JP2005182037A - 誘電泳動マイクロエマルジョンを含むマイクロミラーデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】
省エネルギーで駆動できる小型のマイクロミラーデバイスを提供すること。
【解決手段】
表面（２２）を有する基板（２０）と、基板表面から離して基板表面に対して実質的に平行な向きに配置されたプレートとを備え、プレートと基板表面との間に空洞を画定するように構成されたマイクロミラーデバイス。マイクロミラーデバイスに電気信号を加えたときに動きを有する誘電泳動マイクロエマルジョンを空洞内に配置し、基板表面とプレートとの間に反射素子（４２）を配置して、反射素子が、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動かされるようにする。誘電泳動マイクロエマルジョンは連続的な油相を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は概してマイクロアクチュエータに関し、詳しくは誘電泳動マイクロエマルジョンを含むマイクロミラーデバイスに関する。

関連特許出願の相互参照
本特許出願は、２００２年４月３０日に出願された「Micro-Mirror Device」と題する米国特許出願第１０／１３６，７１９号、２００３年３月１２日に出願された「Micro-Mirror Device Including Dielectrophoretic Liquid」と題する米国特許出願第１０／３８７，２４５号、及び２００３年３月１２日に出願された「Micro-Mirror Device Including Dielectrophoretic Liquid」と題する米国特許出願第１０／３８７，３１２号に関連する。

マイクロアクチュエータは、フォトリソグラフィ、気相成長およびエッチングのようなマイクロエレクトロニクス技術を用いて、絶縁体その他の基板上に形成されている。そうしたマイクロアクチュエータは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスと呼ばれることが多い。マイクロアクチュエータの一例はマイクロミラーデバイスである。マイクロミラーデバイスは、入射光を振幅変調および／または位相変調するための光変調器として動作させることができる。マイクロミラーデバイスの一つの用途は、表示装置である。その場合、複数のマイクロミラーデバイスがアレイ状に配置され、各マイクロミラーデバイスが表示装置の１つのセルまたは画素として機能する。

従来のマイクロミラーデバイスは、軸を中心にして回転するように支持された静電作動式ミラーを含む。従来のマイクロミラーデバイスは、ミラーを支持構造に対して回転させることができるくらいの十分なサイズにしなければならない。しかしながら、マイクロミラーデバイスのサイズを大きくすると、所与の面積を占めるマイクロミラーデバイスの数が減少するため、表示装置の解像度は低下する。また、所望の駆動力をミラーに与えるためには、印加する作動エネルギーも十分に大きなものにする必要がある。

したがって、マイクロミラーデバイスのサイズを最小限に抑えて該デバイスのアレイ密度を最大にするとともに、所与の駆動エネルギーによって生成されるマイクロミラーデバイスの駆動力を向上させ、同時にマイクロミラーデバイスの駆動力を生成するのに必要とされる前記駆動エネルギーを最小限に抑えることが望ましい。

本発明の一態様はマイクロミラーデバイスである。このマイクロミラーデバイスは、表面を有する基板と、前記基板の表面から離して配置され、前記基板の表面に対して概ね平行の向きに配置されたプレートとを含む。プレートと基板表面の間には空洞が画定される。マイクロミラーデバイスに電気信号を加えたときに動くことができる誘電泳動マイクロエマルジョンが空洞内に配置され、さらに反射素子が基板表面とプレートの間に配置される。反射素子は、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くように構成される。誘電泳動マイクロエマルジョンは、少なくとも油相が連続した相である誘電泳動マイクロエマルジョンである。

好ましい実施形態に関する以下の説明では、添付の図面を参照する。図面は、本発明を実施することができるように、具体的な実施形態を例として示したものである。これに関し、「上側」、「下側」、「前面」、「背面」、「前部」、「後部」のような方向に関する用語は、説明している図面の向きを基準として使用される。本発明の構成要素は様々な向きに配置することができるため、方向に関する用語を使用する目的は例示することであり、限定することでは決してない。本発明の範囲から外れることなく、他の実施形態を使用したり、構造的または論理的な変更を施したりすることも可能である。従って、発明の詳細な説明を限定の意味で解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。

図１は、マイクロミラーデバイス１０の一実施形態を示す図である。マイクロミラーデバイス１０は、電気／機械変換によって力を発生させ、本体または構成要素を移動すなわち駆動するマイクロアクチュエータである。以下で説明するように、一実施形態では、複数のマイクロミラーデバイス１０を用いてマイクロミラーデバイスアレイを形成する。その場合、マイクロミラーデバイスアレイを用いて表示装置を形成することができる。その場合、各マイクロミラーデバイス１０は、入射光を変調するための光変調器を構成し、表示装置の１つのセルまたは画素として機能する。また、マイクロミラーデバイス１０は、プロジェクタのような他の画像装置に使用することもでき、光学的なアドレッシングにも使用することができる。

一実施形態において、マイクロミラーデバイス１０は、基板２０と、プレート３０と、作動素子４０とを含む。基板２０は表面２２を有する。一実施形態では、表面２２は基板２０内および／または基板２０上に形成されたトレンチまたはタブによって形成される。プレート３０は、表面２２に対して実質的に平行な向きに表面２２から離して配置し、表面２２との間に空洞５０を画定するのが好ましい。作動素子４０は、基板２０の表面２２とプレート３０との間に配置される。その場合、作動素子４０は空洞５０内に配置される。

一実施形態において、作動素子４０は、基板２０およびプレート３０に対する第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。作動素子４０は、回転軸を中心としてある角度まで動く、すなわち、ある角度まで傾くのが好ましい。従って、作動素子４０の第１の位置４７は実質的に水平で、基板２０に対して実質的に平行であるものとして描かれている。また、作動素子４０の第２の位置４８は、第１の位置４７に対してある角度を成して描かれている。基板２０およびプレート３０に対する作動素子４０の移動すなわち駆動については、以下で詳細に説明する。

一実施形態において、空洞５０は多相誘電液体５２で満たされ、作動素子４０はその多相誘電液体５２に接触するように配置される。一実施形態において、空洞５０は多相誘電液体５２で満たされ、作動素子４０はその多相誘電液体５２に浸漬される。したがって、作動素子４０と基板２０との間、および作動素子４０とプレート３０との間には、多相誘電液体５２が配置される。したがって、多相誘電液体５２は作動素子４０の両方の表面に接触する。すなわち、両方の表面を濡らす。他の実施形態において、空洞５０は多相誘電液体５２で満たされ、作動素子４０はその多相誘電液体５２の上に配置され、基板２０方向を向いた作動素子４０の少なくとも１つの表面が多相誘電液体５２に接触するように配置される。以下で説明するように、多相誘電液体５２は、作動素子４０の駆動を補助する働きをする。

多相誘電液体５２は透明なものが好ましい。その場合、多相誘電液体５２は、可視スペクトル中で透明すなわち無色なものが好ましい。また、多相誘電液体５２は電界中でも化学的に安定していて、温度変化に対しても化学的に安定していて、化学的に不活性なものが好ましい。さらに、多相誘電液体５２は蒸気圧が低く、非腐食性なものが好ましい。

多相誘電液体５２は粘度の低いものが好ましい。一実施形態において適当な液体は、約０．５センチポアズ〜約５０センチポアズの粘度を持つ液体である。また、多相誘電液体５２は、電界中でも分子配向性が強く、電界中で動くものが好ましい。さらに、多相誘電液体５２は、誘電率が低く、双極子モーメントの大きいものが好ましい。電気誘電率とも呼ばれる物質の誘電率は、物質内に電界が形成されるのを阻止する物質の能力の尺度である。

一実施形態において、多相誘電液体５２は誘電泳動マイクロエマルジョン５３である。マイクロエマルジョンとは、ある液相を他の液相の中に界面活性剤の界面膜によって安定化させることにより、熱力学的に安定した状態で分散させたものである。マイクロエマルジョンは少なくとも３つの成分を有する。すなわち、極性成分（水）、無極性成分（油）および両親媒性成分（界面活性剤）である。

一実施形態において、本発明に有用なマイクロエマルジョンとしては、光学的に透明な溶液、および液滴直径１００ナノメートル（ｎｍ）以下の油−水（water-in-oil）マイクロエマルジョンが挙げられる。その範囲には、一実施形態で使用される液滴直径２５ｎｍ以下の油−水マイクロエマルジョンも含まれる。一実施形態では、水相と油相の間の界面張力が非常に小さい。一実施形態では、油相を連続した相として、球状の凝集体の中に水を捕捉する。一実施形態において有用なマイクロエマルジョンは、両親媒性（界面活性剤）分子のコロイド状凝集体を用いたマイクロエマルジョンである。両親媒性（界面活性剤）分子は、疎水性界面活性剤の「末尾」と連続的な油相との間の相互作用を最大にするように配置される。マイクロエマルジョンは、それらの成分を混合する際に自然に形成される。

一実施形態では、界面活性剤の層によって分離されることを除いて、油相と水相が両方とも連続性である両連続性マイクロエマルジョンも、誘電泳動マイクロエマルジョン５３として有用である。ただし、両連続性マイクロエマルジョンは、２つの連続した相間を絶えず変化しているので、その粒子サイズすなわち液滴サイズを測定することができない。

マイクロエマルジョン内に存在する水および界面活性剤はいずれも高い導電率を有するので、マイクロエマルジョンがマイクロミラーその他のアクチュエータデバイス内で多相誘電泳動液体５２として機能することは、意外である。しかしながら、以下に略述するように、それらのマイクロエマルジョンは多相誘電泳動液体５２として機能する。一実施形態において、マイクロエマルジョンに含まれる水成分の量は、マイクロエマルジョン全体のうちのわずかである。マイクロエマルジョンに含まれる水の厳密な量は、界面活性剤の選択によって変わる。一実施形態においてマイクロエマルジョンは、たとえば陰イオン界面活性剤を有し、約５パーセント未満の水を含む。

本発明において有用なマイクロエマルジョンは、電気信号を加えたときに動きを示す多相液体である。適当なマイクロエマルジョンは、実際にエネルギーを生成し、マイクロミラーデバイス１０内の作動素子４０を動かす働きをする。具体的には、電界中に置かれた多層液体の分子は、分極して整列し、そして移動する。すなわち、マイクロミラーデバイス１０の作動素子４０を動かすエネルギーを生成する。

多相誘電液体５２として有用なマイクロエマルジョンは通常、誘電率が低く、柔軟性のある液体である。すなわち、本発明に使用したときに小さな体積に圧縮することができる液体である。液体の圧縮性は分子の柔軟性に関連する。つまり、液体は、圧力が加えられたときに、その体積がわずかに減少することを意味している。分子内の分岐も圧縮性を高める。液体を圧縮することによって、デバイスに電界を加えたときにマイクロミラーを動かすのが容易になる。マイクロミラーデバイス１０に電気信号を加えたときに、圧縮可能な液体は、少なくとも小さな動きを示す。圧縮可能な液体の誘電率は、２０未満にするのが好ましい。圧縮可能な液体は、ジュール熱を発生させないものが好ましい。ジュール熱はバブルを形成（すなわち、ガスを放出）し、ミラーの動きを阻害することがある。

マイクロエマルジョンの導電率は最小限に抑えることが好ましい。そのため、一実施形態において有用なマイクロエマルジョンは、約１０ｋΩよりも大きな抵抗値を有するマイクロエマルジョンである。

多相誘電液体５２として用いるのに適したマイクロエマルジョンは、十分な量の少なくとも１つの界面活性剤を含むマイクロエマルジョンである。有用な界面活性剤は、熱力学的に安定した逆ミセル構造、または両連続性のマイクロエマルジョンを形成する種々の界面活性剤の中から選択される。界面活性剤の性質は、陰イオン性であっても、非イオン性であっても、陽イオン性であってもよい。一実施形態において、界面活性剤はマイクロエマルジョンの少なくとも約１パーセントを構成する。一実施形態において、界面活性剤は、当該技術分野においてエアロゾルＯＴとも呼ばれる、１，４−ビス（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウム塩の陰イオン界面活性剤である。

多相誘電泳動液体５２として用いるのに適したマイクロエマルジョンは、少なくとも１つの油成分をさらに含む。有用な油としては、Ｃ_３よりも大きな炭化水素および過フッ化炭化水素、シロキサン、シラン、芳香族化合物および置換芳香族化合物、オリゴマーおよび低分子量の疎水性ポリマー、ならびに他の疎水性化合物などがある。一実施形態において、油成分は、マイクロエマルジョンの約３０パーセント〜約９５パーセントを構成する。また、上記のように、多相誘電泳動液体５２として用いるのに適したマイクロエマルジョンは、少なくとも幾らかの量の水を含む。

プレート３０は透明なプレート３２にし、作動素子４０は反射素子４２にするのが好ましい。一実施形態において、透明プレート３２はガラスプレートである。しかしながら、他の適当な平坦で半透明または透明な材料を使用することもできる。そのような材料の例としては、石英やプラスチックが挙げられる。

反射素子４２は反射面４４を有する。一実施形態において、反射素子４２は適当な反射率を有する均質な材料から形成され、反射面４４を形成する。そのような材料の例としては、ポリシリコンやアルミニウムなどの金属が挙げられる。他の実施形態において、反射素子４２はポリシリコンのようなベース材料から形成され、そのベース材料の上にアルミニウムやチタン窒化物などの反射材料を配置することによって反射面４４が形成される場合もある。さらに、反射素子４２は非導電性材料から形成してもよいし、導電性材料から形成してもよく、あるいは導電性材料を含んでもよい。

図１の実施形態に示すように、マイクロミラーデバイス１０は、基板２０とは反対の透明プレート３２の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。光源には、たとえば周囲光および／または人工光が含まれる。その場合、透明プレート３２に入射した入力光１２は、透明プレート３２を通過して空洞５０内に入り、反射素子４２の反射面４４によって出力光１４として反射される。すなわち、出力光１４は、空洞５０から出て、透明プレート３２を通して戻される。

出力光１４の方向は、反射素子４２の位置によって決定すなわち制御される。たとえば、反射素子４２が第１の位置４７にあるとき、出力光１４は第１の方向１４ａへ差し向けられる。一方、反射素子４２が第２の位置４８にあるとき、出力光１４ｂは第２の方向１４ｂへ差し向けられる。したがって、マイクロミラーデバイス１０は、入力光１２によって生成された出力光１４の方向を変調すなわち変更する。このように、反射素子４２を用いると、光学イメージングシステムの中に入ってくる光、および／または光学イメージングシステムから出てゆく光の方向を操ることができる。

一実施形態において、第１の位置４７は、反射素子４２の中立位置であり、以下で説明するように、光がたとえば観察者や表示画面に向けて反射されるという点で、マイクロミラーデバイス１０の「オン」状態を表している。一方、第２の位置４８は、反射素子４２の作動位置であり、光がたとえば観察者や表示画面に向けて反射されないという点で、マイクロミラーデバイス１０の「オフ」状態を表している。

図２は、反射素子４２の一実施形態を示す図である。反射素子１４２は、反射面１４４を有し、実質的に矩形の外側部分１８０と、実質的に矩形の内側部分１８４とを有する。一実施形態において、反射面１４４は、外側部分１８０と内側部分１８４との両方に形成される。外側部分１８０は４つの隣接する側部１８１を有し、それらが実質的に矩形の開口部１８２を形成するように配置される。その場合、内側部分１８４は開口部１８２の中に配置される。内側部分１８４は開口部１８２内に対称に配置されることが好ましい。

一実施形態では、内側部分１８４と外側部分１８０との間に、一対のヒンジ１８６が形成される。ヒンジ１８６は、内側部分１８４の向かい合った側部すなわち縁部から外側部分１８０の対向する側部すなわち縁部まで延びる。外側部分１８０は対称軸に沿ってヒンジ１８６によって支持されるのが好ましい。具体的には、外側部分１８０は、外側部分１８０の向かい合う２つの縁部の中間を通って延びる軸を中心として支持される。その場合、ヒンジ１８６は、上で述べたように（図１）、反射素子１４２を第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かすのを容易にする働きをする。具体的には、ヒンジ１８６は、外側部分１８０を内側部分１８４に対して第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かすのを容易にする働きをする。

一実施形態では、ヒンジ１８６は、反射面１４４に対して実質的に平行な向きの長軸１８９を有するねじり部材１８８を含む。長軸１８９は、反射素子１４２の対称軸と同一の直線上にあって、対称軸に一致する。その場合、ねじり部材１８８が長軸１８９を中心としてねじれ、すなわち回転するため、外側部分１８０は内側部分１８４に対し、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動くことが可能になる。

一実施形態において、反射素子１４２は、基板２０の表面２２から延びる支持体すなわち支柱２４によって、基板２０に対して支持される。具体的には、支柱２４は反射素子１４２の内側部分１８４を支持する。その場合支柱２４は、外側部分１８０の側部１８１の内側に配置される。したがって、反射素子１４２の外側部分１８０は、支柱２４側から延びるヒンジ１８６によって支持される。

図３は、反射素子４２の他の実施形態を示す図である。反射素子２４２は反射面２４４を有し、実質的にＨ形の部分２８０と、一対の実質的に矩形の部分２８４とを有する。一実施形態において、反射面２４４は、Ｈ形部分２８０と矩形部分２８４との両方に形成される。Ｈ形部分２８０は、離して配置された一対の脚部２８１と、離して配置された２つの脚部２８１間に延びる接続部２８２とを有する。その場合、矩形部分２８４は、離して配置された２つの脚部２８１間の接続部２８２の両側に配置される。矩形部分２８４は、離して配置された脚部２８１および接続部２８２に対して対称に配置されるのが好ましい。

一実施形態では、矩形部分２８４とＨ形部分２８０との間に、ヒンジ２８６が形成される。ヒンジ２８６は、各矩形部分２８４の片側すなわち縁部からＨ形部分２８０の接続部２８２の対向する側部すなわち縁部までそれぞれ延びる。Ｈ形部分２８０は、対称軸に沿ってヒンジ２８６によって支持されるのが好ましい。具体的には、Ｈ形部分２８０は、接続部２８２の向かい合った２つの縁部の中間を通って延びる軸を中心として支持される。その場合、ヒンジ２８６は、上で述べたように（図１）、反射素子２４２を第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かすのを容易にする働きをする。具体的には、ヒンジ２８６は、Ｈ形部分２８０を矩形部分２８４に対して第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かすのを容易にする働きをする。

一実施形態では、ヒンジ２８６は、反射面２４４に対して実質的に平行な向きの長軸２８９を有するねじり部材２８８を含む。長軸２８９は、反射素子２４２の対称軸と同一の直線上にあって、対称軸に一致する。その場合、ねじり部材２８８が長軸２８９を中心としてねじれ、すなわち回転するため、Ｈ形部分２８０は矩形部分２８４に対し、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動くことが可能になる。

一実施形態において、反射素子２４２は、基板２０の表面２２から延びる一対の支柱２４によって基板２０に対して支持される。具体的には、支柱２４は反射素子２４２の矩形部分２８４を支持する。その場合支柱２４は、離して配置された２つの脚部２８１間にある接続部２８２の両側に配置される。したがって、反射素子２４２のＨ形部分２８０は、支柱２４側から延びるヒンジ２８６によって支持される。

図４は、マイクロミラーデバイス１０の駆動の一実施形態を示す図である。一実施形態では、基板２０上に形成された電極６０に電気信号を加えることにより、反射素子４２（反射素子１４２および２４２を含む）は第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。電極６０は、反射素子４２の端部すなわち縁部に隣接して基板２０上に形成するのが好ましい。電極６０に電気信号を加えることによって電極６０と反射素子４２の間に電界が発生し、その電界により反射素子４２が第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。一実施形態において、この電気信号は駆動回路６４によって電極６０に加えられる。

上記のように、一実施形態において、多相誘電液体５２は、電界に応答するように選択された誘電泳動マイクロエマルジョン５３である。具体的には、誘電泳動マイクロエマルジョン５３は、電界によってその液体の分子が整列され、動かされるようなものが選択される。そのため、電気信号を加えると、誘電泳動マイクロエマルジョン５３は電界内で移動し、反射素子４２を第１の位置４７と第２の位置４８との間で移動させる。したがって、空洞５０内に誘電泳動マイクロエマルジョン５３があれば、誘電泳動マイクロエマルジョン５３は、反射素子４２を動かす駆動力を高める。具体的には、誘電泳動マイクロエマルジョン５３は、所与の駆動エネルギーによって生成される反射素子４２を動かす駆動力を高める。

誘電泳動マイクロエマルジョン５３は、反射素子４２を動かす駆動力を高めることにより、反射素子４２を動かすのに必要とされる駆動エネルギーを低減する。たとえば、約１０Ｖ未満の駆動エネルギーを用いることが可能になる。一実施形態において、電圧の低減は、誘電泳動マイクロエマルジョン５３の誘電率に比例する。より低い駆動電圧を使用することができるようになるので、マイクロミラーデバイス１０の駆動回路６４を基板２０に組み込むことが可能になる。したがって、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）構造を基板２０に使用することが可能になる。

そのような電気泳動マイクロエマルジョン５３を用いる場合、電極６０の寸法は、反射素子４２の寸法とは異なるものにすることが好ましい。すなわち、電気信号を電極６０に加えたときに電極６０と反射素子４２との間に形成される電界が、不均一になるようにするのが好ましい。この不均一な電界は、空洞５０内に誘電泳動力を発生させるのに役立つ。

一実施形態において、多相誘電泳動液体５２（誘電泳動マイクロエマルジョン５３を含む）は、マイクロミラーデバイス１０内に発生する熱や、マイクロミラーデバイス１０に吸収される熱を発散させることによる、熱管理作用および／または冷却作用を有する。反射素子４２の動作によってマイクロミラーデバイス１０内に熱が発生することがあり、反射素子４２に光が当たることによって熱がマイクロミラーデバイス１０に吸収されることがある。マイクロエマルジョン内には水があり、水の熱容量は大きいので、熱伝達が容易になる。

一実施形態では、基板２０上にパッシベーション層を形成し、駆動回路６４を保護または被包する場合がある。すなわち、パッシベーション層は、駆動回路６４を無傷の状態のまま保護し、駆動回路６４が誘電泳動マイクロエマルジョン５３によって侵蝕されるのを防止する。また、パッシベーション層は、反射素子４２と電極６０との間に生じるファンデルワールス力によるスティクションすなわち摩擦力も、低減および／または防止する。誘電泳動マイクロエマルジョン５３を用いることにより、反射素子４２と電極６０との間に生じるスティクションは、空洞５０が誘電泳動マイクロエマルジョン５３を含まないマイクロミラーに比べて低減されるが、それでもパッシベーション層は有効である。なぜなら、反射素子４２が第２の位置にあるときの反射素子４２と電極６０との間の距離は、短く、たとえば１ミクロンしかないからである。パッシベーション層に適した材料としては、窒化シリコン、炭化シリコンおよび／または酸化シリコンなどの絶縁体または誘電体材料がある。

電極６０から電気信号を除去したとき、反射素子４２は、ある時間にわたって第２の位置４８を持続すなわち維持することが好ましい。その後、たとえばヒンジ１８６（図２）やヒンジ２８６（図３）のような反射素子４２の復元力によって、反射素子４２は第１の位置４７まで引き戻される。

図５は、マイクロミラーデバイス１０の駆動の他の実施形態を示す。図４の実施形態と同様に、反射素子４２の端部すなわち縁部に隣接して基板２０上に形成された電極６０に電気信号を加えることにより、反射素子４２（反射素子１４２、２４２など）は、上記のように第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。その際、反射素子４２は第１の方向に動かされる。

ただし、図５に示す実施形態では、反射素子４２が、第１の方向とは反対の第２の方向にも動かされる。具体的には、反射素子４２の反対側の端部すなわち縁部に隣接して基板２０上に形成された電極６２に電気信号を加えることにより、反射素子４２は、第１の位置４７と、第１の位置４７に対してある角度を成す向きの第３の位置４９との間で動かされる。その場合、電極６２に電気信号を加えることによって、反射素子４２は、第１の方向とは反対の第２の方向に動かされる。

電極６２に電気信号を加えると、電極６２と反射素子４２との間に電界が発生する。そして、その電界は、上で述べたような反射素子４２を第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かす場合と同様に、反射素子４２を第１の位置４７と第３の位置４９との間で動かす。反射素子４２を第１の位置４７で停止または一時的停止させることなく第２の位置４８と第３の位置４９との間を直接移動させることも、本発明の範囲内である。

図６は、マイクロミラーデバイス１０の駆動の他の実施形態を示す図である。一実施形態では、支柱２４内を通って延びる導電性バイア２６を支柱２４に形成する。導電性バイア２６は反射素子４２に電気的に接続される。具体的には、反射素子４２の導電性材料に電気的に接続される。その場合、電極６０および反射素子４２に電気信号を加えることにより、反射素子４２（反射素子１４２、２４２など）は、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。具体的には、ある極性の電気信号を電極６０に加え、逆の極性の電気信号を反射素子４２の導電性材料に加える。

ある極性の電気信号を電極６０に加え、逆の極性の電気信号を反射素子４２に加えると、電極６０と反射素子４２との間に電界が発生する。そして、その電界により、反射素子４２は、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。上記のように、多相誘電液体５２（誘電泳動マイクロエマルジョン５３を含む）は、反射素子４２を動かすのに役立つ。

他の実施形態では、反射素子４２に電気信号を加えることにより、反射素子４２（反射素子１４２および２４２を含む）が、第１の位置４８と第２の位置４９との間で動かされる。具体的には、この電気信号は、支柱２４内を通る導電性バイア２６を介して反射素子４２の導電性材料に加えられる。その場合、反射素子４２に電気信号を加えると、電界が生成され、その電界によって反射素子４２は第１の位置４８と第２の位置４９との間で動かされる。上記のように、多相誘電液体５２（誘電泳動マイクロエマルジョン５３を含む）は、反射素子４２を動かすのに役立つ。

図７は、反射素子４２の他の実施形態を示す図である。反射素子３４２は反射面３４４を有し、実質的に矩形の中央部分３８０と、複数の実質的に矩形の部分３８２とを有する。一実施形態において、反射面３４４は、中央部分３８０および矩形部分３８２に形成される。矩形部分３８２は、中央部分３８０の角に配置するのが好ましい。

一実施形態では、矩形部分３８２と中央部分３８０との間に、ヒンジ３８６が形成される。ヒンジ３８６は、矩形部分３８２の側面すなわち縁部から、中央部分３８０の側面すなわち縁部のうちの隣り合った側面すなわち縁部にまで延びる。中央部分３８０は、対照な対角線に沿ってヒンジ３８６によって支持されるのが好ましい。具体的には、中央部分３８０は、中央部分３８０の対向する角間に延びる軸を中心にして支持される。その場合ヒンジ３８６は、以下で説明するように（図８）、反射素子３４２を第１の位置３４７と第２の位置３４８との間で動かすのを容易にする。具体的には、ヒンジ３８６は、中央部分３８０を矩形部分３８２に対して第１の位置３４７と第２の位置３４８との間で動かすのを容易にする。

一実施形態において、ヒンジ３８６は、反射面３４４に対して実質的に平行な向きの長軸３８９を有する可撓性部材３８８を含む。軸線３８９は、中央部分３８０の対向する角間に延び、中央部分３８０の中心で交差する。その場合、可撓性部材３８８が長軸３８９に沿って曲がるため、中央部分３８０は矩形部分３８２に対して第１の位置３４７と第２の位置３４８との間で動くことができる。

一実施形態において、反射素子３４２は、基板２０の表面２２から延びる複数の支柱２４によって、基板２０に対して支持される。具体的には、支柱２４は、反射素子３４２の矩形部分３８２を支持する。その場合、支柱２４は中央部分３８０の角に配置される。したがって、反射素子３４２の中央部分３８０は、支柱２４側から延びるヒンジ３８６によって支持される。

図８は、反射素子３４２を含むマイクロミラーデバイス１０の駆動の一実施形態を示す図である。一実施形態において、反射素子３４２は、基板２０およびプレート３０に対して第１の位置３４７と第２の位置３４８との間で動かされる。反射素子３４２は、基板２０の表面２２に対して実質的に垂直な方向に動くのが好ましい。そのため図面では、反射素子３４２の第１の位置３４７および第２の位置３４８が、いずれも実質的に水平に、そして互いに平行であるように描かれている。

一実施形態では、基板２０上に形成された電極６０に電気信号を加えることにより、反射素子３４２が、第１の位置３４７と第２の位置３４８との間で動かされる。電極６０は、反射素子３４２の下の中央の位置で基板２０上に形成されるのが好ましい。電極６０に電気信号を加えることにより、電極６０と反射素子３４２との間に電界が発生する。そして、その電界により、反射素子３４２は第１の位置３４７と第２の位置３４８との間で動かされる。

電極６０から電気信号を除去したとき、反射素子３４２は、ある時間にわたって第２の位置３４８を持続すなわち維持することが好ましい。その後、たとえばヒンジ３８６のような反射素子３４２の復元力によって、反射素子３４２は第１の位置３４７に引き戻される。

図９は、反射素子４２の他の実施形態を示す図である。反射素子４４２は、反射面４４４を有し、第１の実質的に矩形の部分４８０と、第２の実質的に矩形の部分４８２とを有する。一実施形態において、反射面４４４は、矩形部分４８０および矩形部分４８２の両方に形成される。第２の矩形部分４８２は、第１の矩形部分４８０の側面に沿って配置される。

一実施形態では、矩形部分４８２と矩形部分４８０との間に、ヒンジ４８６が形成される。ヒンジ４８６は、矩形部分４８２の側面すなわち縁部から矩形部分４８０の隣り合った側面すなわち縁部まで延びる。その場合、矩形部分４８０は、その一辺すなわち縁部で片持ち梁のように支持される。したがって、以下で説明するように（図１０）、ヒンジ４８６は、反射素子４４２が第１の位置４４７と第２の位置４４８との間で動くのを容易にする。具体的には、ヒンジ４８６は、矩形部分４８０が矩形部分４８２に対して第１の位置４４７と第２の位置４４８との間で動くのを容易にする。

一実施形態において、ヒンジ４８６は、反射面４４４に対して実質的に平行な向きの軸４８９を有する可撓性部材４８８を含む。その場合、可撓性部材４８８が軸４８９に沿って曲がるので、矩形部分４８０は矩形部分４８２に対して第１の位置４４７と第２の位置４４８との間で動くことが可能になる。可撓性部材４８８は１つの部材として描かれているが、複数の可撓性部材４８８が隔離配置された場合も、本発明の範囲内である。

一実施形態において、反射素子４４２は、基板２０の表面２２から延びる支柱２４によって基板２０に対して支持される。具体的には、支柱２４は反射素子４４２の実質的に矩形の部分４８２を支持する。その場合、支柱２４は矩形部分４８０の横に配置される。したがって、反射素子４４２の矩形部分４８０は、支柱２４側から延びるヒンジ４８６によって支持される。支柱２４は１本の支柱として描かれているが、複数の支柱２４が離隔配置される場合も、本発明の範囲内である。また、矩形部分４８０の横に支柱２４を配置することは、矩形部分４８０の角に支柱２４を配置することも含む。

図１０Ａは、反射素子４４２を含むマイクロミラーデバイス１０の駆動の一実施形態を示す図である。一実施形態において、反射素子４４２は、基板２０およびプレート３０に対して第１の位置４４７と第２の位置４４８との間で動かされる。反射素子４４２は、基板２０の表面２２に向かう方向に動かすのが好ましい。

一実施形態では、基板２０上に形成された電極６０に電気信号を加えることにより、反射素子４４２が、第１の位置４４７と第２の位置４４８との間で動かされる。電極６０は、反射素子４４２の端部すなわち縁部に隣接して基板２０上に形成するのが好ましい。電極６０に電気信号を加えると、電極６０と反射素子４４２との間に電界が発生する。そして、その電界により、反射素子４４２は第１の位置４４７と第２の位置４４８との間で動かされる。

電極６０から電気信号を除去したとき、反射素子４４２は、ある時間にわたって第２の位置４４８を持続すなわち維持することが好ましい。その後、たとえばヒンジ４８６のような反射素子４４２の復元力によって、反射素子４４２は第１の位置４４７に引き戻される。

図１０Ｂおよび図１０Ｃは、さらに他の実施形態の反射素子４４２を含むマイクロミラーデバイス１０の駆動のさらに他の実施形態を示す図である。図１０Ｂに示す実施形態において、反射素子４４２’は、支柱２４によって直接支持された実質的に矩形の部分４８０’を含む。矩形部分４８０’は可撓性であり、支柱２４は実質的に剛性であるため、駆動中は矩形部分４８０’が撓むことになる。図１０Ｃに示す実施形態において、反射素子４４２’’は、支柱２４’’によって直接支持された実質的に矩形の部分４８０を含む。矩形部分４８０は実質的に剛性であり、支柱２４’’は可撓性であるため、駆動中は支柱２４’’が撓むことになる。図面では、矩形部分４８０（矩形部分４８０’を含む）と支柱２４（支柱２４’’を含む）と個別の部材として描かれているが、矩形部分４８０と支柱２４が単一の部材として一体に形成される場合も、本発明の範囲内である。

図１１および図１２は、マイクロミラーデバイス１０の他の実施形態を示す図である。マイクロミラーデバイス１０’は、マイクロミラーデバイス１０に似ていて、基板２０と、プレート３０と、作動素子４０とを含み、基板２０とプレート３０との間に空洞５０が画定される。その場合、空洞５０は、上記のように、多相誘電泳動液体５２（誘電泳動マイクロエマルジョン５３を含む）で満たされる。ただし、マイクロミラーデバイス１０’は、基板２０と作動素子４０との間に配置されたドライバプレート３５を備える。

プレート３０は透明なプレート３２とし、作動素子４０は反射素子４２にするのが好ましい。また、反射素子４２は支柱２４によって基板２０に対して支持される。ただし、支柱２４はドライバプレート３５から延びる。一実施形態において、ドライバプレート３５は、基板２０の表面２２から延びる支柱２５によって基板２０に対して支持される。

マイクロミラーデバイス１０’の駆動は、上で述べたマイクロミラーデバイス１０の駆動に似ているが、ドライバプレート３５と反射素子４２が両方とも駆動される点が異なる。その場合、基板２０上に形成された電極６０に電気信号を加えることにより、ドライバプレート３５と反射素子４２の両方が、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。電極６０に電気信号を加えることにより、電極６０とドライバプレート３５および／または反射素子４２との間に電界が発生する。そして、その電界により、ドライバプレート３５および反射素子４２は、第１の位置４７と第２の位置４８との間で動かされる。

図１３に示すように、一実施形態において、マイクロミラーデバイス１０（マイクロミラーデバイス１０’を含む）は表示装置５００に組み込まれる場合がある。表示装置５００は光源５１０と、光源光学系５１２と、光プロセッサまたは光コントローラ５１４と、投影光学系５１６とを含む。光プロセッサ５１４は、アレイ状に配置された複数のマイクロミラーデバイス１０を含む。各マイクロミラーデバイスが、表示装置の１つのセルまたは画素を構成する。マイクロミラーデバイス１０のアレイは、複数のマイクロミラーデバイス１０のそれぞれの反射素子について個別の空洞および／または共通の空洞を備えた共通の基板上に形成される。

一実施形態において、光プロセッサ５１４は、表示すべき画像を表す画像データ５１８を受信する。その場合、光プロセッサ５１４は、マイクロミラーデバイス１０の駆動、および光源５１０から受け取った光の変調を、画像データ５１８に基づいて制御する。そして、変調された光を観察者に、すなわち表示画面５２０に投影する。

図１４は、マイクロミラーデバイス１０のアレイの一実施形態を示す図である。マイクロミラーデバイス１０は、上で説明した図２に示すような反射素子１４２を含む。隣り合った反射素子１４２同士を回転させて配置するのが好ましい。すなわち、ある反射素子１４２の長軸１８９が第１の方向へ延びているときに、それに隣接する反射素子１４２の長軸１８９が第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向へ延びるように、各反射素子１４２を配置するのが好ましい。

図１５は、マイクロミラーデバイス１０のアレイの他の実施形態を示す図である。マイクロミラーデバイス１０は、上で説明した図３に示すような反射素子２４２を含む。隣り合った反射素子２４２同士を回転させて配置するのが好ましい。すなわち、ある反射素子２４２の長軸２８９が第１の方向へ延びているときに、それに隣接する反射素子２４２の長軸２８９が第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向へ延びるように、各反射素子２４２を配置するのが好ましい。隣り合った反射素子１４２または２４２同士を回転させて配置することにより、マイクロミラーデバイス１０のアレイを形成したときに、隣り合う反射素子間の流体の相互結合またはクロストークを回避することができる。

本明細書では、好ましい実施形態を説明する目的で、具体的な実施形態を図示説明している。しかしながら、当業者であれば、本発明の範囲から外れることなく、それらの図示説明した具体的な実施形態に代えて、種々の代替実施形態や等価実施形態を用いて、同じ目的を達成することもできると考えられる。化学、機械、電気機械、電気、およびコンピュータの技術分野の当業者にとって、本発明が非常に様々な実施形態で実施できることは明らかであろう。本出願は、明細書に記載した好ましい実施形態の改変形態や変形形態をすべてカバーすることを意図している。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等によってのみ限定される。

例
一実施形態において、いくつかのマイクロエマルジョンについて、そのマイクロミラーデバイスのミラーの動きを助ける能力を検査した。表１から明らかなように、サンプルＡ、Ｂ、ＣおよびＥは、マイクロミラーデバイスのミラーを動かした。陰イオン界面活性剤および５パーセントの水を含むサンプルＡは、勢いは悪いが、ミラーを動かした。しかしながら、陰イオン界面活性剤および約５パーセントよりも多くの水を含むサンプルＤおよびＦは、マイクロミラーデバイスのミラーを実質的に動かさなかった。

本発明によるマイクロミラーデバイスの一部の一実施形態を示す略断面図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスの一部の一実施形態を示す斜視図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスの一部の他の実施形態を示す斜視図である。 図２および図３の線４−４に沿って見たときの略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の一実施形態を示す図である。 図４と同様の略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の他の実施形態を示す図である。 図４と同様の略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の他の実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスの一部の他の実施形態を示す斜視図である。 図７の線８−８に沿って見たときの略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスの一部の他の実施形態を示す斜視図である。 図９の線１０−１０に沿って見たときの略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の一実施形態を示す図である。 図１０Ａと同様の略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の他の実施形態を示す図である。 図１０Ａと同様の略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の他の実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスの一部の他の実施形態を示す斜視図である。 図１１の線１２−１２に沿って見たときの略断面図であり、本発明によるマイクロミラーデバイスの駆動の一実施形態を示す図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスを含む表示装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスのアレイの一部の一実施形態を示す斜視図である。 本発明によるマイクロミラーデバイスのアレイの一部の他の実施形態を示す斜視図である。

Claims (19)

1. 表面（２２）を有する基板（２０）と、
   前記基板の表面から離して配置され、前記表面に対して実質的に平行な向きに配置された（３０）であって、該プレートと前記基板の表面との間に空洞（５０）を画定する、プレートと、
   前記空洞内に配置され、前記デバイスに電気信号を加えたときに動きを示し、少なくとも１つの連続した油相を有する、誘電泳動マイクロエマルジョン（５３）と、
   前記基板の表面と前記プレートとの間に配置された反射素子（４２）と、
   からなり、前記反射素子が、第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くように構成される、マイクロミラーデバイス。
2. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは、極性成分、無極性成分、および両親媒性成分を含む、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
3. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは圧縮可能である、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
4. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは熱力学的に安定していて実質的に透明である、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
5. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは少なくとも１つの界面活性剤を含む、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
6. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは陰イオン界面活性剤を含む、請求項５に記載のマイクロミラーデバイス。
7. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは約５パーセント以下の水を含む、請求項６に記載のマイクロミラーデバイス。
8. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは約１００ナノメートル未満の粒子サイズを有する、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
9. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは少なくとも１つの油成分を含み、該油成分は前記誘電泳動マイクロエマルジョンの約３０パーセント〜約９５パーセントを構成する、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
10. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは両連続性マイクロエマルジョンである、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
11. 前記基板の表面に形成された少なくとも１つの電極（６０、６２）をさらに含み、該電極は前記反射素子とは異なる寸法を有し、
    前記反射素子は前記少なくとも１つの電極に電気信号を加えるのに応じて動くように構成され、該電気信号は前記空洞内に不均一な電界を形成する、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
12. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは、所与の作動エネルギーによって生成される前記反射素子に対する駆動力を高める、請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
13. 第１の位置と少なくとも１つの第２の位置との間で動くように構成されたアクチュエータ素子（４０）を含むマイクロアクチュエータで誘電泳動マイクロエマルジョン（５３）を使用する方法であって、
    前記アクチュエータ素子を前記誘電泳動マイクロエマルジョンの上に配置すること、および前記アクチュエータ素子を前記誘電泳動マイクロエマルジョンの中に浸漬することのうちの少なくとも一方を含む、前記誘電泳動マイクロエマルジョンを前記マイクロアクチュエータの空洞（５０）内に配置するステップと、
    前記マイクロアクチュエータに電気信号を加えることを含む、前記アクチュエータ素子を前記第１の位置と前記少なくとも１つの第２の位置との間で動かすステップと、
    からなり、
    前記誘電泳動マイクロエマルジョンが連続した油相を有し、
    前記マイクロアクチュエータに前記電気信号を加えたときに、前記誘電泳動マイクロエマルジョンが動きを示し、その動きが、前記アクチュエータ素子を前記第１の位置と前記少なくとも１つの第２の位置との間で動かすのを補助する、方法。
14. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは少なくとも１つの界面活性剤を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは陰イオン界面活性剤を含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは約５パーセント以下の水を含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは約１００ナノメートル未満の粒子サイズを有する、請求項１３に記載の方法。
18. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは少なくとも１つの油成分を含み、該油成分は前記誘電泳動マイクロエマルジョンの約３０パーセント〜約９５パーセントを構成する、請求項１３に記載の方法。
19. 前記誘電泳動マイクロエマルジョンは両連続性マイクロエマルジョンである、請求項１３に記載の方法。

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