ２１１０の閉位置の下に位置する、複数の表面アパーチャ２１０８を画定する。反射膜２１０６は、表面アパーチャ２１０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ装置２１００の後部の方へ戻す。任意選択の拡散体２１１２と、任意選択の輝度強化膜２１１４とが、基板２１０４をバックライト２１１６から分離してもよい。バックライト２１１６は、１つ以上の光源２１１８によって照射される。光源２１１８は、例えば、以下に限定されるものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオードであってもよい。反射膜２１２０が、バックライト２１１６の背後に配置され、シャッタ組立体２１０２の方へ光を反射する。シャッタ組立体２１０２のうちの１つを通過しない、バックライトからの光線は、バックライトに戻されて、膜２１２０から再び反射される。これにより、最初の通過でディスプレイを離れて画像を形成することのなかった光は、再循環されて、シャッタ組立体２１０２のアレイ内の他の開いているアパーチャを通した透過のために利用可能にされてもよい。そのような光の再循環は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。カバープレート２１２２は、ディスプレイ装置２１００の前部を形成する。カバープレート２１２２の後ろ側は、コントラストを向上させるために、ブラックマトリクス２１２４で覆われてもよい。カバープレート２１２２は、シャッタ組立体２１０２から所定の距離だけ離して支持され、それによりギャップ２１２６が形成される。ギャップ２１２６は、機械的支持によって、および／または、カバープレート２１２２を基板２１０４に取り付けている、エポキシシール２１２８によって維持される。エポキシ２１２８は、好ましくは約２００Ｃ未満の硬化温度を有さなければならず、好ましくは約５０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有さなければならず、さらに、耐湿性でなければならない。例示的エポキシ２１２８は、エポキシテクノロジーインク（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．）によって販売されている、ＥＰＯ−ＴＥＫ Ｂ９０２１−１である。
【０１２９】
エポキシシール２１２８は、作動流体２１３０を封止する。作動流体２１３０は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度と、好ましくは約２．０よりも大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍよりも大きな誘電破壊強度とを有するように設計される。作動流体２１３０は、さらに、潤滑剤として働いてもよい。その機械的および電気的特性は、シャッタを開位置と閉位置との間で移動させるために必要な電圧を減らすことにおいても効果的である。一実装では、作動流体２１３０は、好ましくは約１．５未満の、低い屈折率を有することが好ましい。別の実装では、作動流体２１３０は、基板２１０４の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な作動流体２１３０としては、以下に限定されるものではないが、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼンが挙げられる。
【０１３０】
シートメタルまたは成型プラスチックの組立体ブラケット２１３２が、カバープレート２１２２と、シャッタ組立体２１０２と、基板２１０４と、バックライト２１１６と、その他の構成部品とを、端部の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケット２１３２は、組み合わせられたディスプレイ装置２１００に剛性を追加するために、ネジまたはインデントタブを使用して固定される。一部の実装では、光源２１１８は、エポキシ埋め込み用樹脂（ｅｐｏｘｙ ｐｏｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）によって適所に成型される。
【０１３１】
図２２は、シャッタ組立体２２０２を組み込んだディスプレイ組立体２２００の断面図である。シャッタ組立体２２０２は、ガラス基板２２０４上に配置される。
【０１３２】
ディスプレイ組立体２２００は、１つ以上の光源２２１８によって照射される、バックライト２２１６を含む。光源２２１８は、例えば、以下に限定されるものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオードであってもよい。反射膜２２２０が、バックライト２２１６の背後に配置され、シャッタ組立体２２０２の方へ光を反射する。
【０１３３】
基板２２０４は、シャッタ組立体２２０２がバックライト２２１６の方を向くように方向付けられる。
【０１３４】
バックライト２２１６とシャッタ組立体２２０２との間には、任意選択の拡散体２２１２と、任意選択の輝度強化膜２２１４とが置かれる。バックライト２２１６とシャッタ組立体２２０２との間には、さらに、アパーチャプレート２２２２も置かれる。アパーチャプレート２２２２上には、シャッタ組立体の方を向くように、反射膜２２２４が配置される。反射膜２２２４は、シャッタ組立体２２０２のシャッタ２２１０の閉位置の下に位置する、複数の表面アパーチャ２２０８を画定する。アパーチャプレート２２２２は、シャッタ組立体２２０２から所定の距離だけ離して支持され、それにより、ギャップ２２２６が形成される。ギャップ２２２６は、機械的支持によって、および／または、アパーチャプレート２２２２を基板２２０４に取り付けている、エポキシシール２２２８によって維持される。
【０１３５】
反射膜２２２４は、表面アパーチャ２２０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ組立体２２００の後部に向けて戻す。シャッタ組立体２２０２のうちの１つを通過しない、バックライトからの光線は、バックライトに戻されて、膜２２２０から再び反射される。これにより、最初の通過でディスプレイを離れて画像を形成することのなかった光は、再循環されて、シャッタ組立体２２０２のアレイ内の他の開いているアパーチャを通した透過のために利用可能にされてもよい。そのような光の再循環は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。
【０１３６】
基板２２０４は、ディスプレイ組立体２２００の前部を形成する。基板２２０４上に配置される、吸収膜２２０６は、シャッタ組立体２２０２と基板２２０４との間に配置される複数の表面アパーチャ２２３０を画定する。膜２２０６は、環境光を吸収し、したがって、ディスプレイのコントラストを向上させるように設計される。
【０１３７】
エポキシ２２２８は、好ましくは約２００Ｃ未満の硬化温度を有さなければならず、好ましくは約５０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有さなければならず、さらに、耐湿性でなければならない。例示的エポキシ２２２８は、エポキシテクノロジーインク（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．）によって販売されている、ＥＰＯ−ＴＥＫ Ｂ９０２２−１である。
【０１３８】
エポキシシール２２２８は、作動流体２２３２を封止する。作動流体２２３２は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度と、好ましくは約２．０よりも大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍよりも大きな誘電破壊強度とを有するように設計される。作動流体２２３２は、さらに、潤滑剤として働いてもよい。その機械的および電気的特性は、シャッタを開位置と閉位置との間で移動させるために必要な電圧を減らすことにおいても効果的である。一実装では、作動流体２２３２は、好ましくは約１．５未満の、低い屈折率を有することが好ましい。別の実装では、作動流体２２３２は、基板２２０４の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な作動流体２２３２としては、以下に限定されるものではないが、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼンが挙げられる。
【０１３９】
シートメタルまたは成型プラスチックの組立体ブラケット２２３４が、アパーチャプレート２２２２と、シャッタ組立体２２０２と、基板２２０４と、バックライト２２１６と、その他の構成部品とを、端部の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケット２２３４は、組み合わせられたディスプレイ組立体２２００に剛性を追加するために、ネジまたはインデントタブを使用して固定される。一部の実装では、光源２２１８は、エポキシ埋め込み用樹脂（ｅｐｏｘｙ ｐｏｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）によって適所に成型される。
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は、ビデオディスプレイの分野に関し、特に、機械的に作動するディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的光変調器から構築されたディスプレイは、液晶技術に基づくディスプレイの、魅力的な代替選択肢である。機械的光変調器は、映像コンテンツを、良好な視野角と、広範なカラーおよびグレースケールとを伴って表示するために十分高速である。機械的光変調器は、投写型ディスプレイの適用例において成功を収めてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
機械的光変調器を使用するバックライト付きディスプレイが、輝度と低電力との十分に魅力的な組み合わせであることはまだ示されていない。高速で、明るく、低電力の、機械的に作動させられるディスプレイが、当業界で必要とされている。特に、双安定機構を含み、かつ、削減された電力消費のために低電圧で駆動されることが可能な、機械的に作動するディスプレイが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本発明は、２つのコンプライアント電極を組み込んだメカニカルアクチュエータから構築されるディスプレイに関する。アクチュエータは、制御可能な電源を、メカニカルアクチュエータの電圧入力に結合する、パッシブまたはアクティブマトリクスアレイによって制御されてもよい。
【０００５】
各アクチュエータ内のコンプライアント電極は、電極間への電圧の印加に応じて電極が相互に引き寄せられるように、お互いに隣接して配置される。電極は、直ちに、または徐々に、相互に引き寄せられてもよい。電極のうちの少なくとも１つは、画像の形成に寄与する変調器に結合される。本発明の１つの特徴によれば、電極の全長の少なくとも大部分はコンプライアントである。電極の幅は、約０．５μｍ〜約５μｍであってもよい。一実装では、電極の高さは、電極の幅の少なくとも約１．４倍である。電極は、さらに、好ましくは約１．５以上の誘電率を有する、絶縁体を使用して、少なくとも部分的にコーティングされてもよい。
【０００６】
変調器は、例えば、シャッタ、変形可能な反射鏡、カラーフィルタ、または３つのカラーフィルタの組であってもよい。シャッタは、それらが上で支持される表面に実質的に平行な面内で移動する。表面は、表面を通した光の通過を可能にする、１つ以上のアパーチャを有してもよい。アパーチャは、実質的に透明なガラスまたはプラスチック基板上に配置された反射膜を貫通してパターニングされてもよい。表面が２つ以上のアパーチャを有する場合、シャッタは、対応する数のシャッタアパーチャを含む。シャッタを移動させることにより、ディスプレイ装置は、光をブロック、反射、吸収、偏光、回折、および／またはフィルタリングすることによって、表面内のアパーチャを通過する光路内の光と選択的に相互作用してもよい。さまざまな実施形態において、シャッタは、さらに、反射または光吸収膜を使用してコーティングされてもよい。
【０００７】
一実施形態では、各電極の一方の端部は、表面に固定され、もう一方の端部は、自由に動くことができる。この実施形態では、変調器は、電極のうちの１つの自由端に結合される。電極の幅は、その全長に沿って一定であってもよく、または変化してもよい。例えば、電極の幅は、変調器により近くなるにつれて、より細くなってもよい。あるいは、電極は、電極の全長に沿った複数の位置において、より細いセクションと、より太いセクションとを有してもよい。変化する太さによって、変化する電極剛性が提供される。この実施形態は、第３のコンプライアント電極を含むという、任意選択の特徴を含んでもよい。変調器に結合されていないコンプライアント電極は、開および閉駆動電極として、独立に働く。駆動電極のうちの１つまたは両方は、その自然な、非アクティブ状態において、湾曲していてもよい。一部の実装では、駆動電極は、一次または二次の湾曲を有する。他の実装では、駆動電極は、二次よりも大きな湾曲を有する。
【０００８】
シャッタ組立体の別の実施形態では、シャッタは、変調器の一方の側の、線形中心（ｌｉｎｅａｒ ｃｅｎｔｅｒ）の付近において、アクチュエータのペアに結合される。アクチュエータは、それぞれが、２つのコンプライアント電極を含む。各アクチュエータの第１のコンプライアント電極は、スプリングを使用してシャッタに結合される。第１のコンプライアント電極は、さらに、スプリングを使用してアンカーに結合されてもよい。コンプライアント電極のもう一方の端部はアンカーに結合され、それにより、シャッタを基板上の２つの位置に接続する。電極は、シャッタ上の位置から基板への、支持的接続を提供する、機械的支持として働く。リターンスプリングなどの、別個の弾性部材が、シャッタの反対側に結合されて、シャッタのための追加の支持的接続を提供してもよい。あるいは、リターンスプリングの代わりに、アクチュエータの第２のペアが、シャッタの反対側に結合されてもよい。複数の支持的接続は、シャッタの、意図される移動平面から離れた、回転またはその他の移動を減らすために役立つ。
【０００９】
本発明の第２の態様では、ディスプレイ装置は、画像を形成するために、機械的に双安定なシャッタ組立体を含む。機械的に双安定なシャッタ組立体は、シャッタと、作動電位を受け取るための電圧入力と、基板上の２つの機械的に安定な位置の間でシャッタを移動させるアクチュエータとを含む。一実施形態では、シャッタをその第１の機械的に安定な位置からその第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事は、シャッタをその第１の機械的に安定な位置に戻すために必要とされる仕事よりも大きい。別の実施形態では、シャッタをその第１の機械的に安定な位置からその第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事の量は、シャッタをその第１の機械的に安定な位置に戻すために必要とされる仕事と実質的に等しい。
【００１０】
本発明の１つの特徴によれば、シャッタの機械的に安定な位置は、機械的にコンプライアントな部材の、位置または形状を含む、状態によって提供される。一実施形態では、機械的にコンプライアントな部材は、アクチュエータの部分である。他の実施形態では、機械的にコンプライアントな部材は、アクチュエータの外部にある。機械的にコンプライアントな部材は、シャッタの機械的に安定な位置のうちの第１における、第１の機械的に安定な状態と、シャッタの機械的に安定な位置のうちの第２における、第２の機械的に安定な状態とを有する。シャッタを、第１の機械的に安定な位置から、第２の機械的に安定な位置まで移動させることは、コンプライアント部材の変形を必要とする。
【００１１】
例えば、コンプライアント部材は、湾曲したコンプライアントビームであってもよい。シャッタが第１の安定位置にある場合、ビームは第１の湾曲を有する。シャッタが第２の位置にある場合、ビームは第２の湾曲を有する。湾曲は、概して「Ｓ字」形状であってもよく、あるいは、コサイン形状の弓形を形成してもよい。第１のシャッタ位置では、ビームは、１つの方向に弓形に曲がってもよい。第２のシャッタ位置への移行において、ビームは、反対方向に弓形に曲がるように変形される。
【００１２】
あるいは、シャッタがその機械的に安定な位置のうちの１つにある間、コンプライアントビームはまっすぐであってもよい。第１の機械的に安定なシャッタ位置において、コンプライアントビームは、シャッタと、第１の角度を作る。第２の位置において、コンプライアントビームは、シャッタと、異なる角度を作る。
【００１３】
シャッタ組立体は、さらに、第２のコンプライアント部材を含んでもよい。第１および第２のコンプライアント部材は、一実施形態では、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータ内の電極として働く。一方または両方のビームは、２つの機械的に安定な状態を有してもよい。コンプライアント部材間に電圧を印加すると、コンプライアント部材のうちの一方は、１つの位置から第２の位置に変形する。電圧は、コンプライアント部材のうちの１つに、コンプライアント部材の一方または両方の端部に結合された１つ以上のアンカーから印加される、作動電位に起因してもよい。例えば、第１の位置において、第１のコンプライアント電極は、第２のコンプライアント電極から離れるように弓形に曲がる。第２の位置において、第１のコンプライアント電極は、第２のコンプライアント電極と実質的に同様の弓形を有して、第２のコンプライアント電極の方へ弓形に曲がる。他の実装では、第１および第２のコンプライアントビームは、第１および第２の安定位置の間でシャッタを移動させるための、シャッタに結合された熱電アクチュエータの部分を形成する。シャッタを移動させるアクチュエータのタイプにかかわらず、シャッタを移動させるには、第１または第２のコンプライアント部材のいずれかに力が印加されなければならない。
【００１４】
一部の実施形態では、第１および第２のコンプライアント部材の形状は、単独で機械的に安定である。
【００１５】
シャッタ組立体は、一実装では、シャッタに結合された第２のアクチュエータを含む。２つのアクチュエータは、シャッタ上の異なる位置においてシャッタに結合される。一実装によれば、アクチュエータは、シャッタの反対の側に、それらの側のほぼ中央において結合される。アクチュエータ内のコンプライアント部材は、２つのシャッタ位置から２つの基板位置への、シャッタのための支持的接続を提供する。別の任意選択の特徴によれば、シャッタに結合されたコンプライアント部材のうちの少なくとも１つは、コンプライアント部材のいずれの端部にも１つの、２つのアンカーに結合される。
【００１６】
さらに他の実施形態では、コンプライアント部材は、機械的に安定なシャッタ位置のための機械的安定性を提供する、スタビライザ内に組み込まれる。スタビライザ内のコンプライアント部材は、相互に接続されてもよい。そのような実施形態では、スタビライザは、第３の機械的に安定なシャッタ位置を提供してもよい。シャッタは、電圧入力への第２の作動電圧の印加に応えて、第３の機械的に安定なシャッタ位置に駆動される。あるいは、コンプライアントビームは、シャッタの両側上で、シャッタの側に、アンカーを結合することによって、スタビライザを形成してもよい。コンプライアント部材は、コンプライアントな、または剛性のビームを含んでもよい。コンプライアント部材が剛性のビームを含む場合、コンプライアント部材は、ある程度のコンプライアンスを提供するために、剛性ビーム間に、追加のコンプライアント接合を含む。
【００１７】
さまざまなディスプレイ装置の追加の特徴は、コンプライアント部材間への作動流体の組み込みを含む。作動流体は、好ましくは、少なくとも約１．５の誘電率を有する。ディスプレイ装置は、さらに、画像を明るくするためのバックライトを含んでもよい。
【００１８】
別の態様では、本発明は、ディスプレイ装置を製造するための方法に関する。方法は、光路内の光と選択的に相互作用するための変調器を形成するために、第１の表面をパターニングするステップを含む。次に、変調器とアンカーとを接続する、アクチュエータが、第１の表面内に製造される。アンカーおよびアクチュエータは、第２の表面の上で変調器を物理的に支持する、第１の機械的支持として働く。アクチュエータは、第２の表面に実質的に平行な面内でシャッタを駆動するように構成される。方法は、さらに、変調器と第２のアンカーとを接続する、第２の機械的支持を、第１の表面内に製造するステップを含む。第２の機械的支持は、第２の表面の上で変調器を物理的に支持する。第１のアンカーと第２のアンカーとは、第２の表面上の２つの別個の位置に接続される。
【００１９】
別の態様では、本発明は、画像を形成する方法に関する。方法は、シャッタ組立体の電圧入力に、作動電位を選択的に印加するステップを含む。シャッタは、作動電圧の印加に応えて、表面に実質的に平行な面内で移動させられる。シャッタは、第１の機械的に安定な位置から第２の機械的に安定な位置に移動させられ、それにより、光が画像の形成に寄与することを許可する。
【００２０】
さらなる態様では、本発明は、ディスプレイ上に画像を形成する方法に関する。方法は、光変調器を選択し、そして、アクチュエータを提供するステップを含む。アクチュエータは、相互に隣接して配置された２つの機械的にコンプライアントな電極を含み、そのうちの少なくとも１つはシャッタに結合される。アクチュエータは、２つの機械的にコンプライアントな電極の間に電圧を生成することによってアクティブにされる。結果として、コンプライアント電極は、それらが相互により近くに引き寄せられるにつれて変形する。さらに、アクチュエータのアクティブ化は、画像内のピクセルの照射に影響を及ぼすための、光路内への、または光路から外へのシャッタの移動をもたらす。
【００２１】
本システムおよび方法は、以下の図面を参照することにより、以下の例示的説明から、より良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置の概念等角投影図である。
【図２Ａ】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置内で使用するための、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置内で使用するための、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ａ】デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースのシャッタ組立体内に含めるのに適した、さまざまなコンプライアント電極の形状を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す形状を有する、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースのシャッタ組立体を移動させるために必要とされる、増分エネルギーを示す図である。
【図３Ｃ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ｄ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ｅ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図３Ｆ】さまざまな作動段階における、図２Ａのコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図４Ａ】本発明の例示的実施形態による、アクティブおよび非アクティブ状態におけるデュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの反射鏡ベース光変調器の断面図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的実施形態による、アクティブおよび非アクティブ状態におけるデュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの反射鏡ベース光変調器の断面図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、全長に沿って太さが変化するビームを有する、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の等角投影図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による、リターンスプリングを含むデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、別個の開および閉アクチュエータを有するデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図９】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの光変調器を制御するための、アクティブマトリクスアレイの概念図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースの光変調器を制御するための、第２のアクティブマトリクスアレイの概念図である。
【図１１】図８のデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の断面図である。
【図１２】本発明の例示的実施形態による、さまざまなデュアルコンプライアント電極ベースのシャッタ組立体のエネルギー特性を示す、エネルギー図である。
【図１３Ａ】本発明の例示的実施形態による、双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図１３Ｂ】双安定シャッタ組立体の、変位に対する力の発展を示す。
【図１４】本発明の例示的実施形態による、第２の双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の上面図である。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータを組み込んだ、三安定シャッタ組立体の上面図である。
【図１６Ａ】本発明の例示的実施形態による、シャッタ位置が変化する間の、シャッタ組立体の状態を示す、双安定シャッタ組立体の別の実施形態の概念図である。
【図１６Ｂ】本発明の例示的実施形態による、シャッタ位置が変化する間の、シャッタ組立体の状態を示す、双安定シャッタ組立体の別の実施形態の概念図である。
【図１６Ｃ】本発明の例示的実施形態による、シャッタ位置が変化する間の、シャッタ組立体の状態を示す、双安定シャッタ組立体の別の実施形態の概念図である。
【図１７Ａ】本発明の例示的実施形態による、実質的に剛性のビームを含む、双安定シャッタ組立体の概念図である。
【図１７Ｂ】回転双安定シャッタ組立体の上面図である。
【図１８】本発明の例示的実施形態による、熱電アクチュエータを組み込んだ、双安定シャッタ組立体の概念図である。
【図１９】本発明の例示的実施形態による、双安定シャッタ組立体を制御するための、パッシブマトリクスアレイの概念図である。
【図２０Ａ】ディスプレイ装置内にシャッタ組立体を配置するための、概念タイリング図である。
【図２０Ｂ】ディスプレイ装置内にシャッタ組立体を配置するための、概念タイリング図である。
【図２１】本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置の断面図である。
【図２２】本発明の例示的実施形態による、別のディスプレイ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１Ａは、本発明の例示的実施形態による、ディスプレイ装置１００の等角投影図である。ディスプレイ装置１００は、複数の光変調器、特に、行および列内に配置された複数のシャッタ組立体１０２ａ〜１０２ｄ（一般に「シャッタ組立体１０２」）を含む。一般に、シャッタ組立体１０２は、開および閉という、２つの状態を有する（ただし、グレースケールを伝えるために、部分的な開きが使用されてもよい）。シャッタ組立体１０２ａおよび１０２ｄは、開状態になっており、光の通過を許可している。シャッタ組立体１０２ｂおよび１０２ｃは、閉状態になっており、光の通過を妨げている。ランプ１０５によって照射された場合に、シャッタ組立体１０２ａ〜１０２ｄの状態を選択的に設定することにより、ディスプレイ装置１００は、投射型またはバックライト付きディスプレイで画像１０４を形成するために利用されることが可能である。別の実装では、装置１００は、装置の前方からもたらされる環境光の反射によって画像を形成してもよい。ディスプレイ装置１００内で、各シャッタ組立体１０２は、画像１０４内のピクセル１０６に対応している。
【００２４】
各シャッタ組立体１０２は、シャッタ１１２と、アパーチャ１１４とを含む。画像１０４内のピクセル１０６を明るくするためには、シャッタ１１２は、光が、見る人に向けて、大きな障害は何もなしに、アパーチャ１１４を通過することを許可するように配置される。ピクセル１０６を点灯されていないままにするためには、シャッタ１１２は、アパーチャ１１４を通した光の通過を妨げるように配置される。アパーチャ１１４は、各シャッタ組立体１０２内に、反射性または光吸収性材料を貫通してパターニングされた、開口部によって画定される。
【００２５】
代替の実装では、ディスプレイ装置１００は、各ピクセル１０６について、複数のシャッタ組立体１０２を含む。例えば、ディスプレイ装置１００は、３つの色固有シャッタ組立体１０２を含んでもよい。特定のピクセル１０６に対応する色固有シャッタ組立体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内のカラーピクセル１０６を生成してもよい。別の例では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内のグレースケールを提供するために、ピクセル１０６につき、２つ以上のシャッタ組立体１０２を含む。さらに他の実装では、ディスプレイ装置１００は、光を変調して画像を形成するために、シャッタ組立体１０２の代わりに、マイクロミラー、フィルタ、偏光子、干渉装置（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、およびその他の適切な装置などの、その他の形態の光変調器を含んでもよい。
【００２６】
ディスプレイ装置１００のシャッタ組立体１０２は、リソグラフィ、エッチング技術（ウェットケミカル、ドライ、およびフォトレジスト除去など）、シリコンの熱酸化、電気めっきおよび無電界めっき、拡散プロセス（ホウ素、リン、ヒ素、およびアンチモンの拡散など）、イオン打ち込み、膜蒸着（蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）（フィラメント、電子ビーム、フラッシュ、シャドウイング、およびステップカバレージ）、スパッタリング、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ促進ＣＶＤ、エピタキシ（気相、液層、および分子線）、電気めっき、スクリーン印刷、およびラミネーションなど）を含む、当業界で周知の標準的なマイクロマシニング技術を使用して形成される。概要については、Ｊａｅｇｅｒ著、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ Ｍａｓｓ．１９８８）と、Ｒｕｎｙａｎら著、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、Ｒｅａｄｉｎｇ Ｍａｓｓ．１９９０年）と、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９８７〜１９９８年と、Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ＆Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ、Ｗａｓｈ．１９９７年）とを参照されたい。
【００２７】
より詳細には、（通常は、金属と誘電体とが交互になった）複数の材料層が、基板の上に蒸着されて、スタックを形成する。１つ以上の材料層がスタックに追加された後で、スタックから除去されるべき、またはスタック上に残るべき材料を示すパターンが、スタックの一番上の層に適用される。ウェットまたはドライエッチ、あるいは反応性イオンエッチングを含む、さまざまなエッチング技術が、次に、不要な材料を除去するために、パターン付きスタックに適用される。エッチの化学的性質、スタック内の層、およびエッチが適用される時間の長さに基づいて、エッチプロセスは、スタックの１つ以上の層から材料を除去してもよい。製造プロセスは、層形成、パターニング、およびエッチングの、複数回の繰り返しを含んでもよい。
【００２８】
一実装では、シャッタ組立体１０２は、透明なガラスまたはプラスチック基板上に製造される。この基板は、ランプ１０５からの照射を、光がアパーチャ１１４を通して出る前に、均一に分散させるように働くバックライトの一体部分とされてもよい。別法として、および任意選択で、透明基板は、平面光ガイドの上に配置されてもよく、シャッタ組立体１０２のアレイは、画像の形成における光変調要素として働いてもよい。一実装では、シャッタ組立体１０２は、同じガラスまたはプラスチック基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイの製造と組み合わせて、またはそれに続いて製造される。ＴＦＴアレイは、シャッタ組立体への電気信号の配布のための切り換えマトリクスを提供する。
【００２９】
プロセスは、さらに、解除ステップを含む。結果としてもたらされる装置内で部品が移動するための自由度を提供するために、犠牲材料が、スタック内の、完成した装置内の移動部品を形成する材料に隣接して、間に配置される。エッチによって、犠牲材料のほとんどが除去され、それにより、部品は自由に移動できるようになる。
【００３０】
解除の後は、移動部品間で接触時に電荷が移動しないように、シャッタ組立体の１つ以上の表面が絶縁されてもよい。これは、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｉＳｉＯ４、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４などの絶縁体の、熱酸化および／またはコンフォーマル化学気相蒸着法によって、あるいは、同様の材料を、原子層蒸着などの技術およびその他を使用して蒸着することによって達成されてもよい。絶縁された表面は、接触している表面間のスティクションなどの問題を防ぐために、絶縁された表面のフッ素化、シラン化、または水素化などの化学転化プロセスによって、化学的に保護される。
【００３１】
デュアルコンプライアント電極アクチュエータは、シャッタ組立体１０２内のシャッタ１１２を駆動するための、１つの適切なアクチュエータのクラスを構成する。デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータは、一般に、２つ以上の、少なくとも部分的にコンプライアントなビームから形成される。ビームのうちの少なくとも２つは、電極（本明細書では「ビーム電極」とも呼ばれる）として働く。ビーム電極の両端部への電圧の印加に応じて、ビーム電極は、結果としてもたらされる静電力から、相互に引き寄せられる。デュアルコンプライアントビーム電極の両方のビームは、少なくとも部分的に、コンプライアントである。すなわち、ビームのそれぞれの少なくともいくらかの部分は、ビームが寄せ集められるのを助けるために、屈曲および／または湾曲することが可能である。一部の実装では、コンプライアンスは、屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）またはピン継手を含めることによって達成される。ビームのいくらかの部分は、実質的に剛性であってもよく、または、所定の位置に固定されてもよい。好ましくは、ビームの全長の少なくとも大部分はコンプライアントである。
【００３２】
デュアルコンプライアント電極アクチュエータは、当業界で周知の他のアクチュエータに優る利点を有する。静電コームドライブ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏｍｂ ｄｒｉｖｅｓ）は、比較的長い距離にわたって作動させるために非常に適しているが、比較的弱い力しか生成できない。平行板または平行ビームアクチュエータは、比較的大きな力を生成できるが、平行板またはビーム間の小さなギャップを必要とし、したがって、比較的小さな距離にわたってのみ作動させられる。Ｒ．Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｖ．６、２５７頁、１９９７年）は、湾曲した電極アクチュエータの使用により、どのようにして比較的大きな力が生成され、結果として比較的大きな変位がもたらされることが可能であるかを示した。ただし、Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇでは、作動を開始させるために必要な電圧は、やはりかなり大きい。本明細書で示すように、そのような電圧は、両方の電極の移動または屈曲を許可することによって減らすことが可能である。
【００３３】
デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体では、シャッタは、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータの少なくとも１つのビームに結合される。アクチュエータ内のビームのうちの一方が、もう一方の方へ引かれると、引かれたビームは、シャッタも移動させる。それにより、シャッタは、第１の位置から第２の位置に移動させられる。位置のうちの１つにおいて、シャッタは、例えば、以下に限定されるものではないが、ブロック、反射、吸収、フィルタリング、偏光、回折、あるいはその他の、光の特性または経路の変更を行うことによって、光路内の光と相互作用する。シャッタは、その干渉特性を向上するために、反射または光吸収膜を使用してコーティングされてもよい。第２の位置では、シャッタは、比較的遮られないことによる光の通過を許可する。
【００３４】
図２Ａおよび図２Ｂは、ディスプレイ装置１００などの、ディスプレイ装置内で使用するための、カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体の２つの実施形態の図である。より詳細には、図２Ａは、カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００ａ（「シャッタ組立体２００ａ」）を示す。シャッタ組立体２００ａは、シャッタ２０２ａを、光の光路に出入りするように、制御可能に移動させることによって、光を変調して画像を形成する。一実施形態では、光路は、シャッタ２０２ａが取り付けられている表面２０４ａの背後から始まる。表面２０４ａは、点線の境界線として示されている。点線は、表面２０４ａが、境界線によって区切られた空間を超えて拡大することを示す。同様の点線境界線は、他の図内で、同じことを示すために使用される。光は、見る人の方へ向けて、または表示画面の方へ向けて、表面２０４ａ内のアパーチャ２０６ａを通過する。別の実施形態では、光路は、表面２０４ａの前で始まり、アパーチャ２０６ａの表面から、見る人の方へ反射される。
【００３５】
シャッタ組立体２００ａのシャッタ２０２ａは、硬い、実質的に平面の物体から形成される。シャッタ２０２ａは、閉じられた位置において、表面２０４ａ内のアパーチャ２０６ａを通した光路をシャッタ２０２ａが十分に遮るような、規則的な、または不規則な、ほとんどあらゆる形状を取ってもよい。さらに、シャッタ２０２ａは、（図示するような）開位置において、ディスプレイ装置内のピクセルを明るくするための十分な光、またはピクセルを明るくするのに寄与する十分な光が、表面２０４ａ内のアパーチャ２０６ａを通過することが可能なように、アパーチャの幅と調和する幅を有さなければならない。
【００３６】
シャッタ２０２ａは、ロードビーム２０８ａの一方の端部に結合される。ロードアンカー２１０ａは、ロードビーム２０８ａの反対側の端部で、ロードビーム２０８ａを、表面２０４ａに物理的に接続し、そして、ロードビーム２０８ａを、表面２０４ａ内のドライバ回路に電気的に接続する。ロードビーム２０８ａと、ロードアンカー２１０ａとは、合わせて、シャッタ２０２ａを、表面２０４ａ上で支持するための、機械的支持として働く。
【００３７】
シャッタ組立体２００ａは、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａのペアを含み、一方は、ロードビーム２１０ａのいずれかの側に沿って配置される。駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａと、ロードビーム２１０ａとは、合わせて、アクチュエータを形成する。一方の駆動ビーム２１２ａは、シャッタ開電極として働き、もう一方の駆動ビーム２１４ａは、シャッタ閉電極として働く。駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａの、シャッタ２０２ａに最も近い端部に配置された、駆動アンカー２１６ａおよび２１８ａは、各駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａを、表面２０４ａに、物理的および電気的に接続する。本実施形態では、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａのもう一方の端部と、全長のほとんどとは、固定されないまま、または自由のままにされる。駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａの固定端からロードビーム２０８ａのシャッタ端部までよりも、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａの自由端からロードビーム２０８ａの固定端までの方が近い。
【００３８】
ロードビーム２０８ａと、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａとは、コンプライアントである。すなわちそれらは、それらの応力を受けない（「静止」）位置または形状から、少なくともいくらかの有用な程度まで、疲労または破損なしに曲げられることが可能なように、十分な柔軟性と弾力性とを有する。ロードビーム２０８ａと、駆動ビーム２１２ａおよび２１４ａとは、一方の端部においてのみ固定されるため、ビーム２０８ａ、２１２ａ、および２１４ａの全長の大部分は、印加される力に応じて、自由に動くこと、曲がること、屈曲すること、または変形することができる。カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００ａの動作は、図３に関連して以下でさらに説明する。
【００３９】
図２Ｂは、カンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００ｂ（シャッタ組立体２００ｂ）の、第２の例示的実施形態である。シャッタ組立体２００ａと同様に、シャッタ組立体２００ｂは、ロードビーム２０８ｂに結合されたシャッタ２０２ｂと、２つの駆動ビーム２１２ｂおよび２１４ｂとを含む。シャッタ２０２ｂは、その完全に開かれた位置と、その完全に閉じられた位置との間に配置される。ロードビーム２０８ｂと、駆動ビーム２１２ｂおよび２１４ｂとは、合わせて、アクチュエータを形成する。ビームの各端部に結合された、駆動アンカー２１０ｂ、２１６ｂ、および２１８ｂは、ビームを表面２０４ｂに接続する。シャッタ組立体２００ａとは対照的に、シャッタ組立体２００ｂのシャッタは、スロットの形態の、複数のシャッタアパーチャ２２０を含む。表面２０４ｂは、１つのアパーチャのみを有するのではなく、各シャッタアパーチャ２２０に対応して、１つの表面アパーチャ２０６ｂを含む。開位置では、シャッタアパーチャ２２０は、表面２０４ｂ内のアパーチャ２０６ｂと実質的に位置合わせされて、光がシャッタ２０２ｂを通過するのを許可する。閉位置では、表面アパーチャ２０６ｂは、シャッタ２０２ｂの残りの部分によって遮られ、それにより、光の通過を阻止する。
【００４０】
複数のシャッタアパーチャを、同数の表面アパーチャとともに含むシャッタ組立体の状態変更に必要とされるシャッタの移動は、連続したシャッタと、１つの表面アパーチャとを組み込んだシャッタ組立体の状態変更に必要とされるよりも少なく、そして、提供されるアパーチャ面積は同じである。必要な動きの減少は、必要な作動電圧がより低いことに対応する。より詳細には、必要な動きが１／３だけ減少すると、アクチュエータの必要な作動電圧は、約１／３だけ減少する。作動電圧の減少は、さらに、消費電力の削減に対応する。両方のシャッタ組立体で、総アパーチャ面積はほぼ同じなので、各シャッタ組立体は、実質的に同じ輝度を提供する。
【００４１】
他の実装では、シャッタアパーチャおよび対応する表面アパーチャは、スロット以外の形状を有する。アパーチャは、円形、多角形、または不規則であってもよい。代替の実装では、シャッタは、シャッタ組立体内に存在する表面アパーチャよりも、多くのシャッタアパーチャを含んでもよい。そのような実装では、シャッタアパーチャのうちの１つ以上は、カラーフィルタなどの、フィルタとして働いてもよい。例えば、シャッタ組立体は、各表面アパーチャに対して３つのシャッタアパーチャを有してもよく、各シャッタアパーチャは、赤、青、または緑の色付きのフィルタを含んでもよい。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂは、ロードビームの端部における変位と、駆動ビームのより近くにロードビームを移動させるために必要とされる相対電圧との間の関係を示す図である。任意の所与の電圧において達成されることが可能な変位は、少なくとも部分的に、駆動ビームの湾曲または形状に依存し、あるいは、より詳細には、駆動ビームおよびロードビームに沿った、分離ｄおよび曲げ応力が、ロードビームに沿った位置ｘの関数としてどのように変化するかに依存する。図３Ａに示す分離関数ｄ（ｘ）は、ｄ＝ａｘｎの形式に一般化されてもよく、ここで、ｙは、ビーム間の距離である。例えば、ｎ＝１の場合、駆動電極とロード電極との間の距離は、ロード電極の全長に沿って直線的に増加する。ｎ＝２の場合、距離は放物線的に増加する。一般に、一定の電圧を仮定すると、コンプライアント電極間の距離が減少するにつれて、ビーム上の任意の点における静電力は、１／ｄに比例して増加する。ただし、同時に、分離距離を減少させる可能性があるロードビームの任意の変形も、結果として、ビーム内のより高い応力状態をもたらしてもよい。最小しきい値電圧未満では、電極のより近い接近によって解放される任意の電気的エネルギーが、ビームの変形エネルギー内に蓄積されるようになるエネルギーによって、正確に均衡させられる、変形の限界に到達する。
【００４３】
図３Ｂに示すように、ｎが２以下である分離関数を有するアクチュエータでは、最小作動電圧（Ｖ２）の印加により、結果として、駆動ビームへのロードビームの連鎖的吸引が、より高い電圧の印加を必要とすることなしにもたらされる。そのようなアクチュエータでは、ロードビームが駆動ビームに近付くことに起因する、ビーム上の静電力の増分増加は、ビームのさらなる変位のために必要とされる、ビーム上の応力の増分増加よりも大きい。
【００４４】
ｘが２よりも大きい分離関数を有するアクチュエータの場合、特定の電圧の印加によって、ロード電極の、別個の部分的変位がもたらされる。すなわち、ビーム間の分離の特定の減少に起因する、ビーム上の静電力の増分増加は、ある点において、分離を継続して減少させるためにロードビーム上に伝えられる必要がある増分変形力を超過しない。したがって、２よりも大きなｎを有する分離関数を有するアクチュエータでは、第１の電圧レベルの印加によって、ロード電極の、第１の対応する変位がもたらされる。より高い電圧によって、ロード電極の、より大きな対応する変位がもたらされる。細いビーム電極の形状および相対的コンプライアンスが作動電圧をどのように生じさせるかは、以下の引用文献でより詳細に述べられている。Ｒ．Ｌｅｇｔｅｎｂｅｒｇら著、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｖ．６、２５７頁（１９９７）およびＪ．Ｌｉら著、Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’０３，Ｔｈｅ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ、４８０頁（２００３年）。
【００４５】
図２Ａおよび図２Ｂを再び参照すると、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂを組み込んだディスプレイ装置は、制御可能な電源から、駆動ビーム２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、または２１４ｂのうちの１つに、その対応する駆動アンカー２１６ａ、２１６ｂ、２１８ａ、または２１８ｂを経由して電位を印加し（ロードビーム２０８ａまたは２０８ｂは接地に電気的に結合されており）、結果として、ビーム２０８ａ、２０８ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂにわたる電圧をもたらすことによって、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂを作動させる、すなわち、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂの位置を変化させる。アクティブマトリクスアレイドライバなどの制御可能な電源は、アクティブマトリクスアレイを経由して、ロードビーム２０８ａまたは２０８ｂに電気的に結合される（以下の図９および図１０を参照）。ディスプレイ装置は、その代わりに、シャッタ組立体２０２ａまたは２０２ｂのロードアンカー２１０ａまたは２１０ｂを経由して、ロードビーム２０８ａまたは２０８ｂに電位を印加して、電圧を増加させてもよい。駆動ビームとロードビームとの間の電位差は、符号または接地電池に関係なく、ビーム間の静電力を生成する。
【００４６】
図３を再び参照すると、図２Ａのシャッタ組立体２００ａは、２次の分離関数を有する（すなわち、ｎ＝２）。したがって、シャッタ組立体２０２ａのビーム２０８ａと、２１２ａまたは２１４ａとの間の電圧または電位差が、それらの最小分離の点において、最小作動電圧（Ｖ２）を超過する場合、ビーム２０８ａと、２１２ａまたは２１４ａとの変形は、ビーム２０８ａと、２１２ａまたは２１４ａとの全長に連鎖的に伝わり、ロードビーム２０８ａのシャッタ端部を、駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａの固定端の方へ引く。ロードビーム２０８ａの動きは、ディスプレイ装置が駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａのどちらに電位を印加したかによって、シャッタ２０２ａがその位置を、開から閉に、またはその逆に変えるように、シャッタ２０２ａを移動させる。位置の変化を逆にするには、ディスプレイ装置は、付勢された駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａへの電位の印加を中止する。ディスプレイ装置が電位の印加を停止すると、変形させられたロードビーム２０８ａ上に応力の形態で蓄積されたエネルギーが、ロードビーム２０８ａを、その元の、または静止位置に復元する。復元の速さを増加させるために、かつ、ロードビーム２０８ａの静止位置のまわりでのいかなる振動も減少させるために、ディスプレイ装置は、対向する駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａに電位を印加することによって、シャッタ２０２ａをその以前の位置に戻してもよい。
【００４７】
このシャッタ組立体２００ａおよび２００ｂ、ならびにシャッタ組立体５００（以下の図５を参照）、６００（以下の図６を参照）、７００（以下の図７を参照）、および８００（以下の図８を参照）は、電気的に双安定であるという特性を有する。一般に、これは、以下に限定されるものではないが、開状態と閉状態との間の移動を開始させる電位Ｖ２が、シャッタ組立体を安定状態に維持するために必要とされる電位（Ｖ１）よりも概して大きい装置を包含すると理解される。ロードビーム２０８ａと、駆動ビームのうちの１つとがいったん接触すると、ロードビームを移動または分離させるためには、対向する駆動ビームから、実質的により大きな電気力が印加されるべきであり、そのような電気力は、ロードビーム２０８ａが、中立の、または非接触の位置において開始される場合に必要とされるよりも大きい。本明細書に記載する双安定装置は、２００ａなどのシャッタ組立体のアレイの動作のために、パッシブマトリクス駆動方式を使用してもよい。パッシブマトリクス駆動シーケンスでは、すべてのシャッタ組立体（状態変更のためにアクティブに駆動されているものを除く）にわたって、安定化電圧Ｖ１を維持することによって、画像を保持することが可能である。電力は何も、または実質的に何も必要とされないため、シャッタ組立体をその開または閉状態に維持するためには、ロードビーム２０８ａと、駆動ビーム２１２ａまたは２１４ａとの間での電位Ｖ１の維持で十分である。切り換えイベントを生じさせるためには、ロードビーム２０８ａと、以前に影響を及ぼされた駆動ビーム（例えば、２１２ａ）との間の電圧が、Ｖ１から０に戻ることが許可され、さらに、ロードビーム２０８ａと、対向するビーム（例えば、２１２ｂ）との間の電圧が、切り換え電圧Ｖ２まで引き上げられる。
【００４８】
図２Ｂでは、アクチュエータは、３次の分離関数を有する（すなわち、ｎ＝３）。したがって、駆動ビーム２１２ｂまたは２１４ｂのうちの１つに特定の電位を印加すると、シャッタ２０２ｂの増分変位がもたらされる。ディスプレイ装置は、シャッタ２０２ｂを増分的に移動させる能力を利用して、グレースケール画像を生成する。例えば、駆動ビーム２１２または２１４ｂへの、第１の電位の印加は、シャッタ２０２ｂを、表面アパーチャ２０６ｂを光が通過するのを部分的に妨げ、しかし、いくらかの光がシャッタ２０２ｂを通過することはやはり許可する、その図示されている位置に移動させる。その他の電位の印加は、完全に開かれた位置と、完全に閉じられた位置と、完全に開かれた位置および完全に閉じられた位置の間のその他の中間位置とを含む、その他のシャッタ２０２ｂ位置をもたらす。そのような方法においては、アナロググレースケール画像を実現するために、電気的アナログ駆動回路が使用されてもよい。
【００４９】
図３Ｃ〜図３Ｆは、図２Ａのシャッタ組立体２００ａの、駆動ビーム２０８ａ、シャッタ閉電極２１４ａ、およびシャッタ２０２ａの動きの段階を示す。コンプライアントビーム２０８ａと２１４ａとの間の初期の分離は、２次の分離関数に適合する。図３Ｃは、電圧が印加されていない中立位置におけるロードビーム２０８ａを示す。アパーチャ２０６ａは、シャッタ２１２ａによって半分覆われている。
【００５０】
図３Ｄは、作動の初期ステップを示す。小さな電圧が、ロードビーム２０８ａと、シャッタ閉電極２１４ａとの間に印加される。シャッタ閉電極２１４ａの自由端が、ロードビーム２０８ａと接触するために移動している。
【００５１】
図３Ｅは、シャッタ２１２が、シャッタ閉電極２１４ａの方へ移動を開始した後の、作動の点におけるシャッタ組立体２００ａを示す。
【００５２】
図３Ｆは、シャッタ組立体２００ａの作動の最終状態を示す。電圧は、作動のためのしきい値を超過している。シャッタ組立体２００ａは、閉位置にある。ロードビーム２０８ａと、シャッタ閉電極２１４ａとの間は、その全長のすべてにわたって接触している。
【００５３】
図４Ａは、シャッタ組立体１０２の代わりに、またはシャッタ組立体１０２に加えて、ディスプレイ装置１００などのディスプレイ装置内に含めるための、デュアルコンプライアント電極反射鏡ベースの光変調器４００の第１の断面図である。反射鏡ベースの光変調器４００は、機械的にコンプライアントな反射プラットフォーム４０２を含む。反射プラットフォーム４０２の少なくとも一部は、それ自体が反射性であるか、または反射性材料がコーティングされているか、または反射性材料に接続されている。
【００５４】
反射プラットフォーム４０２は、導電性であってもよく、または導電性でなくてもよい。反射プラットフォーム４０２が導電性である実装では、反射プラットフォームは、反射鏡ベースの光変調器４００のためのロード電極として働く。反射プラットフォーム４０２は、コンプライアント支持部材４０６を介して、基板４０４の上で物理的に支持され、そして、基板４０４に電気的に接続される。反射プラットフォーム４０２が、非導電性材料から形成されている場合、反射プラットフォーム４０２は、コンプライアントな導電性ロードビームまたはその他の形態のコンプライアントなロード電極に結合される。コンプライアント支持部材４０６は、組み合わせられた反射プラットフォーム４０２と電極とを、基板４０４上で物理的に支持する。支持部材４０６は、さらに、電極から基板４０４への電気的接続も提供する。
【００５５】
反射鏡ベースの光変調器４００は、駆動電極４０８として働く、第２のコンプライアント電極４０８を含む。駆動電極４０８は、基板４０４と、反射プラットフォーム４０２との間で、実質的に剛性の第２の支持部材４１０によって支持される。第２の支持部材４１０は、さらに、第２のコンプライアント電極４０８を、反射鏡ベースの光変調器４００を駆動するための電源に、電気的に接続する。
【００５６】
図４Ａに示す反射鏡ベースの光変調器４００は、電極４０２または４０８のいずれも電位を保持しない、静止位置にある。図４Ｂは、アクティブにされた状態における、反射鏡ベースの光変調器４００を示す。駆動電極４０８とロード電極４０２（反射プラットフォーム４０２または取り付けられたロードビームのいずれであっても）との間に電位差が生成された場合、ロード電極４０２は、駆動電極４０８の方へ引かれ、それにより、コンプライアント支持ビーム４０６を曲げて、反射プラットフォーム４０２の反射部分を、基板４０４に対して少なく部分的に横方向であるように傾ける。
【００５７】
画像を形成するために、光４１２は、反射鏡ベースの光変調器４００のアレイにおいて、特定の角度に向けられる。反射鏡ベースの光変調器４００は、それらの静止状態において、光４１２を、見る人または表示画面から離れるように反射し、アクティブ状態において、光４１２を、見る人または表示画面の方へ反射するか、あるいはその逆を行う。
【００５８】
図５は、別のカンチレバーデュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体５００（「シャッタ組立体５００」）の図である。シャッタ組立体２００ａおよび２００ｂと同様に、シャッタ組立体５００は、コンプライアントロードビーム５０４に結合されたシャッタ５０２を含む。コンプライアントロードビーム５０４は、その反対側の端部において、ロードアンカー５０８を介して、表面５０６に物理的に固定され、接地に電気的に結合される。シャッタ組立体５００は、ロードビーム５０４に実質的に沿って配置された、１つのみのコンプライアント駆動ビーム５１０を含む。駆動ビーム５１０は、制御可能な電源からの電位を使用して付勢されることに応えて、シャッタ５０２を、（ロードビーム５０４が実質的に応力を受けない）第１の位置から、表面に実質的に平行な面内で、ロードビーム５０４が応力を受ける第２の位置まで引き寄せる。電位が除去されると、ロードビーム５０４内の蓄積された応力は、ロードビーム５０４を、その元の位置に復元する。
【００５９】
さらに、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂと比較して、ロードビーム５０４は、その全長に沿って変化する幅を有する。ロードビーム５０４は、そのアンカー５０８の近くの方が、シャッタ５０２の近くよりも幅が広い。シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂと比較して、そしてその調整された幅により、ロードビーム５０４は、通常、全体的により大きな剛性を有する。より堅いビームを組み込んだシャッタ組立体は、通常、より高い電圧を作動のために必要とするが、その代わりに、より高い切り換えレートを可能にする。例えば、シャッタ組立体２０２ａおよび２０２ｂは、最大約１０ｋＨｚで切り換えられてもよいが、これに対して、より堅いシャッタ組立体５００は、最大約１００ｋＨｚで切り換えられてもよい。
【００６０】
図６は、本発明の例示的実施形態による、２つのデュアルコンプライアント電極ビームアクチュエータ６０２（「アクチュエータ６０２」）を組み込んだシャッタ組立体６００の図である。シャッタ組立体６００は、シャッタ６０４を含む。シャッタ６０４は、連続していてもよく、または図２Ｂに関連して説明したような、１つ以上のシャッタアパーチャを含んでもよい。シャッタ６０４は、一方の側が、ビームアクチュエータ６０２に結合される。アクチュエータ６０２は、合わせて、シャッタを、実質的に表面に平行な移動平面内で、表面の上を横方向に移動させる。
【００６１】
各アクチュエータ６０２は、シャッタ６０４をロードアンカー６０８に接続する、コンプライアントロード部材６０６を含む。コンプライアントロード部材６０６は、それぞれが、ロードビーム６１０と、Ｌブラケット６１２とを含む。ロードアンカー６０８はコンプライアントロード部材６０６とともに、シャッタ６０４を表面のすぐ近くに浮遊したままに保つ、機械的支持として働く。ロードアンカー６０８は、コンプライアントロード部材６０６とシャッタ６０４とを表面に物理的に接続し、ロード部材６０６のロードビーム６１０を、接地に電気的に接続する。シャッタ組立体６００のいずれかの側上の位置における、シャッタ６０４の一方の側上の２つの位置からの、ロードアンカー６０８への、シャッタ６０４の結合は、移動中のシャッタ６０４の、その中心軸６１４の周囲での、ねじる動きを減らすのに役立つ。
【００６２】
Ｌブラケット６１２は、ロードビーム６１０の面内剛性を減少させる。すなわち、Ｌブラケット６１２は、ロードビーム内の軸方向応力を緩和することによって、アクチュエータ６０２の、表面に平行な面内での移動（「面内移動」６１５と呼ばれる）への抵抗を減少させる。
【００６３】
各アクチュエータ６０２は、さらに、各ロードビーム６１０に隣接して配置されたコンプライアント駆動ビーム６１６を含む。駆動ビーム６１６は、一方の端部において、駆動ビーム６１６間で共有される駆動ビームアンカー６１８に結合される。各駆動ビーム６１６のもう一方の端部は、自由に動くことができる。各駆動ビーム６１６は、駆動ビーム６１６の自由端およびロードビーム６１０の固定端の近くで、駆動ビーム６１６がロードビーム６１０に最も近くなるように、湾曲している。
【００６４】
動作時、シャッタ組立体６００を組み込んだディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー６１８を介して、駆動ビーム６１６に、電位を印加する。駆動ビーム６１６とロードビーム６１０との間の電位差の結果として、駆動ビーム６１６の自由端は、ロードビーム６１０の固定端の方へ引かれ、そして、ロードビーム６１０のシャッタ端部は、駆動ビーム６１６の固定端の方へ引かれる。静電力は、シャッタ６０４を、駆動アンカー６１８の方へ引き寄せる。コンプライアント部材６０６はスプリングとして働き、それにより、駆動ビーム６１６から電位が除去された場合に、ロードビームのコンプライアント部材６０６は、ロードビーム６１０内に蓄積された応力を解放しながら、シャッタ６０４をその初期位置に押し戻す。Ｌブラケット６１２も、スプリングとして働き、さらなる復元力をシャッタ６０４に印加する。
【００６５】
シャッタ組立体２００〜８００、およびシャッタ組立体１３００〜１８００の製造においては、（ロードビーム６１０などの）ロードビームおよび（駆動ビーム６１６などの）駆動ビームの断面について、矩形形状を提供することが好ましい。（表面に平行な方向における）ビーム幅よりも、寸法が１．４倍以上大きな、（表面に垂直な方向における）ビーム厚さを提供することによって、面内の動き６１５に対する面外の動き６１７に関して、ロードビーム６１０の剛性が増加する。そのような寸法差、および、結果として、剛性の差は、アクチュエータ６０２によって開始されるシャッタ６０４の動きが、エネルギーの無駄な適用となる面外の動き６１７とは対照的な、表面に沿った、表面アパーチャを横切る動きに制限されることを確実にするために役立つ。特定の適用例について、（６１０などの）ロードビームの断面は、湾曲した、または楕円形の形状とは対照的な、矩形であることが好ましい。最も強い作動力は、対向するビーム電極が平坦な面を有し、それにより、作動させられると、それらが可能な最小の分離距離を接近して、相互に接触することが可能な場合に達成される。
【００６６】
図７は、本発明の例示的実施形態による、２つのデュアルコンプライアント電極ビームアクチュエータ７０２を組み込んだ、第２のシャッタ組立体７００の図である。シャッタ組立体７００は、リターンスプリング７０４を含むこと以外は、シャッタ組立体６００と同じ一般的形態を取る。シャッタ組立体６００と同様に、シャッタ組立体７００内では、シャッタ７０６を表面（その表面の上でシャッタは物理的に支持される）に平行な面内で平行移動させるために、シャッタ７０６の第１の側に、２つのアクチュエータ７０２が結合される。リターンスプリング７０４は、シャッタ７０６の反対の側に結合される。リターンスプリング７０４は、さらに、スプリングアンカー７０８において表面に結合され、追加の機械的支持として働く。シャッタ７０６の反対の側において、表面の上でシャッタ７０６を物理的に支持することにより、アクチュエータ７０２と、リターンスプリング７０４とは、動作中の、意図される移動平面から離れた、シャッタ７０６の動きを減少させる。さらに、リターンスプリング７０４は、リターンスプリング７０４の面内剛性を減少させる、いくつかの湾曲部を組み込んでおり、それにより、面外の動きよりも多い、面内の動きをさらに促進する。作動電位が除去された場合に、シャッタ７０６がその初期位置により迅速に戻るように、リターンスプリング７０４は、追加の復元力をシャッタ７０６に提供する。リターンスプリング７０４の追加は、アクチュエータ７０２の作動を開始させるために必要とされる電位を、わずかに増加させるのみである。
【００６７】
図８は、本発明の例示的実施形態による、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４のペアと、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８のペアとを含む、シャッタ組立体の図である。４つのアクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８のそれぞれは、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータの形態を取る。各アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８は、一方の側におけるシャッタ８１２を、もう一方の側におけるロードアンカー８１４に結合する、コンプライアントロード部材８１０を含む。各コンプライアントロード部材８１０は、ロードビーム８１６と、Ｌブラケット８１８とを含む。各アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８は、さらに、一方の端部が駆動アンカー８２２に結合された、駆動ビーム８２０を含む。アクチュエータ８０２／８０４および８０６／８０８の各ペアは、共通の駆動アンカー８２２を共有する。各駆動ビーム８２０の非固定端は、対応するコンプライアントロード部材８１０の固定端に隣接して配置される。各駆動ビーム８２０の固定端は、対応するロードビーム８１６のＬブラケット端部に隣接して配置される。非アクティブ状態では、ロードビーム８１６とその対応する駆動ビーム８２０との間の距離は、ロードビーム８１６の固定端からＬブラケット８１８まで、徐々に増加する。
【００６８】
動作時、シャッタ８１２を開くには、シャッタ組立体８００を組み込んだディスプレイ装置は、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４の駆動アンカー８２２に電位を印加して、シャッタ８１２を開位置の方へ引き寄せる。シャッタ８１２を閉じるには、ディスプレイ装置は、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８の駆動アンカー８２２に電位を印加して、シャッタ８１２を閉位置の方へ引き寄せる。アクチュエータ８０２／８０４または８０６／８０８のいずれのペアもアクティブにされていない場合、シャッタ８１２は、完全に開かれた位置と完全に閉じられた位置との間のどこかの、中間位置に留まる。
【００６９】
シャッタ開アクチュエータ８０２／８０４およびシャッタ閉アクチュエータ８０６／８０８は、シャッタの反対の側において、シャッタ８１２に結合される。シャッタ開および閉アクチュエータは、それらの独自のロード部材８１０を有し、それにより、各アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８の作動電圧を減少させる。図３に関連して説明した電気的双安定性の理由により、コンプライアントロード部材８１０が接触している可能性がある駆動ビーム８２０から、コンプライアントロード部材８１０を分離するために、より多くのレバレッジ（力）を使用する作動方法または構造を見いだすことが有利である。開および閉アクチュエータ８０２／８０４および８０６／８０８を、シャッタ８１２の反対の側上に配置することによって、作動させられるべきアクチュエータの作動力は、分離されるべきアクチュエータに、シャッタを通して移される。したがって、作動力は、そのレバレッジ（力）がより大きくなる、シャッタに近い点（例えば、ロードビーム８１６のＬブラケット端部の近く）において、分離の仕事に適用される。
【００７０】
図８などのシャッタ組立体では、（スロットの方向に沿った）一般的なシャッタ幅は、２０〜８００ミクロンの範囲内となる。「スロー距離（ｔｈｒｏｗ ｄｉｓｔａｎｃｅ）」、または、開および閉位置の間でシャッタが移動する距離は、４〜１００ミクロンの範囲内となる。駆動ビームおよびロードビームの幅は、０．２〜４０ミクロンの範囲内となる。駆動ビームおよびロードビームの長さは、１０〜６００ミクロンの範囲内となる。そのようなシャッタ組立体は、解像度が１インチ当たり３０〜１０００ドットの範囲内であるディスプレイに使用されてもよい。
【００７１】
上述の、シャッタ組立体２００ａ、２００ｂ、５００、６００、７００、および８００のそれぞれと、反射鏡ベースの光変調器４００とは、本明細書で「弾性光変調器」と呼ばれる光変調器のクラスに入る。弾性光変調器は、１つの機械的に安定な静止状態を有する。静止状態では、光変調器は、オン（開かれている、または反射している）、オフ（閉じられている、または反射していない）、あるいは中間のどこか（部分的に開かれている、または部分的に反射している）であってもよい。アクチュエータ内のビーム間への電圧の生成が、光変調器がその静止状態を出て、機械的に不安定な状態になることを強制する場合、光変調器がその不安定な状態に留まるためには、あるレベルの電圧がビーム間で維持されなければならない。
【００７２】
図９は、ディスプレイ装置内の弾性光変調器９０２を制御するための、アクティブマトリクスアレイ９００の図である。特に、アクティブマトリクスアレイ９００は、受動的な復元力のみを含む、反射鏡ベースの光変調器４００、またはシャッタベースの光変調器５００、６００、および７００などの、弾性光変調器９０２を制御するのに適している。すなわち、これらの光変調器９０２は、機械的に不安定な状態に入るために、アクチュエータの電気的アクティブ化を必要とするが、次に、静止状態に戻るためには、スプリングなどの、機械的機構を利用する。
【００７３】
アクティブマトリクスアレイは、弾性光変調器９０２が上に形成される基板の表面上に、拡散された、または薄膜蒸着された電気回路として製造される。アクティブマトリクスアレイ９００は、基板上にグリッド状パターンを形成し、基板を複数のグリッドセグメント９０８に分割する、一連の行電極９０４および列電極９０６を含む。アクティブマトリクスアレイ９００は、一組のドライバ９１０と、グリッドセグメント９０８内に含まれる１つ以上の弾性光変調器９０２を制御するために、グリッドセグメント９０８に選択的に電位を印加する、ダイオードまたはトランジスタのいずれかからなる、非線形な電気的構成要素のアレイとを含む。薄膜トランジスタアレイの技術は、Ｗｉｌｌｅｍ ｄｅｎ Ｂｏｅｒ著、Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ： Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、２００５年）で説明されている。
【００７４】
各グリッドセグメント９０８は、ピクセルの照射に寄与し、そして、１つ以上の弾性光変調器９０２を含む。１つの弾性光変調器９０２のみを含むグリッドセグメントでは、グリッドセグメント９０８は、弾性光変調器９０２に加えて、少なくとも１つのダイオードまたはトランジスタ９１２と、任意選択で、キャパシタ９１４とを含む。図９に示すキャパシタ９１４は、回路の設計要素として明示的に追加されてもよく、あるいは、キャパシタ９１４は、弾性光変調器の等価平行板または寄生静電容量を表すものと理解されてもよい。トランジスタ９１２のエミッタ９１６は、弾性光変調器９０２の駆動電極またはロード電極のいずれかに、電気的に結合される。アクチュエータのもう一方の電極は、接地または共通電位に結合される。トランジスタ９１２のベース９１８は、グリッドセグメントの行を制御する行電極９０４に電気的に結合される。トランジスタのベース９１８が行電極９０４を介して電位を受け取ると、対応する列電極９０６からの電流がトランジスタ９１２を通り抜けて、キャパシタ９１４内に電位を生成し、さらに、弾性光変調器９０２の駆動電極に電位を適用して、アクチュエータを作動させてもよい。
【００７５】
アクティブマトリクスアレイ９００は、一実装では、ドライバ９１０のうちの１つから、選択された行電極９０４に電位を印加して、グリッドセグメント９０８の対応する行を、一度に１つずつ作動させることによって画像を生成する。特定の行がアクティブにされている間、ディスプレイ装置は、アクティブな行内の、静止状態から切り換えられる必要がある光変調器を含むグリッドセグメントに対応する列電極に、電位を印加する。
【００７６】
その後、行が非アクティブにされると、蓄積された電荷は（アクチュエータの等価キャパシタンスによって決定されるとおりに）アクチュエータ９０２の電極上に留まり、さらに、任意選択で、回路の設計に盛り込まれてもよい平行板キャパシタ９１４上にも留まって、弾性シャッタ機構９０２を、それらの機械的に不安定な状態に維持する。弾性シャッタ機構９０２は、キャパシタ９１４内に蓄積された電圧が消散するまで、あるいは、後続の行選択またはアクティブ化ステップの間に、電圧が接地電位に意図的にリセットされるまで、機械的に不安定な状態に留まる。
【００７７】
図１０は、ディスプレイ装置内の弾性光変調器１００２を制御するための、アクティブマトリクスアレイ１０００の別の実装の図である。特に、アクティブマトリクスアレイ１０００は、光変調器を静止状態から機械的に不安定な状態に強制するための１つの組のアクチュエータと、光変調器をリセット状態に、そしてことによると第２の機械的に不安定な状態に駆動して戻すための、第２の組のアクチュエータとを含む、シャッタベースの光変調器２００ａ、２００ｂ、および８００などの、弾性光変調器を制御するのに適している。アクティブマトリクスアレイ１０００は、さらに、図１２〜図２０に関連してさらに説明する、非弾性光変調器を駆動するために使用されてもよい。
【００７８】
アクティブマトリクスアレイ１０００は、アクティブマトリクスアレイ１０００内の各行についての１つの行電極１００４と、アクティブマトリクスアレイ１０００内の各列についての２つの列電極１００６ａおよび１００６ｂとを含む。例えば、シャッタベースの光変調器を含むディスプレイ装置で、各列についての一方の列電極１００６ａは、列内の光変調器１００２のシャッタ開アクチュエータに対応する。もう一方の列電極１００６ｂは、列内の光変調器１００２のシャッタ閉アクチュエータに対応する。アクティブマトリクスアレイ１０００は、アクティブマトリクスアレイ１０００が上に蒸着される基板を、グリッドセクション１００８に分割する。各グリッドセクション１００８は、１つ以上の光変調器１００２と、少なくとも２つのダイオードまたはトランジスタ１０１０ａおよび１０１０ｂと、任意選択の２つのキャパシタ１０１２ａおよび１０１２ｂとを含む。各トランジスタ１０１０ａおよび１０１０ｂのベース１０１４ａおよび１０１４ｂは、列電極１００６ａおよび１００６ｂに電気的に結合される。トランジスタ１０１０ａおよび１０１０ｂのエミッタ１０１６ａおよび１０１６ｂは、対応するキャパシタ１０１２ａまたは１０１２ｂと、グリッドセクション１００８内の光変調器１００２の駆動電極とに結合される。
【００７９】
動作時、ドライバは、選択された行電極１００４に電位を印加して、行をアクティブにする。アクティブマトリクスアレイ１０００は、グリッドセクション１００８内の光変調器１００２の状態が変更される必要がある各列の、２つの列電極１００６ａまたは１００６ｂのうちの１つに、選択的に電位を印加する。あるいは、アクティブマトリクスアレイ１０００は、さらに、以前にアクティブ状態にあり、アクティブ状態に留まるべきであるグリッドセクション１００８について、列電極１００６ａまたは１００６ｂに電位を印加してもよい。
【００８０】
両方のアクティブマトリクスアレイ９００および１０００について、列電極に電力を供給するドライバは、一部の実装では、個々の列電極１００６ａおよび１００６ｂに印加するために、複数の可能な電位から選択する。それらの列内の光変調器１００２は、次に、グレースケール画像を作るために、異なる量だけ開かれるか、または閉じられてもよい。
【００８１】
図１１は、図８のシャッタ組立体８００の、Ａ−Ａ’とラベル付けされた線に沿った断面図である。図８、図１０、および図１１を参照すると、シャッタ組立体８００は、シャッタ組立体８００を組み込んだディスプレイ装置１００などの、ディスプレイ装置の、他のシャッタ組立体と共有される、基板１１０２上に構築される。シャッタ組立体を作動させるための電圧信号は、シャッタ組立体の下位層内の導体に沿って伝えられる。電圧信号は、アクティブマトリクスアレイ１０００などの、アクティブマトリクスアレイによって制御される。基板１１０２は、最大約２０００行および最大約２０００列内に配置された、４，０００，０００ものシャッタ組立体を支持してもよい。
【００８２】
シャッタ８１２と、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４と、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８と、ロードアンカー８１４と、駆動アンカー８２２とに加えて、シャッタ組立体８００は、行電極１１０４と、シャッタ開電極１１０６と、シャッタ閉電極１１０８と、３つの表面アパーチャ１１１０とを含む。図示されているシャッタ組立体は、行導体層、列導体層、およびシャッタ層と呼ばれてもよい、少なくとも３つの機能層を有する。シャッタ組立体は、好ましくは、ガラスまたはプラスチックなどの、透明基板上に作成される。あるいは、表面アパーチャ１１１０のそれぞれの位置において、光の透過のための貫通孔が提供される限り、基板は、シリコンなどの不透明材料から作られてもよい。基板の上の第１の金属層は、行導体電極１１０４および反射面セクション１１０５にパターニングされる、行導体層である。反射面セクション１１０５は、表面アパーチャ１１１０の位置以外において、基板１１０２を通過する光を反射して、基板１１０２を通して戻す。一部の実装では、表面アパーチャは、赤、緑、または青のカラーフィルタリング材料を含むか、あるいは、それらのカラーフィルタリング材料によって覆われてもよい。
【００８３】
シャッタ開電極１１０６およびシャッタ閉電極１１０８は、基板１１０２上の、行導体層１１０４の上に蒸着される、列導体層１１１２内に形成される。列導体層１１１２は、行導体層１１０４から、誘電体材料または金属の、１つ以上の間にはさまれた層によって隔てられる。シャッタ組立体８００のシャッタ開電極１１０４およびシャッタ閉電極１１０６は、ディスプレイ装置の同じ列内の、他のシャッタ組立体と共有される。列導体層１１１２は、さらに、接地電極１１０４内のギャップを通過する、表面アパーチャ１１１０を通過する以外の光を反射する働きをする。行導体層１１０４および列導体層１１１２の厚さは、約０．１〜約２ミクロンである。代替の実装では、列導体層１１１２は、行導体層１１０４の下に配置されてもよい。別の代替の実装では、列導体層と行導体層の両方が、シャッタ層の上に配置されてもよい。
【００８４】
シャッタ８１２と、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４と、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８と、ロードアンカー８１４と、駆動アンカー８２２とは、シャッタ層１１１４と呼ばれる、シャッタ組立体８００の第３の機能層から形成される。アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８は、以下に限定されるものではないが、Ａｕ、Ｃｒ、またはＮｉなどの、蒸着された金属から、または、以下に限定されるものではないが、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコンなどの、蒸着された半導体から、または、埋め込み酸化物の上に形成される場合は、単結晶シリコン（シリコンオンインシュレータとしても知られている）から形成される。アクチュエータ８０２、８０４、８０６、および８０８のビームは、幅約０．２〜約２０ミクロンの寸法にパターニングされる。シャッタの厚さは、通常、０．５ミクロン〜１０ミクロンの範囲内である。シャッタの面内移動を促進するには（すなわち、面外剛性とは対照的に、横方向ビーム剛性を減少させるには）、ビーム寸法比を、おおよそ、少なくとも１．４：１（ビームの幅よりも厚さの方が大きい）に維持することが好ましい。
【００８５】
金属または半導体ビアが、行電極１１０４と、列導体層１１１２のシャッタ開電極１１０６およびシャッタ閉電極１１０８とを、シャッタ層１１１４上の特徴に電気的に接続する。特に、ビア１１１６は、行電極１１０４を、シャッタ組立体８００のロードアンカー８１４に結合して、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４とシャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８とのコンプライアントロード部材８１０と、シャッタ８１２とを、行導体電位に維持する。追加のビアは、シャッタ開電極１１０６を、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４によって共有される駆動アンカー８２２を介して、シャッタ開アクチュエータ８０２および８０４の駆動ビーム８２０に電気的に結合する。さらに他のビアは、シャッタ閉電極１１０８を、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８によって共有される駆動アンカー８２２を介して、シャッタ閉アクチュエータ８０６および８０８の駆動ビーム８２０に電気的に結合する。
【００８６】
シャッタ層１１１４は、潤滑剤、真空、または空気によって列導体層１１１２から隔てられ、それにより、シャッタ８１２に動きの自由度が提供される。シャッタ層１１１４内の可動部品は、すべての可動部品間から犠牲材料を除去する、化学エッチまたはアッシングプロセスであってもよい解除ステップ内で、隣接する構成要素（それらのアンカー点８１４を除く）から機械的に分離される。
【００８７】
アクティブマトリクスアレイ内で使用されるダイオード、トランジスタ、および／またはキャパシタ（わかりやすくする目的で、図示せず）は、３つの機能層の既存の構造内にパターニングされてもよく、あるいは、それらは、シャッタ組立体と基板との間に、またはシャッタ層の上に配置される、別個の層内に組み込まれてもよい。反射面セクション１１０５は、行および列導体電極の延長としてパターニングされてもよく、あるいはそれらは、反射材料の、独立の、または電気的にフローティングのセクションとしてパターニングされてもよい。あるいは、反射面セクション１１０５は、それらの関連する表面アパーチャ１１１０とともに、シャッタ組立体と基板との間に配置される、蒸着された金属層または誘電体反射鏡のいずれかから形成される、第４の機能層内にパターニングされてもよい。接地線が、層１１０４内の行導体電極とは別個に追加されてもよい。これらの独立した接地線は、アクティブマトリクスアレイを使用する場合などの、行がトランジスタを通してアクティブにされる場合に必要とされてもよい。接地線は、行電極と並行してレイアウトされ（そして、駆動回路内で一緒にバス接続され）てもよく、あるいは、接地電極は、シャッタ組立体と基板との間の独立した層内に配置されてもよい。
【００８８】
弾性光変調器に加えて、ディスプレイ装置は、例えば、双安定シャッタ組立体などの、双安定光変調器を含んでもよい。上述のように、弾性シャッタ組立体内のシャッタは、１つの機械的に安定な位置（「静止位置」）を有し、その他のすべてのシャッタ位置は機械的に不安定である。他方、双安定シャッタ組立体のシャッタは、例えば、開および閉の、２つの機械的に安定な位置を有する。機械的に双安定なシャッタ組立体は、開位置または閉位置のいずれかにシャッタを維持するために、電圧は必要とされないという利点を有する。双安定シャッタ組立体は、各安定位置が実質的にエネルギー的に等しいシャッタ組立体と、一方の安定位置が、もう一方の機械的に安定な位置よりもエネルギー的に優先されるシャッタ組立体という、２つのクラスにさらに細分されてもよい。
【００８９】
図１２は、シャッタ位置に関連して、３つのタイプのシャッタ組立体内に蓄積されるポテンシャルエネルギーの図１２００である。実線１２０２は、弾性シャッタ組立体に対応する。破線１２０４は、等しいエネルギー安定状態を有する双安定シャッタ組立体に対応する。点線１２０６は、等しくないエネルギー安定状態を有する双安定シャッタ組立体に対応する。エネルギー図１２００に示すように、２つのタイプの双安定シャッタ組立体についてのエネルギー曲線１２０４および１２０６は、それぞれが、完全に開１２１０および完全に閉１２１２などの、安定なシャッタ位置に対応する、２つの局所的極小１２０８を含む。図示されているように、局所的極小のうちの１つに対応する位置からシャッタを移動させるには、エネルギーが組立体に追加されなければならない。ただし、等しくないエネルギーの機械的に安定なシャッタ位置を有する双安定シャッタ組立体の場合、シャッタを開くために必要とされる仕事１２１２は、シャッタを閉じるために必要とされる仕事１２１４よりも大きい。他方、弾性シャッタ組立体の場合、シャッタを開くためには仕事１２１８が必要であるが、制御電圧を除去した後、シャッタは自発的に閉じる。
【００９０】
図１３Ａは、双安定シャッタ組立体のシャッタ層１３００の上面図である。シャッタ層１３００は、２つのデュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０４および１３０６によって駆動されるシャッタ１３０２を含む。シャッタ１３０２は、３つのスロットを有するシャッタアパーチャ１３０８を含む。一方のデュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０４は、シャッタ開アクチュエータとして働く。もう一方のデュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０６は、シャッタ閉アクチュエータとして働く。
【００９１】
各デュアルコンプライアント電極アクチュエータ１３０４および１３０６は、シャッタ１３０２を、その直線軸１３１２の近くにおいて、シャッタ層１３００の隅に配置された２つのロードアンカー１３１４に接続する、コンプライアント部材１３１０を含む。コンプライアント部材１３１０は、それぞれが、導電性ロードビーム１３１６を含み、導電性ロードビーム１３１６は、その表面の一部または全体に配置された絶縁体を有してもよい。ロードビーム１３１６は、シャッタ組立体が上に構築される基板の上でシャッタ１３０２を物理的に支持する、機械的支持として働く。アクチュエータ１３０４および１３０６は、さらに、それぞれが、共有駆動アンカー１３２０から伸びる２つのコンプライアント駆動ビーム１３１８を含む。各駆動アンカー１３２０は、駆動ビーム１３１８を基板に、物理的および電気的に接続する。アクチュエータ１３０４および１３０６の駆動ビーム１３１８は、それらの対応する駆動アンカー１３２０から、ロードアンカー１３１４上の、ロードビーム１３１６がロードアンカー１３１４に結合する点の方へ、湾曲して離れる。駆動ビーム１３１８内のこれらの湾曲は、駆動ビームの剛性を減らすように働き、それにより、作動電圧を減少させるために役立つ。
【００９２】
各ロードビーム１３１６は、例えば、弓形に曲がった（または正弦波状の）形状で、一般に湾曲している。弓形の曲がりの程度は、ロードアンカー１３１４と、ロードビーム１３１６の全長との間の相対的距離によって決定される。ロードビーム１３１６の湾曲は、シャッタ組立体１３００の双安定性を提供する。ロードビーム１３１６はコンプライアントであるため、ロードビーム１３１６は、駆動アンカー１３２０の方へ、または駆動アンカー１３２０から離れて、弓形に曲がってもよい。弓形の曲がりの方向は、シャッタ１３０２がどの位置にあるかによって変化する。図示されているように、シャッタ１３０２は、閉位置にある。シャッタ開アクチュエータ１３０４のロードビーム１３１６は、シャッタ開アクチュエータ１３０４の駆動アンカー１３２０から離れて、弓形に曲がっている。シャッタ閉アクチュエータ１３０６のロードビーム１３１６は、シャッタ閉アクチュエータ１３０６の駆動アンカー１３２０の方へ、弓形に曲がっている。
【００９３】
動作時、例えば閉から開へ、状態を変えるために、ディスプレイ装置は、シャッタ開アクチュエータ１３０４の駆動ビーム１３１８に、電位を印加する。ディスプレイ装置は、さらに、シャッタ開アクチュエータのロードビーム１３１６に、電位を印加してもよい。駆動ビームとロードビームとの間の任意の電位差が、接地電位に対する符号に関係なく、ビーム間の静電力を生成する。シャッタ開アクチュエータ１３０４の駆動ビーム１３１８とロードビーム１３１６との間の、結果として生じる電圧によって、静電力がもたらされ、ビーム１３１６と１３１８が相互に引き寄せられる。電圧が十分に強い場合、図１３Ａのシャッタ閉アクチュエータに示すように、ロードビーム１３１６は、その湾曲が実質的に逆転させられるまで変形する。
【００９４】
図１３Ｂは、図１３Ａの場合を含む、双安定作動の一般的な場合についての、変位に対する力の発展を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂを参照すると、一般に、コンプライアントロードビームを変形させるために必要とされる力は、変位の量とともに増加する。しかし、図１３Ａに示すような、双安定機構の場合は、さらなる移動が力の減少をもたらす点に到達する（図１３Ｂの点Ｂ）。シャッタ開アクチュエータ１３０４のロードビーム１３１６と駆動ビーム１３１８との間に、十分な電圧が印加された場合、図１３Ｂの点Ｂに対応する変形に到達し、力のさらなる印加は、より大きな自発的な変形（「スナップスルー」）をもたらし、図１３Ｂの点Ｃにおいて変形は停止する。電圧を除去すると、機構は、安定点、または力が０の点に弛緩する。点Ｄは、開位置を表す、そのような弛緩または安定点である。シャッタ１３０２を反対の方向に移動させるには、最初に、シャッタ閉アクチュエータ１３０６のロードビーム１３１６と駆動ビーム１３１８との間に電圧を印加する必要がある。再び、さらなる強制によって大きな自発的変形がもたらされる点に到達する（点Ｅ）。閉じる方向での、さらなる強制によって、点Ｆにより表される変形がもたらされる。電圧を除去すると、機構は、その初期の安定した閉位置である、点Ａに弛緩する。
【００９５】
図１３Ａにおいて、コンプライアント部材の長さは、アンカーと、シャッタにおける取り付け点との間の直線距離よりも長い。アンカー点によって制約されて、ロードビームは、湾曲した形状を適合させることにより安定形状を見い出し、その形状のうちの２つは、ポテンシャルエネルギーが局所的極小の構成を成す。ロードビームのその他の構成は、追加のひずみエネルギーを有する変形を含む。
【００９６】
シリコンで製造されるロードビームの場合、典型的な、現時点での最新設計による（ａｓ−ｄｅｓｉｇｎｅｄ）幅は、約０．２μｍ〜約１０μｍである。典型的な、現時点での最新設計による長さは、約２０μｍ〜約１０００μｍである。典型的な、現時点での最新設計によるビーム厚さは、約０．２μｍ〜約１０μｍである。ロードビームのプリベント（ｐｒｅ−ｂｅｎｔ）の量は、一般に、現時点での最新設計による幅の３倍よりも大きい。
【００９７】
図１３Ａのロードビームは、２つの湾曲位置のうちの１つが、大域的最小に近いように、すなわち、一般には０に近いエネルギーがビーム内の変形または応力として蓄積される、最低エネルギー状態または弛緩状態を保有するように、設計されてもよい。そのような設計構成は、「プリベント（ｐｒｅ−ｂｅｎｔ）」と呼ばれてもよく、これは、特に、コンプライアント部材の形状が、シャッタ組立体の基板からの解除の後に、変形がほとんどまたはまったく必要とされないように、マスク内にパターニングされることを意味する。コンプライアント部材の、現時点での最新設計による湾曲形状は、その安定状態または弛緩状態に近い。そのような弛緩状態は、開位置または閉位置の、２つのシャッタ位置のうちの１つに当てはまる。シャッタ組立体をもう一方の安定状態（準安定状態と呼ばれてもよい）に切り換える場合、いくらかのひずみエネルギーが、ビームの変形内に蓄積されなければならない。したがって、２つの状態は、等しくないポテンシャルエネルギーを有し、準安定状態から安定状態にビームを移動させるために必要とされる電気的エネルギーは、安定状態から準安定状態への移動に比較して少ない。
【００９８】
図１３Ａについての別の設計構成は、しかし、プレストレスト（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓｅｄ）設計として説明されてもよい。プレストレスト設計は、等しいポテンシャルエネルギーを有する２つの安定状態を提供する。これは、例えば、コンプライアント部材を、シャッタ組立体を解除すると実質的かつ自発的にその安定形状に変形するように、パターニングすることによって達成されてもよい（すなわち、初期状態は不安定であるように設計される）。２つの安定形状は、それらの安定状態のそれぞれの、コンプライアント部材内に蓄積される変形またはひずみエネルギーが類似したものとなるように、類似していることが好ましい。プレストレスト設計の場合に、開および閉のシャッタ位置間で移動させるために必要とされる仕事は、類似したものとなる。
【００９９】
シャッタ組立体のプリストレス条件は、いくつかの手段によって提供されてもよい。条件は、例えば、基板の湾曲と、したがって、表面ひずみとをシステム内に引き起こすように、基板を機械的にパッケージングすることによって、製造後に課されてもよい。プレストレスト条件は、さらに、ロードビーム上の、またはロードビームを囲む、表面層によって課される、薄膜応力として課されてもよい。これらの薄膜応力は、蒸着プロセスの詳細に起因する。薄膜応力を付与することが可能な蒸着パラメータとしては、薄膜材料組成、蒸着速度、および蒸着プロセス中のイオン衝撃率（ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ｒａｔｅ）が挙げられる。
【０１００】
図１３Ａで、ロードビームは、その局所的安定状態のそれぞれにおいて湾曲し、また、ロードビームは、安定状態の中間の、変形のすべての点においても湾曲する。ただし、コンプライアント部材は、以下の図で説明するように、ロードビームの、任意の数のまっすぐな、または剛性のセクションを備えてもよい。図１８では、さらに、２つの同等な安定位置のいずれも、有効な変形またはひずみエネルギーを、有さず、要求せず、蓄積しない、双安定シャッタ組立体の設計が示される。応力は、安定状態間を移動する際に、一時的にシステム内に蓄積される。
【０１０１】
図１４は、第２の双安定シャッタ組立体のシャッタ層１４００の上面図である。図６に関連して上述したように、シャッタの面内の動きへの抵抗を減少させることは、面外の移動を減少させる傾向がある。シャッタ層１４００は、面内移動を促進する、面内剛性を減少させる特徴と、状態間の適切な移行を促進する、変形プロモーターとを含むこと以外は、シャッタ層１３００に類似している。図１３Ａのシャッタ層１３００と同様に、図１４のシャッタ層１４００は、ロードアンカー１４０４をシャッタ１４０６に結合する、ロードビーム１４０２を含む。シャッタ組立体の面内剛性を減少させ、いくらかの軸方向コンプライアンスをロードビーム１４０２に提供するために、ロードアンカー１４０４は、ロードビーム１４０２に、スプリング１４０８を介して結合される。スプリング１４０８は、屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）、Ｌブラケット、またはロードビーム１４０２の湾曲部分から形成されてもよい。
【０１０２】
さらに、ロードビーム１４０２の幅は、それらの全長に沿って変化する。特に、ビームは、それらがロードアンカー１４０４およびシャッタ１４０６と交わるセクションに沿って、より狭くなる。ロードビーム１４０２に沿った、ロードビーム１４０２がより広くなる点は、ロードビーム１４０２の変形を、より狭いセクション１４１０に閉じ込めるための転心（ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔｓ）１４１０として働く。
【０１０３】
図１５は、本発明の例示的実施形態による、デュアルコンプライアント電極アクチュエータを組み込んだ、三安定シャッタ組立体のシャッタ層１５００の上面図である。シャッタ層１５００は、シャッタ開アクチュエータ１５０２と、シャッタ閉アクチュエータ１５０４とを含む。各アクチュエータ１５０２および１５０４は、駆動アンカー１５０８によってディスプレイ装置の基板に物理的および電気的に結合された、２つのコンプライアント駆動ビーム１５０６を含む。
【０１０４】
シャッタ開アクチュエータ１５０２は、単独では、１つの機械的に安定な状態を有する、弾性アクチュエータである。特に制約されない限り、シャッタ開アクチュエータ１５０２は、作動の後で、その静止状態に戻る。シャッタ開アクチュエータ１５０２は、一方の端部において、Ｌブラケット１５１４によってロードアンカー１５１２に結合され、もう一方の端部において、Ｌブラケット１５１８を介してシャッタ１５１６に結合される、２つのロードビーム１５１０を含む。シャッタ開アクチュエータ１５０２の静止状態において、ロードビーム１５１０はまっすぐである。Ｌブラケット１５１４および１５１８は、ロードビーム１５１０が、シャッタ開アクチュエータ１５０２の作動時に、シャッタ開アクチュエータ１５０２の駆動ビーム１５０６の方へ変形し、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の作動時に、駆動ビーム１５０６から離れるように変形することを許可する。
【０１０５】
シャッタ閉アクチュエータ１５０４は、同様に、本質的に弾性である。シャッタ閉アクチュエータ１５０４は、一方の端部においてロードアンカー１５２２に結合された、１つのロードビーム１５２０を含む。ロードビーム１５２０は、応力を受けていない場合、すなわち、その静止状態にある場合、まっすぐである。シャッタ閉アクチュエータ１５０４のロードビーム１５２０の、反対側の端部において、ロードビーム１５２０は、２つの湾曲したコンプライアントビーム１５２６（それらの端部において、およびそれらの全長の中央において接続されている）から形成された、スタビライザ１５２４に結合される。スタビライザ１５２４のビーム１５２６は、（図示するように）シャッタ閉アクチュエータ１５０４から離れるように弓形に曲がった位置と、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の方へ弓形に曲がった位置という、２つの機械的に安定な位置を有する。
【０１０６】
動作時、シャッタ開アクチュエータ１５０２またはシャッタ閉アクチュエータがアクティブにされると１５０４、シャッタ１５１６が作動位置に移動させられる際に、シャッタ閉アクチュエータ１５０４のロードビーム１５２０は、それぞれ、シャッタ開アクチュエータ１５０４の方へ、または、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の駆動ビーム１５２８の方へ、弓形に曲がるように変形させられる。いずれの場合も、シャッタ層１５００全体の幅に対する、シャッタ閉アクチュエータ１５０４のロードビーム１５２０の長さは減少し、スタビライザ１５２４のビーム１５２６が、シャッタ閉アクチュエータ１５０４の方へ弓形に曲がるように引かれる。アクティブにされたアクチュエータが非アクティブにされた後、スタビライザ１５２４のビーム１５２６を元の位置に戻すように変形させるために必要とされるエネルギーは、ロードビーム１５１０および１５２０と、アクチュエータ１５０２および１５０４との中に蓄積されたエネルギーよりも大きい。シャッタ１５１６をその静止位置に戻すには、追加のエネルギーがシステムに追加されなければならない。したがって、シャッタ組立体内のシャッタ１５１６は、開、半開、および閉という、３つの機械的に安定な位置を有する。
【０１０７】
図１６Ａ〜Ｃは、シャッタ１６０２の位置が変化する間の、シャッタ組立体１６００の状態を示す、双安定シャッタ組立体１６００の別の実施形態の図である。シャッタ組立体１６００は、コンプライアント支持ビーム１６０４のペアによって物理的に支持されたシャッタ１６０２を含む。支持ビームは、アンカー１６０３に、かつシャッタ１６０２に、回転接合１６０５を使用して結合される。これらの接合は、ピン継手、屈曲部、または細いコネクタビームからなると理解されてもよい。支持ビーム１６０４に印加されている応力がない場合、支持ビーム１６０４は実質的にまっすぐである。
【０１０８】
図１６Ａは、開位置にあるシャッタ１６０２を示し、図１６Ｂは、閉位置への移行の最中におけるシャッタ１６０２を示し、図１６Ｃは、閉位置にあるシャッタ１６０２を示す。シャッタ組立体１６００は、作動のために、静電コームドライブ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏｍｂ ｄｒｉｖｅ）に依存する。コームドライブは、剛性の開電極１６０８と、剛性の閉電極１６１０とを備えてなる。シャッタ１６０２も、開および閉電極の形状と相互補完的な、コーム形状を採用する。図１６に示すようなコームドライブは、かなり長い平行移動距離にわたって作動することが可能であるが、作動力の減少という代償が払われる。コームドライブ内の電極間の主要な電場は、移動の方向と概して垂直に揃えられ、したがって、作動の力は、一般に、コームドライブの内部表面で発生する最大の電圧の線に沿わない。
【０１０９】
上述の双安定シャッタ組立体とは異なり、１つ以上のビームの特定の湾曲に依存して機械的安定性を提供する代わりに、双安定アクチュエータ１６００は、その支持ビーム１６０４のまっすぐな弛緩状態に依存して機械的安定性を提供する。例えば、図１６Ａおよび図１６Ｃに示す２つの機械的に安定な位置において、コンプライアント支持ビーム１６０４は、実質的にまっすぐであり、シャッタ組立体１６００の直線軸１６０６に対してある角度をなす。図１６Ｂに示すように、シャッタ１６０２が１つの機械的に安定な位置から他の機械的に安定な位置に移行中の場合、支持ビーム１６０４は、移動に対応するために、物理的に変形するか、または曲がる。シャッタ１６０２の位置を変えるために必要とされる力は、したがって、コンプライアント支持ビーム１６０４上に結果として生じる応力に打ち勝つために十分なものでなければならない。シャッタ組立体１６００の開状態と閉状態との間のいかなるエネルギー差も、回転接合１６０５内の少量の弾性エネルギーによって表される。
【０１１０】
シャッタ１６０２は、シャッタ１６０２の両側の２つの位置から、支持ビーム１６０４を介して、シャッタ組立体１６００の両側の位置にあるアンカー１６０３に結合され、それにより、シャッタ１６０２の、その中心軸のまわりの、ねじる動きまたは回転運動が減少する。シャッタ１６０２の両側にある独立したアンカーに接続されたコンプライアント支持ビーム１６０４の使用は、さらに、シャッタの移動を、直線平行移動軸に沿ったものに制約する。別の実装では、実質的に平行なコンプライアント支持ビーム１６０４のペアが、シャッタ１６０２の各側に結合されてもよい。４つの支持ビームのそれぞれは、シャッタ１６０２上の、別個の対向する点において結合される。シャッタ１６０２の支持のための、この平行四辺形アプローチは、シャッタの直線平行移動運動が可能であることを保証するために役立つ。
【０１１１】
図１７Ａは、シャッタ組立体１７００内に組み込まれたビーム１７０２が、シャッタ組立体の安定位置１７Ａ−１および１７Ａ−３の両方と、移行中の位置１７Ａ−２とにおいて、コンプライアントとは対照的に、実質的に剛性である、双安定シャッタ組立体１７００を示す。シャッタ組立体１７００は、デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータ１７０６のペアによって駆動される、シャッタ１７０４を含む。２つのコンプライアント部材１７１０は、シャッタ１７０４を、表面１７１２の上で支持する。コンプライアント部材１７１０は、シャッタ１７０４の両側に結合される。コンプライアント部材１７１０のもう一方の端部は、コンプライアント部材１７１０を表面１７１２に接続する、アンカー１７１４に結合される。各コンプライアント部材１７１０は、屈曲部（ｆｌｅｘｕｒｅ）、あるいは、スプリングまたはカンチレバーアームなどの、その他のコンプライアント要素１７１８に結合された、２つの実質的に剛性のビーム１７１６を含む。コンプライアント部材内のビーム１７１６は剛性であるにもかかわらず、コンプライアント要素１７１８の組み込みにより、コンプライアント部材１７１０が全体として、コンプライアントなやり方でその形状を変え、２つの機械的に安定な形状を呈することが許可される。コンプライアント要素は、シャッタ組立体の閉または開位置のいずれかにおける、その静止状態に弛緩することが許可され（１７Ａ−１および１７Ａ−３を参照）、それにより、最終状態の両方は、実質的に同一のポテンシャルエネルギーを保有する。２つの最終状態間の移行の間は、コンプライアント要素１７１８内にひずみエネルギーが蓄積されるが（１７Ａ−２を参照）、２つの最終状態の安定性を確立するためには、永続的なビームの曲げまたはビーム応力は必要とされない。
【０１１２】
コンプライアント要素１７１８の形状は、シャッタ１７０４の比較的容易な面内平行移動が許可され、シャッタの面外の動きは制限されるようなものである。
【０１１３】
双安定シャッタ組立体１７００の作動は、図１５で使用されたアクチュエータに類似した、弾性デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータ１７０６のペアによって達成される。シャッタ組立体１７００では、アクチュエータ１７０６は、コンプライアント部材１７１０から物理的に分離された、別個のものである。コンプライアント部材１７１０は、シャッタ１７０４のための比較的剛性の支持を提供し、さらに、開および閉状態を維持するために必要な双安定性を提供する。アクチュエータ１７０６は、開状態と閉状態との間でシャッタを切り換えるために必要な、駆動力を提供する。
【０１１４】
各アクチュエータ１７０６は、コンプライアントロード部材１７２０を備える。コンプライアントロード部材１７２０の一方の端部は、シャッタ１７０４に結合され、もう一方の端部は自由である。シャッタ組立体１７００では、アクチュエータ１７０６ａ内のコンプライアントロード部材は、アンカーに結合されず、その他の方法で表面１７１２に接続されることもない。アクチュエータ１７０６の駆動ビーム１７２２は、アンカー１７２４に結合され、それにより、表面１７１２に接続される。これにより、作動の電圧は減少させられる。
【０１１５】
図１７Ｂは、シャッタ１７０２ｂが、作動時に回転するように設計された、双安定シャッタ組立体１７００ｂの図である。シャッタ１７０２ｂは、その外周に沿った４つの点において、４つのアンカー１７０６ｂに結合された４つのコンプライアント支持ビーム１７０４ｂによって支持される。図１６におけるのと同様に、コンプライアント支持ビーム１７０４ｂは、それらの静止状態において実質的にまっすぐである。シャッタ１７０２ｂが回転すると、アンカーとシャッタの外周との間の距離が減少するにつれて、コンプライアント部材は変形する。コンプライアント支持ビーム１７０４ｂが実質的にまっすぐである、２つの低エネルギー安定状態が存在する。１７００ｂのシャッタ機構は、シャッタ１７０２ｂ内の重心運動が存在しないという利点を有する。
【０１１６】
シャッタ組立体１７００ｂ内のシャッタ１７０２ｂは、複数のシャッタアパーチャ１７０８ｂを有し、それぞれのシャッタアパーチャ１７０８ｂは、シャッタの回転運動を最大限に活用するように設計された、セグメント化された形状を保有する。図１８は、熱電アクチュエータ１８０２および１８０４を組み込んだ、双安定シャッタ組立体１８００の図である。シャッタ組立体１８００は、スロットを有するシャッタアパーチャの組１８０８を有する、シャッタ１８０６を含む。熱電アクチュエータ１８０２および１８０４は、シャッタ１８０６が上で支持される基板１８０８に実質的に平行な平面内で、シャッタ１８０６を横方向に移動させるために、シャッタ１８０６の両側に結合される。シャッタ１８０６の両側の２つの位置から、シャッタ組立体１８００の両側の位置にあるロードアンカー１８０７への、シャッタ１８０６の結合は、シャッタ１８０６の、その中心軸のまわりの、ねじる動きまたは回転運動を減少させるために役立つ。
【０１１７】
各熱電アクチュエータ１８０２および１８０４は、３つのコンプライアントビーム１８１０、１８１２、および１８１４を含む。コンプライアントビーム１８１０および１８１２は、それぞれ、コンプライアントビーム１８１４よりも細い。ビーム１８１０、１８１２、および１８１４のそれぞれは、Ｓ字様の形状に湾曲しており、シャッタ１８０６を適切な位置に安定して保持する。
【０１１８】
動作時、シャッタの位置を、（図示されているような）開位置から、閉位置に変更するには、ビーム１８１０および１８１４を含む回路に電流が通される。各アクチュエータ１８０２および１８０４内の、より細いビーム１８１０は、熱くなり、したがって、さらに、より太いビーム１８１４よりも速く膨張する。膨張により、ビーム１８１０、１８１２、および１８１４は、それらの機械的に安定な湾曲から抜け出すことを余儀なくされ、結果として、シャッタ１８０６の、閉位置への横方向の動きがもたらされる。シャッタ１８０６を開くには、ビーム１８１２および１８１４を含む回路に電流が通されて、同様の不均衡な加熱と、ビーム１８１２の膨張とがもたらされ、結果として、シャッタ１８０６は開位置に戻ることを余儀なくされる。
【０１１９】
双安定シャッタ組立体は、パッシブマトリクスアレイまたはアクティブマトリクスアレイを使用して駆動されてもよい。図１９は、画像を生成するために双安定シャッタ組立体１９０２を制御するための、パッシブマトリクスアレイ１９００の図である。アクティブマトリクスアレイ９００および１０００などの、アクティブマトリクスアレイと同様に、パッシブマトリクスアレイ１９００は、ディスプレイ装置の基板１９０４上の、拡散された、または薄膜蒸着された電気回路として製造される。一般に、パッシブマトリクスアレイ１９００では、アクティブマトリクスアレイ９００および１０００よりも少ない回路を実装する必要があり、製造はより容易である。パッシブマトリクスアレイ１９００は、ディスプレイ装置の基板１９０４上のシャッタ組立体１９０２を、グリッドの、行および列のグリッドセグメント１９０６に分割する。各グリッドセグメント１９０６は、１つ以上の双安定シャッタ組立体１９０２を含んでもよい。ディスプレイ装置内で、グリッドの所与の行内のすべてのグリッドセグメント１９０６は、１つの行電極１９０８を共有する。各行電極１９０８は、ドライバ１９１０などの、制御可能な電源を、シャッタ組立体１９０２のロードアンカーに結合する。列内のすべてのシャッタ組立体１９０２は、シャッタ開電極１９１２およびシャッタ閉電極１９１４という、２つの共通列電極を共有する。所与の列についての、シャッタ開電極１９１２は、ドライバ１９１０を、列内のシャッタ組立体１９０２のシャッタ開アクチュエータの駆動電極に、電気的に結合する。所与の列についての、シャッタ閉電極１９１４は、ドライバ１９１０を、列内のシャッタ組立体１９０２のシャッタ閉アクチュエータの駆動電極に、電気的に結合する。
【０１２０】
シャッタ組立体１３００、１４００、１５００、１６００、１７００ａ、および１８００は、それらの機械的双安定性の特性により、アクチュエータの両端部の電圧が最小しきい値電圧を超過した場合の、開状態と閉状態との間の切り換えが可能になるため、パッシブマトリクスアレイの使用に適用できる。ドライバ１９１０が、それらのうちのいずれも、単独では、シャッタ組立体を開状態と閉状態との間で切り換えるための十分な電圧を出力しないようにプログラムされている場合、所与のシャッタ組立体は、そのアクチュエータが２つの対向するドライバ１９１０から電圧を受け取る場合に切り換えられる。特定の行および列の交点におけるシャッタ組立体は、その特定の行および列ドライバから、差が最小しきい値電圧を超える電圧を受け取った場合に、切り換えられてもよい。
【０１２１】
シャッタ組立体１９０２の状態を閉状態から開状態に変えるためには、すなわち、シャッタ組立体１９０２を開くためには、ドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているグリッドの行に対応する行電極１９０８に電位を印加する。第２のドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているグリッド内の列に対応するシャッタ開電極１９１２に、場合によっては反対の極性を有する、第２の電位を印加する。シャッタ組立体１９０２の状態を開状態から閉状態に変えるためには、すなわち、シャッタ組立体１９０２を閉じるためには、ドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているディスプレイ装置の行に対応する行電極１９０８に電位を印加する。第２のドライバ１９１０が、シャッタ組立体１９０２が配置されているディスプレイ装置内の列に対応するシャッタ閉電極１９１４に、場合によっては反対の極性を有する、第２の電位を印加する。一実装では、シャッタ組立体１９０２は、所定の切り換えしきい値を超える、行電極１９０８と、列電極１９１２または１９１４のうちの１つとに印加される電位の差に応じて状態を変える。
【０１２２】
画像を形成するためには、一実装では、ディスプレイ装置は、グリッド内のシャッタ組立体１９０２の状態を、一度に一行ずつ、順番に設定する。所与の行について、ディスプレイ装置は、最初に、対応する行電極１９０８に電位を印加し、すべてのシャッタ閉電極１９１４に電位のパルスを印加することによって、行内の各シャッタ組立体１９０２を閉じる。次に、ディスプレイ装置は、シャッタ開電極１９１２に電位を印加し、行内の開かれるべきシャッタ組立体１９０２を含む行についての行電極１９０８に電位を印加することによって、光を通過させるべきであるシャッタ組立体１９０２を開く。１つの代替の動作モードでは、シャッタ組立体１９０２の各行を順次閉じる代わりに、ディスプレイ装置内のすべての行が、画像を形成するための適切な位置に設定された後で、ディスプレイ装置は、すべてのシャッタ閉電極１９１４およびすべての行電極１９０８に一斉に電位を印加することによって、すべてのシャッタ組立体１９０２を同時に、全体的にリセットする。別の代替の動作モードでは、ディスプレイ装置は、シャッタ組立体１９０２のリセットをなしで済ませて、後続の画像を表示するために状態を変える必要があるシャッタ組立体１９０２の状態のみを変更する。画像のための、いくつかの代替のドライバ制御方式が、強誘電性液晶ディスプレイとともに使用するために提案されており、そのうちの多くは、本明細書内の、機械的に双安定なディスプレイとともに使用するために組み込まれてもよい。これらの技術は、Ｅｒｎｓｔ Ｌｉｅｄｅｒ著、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ： Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ（Ｗｉｌｅｙ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、２００１）で説明されている。
【０１２３】
ディスプレイの物理的レイアウトは、多くの場合、解像度と、アパーチャ面積と、駆動電圧との特性の間の妥協点である。ディスプレイの解像度を増加するために、小さなピクセルサイズが一般に求められる。しかし、ピクセルがより小さくなるに従って、シャッタアパーチャのために利用できる場所は比例して減少する。設計者は、開口率を最大にしようと努め、その理由は、それによってディスプレイの輝度と電力効率とが増加するからである。さらに、小さなピクセルと大きな開口比との組み合わせは、シャッタを支持するコンプライアント部材内の大きな角変形を意味し、これは、必要とされる駆動電圧と、切り換え回路によって消散されるエネルギーとを増加させる傾向がある。
【０１２４】
図２０Ａおよび図２０Ｂは、高密度アレイ内の開口率を最大にし、駆動電圧を最小にするための、ピクセルのアレイ内へのシャッタ組立体のタイリングの２つの方法を示す。
【０１２５】
図２０Ａは、例えば、２つの概して三角形のシャッタ組立体２００２および２００４から菱面体ピクセル２００６を形成するためにタイリングされた、２つのカンチレバーデュアルビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２００２および２００４のタイリング２０００を示す。シャッタ組立体２００２および２００４は、別個に、または一括して制御されてもよい。図２０Ａの菱面体タイリングは、矩形タイリング配置にかなり近く、実際に、開口比２：１を有する矩形ピクセルに適合される。２つのシャッタ組立体は、各矩形内に作られることが可能なため、そのような２：１矩形タイリング配置は、さらに、行および列間の正方形反復距離を保有するアクティブマトリクスアレイの上に、取り付けまたは構築されてもよい。したがって、２つのアレイ内のピクセル間の、１対１の対応関係が確立されてもよい。正方形ピクセルアレイは、テキストおよびグラフィック画像の表示のために、最も一般的に使用される。図２０Ｂのレイアウトの利点は、それにより、各三角形ピクセル内のロードビームの長さが最大になり、開状態と閉状態との間でシャッタを切り換えるために必要とされる電圧が減少すると理解されるということである。
【０１２６】
図２０Ｂは、複数の、図１３Ａの双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体１３００の、例示的タイリングである。例えば、図１４の双安定デュアルコンプライアントビーム電極アクチュエータベースのシャッタ組立体１４００と比較して、シャッタ組立体１３００のシャッタ１３０２の幅は、シャッタ組立体１３００のロードアンカー１３１４間の距離よりも実質的に少ない。より狭いシャッタ１３０２は、より少ない光が各シャッタ組立体１３００を通過することを許可するが、追加のスペースが、図２０Ｂに示すように、シャッタ組立体１３００を、ロードビームの長さの損失なしにより密に詰め込むために利用されてもよい。より長いロードビームは、アレイ内のシャッタを、低減された電圧において切り換えることを可能にする。特に、より狭いシャッタ１３０２は、シャッタ組立体１３００のアクチュエータ１３０４および１３０６の部分を、隣接するシャッタ組立体１３００のアクチュエータ１３０２および１３０４の間のギャップにインターリーブすることを可能にする。図２０Ｂのインターリーブ配置は、それでもやはり、テキスト表示のための一般的なピクセル構成である、行および列の正方形配置上にマッピングされることが可能である。
【０１２７】
シャッタ組立体のタイリングまたはピクセル配置は、正方形アレイの制約に限定される必要はない。高密度のタイリングは、さらに、矩形、菱面体、または六角形のピクセルアレイを使用して達成されてもよく、これらはすべて、例えば、ビデオおよびカラー画像化ディスプレイにおいて、適用例が見いだされる。
【０１２８】
図２１は、デュアルコンプライアント電極アクチュエータベースのシャッタ組立体２１０２を組み込んだディスプレイ装置２１００の断面図である。シャッタ組立体２１０２は、ガラス基板２１０４上に配置される。基板２１０４上に配置された反射膜２１０６は、シャッタ組立体２１０２のシャッタ２１１０の閉位置の下に位置する、複数の表面アパーチャ２１０８を画定する。反射膜２１０６は、表面アパーチャ２１０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ装置２１００の後部の方へ戻す。任意選択の拡散体２１１２と、任意選択の輝度強化膜２１１４とが、基板２１０４をバックライト２１１６から分離してもよい。バックライト２１１６は、１つ以上の光源２１１８によって照射される。光源２１１８は、例えば、以下に限定されるものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオードであってもよい。反射膜２１２０が、バックライト２１１６の背後に配置され、シャッタ組立体２１０２の方へ光を反射する。シャッタ組立体２１０２のうちの１つを通過しない、バックライトからの光線は、バックライトに戻されて、膜２１２０から再び反射される。これにより、最初の通過でディスプレイを離れて画像を形成することのなかった光は、再循環されて、シャッタ組立体２１０２のアレイ内の他の開いているアパーチャを通した透過のために利用可能にされてもよい。そのような光の再循環は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。カバープレート２１２２は、ディスプレイ装置２１００の前部を形成する。カバープレート２１２２の後ろ側は、コントラストを向上させるために、ブラックマトリクス２１２４で覆われてもよい。カバープレート２１２２は、シャッタ組立体２１０２から所定の距離だけ離して支持され、それによりギャップ２１２６が形成される。ギャップ２１２６は、機械的支持によって、および／または、カバープレート２１２２を基板２１０４に取り付けている、エポキシシール２１２８によって維持される。エポキシ２１２８は、好ましくは約２００Ｃ未満の硬化温度を有さなければならず、好ましくは約５０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有さなければならず、さらに、耐湿性でなければならない。例示的エポキシ２１２８は、エポキシテクノロジーインク（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．）によって販売されている、ＥＰＯ−ＴＥＫ Ｂ９０２１−１である。
【０１２９】
エポキシシール２１２８は、作動流体２１３０を封止する。作動流体２１３０は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度と、好ましくは約２．０よりも大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍよりも大きな誘電破壊強度とを有するように設計される。作動流体２１３０は、さらに、潤滑剤として働いてもよい。その機械的および電気的特性は、シャッタを開位置と閉位置との間で移動させるために必要な電圧を減らすことにおいても効果的である。一実装では、作動流体２１３０は、好ましくは約１．５未満の、低い屈折率を有することが好ましい。別の実装では、作動流体２１３０は、基板２１０４の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な作動流体２１３０としては、以下に限定されるものではないが、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼンが挙げられる。
【０１３０】
シートメタルまたは成型プラスチックの組立体ブラケット２１３２が、カバープレート２１２２と、シャッタ組立体２１０２と、基板２１０４と、バックライト２１１６と、その他の構成部品とを、端部の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケット２１３２は、組み合わせられたディスプレイ装置２１００に剛性を追加するために、ネジまたはインデントタブを使用して固定される。一部の実装では、光源２１１８は、エポキシ埋め込み用樹脂（ｅｐｏｘｙ ｐｏｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）によって適所に成型される。
【０１３１】
図２２は、シャッタ組立体２２０２を組み込んだディスプレイ組立体２２００の断面図である。シャッタ組立体２２０２は、ガラス基板２２０４上に配置される。
【０１３２】
ディスプレイ組立体２２００は、１つ以上の光源２２１８によって照射される、バックライト２２１６を含む。光源２２１８は、例えば、以下に限定されるものではないが、白熱灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオードであってもよい。反射膜２２２０が、バックライト２２１６の背後に配置され、シャッタ組立体２２０２の方へ光を反射する。
【０１３３】
基板２２０４は、シャッタ組立体２２０２がバックライト２２１６の方を向くように方向付けられる。
【０１３４】
バックライト２２１６とシャッタ組立体２２０２との間には、任意選択の拡散体２２１２と、任意選択の輝度強化膜２２１４とが置かれる。バックライト２２１６とシャッタ組立体２２０２との間には、さらに、アパーチャプレート２２２２も置かれる。アパーチャプレート２２２２上には、シャッタ組立体の方を向くように、反射膜２２２４が配置される。反射膜２２２４は、シャッタ組立体２２０２のシャッタ２２１０の閉位置の下に位置する、複数の表面アパーチャ２２０８を画定する。アパーチャプレート２２２２は、シャッタ組立体２２０２から所定の距離だけ離して支持され、それにより、ギャップ２２２６が形成される。ギャップ２２２６は、機械的支持によって、および／または、アパーチャプレート２２２２を基板２２０４に取り付けている、エポキシシール２２２８によって維持される。
【０１３５】
反射膜２２２４は、表面アパーチャ２２０８を通過しない光を反射させて、ディスプレイ組立体２２００の後部に向けて戻す。シャッタ組立体２２０２のうちの１つを通過しない、バックライトからの光線は、バックライトに戻されて、膜２２２０から再び反射される。これにより、最初の通過でディスプレイを離れて画像を形成することのなかった光は、再循環されて、シャッタ組立体２２０２のアレイ内の他の開いているアパーチャを通した透過のために利用可能にされてもよい。そのような光の再循環は、ディスプレイの照射効率を向上させることが示されている。
【０１３６】
基板２２０４は、ディスプレイ組立体２２００の前部を形成する。基板２２０４上に配置される、吸収膜２２０６は、シャッタ組立体２２０２と基板２２０４との間に配置される複数の表面アパーチャ２２３０を画定する。膜２２０６は、環境光を吸収し、したがって、ディスプレイのコントラストを向上させるように設計される。
【０１３７】
エポキシ２２２８は、好ましくは約２００Ｃ未満の硬化温度を有さなければならず、好ましくは約５０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有さなければならず、さらに、耐湿性でなければならない。例示的エポキシ２２２８は、エポキシテクノロジーインク（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．）によって販売されている、ＥＰＯ−ＴＥＫ Ｂ９０２２−１である。
【０１３８】
エポキシシール２２２８は、作動流体２２３２を封止する。作動流体２２３２は、好ましくは約１０センチポアズ未満の粘度と、好ましくは約２．０よりも大きな比誘電率と、約１０４Ｖ／ｃｍよりも大きな誘電破壊強度とを有するように設計される。作動流体２２３２は、さらに、潤滑剤として働いてもよい。その機械的および電気的特性は、シャッタを開位置と閉位置との間で移動させるために必要な電圧を減らすことにおいても効果的である。一実装では、作動流体２２３２は、好ましくは約１．５未満の、低い屈折率を有することが好ましい。別の実装では、作動流体２２３２は、基板２２０４の屈折率に一致する屈折率を有する。適切な作動流体２２３２としては、以下に限定されるものではないが、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼンが挙げられる。
【０１３９】
シートメタルまたは成型プラスチックの組立体ブラケット２２３４が、アパーチャプレート２２２２と、シャッタ組立体２２０２と、基板２２０４と、バックライト２２１６と、その他の構成部品とを、端部の周囲で一緒に保持する。組立体ブラケット２２３４は、組み合わせられたディスプレイ組立体２２００に剛性を追加するために、ネジまたはインデントタブを使用して固定される。一部の実装では、光源２２１８は、エポキシ埋め込み用樹脂（ｅｐｏｘｙ ｐｏｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）によって適所に成型される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと変調器とを備えるディスプレイ装置であって、
前記アクチュエータは、
第１のコンプライアント電極と、
第２のコンプライアント電極と、
を含み、
前記第２のコンプライアント電極は、前記第１のコンプライアント電極に隣接して配置され、前記第１および第２のコンプライアント電極の間に印加される電圧に応じて、前記第１および第２のコンプライアント電極を相互に引き寄せ、
前記変調器は、前記ディスプレイ装置上で画像を形成するために前記アクチュエータに結合される、
ディスプレイ装置。
【請求項２】
基板を備え、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの位置において前記基板に固定される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
基板を備え、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、前記第２のコンプライアント電極の線形中心の付近において前記基板に固定される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記変調器は、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの１つに直接結合される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第１および第２のコンプライアント電極は、第１および第２の長さを有し、前記第１および第２のコンプライアント電極は、前記対応する第１および第２の長さの大部分に沿ってコンプライアントである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記変調器上の第１の位置において前記変調器に結合され、前記ディスプレイ装置は、前記変調器上の第２の位置において前記変調器に結合される第２のアクチュエータを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記変調器に結合された第２のアクチュエータを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記画像を形成するための光源を提供するために前記アクチュエータに結合されたバックライトを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１および第２のコンプライアント電極の間に印加される前記電圧に応じて、前記第１および第２のコンプライアント電極は、徐々に相互に引き寄せられる、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記変調器は、シャッタを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２のコンプライアント電極の高さは、前記第１および第２のコンプライアント電極の幅の少なくとも約１．４倍である、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のコンプライアント電極は、幅が約０．５μｍ〜約５μｍである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記シャッタは、前記画像を形成するために前記シャッタを光が通過することを許可するための複数のシャッタアパーチャを画定する、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
アパーチャを画定する基板をさらに備え、前記変調器は前記基板に隣接して配置され、前記変調器は、前記アパーチャを通過する光と選択的に相互作用することによって、前記画像を形成する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記基板は、実質的に透明な基板上に蒸着された、前記アパーチャを画定する反射膜を備える、請求項１４に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記変調器は、光との相互作用を、前記光をブロックすること、反射すること、吸収すること、およびフィルタリングすることのうちの１つによって行う、請求項１４に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記変調器は、反射面を備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記変調器は、光吸収材料を備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記変調器は、カラーフィルタを備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記第１のコンプライアント電極に電気的に結合された制御可能な電源を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記電源は、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの１つの少なくとも第１の端部に電気的に結合される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記電源は、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの１つの第１および第２の端部に電気的に結合される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記電源は、パッシブマトリクスアレイとして構成される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記電源は、アクティブマトリクスアレイとして構成される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記変調器は、２つの機械的に安定な位置を有する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記機械的に安定な変調器位置のうちの１つにおいて、前記第１および第２のコンプライアント電極は、第１の湾曲した形状に弓形に曲がり、前記２つの機械的に安定な変調器位置のうちの第２において、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、第２の湾曲した形状に弓形に曲がる、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記アクチュエータの作動に応じて、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、第１の安定した形状から第２の安定した形状に変形する、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
前記変調器に復元力を提供する弾性部材を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記弾性部材はスプリングである、請求項２８に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つの上に配置された、絶縁体を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記絶縁体は、約２．０よりも大きな誘電率を有する、請求項３０に記載のディスプレイ装置。
【請求項３２】
ディスプレイ装置上で画像を形成する方法であって、
光変調器を選択するステップと、
相互に隣接して配置された、第１および第２の機械的にコンプライアントな電極を備えるアクチュエータを提供するステップであって、前記第１の機械的にコンプライアントな電極は、シャッタに結合されるステップと、
前記第１および第２の機械的にコンプライアントな電極の間に電圧を生成することによって、前記アクチュエータを作動させることにより、ｉ）前記第１および第２の機械的にコンプライアントな電極を、それらを相互により近くに引き寄せるように変形させ、ｉｉ）前記画像内のピクセルの照射に影響を及ぼすように、光路内にまたは光路から外に、前記シャッタを移動させるステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
前記第１および第２のコンプライアント電極を変形させるステップは、前記第１および第２の機械的にコンプライアントな電極のうちの少なくとも１つの湾曲を変えるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記アクチュエータを作動させるステップは、前記シャッタを、第１の機械的に安定な位置から、第２の機械的に安定な位置に移動させるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記シャッタを移動させるステップは、前記シャッタを平行移動させるステップ、および前記シャッタを回転させるステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
ディスプレイ装置であって、
前記ディスプレイ装置上で画像を形成するために、光路内の光と相互作用するためのシャッタと、
作動電位を受け取るための電圧入力と、
前記電圧入力に印加される作動電位に応じて、前記シャッタを、面内の第１の機械的に安定な位置から、前記面内の第２の機械的に安定な位置まで移動させるためのアクチュエータと、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記アクチュエータはスプリングを備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３８】
第１のコンプライアント部材の剛性は、前記第１のコンプライアント部材の全長に沿って変化する、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３９】
前記シャッタは、光が通過することが可能な複数のシャッタアパーチャを備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４０】
前記アクチュエータは、前記電圧入力に印加される第２の作動電位に応じて、前記シャッタを、前記第１および第２の機械的に安定な状態のうちの１つから、第３の機械的に安定な状態に移動させる、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４１】
前記画像を形成するために、前記電圧入力に前記作動電位を選択的に印加するためのパッシブマトリクスアレイを備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４２】
前記第１のコンプライアント部材は、複数のコンプライアントな接合によって結合された複数の非コンプライアント部材を含む、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４３】
第１および第２の機械的に安定な状態を有するスタビライザを備え、前記シャッタの前記移動は、前記スタビライザの状態を、前記第１および第２の機械的に安定な状態間で切り換える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４４】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタを前記第１の機械的に安定な位置から前記第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事が、前記シャッタを前記第２の機械的に安定な位置から前記第１の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事と実質的に等しいように構成される、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４５】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタを前記第１の機械的に安定な位置から前記第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事が、前記シャッタを前記第２の機械的に安定な位置から前記第１の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事よりも大きいように構成される、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４６】
前記シャッタに結合された第２のアクチュエータを備え、前記第２のアクチュエータは、前記シャッタの前記第１および第２の機械的に安定な位置に対応する第１および第２の機械的に安定な状態を有する、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４７】
前記アクチュエータは、前記シャッタに、第１の位置において結合され、前記第２のアクチュエータは、前記シャッタに、第２の位置において結合される、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４８】
前記アクチュエータは、前記シャッタにおける第１の側に結合され、前記第２のアクチュエータは、前記シャッタにおける前記第１の側の実質的に反対側の第２の側に結合される、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４９】
前記変調器の前記第１の機械的に安定な位置に対応する第１の機械的に安定な状態と、前記変調器の前記第２の機械的に安定な位置に対応する第２の機械的に安定な状態とを有する第１のコンプライアント部材を備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項５０】
前記第１のコンプライアント部材は第１のビームを備え、前記第１の機械的に安定な状態において、前記第１のビームは、第１の方向に弓形に曲がっており、前記第２の機械的に安定な状態において、前記ビームは、第２の方向に弓形に曲がっている、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５１】
前記第１のコンプライアント部材は、前記コンプライアント部材への力の印加がない場合に、実質的にまっすぐな形状を有する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５２】
前記第１の機械的に安定な状態と、前記第２の機械的に安定な状態との両方において、前記第１のコンプライアント部材は実質的にまっすぐである、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５３】
前記電圧入力の、前記作動電位の受け取りに応じて、前記第１のコンプライアント部材は、前記第１の安定な状態から前記第２の安定な状態に変形する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５４】
前記アクチュエータを、前記第１および第２の機械的に安定な状態のいずれかから移動させるステップは、前記第１のコンプライアント部材に前記アクチュエータが力を印加することを必要とする、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５５】
前記コンプライアント部材の高さは、前記コンプライアント部材の幅の少なくとも約１．４倍である、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５６】
前記コンプライアント部材は、幅が約０．５μｍ〜約５μｍである、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５７】
前記第１のコンプライアント部材は、前記第１のコンプライアント部材を少なくとも部分的に覆う絶縁体を備える、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５８】
前記絶縁体の誘電率は、約２以上である、請求項５７に記載のディスプレイ装置。
【請求項５９】
前記アクチュエータは第２のコンプライアント部材を備え、前記第２のコンプライアント部材は、対応する弓形の曲がりを有する第２のビームを有する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６０】
前記第１のコンプライアント部材は、対応する弓形の曲がりを有する第１のビームを備え、かつ、前記第１の機械的に安定な状態において、前記第２のビームの前記弓形の曲がりは、前記第１のビームの前記弓形の曲がりと実質的に同じであり、前記第２の機械的に安定な状態において、前記第２のビームの前記弓形の曲がりは、前記第１のビームの前記弓形の曲がりと実質的に反対である、請求項５９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６１】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタが上で移動させられる表面に前記第１のコンプライアント部材を接続する第１のアンカーに前記シャッタを結合する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６２】
前記第１のコンプライアント部材は、前記表面に前記第１のコンプライアント部材を接続する第２のアンカーに結合され、前記第１のアンカーは、前記第１のコンプライアント部材を、前記表面上の第１の位置に接続し、前記第２のアンカーは、前記第１のコンプライアント部材を、前記表面上の第２の位置に接続する、請求項６１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６３】
前記第１および第２のコンプライアント部材間に配置された少なくとも約１．５の誘電率を有する作動流体を備える、請求項６１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６４】
第１および第２の機械的に安定な状態を有する第２のコンプライアント部材を備え、前記第１および第２の機械的に安定な状態のそれぞれにおいて、前記第２のコンプライアント部材は実質的にまっすぐである、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６５】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタ上の第１の位置において、前記シャッタに結合され、前記第２のコンプライアント部材は、第２の位置において、前記シャッタに結合される、請求項６４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６６】
前記第２のコンプライアント部材は、前記シャッタが上で移動させられる表面に前記第２のコンプライアント部材を接続するアンカーに結合される、請求項６４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６７】
前記第１および第２のコンプライアント部材は電極であり、前記電極は、前記第１および第２のコンプライアント部材の間に印加される電圧に応じて相互に引き寄せられることにより前記シャッタを移動させる、請求項６４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６８】
第２のコンプライアント部材を備え、前記第１および第２のコンプライアント部材のそれぞれはビームを含み、前記ビームのうちの少なくとも一方は、前記ビームのうちのもう一方に面した平坦な側を有する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６９】
前記シャッタを移動させるステップは、前記シャッタの回転または平行移動を含む、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項７０】
ディスプレイ装置上で画像を形成する方法であって、
電圧入力に、作動電位を選択的に印加するステップと、
前記作動電位の前記印加に応じて、シャッタを、第１の機械的に安定な位置から第２の機械的に安定な位置まで面内で移動させることにより、画像の前記形成に光が寄与することを許可するステップと、
を含む方法。
【請求項７１】
前記シャッタを移動させるステップは、前記シャッタが結合されているコンプライアント部材を変形させるステップを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
シャッタを移動させるステップは、前記シャッタが結合されているコンプライアント部材の湾曲を変えるステップを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記作動電位の前記印加に応じて、２つのコンプライアント部材間に電圧を生成させ、それらのコンプライアント部材を相互に引き寄せるステップを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
ディスプレイ装置であって、
前記ディスプレイ装置上で画像を形成するために、光路内の光と選択的に相互作用するための変調器と、
前記変調器上の第１の位置から、前記変調器が上で支持される表面への支持的接続を提供する第１の機械的支持を提供する、制御可能な第１のアクチュエータと、
前記変調器上の第２の位置から、前記表面への支持的接続を提供する第２の機械的支持と、
を備え、
前記第１のアクチュエータは、前記シャッタを、前記表面に実質的に平行な面内で駆動する、ディスプレイ装置。
【請求項７５】
前記変調器は、シャッタを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７６】
前記シャッタは、前記シャッタを光が通過することを許可するための複数のシャッタアパーチャを備える、請求項７５に記載のディスプレイ装置。
【請求項７７】
前記表面は、アパーチャを画定する、請求項７５に記載のディスプレイ装置。
【請求項７８】
前記第１および第２の機械的支持は、前記変調器の前記平面から離れた移動を減らすように構成される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７９】
前記変調器の回転運動を減らすために、前記第１のアクチュエータは、少なくとも２つの位置において前記表面に接続される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８０】
前記第１のアクチュエータは、前記変調器の前記平面から離れた移動を減らすのに十分に堅い、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８１】
前記第１のアクチュエータと前記変調器との間の前記接続は、前記変調器の前記平面から離れた移動を減らすのに十分に太い、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８２】
前記第１のアクチュエータは、前記変調器の第１の側において前記変調器に結合され、前記第２の機械的支持は、前記変調器の第２の側において前記変調器に結合される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８３】
前記第１の側は、前記第２の側の実質的に反対側である、請求項８２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８４】
前記第１のアクチュエータは、前記第１の側のほぼ中央に結合され、前記第２の機械的支持は、前記第２の側のほぼ中央に結合される、請求項８２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８５】
前記変調器は、カラーフィルタを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８６】
前記変調器は、３つのカラーフィルタを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８７】
前記第１のアクチュエータは、パッシブマトリクスアレイによって制御される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８８】
前記第１のアクチュエータは、アクティブマトリクスアレイによって制御される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８９】
前記第１のアクチュエータおよび前記第２の機械的支持のうちの少なくとも１つは、機械的に双安定である、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９０】
前記第１のアクチュエータおよび前記第２の機械的支持は、幅が約０．５μｍ〜約５μｍである、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９１】
前記第１のアクチュエータは、第１のコンプライアント電極を備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９２】
前記第１のアクチュエータは、前記第１のコンプライアント電極を引き寄せることにより前記シャッタを駆動する前記第１のコンプライアント電極に隣接する第２のコンプライアント電極を備える、請求項９１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９３】
前記第１のアクチュエータは、前記第１のコンプライアント電極を、前記変調器と前記表面に接続されたアンカーとのうちの１つに接続するスプリングを備える、請求項９１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９４】
前記第１のコンプライアント電極は、前記第１のコンプライアント部材の全長に沿った第１の位置において、第１の剛性を有し、前記第１のコンプライアント部材の全長に沿った第２の位置において、より大きな剛性を有する、請求項９１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９５】
前記第１および第２のコンプライアント電極が相互に引き寄せられるのに応じて、前記変調器は、第１の位置から第２の位置に移動させられる、請求項９２に記載のディスプレイ装置。
【請求項９６】
前記変調器と前記表面との間に配置された、少なくとも約１．５の誘電率を有する作動流体を備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９７】
前記第１のアクチュエータと、前記第２の機械的支持を含む第２のアクチュエータとは、前記変調器を、少なくとも２つの機械的に安定な位置に駆動する、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９８】
前記第１のアクチュエータと、前記第２の機械的支持を含む第２のアクチュエータとは、前記変調器を、少なくとも３つの機械的に安定な位置に駆動する、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９９】
ディスプレイ装置を製造するための方法であって、
光路内の光と選択的に相互作用するための変調器を形成するために、第１の表面をエッチングするステップと、
前記変調器とアンカーとを接続するアクチュエータを、前記第１の表面内でエッチングするステップと、
前記変調器と第２のアンカーとを接続する第２の機械的支持を、第１の表面内でエッチングするステップと、
を含み、
前記アンカーと前記アクチュエータとは、第２の表面上で前記変調器を物理的に支持する第１の機械的支持として働き、前記アクチュエータは、前記第２の表面に実質的に平行な面内で前記シャッタを駆動するように構成され、
前記第２の機械的支持は、前記第２の表面上で前記変調器を物理的に支持し、
前記第１のアンカーと前記第２のアンカーとは、前記第２の表面上の２つの別個の位置に接続される、
方法。
【請求項１００】
前記変調器と、アクチュエータと、第２の機械的支持とは、１つのエッチングステップ内で形成される、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記変調器と、アクチュエータと、第２の機械的支持とは、１つの材料層から形成される、請求項９９に記載の方法。
【請求項１】
アクチュエータと変調器とを備えるディスプレイ装置であって、
前記アクチュエータは、
第１のコンプライアント電極と、
第２のコンプライアント電極と、
を含み、
前記第２のコンプライアント電極は、前記第１のコンプライアント電極に隣接して配置され、前記第１および第２のコンプライアント電極の間に印加される電圧に応じて、前記第１および第２のコンプライアント電極を相互に引き寄せ、
前記変調器は、前記ディスプレイ装置上で画像を形成するために前記アクチュエータに結合される、
ディスプレイ装置。
【請求項２】
基板を備え、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの位置において前記基板に固定される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
基板を備え、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、前記第２のコンプライアント電極の線形中心の付近において前記基板に固定される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記変調器は、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの１つに直接結合される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第１および第２のコンプライアント電極は、第１および第２の長さを有し、前記第１および第２のコンプライアント電極は、前記対応する第１および第２の長さの大部分に沿ってコンプライアントである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記変調器上の第１の位置において前記変調器に結合され、前記ディスプレイ装置は、前記変調器上の第２の位置において前記変調器に結合される第２のアクチュエータを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記変調器に結合された第２のアクチュエータを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記画像を形成するための光源を提供するために前記アクチュエータに結合されたバックライトを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１および第２のコンプライアント電極の間に印加される前記電圧に応じて、前記第１および第２のコンプライアント電極は、徐々に相互に引き寄せられる、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記変調器は、シャッタを備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２のコンプライアント電極の高さは、前記第１および第２のコンプライアント電極の幅の少なくとも約１．４倍である、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のコンプライアント電極は、幅が約０．５μｍ〜約５μｍである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記シャッタは、前記画像を形成するために前記シャッタを光が通過することを許可するための複数のシャッタアパーチャを画定する、請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
アパーチャを画定する基板をさらに備え、前記変調器は前記基板に隣接して配置され、前記変調器は、前記アパーチャを通過する光と選択的に相互作用することによって、前記画像を形成する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記基板は、実質的に透明な基板上に蒸着された、前記アパーチャを画定する反射膜を備える、請求項１４に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記変調器は、光との相互作用を、前記光をブロックすること、反射すること、吸収すること、およびフィルタリングすることのうちの１つによって行う、請求項１４に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記変調器は、反射面を備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記変調器は、光吸収材料を備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記変調器は、カラーフィルタを備える、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記第１のコンプライアント電極に電気的に結合された制御可能な電源を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記電源は、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの１つの少なくとも第１の端部に電気的に結合される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記電源は、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの１つの第１および第２の端部に電気的に結合される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記電源は、パッシブマトリクスアレイとして構成される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記電源は、アクティブマトリクスアレイとして構成される、請求項２０に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記変調器は、２つの機械的に安定な位置を有する、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記機械的に安定な変調器位置のうちの１つにおいて、前記第１および第２のコンプライアント電極は、第１の湾曲した形状に弓形に曲がり、前記２つの機械的に安定な変調器位置のうちの第２において、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、第２の湾曲した形状に弓形に曲がる、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記アクチュエータの作動に応じて、前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つは、第１の安定した形状から第２の安定した形状に変形する、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
前記変調器に復元力を提供する弾性部材を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記弾性部材はスプリングである、請求項２８に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記第１および第２のコンプライアント電極のうちの少なくとも１つの上に配置された、絶縁体を備える、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記絶縁体は、約２．０よりも大きな誘電率を有する、請求項３０に記載のディスプレイ装置。
【請求項３２】
ディスプレイ装置上で画像を形成する方法であって、
光変調器を選択するステップと、
相互に隣接して配置された、第１および第２の機械的にコンプライアントな電極を備えるアクチュエータを提供するステップであって、前記第１の機械的にコンプライアントな電極は、シャッタに結合されるステップと、
前記第１および第２の機械的にコンプライアントな電極の間に電圧を生成することによって、前記アクチュエータを作動させることにより、ｉ）前記第１および第２の機械的にコンプライアントな電極を、それらを相互により近くに引き寄せるように変形させ、ｉｉ）前記画像内のピクセルの照射に影響を及ぼすように、光路内にまたは光路から外に、前記シャッタを移動させるステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
前記第１および第２のコンプライアント電極を変形させるステップは、前記第１および第２の機械的にコンプライアントな電極のうちの少なくとも１つの湾曲を変えるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記アクチュエータを作動させるステップは、前記シャッタを、第１の機械的に安定な位置から、第２の機械的に安定な位置に移動させるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記シャッタを移動させるステップは、前記シャッタを平行移動させるステップ、および前記シャッタを回転させるステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
ディスプレイ装置であって、
前記ディスプレイ装置上で画像を形成するために、光路内の光と相互作用するためのシャッタと、
作動電位を受け取るための電圧入力と、
前記電圧入力に印加される作動電位に応じて、前記シャッタを、面内の第１の機械的に安定な位置から、前記面内の第２の機械的に安定な位置まで移動させるためのアクチュエータと、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記アクチュエータはスプリングを備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３８】
第１のコンプライアント部材の剛性は、前記第１のコンプライアント部材の全長に沿って変化する、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項３９】
前記シャッタは、光が通過することが可能な複数のシャッタアパーチャを備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４０】
前記アクチュエータは、前記電圧入力に印加される第２の作動電位に応じて、前記シャッタを、前記第１および第２の機械的に安定な状態のうちの１つから、第３の機械的に安定な状態に移動させる、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４１】
前記画像を形成するために、前記電圧入力に前記作動電位を選択的に印加するためのパッシブマトリクスアレイを備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４２】
前記第１のコンプライアント部材は、複数のコンプライアントな接合によって結合された複数の非コンプライアント部材を含む、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４３】
第１および第２の機械的に安定な状態を有するスタビライザを備え、前記シャッタの前記移動は、前記スタビライザの状態を、前記第１および第２の機械的に安定な状態間で切り換える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４４】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタを前記第１の機械的に安定な位置から前記第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事が、前記シャッタを前記第２の機械的に安定な位置から前記第１の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事と実質的に等しいように構成される、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４５】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタを前記第１の機械的に安定な位置から前記第２の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事が、前記シャッタを前記第２の機械的に安定な位置から前記第１の機械的に安定な位置まで移動させるために必要とされる仕事よりも大きいように構成される、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４６】
前記シャッタに結合された第２のアクチュエータを備え、前記第２のアクチュエータは、前記シャッタの前記第１および第２の機械的に安定な位置に対応する第１および第２の機械的に安定な状態を有する、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４７】
前記アクチュエータは、前記シャッタに、第１の位置において結合され、前記第２のアクチュエータは、前記シャッタに、第２の位置において結合される、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４８】
前記アクチュエータは、前記シャッタにおける第１の側に結合され、前記第２のアクチュエータは、前記シャッタにおける前記第１の側の実質的に反対側の第２の側に結合される、請求項４６に記載のディスプレイ装置。
【請求項４９】
前記変調器の前記第１の機械的に安定な位置に対応する第１の機械的に安定な状態と、前記変調器の前記第２の機械的に安定な位置に対応する第２の機械的に安定な状態とを有する第１のコンプライアント部材を備える、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項５０】
前記第１のコンプライアント部材は第１のビームを備え、前記第１の機械的に安定な状態において、前記第１のビームは、第１の方向に弓形に曲がっており、前記第２の機械的に安定な状態において、前記ビームは、第２の方向に弓形に曲がっている、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５１】
前記第１のコンプライアント部材は、前記コンプライアント部材への力の印加がない場合に、実質的にまっすぐな形状を有する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５２】
前記第１の機械的に安定な状態と、前記第２の機械的に安定な状態との両方において、前記第１のコンプライアント部材は実質的にまっすぐである、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５３】
前記電圧入力の、前記作動電位の受け取りに応じて、前記第１のコンプライアント部材は、前記第１の安定な状態から前記第２の安定な状態に変形する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５４】
前記アクチュエータを、前記第１および第２の機械的に安定な状態のいずれかから移動させるステップは、前記第１のコンプライアント部材に前記アクチュエータが力を印加することを必要とする、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５５】
前記コンプライアント部材の高さは、前記コンプライアント部材の幅の少なくとも約１．４倍である、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５６】
前記コンプライアント部材は、幅が約０．５μｍ〜約５μｍである、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５７】
前記第１のコンプライアント部材は、前記第１のコンプライアント部材を少なくとも部分的に覆う絶縁体を備える、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項５８】
前記絶縁体の誘電率は、約２以上である、請求項５７に記載のディスプレイ装置。
【請求項５９】
前記アクチュエータは第２のコンプライアント部材を備え、前記第２のコンプライアント部材は、対応する弓形の曲がりを有する第２のビームを有する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６０】
前記第１のコンプライアント部材は、対応する弓形の曲がりを有する第１のビームを備え、かつ、前記第１の機械的に安定な状態において、前記第２のビームの前記弓形の曲がりは、前記第１のビームの前記弓形の曲がりと実質的に同じであり、前記第２の機械的に安定な状態において、前記第２のビームの前記弓形の曲がりは、前記第１のビームの前記弓形の曲がりと実質的に反対である、請求項５９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６１】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタが上で移動させられる表面に前記第１のコンプライアント部材を接続する第１のアンカーに前記シャッタを結合する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６２】
前記第１のコンプライアント部材は、前記表面に前記第１のコンプライアント部材を接続する第２のアンカーに結合され、前記第１のアンカーは、前記第１のコンプライアント部材を、前記表面上の第１の位置に接続し、前記第２のアンカーは、前記第１のコンプライアント部材を、前記表面上の第２の位置に接続する、請求項６１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６３】
前記第１および第２のコンプライアント部材間に配置された少なくとも約１．５の誘電率を有する作動流体を備える、請求項６１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６４】
第１および第２の機械的に安定な状態を有する第２のコンプライアント部材を備え、前記第１および第２の機械的に安定な状態のそれぞれにおいて、前記第２のコンプライアント部材は実質的にまっすぐである、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６５】
前記第１のコンプライアント部材は、前記シャッタ上の第１の位置において、前記シャッタに結合され、前記第２のコンプライアント部材は、第２の位置において、前記シャッタに結合される、請求項６４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６６】
前記第２のコンプライアント部材は、前記シャッタが上で移動させられる表面に前記第２のコンプライアント部材を接続するアンカーに結合される、請求項６４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６７】
前記第１および第２のコンプライアント部材は電極であり、前記電極は、前記第１および第２のコンプライアント部材の間に印加される電圧に応じて相互に引き寄せられることにより前記シャッタを移動させる、請求項６４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６８】
第２のコンプライアント部材を備え、前記第１および第２のコンプライアント部材のそれぞれはビームを含み、前記ビームのうちの少なくとも一方は、前記ビームのうちのもう一方に面した平坦な側を有する、請求項４９に記載のディスプレイ装置。
【請求項６９】
前記シャッタを移動させるステップは、前記シャッタの回転または平行移動を含む、請求項３６に記載のディスプレイ装置。
【請求項７０】
ディスプレイ装置上で画像を形成する方法であって、
電圧入力に、作動電位を選択的に印加するステップと、
前記作動電位の前記印加に応じて、シャッタを、第１の機械的に安定な位置から第２の機械的に安定な位置まで面内で移動させることにより、画像の前記形成に光が寄与することを許可するステップと、
を含む方法。
【請求項７１】
前記シャッタを移動させるステップは、前記シャッタが結合されているコンプライアント部材を変形させるステップを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
シャッタを移動させるステップは、前記シャッタが結合されているコンプライアント部材の湾曲を変えるステップを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記作動電位の前記印加に応じて、２つのコンプライアント部材間に電圧を生成させ、それらのコンプライアント部材を相互に引き寄せるステップを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
ディスプレイ装置であって、
前記ディスプレイ装置上で画像を形成するために、光路内の光と選択的に相互作用するための変調器と、
前記変調器上の第１の位置から、前記変調器が上で支持される表面への支持的接続を提供する第１の機械的支持を提供する、制御可能な第１のアクチュエータと、
前記変調器上の第２の位置から、前記表面への支持的接続を提供する第２の機械的支持と、
を備え、
前記第１のアクチュエータは、前記シャッタを、前記表面に実質的に平行な面内で駆動する、ディスプレイ装置。
【請求項７５】
前記変調器は、シャッタを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７６】
前記シャッタは、前記シャッタを光が通過することを許可するための複数のシャッタアパーチャを備える、請求項７５に記載のディスプレイ装置。
【請求項７７】
前記表面は、アパーチャを画定する、請求項７５に記載のディスプレイ装置。
【請求項７８】
前記第１および第２の機械的支持は、前記変調器の前記平面から離れた移動を減らすように構成される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７９】
前記変調器の回転運動を減らすために、前記第１のアクチュエータは、少なくとも２つの位置において前記表面に接続される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８０】
前記第１のアクチュエータは、前記変調器の前記平面から離れた移動を減らすのに十分に堅い、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８１】
前記第１のアクチュエータと前記変調器との間の前記接続は、前記変調器の前記平面から離れた移動を減らすのに十分に太い、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８２】
前記第１のアクチュエータは、前記変調器の第１の側において前記変調器に結合され、前記第２の機械的支持は、前記変調器の第２の側において前記変調器に結合される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８３】
前記第１の側は、前記第２の側の実質的に反対側である、請求項８２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８４】
前記第１のアクチュエータは、前記第１の側のほぼ中央に結合され、前記第２の機械的支持は、前記第２の側のほぼ中央に結合される、請求項８２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８５】
前記変調器は、カラーフィルタを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８６】
前記変調器は、３つのカラーフィルタを備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８７】
前記第１のアクチュエータは、パッシブマトリクスアレイによって制御される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８８】
前記第１のアクチュエータは、アクティブマトリクスアレイによって制御される、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項８９】
前記第１のアクチュエータおよび前記第２の機械的支持のうちの少なくとも１つは、機械的に双安定である、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９０】
前記第１のアクチュエータおよび前記第２の機械的支持は、幅が約０．５μｍ〜約５μｍである、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９１】
前記第１のアクチュエータは、第１のコンプライアント電極を備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９２】
前記第１のアクチュエータは、前記第１のコンプライアント電極を引き寄せることにより前記シャッタを駆動する前記第１のコンプライアント電極に隣接する第２のコンプライアント電極を備える、請求項９１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９３】
前記第１のアクチュエータは、前記第１のコンプライアント電極を、前記変調器と前記表面に接続されたアンカーとのうちの１つに接続するスプリングを備える、請求項９１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９４】
前記第１のコンプライアント電極は、前記第１のコンプライアント部材の全長に沿った第１の位置において、第１の剛性を有し、前記第１のコンプライアント部材の全長に沿った第２の位置において、より大きな剛性を有する、請求項９１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９５】
前記第１および第２のコンプライアント電極が相互に引き寄せられるのに応じて、前記変調器は、第１の位置から第２の位置に移動させられる、請求項９２に記載のディスプレイ装置。
【請求項９６】
前記変調器と前記表面との間に配置された、少なくとも約１．５の誘電率を有する作動流体を備える、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９７】
前記第１のアクチュエータと、前記第２の機械的支持を含む第２のアクチュエータとは、前記変調器を、少なくとも２つの機械的に安定な位置に駆動する、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９８】
前記第１のアクチュエータと、前記第２の機械的支持を含む第２のアクチュエータとは、前記変調器を、少なくとも３つの機械的に安定な位置に駆動する、請求項７４に記載のディスプレイ装置。
【請求項９９】
ディスプレイ装置を製造するための方法であって、
光路内の光と選択的に相互作用するための変調器を形成するために、第１の表面をエッチングするステップと、
前記変調器とアンカーとを接続するアクチュエータを、前記第１の表面内でエッチングするステップと、
前記変調器と第２のアンカーとを接続する第２の機械的支持を、第１の表面内でエッチングするステップと、
を含み、
前記アンカーと前記アクチュエータとは、第２の表面上で前記変調器を物理的に支持する第１の機械的支持として働き、前記アクチュエータは、前記第２の表面に実質的に平行な面内で前記シャッタを駆動するように構成され、
前記第２の機械的支持は、前記第２の表面上で前記変調器を物理的に支持し、
前記第１のアンカーと前記第２のアンカーとは、前記第２の表面上の２つの別個の位置に接続される、
方法。
【請求項１００】
前記変調器と、アクチュエータと、第２の機械的支持とは、１つのエッチングステップ内で形成される、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記変調器と、アクチュエータと、第２の機械的支持とは、１つの材料層から形成される、請求項９９に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−２１２１４９（Ｐ２０１２−２１２１４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２５２０５（Ｐ２０１２−１２５２０５）
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【分割の表示】特願２０１０−２０６２７７（Ｐ２０１０−２０６２７７）の分割
【原出願日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５０７２７６０９２）ピクストロニクス，インコーポレイテッド (35)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【分割の表示】特願２０１０−２０６２７７（Ｐ２０１０−２０６２７７）の分割
【原出願日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５０７２７６０９２）ピクストロニクス，インコーポレイテッド (35)
【Ｆターム（参考）】
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