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▶ クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6099663
(24)【登録日】2017年3月3日
(45)【発行日】2017年3月22日
(54)【発明の名称】圧電導電性誘電体膜を備えたマイクロスピーカー
(51)【国際特許分類】
H04R 17/00 20060101AFI20170313BHJP
H04R 31/00 20060101ALI20170313BHJP
【ＦＩ】
H04R17/00
H04R31/00 Z
【請求項の数】27
【全頁数】44
(21)【出願番号】特願2014-544851(P2014-544851)
(86)(22)【出願日】2012年11月28日
(65)【公表番号】特表2015-507388(P2015-507388A)
(43)【公表日】2015年3月5日
(86)【国際出願番号】US2012066875
(87)【国際公開番号】WO2013082169
(87)【国際公開日】20130606
【審査請求日】2014年7月11日
(31)【優先権主張番号】13/306,397
(32)【優先日】2011年11月29日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】508095337
【氏名又は名称】クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100089037
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】フィリップ・ジェーソン・ステファノー
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィッド・ウィリアム・バーンズ
(72)【発明者】
【氏名】ラヴィンドラ・ヴイ・シェノイ
【審査官】
武田 裕司
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１１／００８５６８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００９−２６０７２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１４８１０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−００７４００（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−２１７１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０８−２６５８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０８１５７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１０／１３７２４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１１−０６６８７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１９９２６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｒ １７／００
Ｈ０４Ｒ ３１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板（３０５）と、
変形可能膜（３１０）と、
前記変形可能膜（３１０）がスピーカーキャビティ（３０４）全体に及ぶように、前記基板（３０５）と前記変形可能膜（３１０）との間に配置されたスピーカーキャビティ（３０４）であって、前記スピーカーキャビティが、前記基板及び前記変形可能膜のみによって画定され、前記スピーカーキャビティを画定する前記基板の少なくとも一部が平らである、スピーカーキャビティ（３０４）と
を備える電気機械マイクロスピーカーであって、
前記変形可能膜（３１０）が、第１の導電層（３２０）と第２の導電層（３４０）との間にはさまれた圧電層（３５０）を含み、かつ、誘電体層（３２５）を含み、前記変形可能膜（３１０）が、前記圧電層（３５０）の両端間に駆動電圧を印加すると変形するように構成される電気機械マイクロスピーカー。
変形可能膜（３１０）と、
前記変形可能膜（３１０）がスピーカーキャビティ（３０４）全体に及ぶように、前記基板（３０５）と前記変形可能膜（３１０）との間に配置されたスピーカーキャビティ（３０４）であって、前記スピーカーキャビティが、前記基板及び前記変形可能膜のみによって画定され、前記スピーカーキャビティを画定する前記基板の少なくとも一部が平らである、スピーカーキャビティ（３０４）と
を備える電気機械マイクロスピーカーであって、
前記変形可能膜（３１０）が、第１の導電層（３２０）と第２の導電層（３４０）との間にはさまれた圧電層（３５０）を含み、かつ、誘電体層（３２５）を含み、前記変形可能膜（３１０）が、前記圧電層（３５０）の両端間に駆動電圧を印加すると変形するように構成される電気機械マイクロスピーカー。
【請求項2】
前記誘電体層（３２５）が、酸化物、窒化物またはオキシナイトライド材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項3】
前記圧電層（３５０）が前記誘電体層（３２５）と前記基板（３０５）との間に配置される、請求項１または２に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項4】
前記圧電層（３５０）が前記スピーカーキャビティ（３０４）全体に及ぶ、請求項１または２に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項5】
前記圧電層（３５０）が前記スピーカーキャビティ（３０４）の上の中央に配置される、請求項１または２に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項6】
前記圧電層（３５０）が前記スピーカーキャビティ（３０４）の周辺領域を覆う、請求項１または２に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項7】
前記圧電層（３５０）が第１の圧電層（３５０ａ）であり、前記変形可能膜（３１０）が、第３の導電層（３２０ｂ）と第４の導電層（３４０ｂ）との間にはさまれた第２の圧電層（３５０ｂ）をさらに含む、請求項１に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項8】
前記第１および第２の圧電層（３５０ａ、３５０ｂ）が前記誘電体層（３２５）の反対側に配置される、請求項７に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項9】
前記第１の圧電層（３５０ａ）が窒化アルミニウムを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項10】
前記基板（３０５）がガラス基板である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項11】
前記スピーカーキャビティ（３０４）が密閉される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項12】
前記スピーカーキャビティ（３０４）が実質的に閉じた体積である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項13】
装置の寸法が、約１ミクロンと５ミクロンとの間のスピーカーキャビティ厚さ、約１ミクロンと１０ミクロンとの間の誘電体層厚さ、または約１ミクロンと３ミクロンとの間の第１の圧電層厚さ、のうちの１つまたは複数を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項14】
前記第１および第２の導電層（３２０、３４０）の厚さがそれぞれ約１００〜３０００オングストロームである、請求項１に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項15】
前記変形可能膜（３１０）が、可聴周波数で発振する駆動電圧を前記圧電層（３５０）の両端間に印加すると、音を生成するように構成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電気機械マイクロスピーカーと、
ディスプレイ（３０）と、
前記ディスプレイ（３０）と通信するように構成されるプロセッサ（２１）であって、画像データを処理するように構成されるプロセッサ（２１）と、
前記プロセッサ（２１）と通信するように構成されるメモリ素子と
を備える音響−視覚装置。
ディスプレイ（３０）と、
前記ディスプレイ（３０）と通信するように構成されるプロセッサ（２１）であって、画像データを処理するように構成されるプロセッサ（２１）と、
前記プロセッサ（２１）と通信するように構成されるメモリ素子と
を備える音響−視覚装置。
【請求項17】
少なくとも１つの信号を前記ディスプレイ（３０）に送るように構成されたドライバ回路（２２）と、
前記画像データの少なくとも一部を前記ドライバ回路（３０）に送るように構成されたコントローラ（２９）と
をさらに備える、請求項１６に記載の音響−視覚装置。
前記画像データの少なくとも一部を前記ドライバ回路（３０）に送るように構成されたコントローラ（２９）と
をさらに備える、請求項１６に記載の音響−視覚装置。
【請求項18】
前記画像データを前記プロセッサ（２１）に送るように構成された画像ソースモジュールであって、受信機、トランシーバ（４７）および送信機のうちの少なくとも１つを含む画像ソースモジュール
をさらに備える、請求項１６または１７に記載の音響−視覚装置。
をさらに備える、請求項１６または１７に記載の音響−視覚装置。
【請求項19】
入力データを受け取るように構成され、かつ、前記入力データを前記プロセッサ（２１）に通信するように構成された入力デバイス（４８）
をさらに備える、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の音響−視覚装置。
をさらに備える、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の音響−視覚装置。
【請求項20】
第１の結合ガラス基板と第２の結合ガラス基板（１０２、１０６）との間に形成された、請求項１から１９のいずれか一項に記載の電気機械マイクロスピーカーのアレイ（１０８）
を備え、前記第２のガラス基板（１０２）が、前記アレイの上に配置された１つまたは複数の音響ポート（１１４）を含む装置。
を備え、前記第２のガラス基板（１０２）が、前記アレイの上に配置された１つまたは複数の音響ポート（１１４）を含む装置。
【請求項21】
前記第１のガラス基板と第２のガラス基板（１０２、１０６）との間のキャビティ内に配置された集積回路デバイス（１０４）であって、圧電駆動マイクロスピーカー要素を駆動するように構成された集積回路デバイス（１０４）をさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項22】
前記アレイ（１０８）が、外部の集積回路デバイスに接続するように構成される、請求項２０に記載の装置。
【請求項23】
前記結合ガラス基板（１０２、１０６）が、フレキシブルコネクタ（１４０）に取り付けるように構成される、請求項２０に記載の装置。
【請求項24】
マイクロスピーカーを形成する方法であって、
基板（３０５）の上に犠牲層を形成するステップと、
前記犠牲層の上に第１の圧電アクチュエータ（３３０）を形成するステップと、
前記犠牲層および前記基板（３０５）の上に変形可能誘電体層（３２５）を形成するステップと、
前記変形可能誘電体層（３２５）がスピーカーキャビティ（３０４）全体に及ぶように、前記基板（３０５）と前記変形可能誘電体層（３２５）との間に前記スピーカーキャビティ（３０４）を形成するために前記犠牲層を除去するステップであって、前記スピーカーキャビティが、前記基板及び前記変形可能誘電体層のみによって画定され、前記スピーカーキャビティを画定する前記基板の少なくとも一部が平らである、ステップと
を含む、方法。
基板（３０５）の上に犠牲層を形成するステップと、
前記犠牲層の上に第１の圧電アクチュエータ（３３０）を形成するステップと、
前記犠牲層および前記基板（３０５）の上に変形可能誘電体層（３２５）を形成するステップと、
前記変形可能誘電体層（３２５）がスピーカーキャビティ（３０４）全体に及ぶように、前記基板（３０５）と前記変形可能誘電体層（３２５）との間に前記スピーカーキャビティ（３０４）を形成するために前記犠牲層を除去するステップであって、前記スピーカーキャビティが、前記基板及び前記変形可能誘電体層のみによって画定され、前記スピーカーキャビティを画定する前記基板の少なくとも一部が平らである、ステップと
を含む、方法。
【請求項25】
前記犠牲層の上に前記第１の圧電アクチュエータ（３３０）を形成するステップが、前記犠牲層の上に第１の導電層（３２０）を形成するステップ、前記第１の導電層（３２０）の上に第１の圧電層（３５０）を形成するステップ、および前記第１の圧電層（３５０）の上に第２の導電層（３４０）を形成するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記犠牲層の上に第２の圧電アクチュエータを形成するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項27】
前記変形可能膜（３１０）が、前記基板（３０５）に平行な平板部と、前記基板（３０５）に対してある角度を有し、前記平板部と前記基板（３０５）とを接続する側部とを備え、
前記平板部、前記側部及び前記基板（３０５）が、前記スピーカーキャビティ（３０４）を画定する、請求項１に記載の電気機械マイクロスピーカー。
前記平板部、前記側部及び前記基板（３０５）が、前記スピーカーキャビティ（３０４）を画定する、請求項１に記載の電気機械マイクロスピーカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
優先権の主張本出願は、参照によりその全体およびすべての目的が本出願に組み込まれる、２０１１年１１月２９日に出願された、「ＭＩＣＲＯＳＰＥＡＫＥＲ ＷＩＴＨ ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ， ＭＥＴＡＬ ＡＮＤ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＥＭＢＲＡＮＥ」（代理人整理番号ＱＵＡＬＰ０５６ＵＳ／１０１７１６）という名称の米国特許出願第１３／３０６，３９７号の優先権を主張する。
【0002】
本開示は、電気機械システムデバイスに関し、より詳細には、電気機械マイクロスピーカーデバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
電気機械システム（ＥＭＳ）は、電気的および機械的要素と、アクチュエータと、トランスデューサと、センサーと、光学的構成要素（ミラーを含む）と、電子回路とを有するデバイスを含む。電気機械システムは、限定はしないが、マイクロスケールおよびナノスケールを含む、様々なスケールで製造され得る。たとえば、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）デバイスは、約１ミクロンから数百ミクロン以上に及ぶサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ：ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）デバイスは、たとえば、数百ナノメートルよりも小さいサイズを含む、１ミクロンよりも小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気および電気機械デバイスを形成するために、堆積、エッチング、リソグラフィを使用して、ならびに／あるいは、基板および／または堆積された材料層の部分をエッチング除去するかまたは層を追加する、他の微細加工プロセスを使用して、電気機械要素が作成され得る。
【0004】
１つのタイプのＥＭＳデバイスは干渉変調器（ＩＭＯＤ：ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる。干渉変調器または干渉光変調器という用語は、光学干渉の原理を使用して光を選択的に吸収および／または反射するデバイスを指す。いくつかの実施態様では、ＩＭＯＤは伝導性プレートのペアを含み得、そのペアの一方または両方は、全体的にまたは部分的に、透明でおよび／または反射性であり、適切な電気信号の印加時の相対運動が可能であり得る。たとえば、一方のプレートは、基板上に堆積された固定層を含み得、他方のプレートは、エアギャップによって固定層から分離された反射膜を含み得る。別のプレートに対するあるプレートの位置は、ＩＭＯＤに入射する光の光学干渉を変化させることがある。ＩＭＯＤデバイスは、広範囲の適用例を有しており、特にディスプレイ能力がある製品の場合、既存の製品を改善し、新しい製品を作成する際に使用されることが予期される。
【0005】
別のタイプのＥＭＳデバイスはマイクロスピーカーである。マイクロスピーカーは、電気信号を音波に変換することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許出願第１３／０４８，７６８号
【特許文献2】米国特許出願第１３／２２１，６７７号
【特許文献3】同時係属米国特許出願第１３／２２１，７０１号
【特許文献4】同時係属米国特許出願第１３／２２１，７１７号
【特許文献5】同時係属米国特許出願第１３／２２１，７４４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のシステム、方法およびデバイスは、それぞれいくつかの革新的態様を有し、それらのうちの単一の態様だけが、本明細書において開示される望ましい属性に関与するとは限らない。
【0008】
本開示で説明される主題の一革新的態様は、電気機械マイクロスピーカー要素の中で実施することができる。マイクロスピーカー要素は、スピーカーキャビティ全体に及ぶ変形可能誘電体膜を含むことができる。変形可能誘電体膜は、圧電アクチュエータおよび誘電体層を含むことができる。誘電体層は、圧電アクチュエータに駆動信号を印加すると、ひずんで音を生成することができる。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素のアレイをガラス基板とカバーガラスとの間にカプセル化することができる。マイクロスピーカー要素によって生成される音は、カバーガラス中に形成されるスピーカーグリルを介して放出することができる。
【0009】
本開示で説明される主題の別の革新的態様は、基板と、変形可能膜と、基板と変形可能膜との間に配置されたスピーカーキャビティであって、変形可能膜がスピーカーキャビティ全体に及んでいるスピーカーキャビティとを含む電気機械マイクロスピーカーの中で実施することができる。変形可能膜は、第１の導電層と第２の導電層との間にはさまれた第１の圧電層を含むことができる。変形可能膜は、第１の圧電層に駆動電圧を印加すると変形するように構成された誘電体層をさらに含むことができる。
【0010】
いくつかの実施態様では、第１の圧電層は、誘電体層と基板との間に配置することができる。いくつかの実施態様では、誘電体層は、第１の圧電層と基板との間に配置することができる。第１の圧電層は様々な構成を有することができる。たとえば第１の圧電層は、スピーカーキャビティ全体に及んでいても、あるいは所望の実施態様に応じてスピーカーキャビティの一部の上にだけ置くことも可能である。いくつかの実施態様では、第１の圧電層は、スピーカーキャビティの周辺領域の上に位置している。いくつかの実施態様では、第１の圧電層は、スピーカーキャビティの上の中心に位置している。
【0011】
変形可能膜は、第３の導電層と第４の導電層との間にはさまれた第２の圧電層をさらに含むことができる。いくつかの実施態様では、第１の圧電層および第２の圧電層は、誘電体層の反対側に配置することができる。
【0012】
本開示で説明される主題の別の革新的態様は、電気機械マイクロスピーカーと、ディスプレイと、ディスプレイと通信するように構成されるプロセッサとを含む音響−視覚装置である。プロセッサは、画像データを処理するように構成することができる。装置は、プロセッサと通信するように構成されるメモリ素子を含むことができる。装置は、少なくとも１つの信号をディスプレイに送るように構成されたドライバ回路と、画像データの少なくとも一部をドライバ回路に送るように構成されたコントローラとを含むことができる。装置は、画像データをプロセッサに送るように構成された画像ソースモジュールを含むことができる。画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバおよび送信機のうちの少なくとも１つを含むことができる。装置は、入力データを受け取り、かつ、入力データをプロセッサに通信するように構成された入力デバイスを含むことができる。プロセッサは、電気機械マイクロスピーカーと通信するように構成することができる。
【0013】
本開示で説明される主題の別の革新的態様は、圧電駆動マイクロスピーカー要素のアレイを含む装置の中で実施することができる。このアレイは、第１の結合ガラス基板と第２の結合ガラス基板との間に形成することができる。個々の圧電駆動マイクロスピーカー要素は、スピーカーキャビティおよびスピーカーキャビティ全体に及ぶ変形可能膜を含むことができる。変形可能膜は、第１の導電層と第２の導電層との間にはさまれた第１の圧電層を含むことができる。変形可能膜は、圧電層に駆動電圧を印加すると変形するように構成された誘電体層をさらに含むことができる。装置は、ガラス基板の中に形成され、かつ、アレイの上に配置された１つまたは複数の音響ポートを含むことができる。装置は、第１のガラス基板と第２のガラス基板との間のキャビティ内に配置された集積回路デバイスを含むことができる。集積回路は、圧電駆動マイクロスピーカー要素を駆動するように構成することができる。結合ガラス基板は、フレキシブルコネクタに取り付けるように構成することができる。
【0014】
本開示で説明される主題のさらに別の革新的態様は、マイクロスピーカーを形成する方法の中で実施することができる。この方法は、基板の上に犠牲層を形成するステップと、犠牲層の上に第１の圧電アクチュエータを形成するステップと、犠牲層および基板の上に変形可能誘電体層を形成するステップと、変形可能誘電体層がスピーカーキャビティ全体に及ぶように、基板と変形可能誘電体層との間にスピーカーキャビティを形成するために犠牲層を除去するステップとを含むことができる。この方法は、犠牲層の上に第２の圧電アクチュエータを形成するステップを含むことができる。いくつかの実施態様では、犠牲層の上に第１の圧電アクチュエータを形成するステップは、犠牲層の上に第１の導電層を形成するステップ、第１の導電層の上に第１の圧電層を形成するステップ、および第１の圧電層の上に第２の導電層を形成するステップを含むことができる。
【0015】
本明細書で説明される主題の１つまたは複数の実施態様の詳細については、添付の図面および以下の説明の中で示される。本開示で提供される例は、主として電気機械システム（ＥＭＳ）およびマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースディスプレイの形で説明されているが、本明細書において提供される概念は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）ディスプレイおよび電界放出ディスプレイなどの他のタイプのディスプレイに適用することができる。他の特徴、態様および利点は、説明、図および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法は一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイデバイスの一連のピクセル中の２つの隣接ピクセルを示す等角図の一例を示す図である。
【図2】３×３ ＩＭＯＤディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例を示す図である。
【図4】様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときのＩＭＯＤの様々な状態を示す表の一例を示す図である。
【図6B】ＩＭＯＤの異なる実施態様の断面図の一例を示す図である。
【図6C】ＩＭＯＤの異なる実施態様の断面図の一例を示す図である。
【図6D】ＩＭＯＤの異なる実施態様の断面図の一例を示す図である。
【図6E】ＩＭＯＤの異なる実施態様の断面図の一例を示す図である。
【図7】ＩＭＯＤのための製造プロセスを示す流れ図の一例を示す図である。
【図8A】ＩＭＯＤを製作する方法における様々な段階の断面概略図の一例を示す図である。
【図8B】ＩＭＯＤを製作する方法における様々な段階の断面概略図の一例を示す図である。
【図8C】ＩＭＯＤを製作する方法における様々な段階の断面概略図の一例を示す図である。
【図8D】ＩＭＯＤを製作する方法における様々な段階の断面概略図の一例を示す図である。
【図8E】ＩＭＯＤを製作する方法における様々な段階の断面概略図の一例を示す図である。
【図9A】カバーガラスと共にガラス基板上にマイクロスピーカーアレイを含む、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの一例を示す図である。
【図9B】カバーガラスと共にガラス基板上にマイクロスピーカーアレイを含む、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの一例を示す図である。
【図10A】カバーガラスと共にガラス基板上にマイクロスピーカーアレイを含む、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの一例を示す図である。
【図10B】カバーガラスと共にガラス基板上にマイクロスピーカーアレイを含む、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの一例を示す図である。
【図11】ガラスカプセル化マイクロスピーカーのための製造プロセスを示す流れ図の一例を示す図である。
【図12A】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図12B】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図13A】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図13B】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図14A】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図14B】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図15】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図16A】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図16B】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図16C】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図17】変形可能誘電体膜を含む電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示す図である。
【図18】マイクロスピーカー要素のための製造プロセスを示す流れ図の一例を示す図である。
【図19A】複数のＩＭＯＤを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例を示す図である。
【図19B】複数のＩＭＯＤを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
様々な図面における同様の参照番号および名称は同様の要素を示す。
【0018】
以下の説明は、本開示の革新的態様について説明する目的で、いくつかの特定の実施態様を対象としている。しかしながら、本明細書における教示は、多くの異なる方法で適用することができることは当業者には容易に認識されよう。説明する実施態様は、動いていようと（たとえば、ビデオ）、静止していようと（たとえば、静止画像）、およびテキストであろうと、グラフィックであろうと、絵であろうと、画像を表示するように構成され得る任意のデバイスまたはシステムにおいて実施され得る。より具体的には、説明する実施態様は、限定はしないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョン受信機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、ＧＰＳ受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、クロック、計算器、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子リーディングデバイス（すなわち、電子リーダー）、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ（オドメータディスプレイおよびスピードメータディスプレイなどを含む）、コックピットコントロールおよび／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両における後部ビューカメラのディスプレイなど）、電子写真、電子ビルボードまたは標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、パーキングメーター、パッケージング（電気機械システム（ＥＭＳ）、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）および非ＭＥＭＳ適用例におけるものなど）、審美構造物（たとえば、１つの宝飾品上の画像のディスプレイ）、ならびに様々なＥＭＳデバイスなど、様々な電子デバイス中に含まれるかまたはそれらに関連付けられ得ると考えられる。また、本明細書の教示は、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波フィルタ、センサー、加速度計、ジャイロスコープ、運動感知デバイス、磁力計、コンシューマーエレクトロニクスのための慣性構成要素、コンシューマーエレクトロニクス製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子テスト機器など、非ディスプレイ適用例において使用され得る。したがって、本教示は、単に図に示す実施態様に限定されるものではなく、代わりに、当業者に直ちに明らかになるであろう広い適用性を有する。
【0019】
本明細書において説明されるいくつかの実施態様は、電気機械マイクロスピーカー要素に関する。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素は、基板と変形可能誘電体膜との間に配置されたスピーカーキャビティを含む。変形可能誘電体膜は、誘電体層および１つまたは複数の圧電アクチュエータを含むことができる。個々の圧電アクチュエータは、少なくとも１つの圧電層および駆動信号を印加することができる電極を含むことができる。駆動信号によって圧電層をひずませることができ、このひずみによって誘電体層がひずみ、それにより音が生成される。
【0020】
本明細書において説明されるいくつかの実施態様は、ガラスカプセル化マイクロスピーカーに関する。いくつかの実施態様では、ガラスカプセル化マイクロスピーカーは、ガラス基板、ガラス基板の上に配置された電気機械マイクロスピーカー要素のアレイおよびカバーガラスを含む。カバーガラスは、エポキシ、ガラスフリットまたは金属ボンドリングなどの接着剤を使用してガラス基板に結合することができる。カバーガラスは、カバーガラスがガラス基板の表面に結合されるとキャビティを形成する凹部を含むことができる。また、カバーガラスは、マイクロスピーカー要素のアレイの上に配置されたスピーカーグリルを含むことも可能であり、このスピーカーグリルにより、マイクロスピーカー要素のアレイから音波を放出することができる。
【0021】
本開示で説明される主題の特定の実施態様は、以下の複数の可能な利点のうちの１つまたは複数を実現するために実施することができる。いくつかの実施態様では、低コスト、小型、ロープロファイル、および低消費電力のマイクロスピーカーが提供される。さらに、マイクロスピーカーは、他のデバイスと共に製造することも、あるいは個別のデバイスとして取り付けることも可能であるため、ガラス基板の上に製造されるマイクロスピーカーは、同じくガラス基板の上に製造されるディスプレイおよび他のデバイスと両立することができ、この組合せは、良好に整合した熱膨張特性を有している。使用される材料は、デバイスを印刷回路基板に取り付けるためのリフローはんだ付けまたはウェーブはんだ付けを可能にする高いサーマルバジェットをもたらすことができる。
【0022】
結合されたマイクロスピーカーのガラス蓋およびガラス基板は、熱的に良好に整合させることができる。頂部、側部または底部の１つまたは複数の音響ポートは、センサーを取り付ける際の柔軟性を提供し、たとえばスピーカーとして働かせるために携帯電話の中に取り付け、あるいはスピーカーアレイの中に取り付ける際の柔軟性を提供する。いくつかの実施態様では、スルーガラスビアにより、マイクロスピーカーを印刷回路または配線基板に直接接続することができる。いくつかの実施態様では、フレキシブルコネクタをマイクロスピーカーに取り付けることができ、それによりＰＣＢへの電気接続を可能にする一方で、携帯電話ケースなどのエンクロージャの外壁または外面の近傍へのマイクロスピーカーの配置を可能にしている。
【0023】
説明する実施態様が適用され得る好適なＥＭＳまたはＭＥＭＳデバイスの一例は、反射型ディスプレイデバイスである。反射型ディスプレイデバイスは、光学干渉の原理を使用してそれに入射する光を選択的に吸収および／または反射するために干渉変調器（ＩＭＯＤ）を組み込むことができる。ＩＭＯＤは、吸収器、吸収器に対して可動である反射体、ならびに吸収器と反射体との間に画定された光共振キャビティを含むことができる。反射体は、２つ以上の異なる位置に移動され得、これは、光共振キャビティのサイズを変化させ、それによりＩＭＯＤの反射率に影響を及ぼすことがある。ＩＭＯＤの反射スペクトルは、かなり広いスペクトルバンドをもたらすことができ、そのスペクトルバンドは、異なる色を生成するために可視波長にわたってシフトされ得る。スペクトルバンドの位置は、光共振キャビティの厚さを変更することによって調節され得る。光共振キャビティを変更する１つの方法は、反射体の位置を変更することによるものである。
【0024】
図１は、干渉変調器（ＩＭＯＤ）ディスプレイデバイスの一連のピクセル中の２つの隣接ピクセルを示す等角図の一例を示す。ＩＭＯＤディスプレイデバイスは、１つまたは複数の干渉ＭＥＭＳディスプレイ要素を含む。これらのデバイスでは、ＭＥＭＳディスプレイ要素のピクセルが、明状態または暗状態のいずれかにあることがある。明（「緩和」、「開」または「オン」）状態では、ディスプレイ要素は、たとえば、ユーザに、入射可視光の大部分を反射する。逆に、暗（「作動」、「閉」または「オフ」）状態では、ディスプレイ要素は入射可視光をほとんど反射しない。いくつかの実施態様では、オン状態の光反射特性とオフ状態の光反射特性は逆にされ得る。ＭＥＭＳピクセルは、黒および白に加えて、主に、カラーディスプレイを可能にする特定の波長において、反射するように構成され得る。
【0025】
ＩＭＯＤディスプレイデバイスは、ＩＭＯＤの行／列アレイを含むことができる。各ＩＭＯＤは、（光ギャップまたはキャビティとも呼ばれる）エアギャップを形成するように互いから可変で制御可能な距離をおいて配置された反射層のペア、すなわち、可動反射層と固定部分反射層とを含むことができる。可動反射層は、少なくとも２つの位置の間で移動され得る。第１の位置、すなわち、緩和位置では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きい距離をおいて配置され得る。第２の位置、すなわち、作動位置では、可動反射層は、部分反射層により近接して配置され得る。それら２つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて、強め合うようにまたは弱め合うように干渉し、各ピクセルについて全反射状態または無反射状態のいずれかを引き起こすことがある。いくつかの実施態様では、ＩＭＯＤは、作動していないときに反射状態にあり、可視スペクトル内の光を反射し得、また、作動していないときに暗状態にあり、可視範囲外の光（たとえば、赤外光）を反射し得る。ただし、いくつかの他の実施態様では、ＩＭＯＤは、作動していないときに暗状態にあり、作動しているときに反射状態にあり得る。いくつかの実施態様では、印加電圧の導入が、状態を変更するようにピクセルを駆動することができる。いくつかの他の実施態様では、印加電荷が、状態を変更するようにピクセルを駆動することができる。
【0026】
図１中のピクセルアレイの図示の部分は、２つの隣接するＩＭＯＤ１２を含む。（図示のような）左側のＩＭＯＤ１２では、可動反射層１４が、部分反射層を含む光学スタック１６からの所定の距離における緩和位置に示されている。左側のＩＭＯＤ１２に印加された電圧Ｖ０は、可動反射層１４の作動を引き起こすには不十分である。右側のＩＭＯＤ１２では、可動反射層１４は、光学スタック１６の近くの、またはそれに隣接する作動位置に示されている。右側のＩＭＯＤ１２に印加された電圧Ｖｂｉａｓは、可動反射層１４を作動位置に維持するのに十分である。
【0027】
図１では、ピクセル１２の反射特性が、概して、ピクセル１２に入射する光を示す矢印１３と、左側のピクセル１２から反射する光１５とを用いて示されている。詳細に示していないが、ピクセル１２に入射する光１３の大部分は透明基板２０を透過され、光学スタック１６に向かうことになることを、当業者なら理解されよう。光学スタック１６に入射する光の一部分は光学スタック１６の部分反射層を透過されることになり、一部分は反射され、透明基板２０を通って戻ることになる。光学スタック１６を透過された光１３の部分は、可動反射層１４において反射され、透明基板２０に向かって（およびそれを通って）戻ることになる。光学スタック１６の部分反射層から反射された光と可動反射層１４から反射された光との間の（強め合うまたは弱め合う）干渉が、ピクセル１２から反射される光１５の（１つまたは複数の）波長を決定することになる。
【0028】
光学スタック１６は、単一の層またはいくつかの層を含むことができる。その（１つまたは複数の）層は、電極層と、部分反射および部分透過層と、透明な誘電体層とのうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実施態様では、光学スタック１６は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であり、たとえば、透明基板２０上に上記の層のうちの１つまたは複数を堆積させることによって、作製され得る。電極層は、様々な金属、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）など、様々な材料から形成され得る。部分反射層は、クロム（Ｃｒ）などの様々な金属、半導体、および誘電体など、部分的に反射性である様々な材料から形成され得る。部分反射層は、材料の１つまたは複数の層から形成され得、それらの層の各々は、単一の材料または材料の組合せから形成され得る。いくつかの実施態様では、光学スタック１６は、光吸収体と導体の両方として働く、金属または半導体の単一の半透明の膜（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を含むことができるが、（たとえば、光学スタック１６の、またはＩＭＯＤの他の構造の）異なる、より伝導性の高い層または部分が、ＩＭＯＤピクセル間で信号をバスで運ぶ（ｂｕｓ）ように働くことができる。光学スタック１６は、１つまたは複数の伝導性層または伝導性／吸収層をカバーする、１つまたは複数の絶縁層または誘電体層をも含むことができる。
【0029】
いくつかの実施態様では、光学スタック１６の（１つまたは複数の）層は、以下でさらに説明するように、平行ストリップにパターニングされ得、ディスプレイデバイスにおける行電極を形成し得る。当業者によって理解されるように、「パターニング」という用語は、本明細書では、マスキングプロセスならびにエッチングプロセスを指すために使用される。いくつかの実施態様では、アルミニウム（Ａｌ）などの高伝導性および反射性材料が可動反射層１４のために使用され得、これらのストリップはディスプレイデバイスにおける列電極を形成し得る。可動反射層１４は、（光学スタック１６の行電極に直交する）１つまたは複数の堆積された金属層の一連の平行ストリップとして形成されて、ポスト１８の上に堆積された列とポスト１８間に堆積された介在する犠牲材料とを形成し得る。犠牲材料がエッチング除去されると、画定されたギャップ１９または光キャビティが可動反射層１４と光学スタック１６との間に形成され得る。いくつかの実施態様では、ポスト１８間の間隔は約１〜１０００μｍであり得、ギャップ１９は約１０，０００オングストローム（Å）未満であり得る。
【0030】
いくつかの実施態様では、ＩＭＯＤの各ピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層および可動反射層によって形成されるキャパシタである。電圧が印加されないとき、可動反射層１４は、図１中の左側のピクセル１２によって示されるように、機械的に緩和した状態にとどまり、可動反射層１４と光学スタック１６との間のギャップ１９がある。しかしながら、電位差、たとえば、電圧が、選択された行および列のうちの少なくとも１つに印加されたとき、対応するピクセルにおける行電極と列電極との交差部に形成されたキャパシタは帯電し、静電力がそれらの電極を引き合わせる。印加された電圧がしきい値を超える場合、可動反射層１４は、変形し、光学スタック１６の近くにまたはそれに対して移動することができる。光学スタック１６内の誘電体層（図示せず）が、図１中の右側の作動ピクセル１２によって示されるように、短絡を防ぎ、層１４と層１６との間の分離距離を制御し得る。その挙動は、印加電位差の極性にかかわらず同じである。いくつかの事例ではアレイ中の一連のピクセルが「行」または「列」と呼ばれることがあるが、ある方向を「行」と呼び、別の方向を「列」と呼ぶことは恣意的であることを、当業者は容易に理解されよう。言い換えれば、いくつかの配向では、行は列と見なされ得、列は行であると見なされ得る。さらに、ディスプレイ要素は、直交する行および列に一様に配置されるか（「アレイ」）、または、たとえば、互いに対して一定の位置オフセットを有する、非線形構成で配置され得る（「モザイク」）。「アレイ」および「モザイク」という用語は、いずれかの構成を指し得る。したがって、ディスプレイは、「アレイ」または「モザイク」を含むものとして言及されるが、その要素自体は、いかなる事例においても、互いに直交して配置される必要がなく、または一様な分布で配設される必要がなく、非対称形状および不均等に分布された要素を有する配置を含み得る。
【0031】
図２は、３×３ ＩＭＯＤディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例を示す。電子デバイスは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成され得るプロセッサ２１を含む。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサ２１は、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、電子メールプログラム、または任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む、１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成され得る。
【0032】
プロセッサ２１は、アレイドライバ２２と通信するように構成され得る。アレイドライバ２２は、たとえば、ディスプレイアレイまたはパネル３０に、信号を与える行ドライバ回路２４と列ドライバ回路２６とを含むことができる。図２には、図１に示したＩＭＯＤディスプレイデバイスの断面が線１−１によって示されている。図２は明快のためにＩＭＯＤの３×３アレイを示しているが、ディスプレイアレイ３０は、極めて多数のＩＭＯＤを含んでいることがあり、列におけるＩＭＯＤの数とは異なる数のＩＭＯＤを行において有し得、その逆も同様である。
【0033】
図３は、図１のＩＭＯＤについての可動反射層位置対印加電圧を示す図の一例を示す。ＭＥＭＳ ＩＭＯＤの場合、行／列（すなわち、コモン／セグメント）書込みプロシージャが、図３に示すこれらのデバイスのヒステリシス特性を利用し得る。ＩＭＯＤは、可動反射層またはミラーに緩和状態から作動状態に変更させるために、たとえば、約１０ボルトの電位差を使用し得る。電圧がその値から低減されると、電圧が低下して、たとえば、１０ボルトより下に戻ったとき、可動反射層はそれの状態を維持するが、電圧が２ボルトより下に低下するまで、可動反射層は完全には緩和しない。したがって、図３に示すように、印加電圧のウィンドウがある電圧の範囲、約３〜７ボルトが存在し、そのウィンドウ内でデバイスは緩和状態または作動状態のいずれかで安定している。これは、本明細書では「ヒステリシスウィンドウ」または「安定性ウィンドウ」と呼ばれる。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイ３０の場合、行／列書込みプロシージャは、一度に１つまたは複数の行をアドレス指定するように設計され得、その結果、所与の行のアドレス指定中に、作動されるべきアドレス指定された行におけるピクセルは、約１０ボルトの電圧差にさらされ、緩和されるべきピクセルは、ほぼ０ボルトの電圧差にさらされる。アドレス指定後に、それらのピクセルは、それらが前のストローブ状態にとどまるような、約５ボルトの定常状態またはバイアス電圧差にさらされる。この例では、アドレス指定された後に、各ピクセルは、約３〜７ボルトの「安定性ウィンドウ」内の電位差を経験する。このヒステリシス特性の特徴は、たとえば、図１に示した、ピクセル設計が、同じ印加電圧条件下で作動または緩和のいずれかの既存の状態で安定したままであることを可能にする。各ＩＭＯＤピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層および可動反射層によって形成されるキャパシタであるので、この安定状態は、電力を実質的に消費するかまたは失うことなしに、ヒステリシスウィンドウ内の定常電圧において保持され得る。その上、印加電圧電位が実質的に固定のままである場合、電流は本質的にほとんどまたはまったくＩＭＯＤピクセルに流れ込まない。
【0034】
いくつかの実施態様では、所与の行におけるピクセルの状態の所望の変化（もしあれば）に従って、列電極のセットに沿って「セグメント」電圧の形態のデータ信号を印加することによって、画像のフレームが作成され得る。次に、フレームが一度に１行書き込まれるように、アレイの各行がアドレス指定され得る。第１の行におけるピクセルに所望のデータを書き込むために、第１の行におけるピクセルの所望の状態に対応するセグメント電圧が列電極上に印加され得、特定の「コモン」電圧または信号の形態の第１の行パルスが第１の行電極に印加され得る。次いで、セグメント電圧のセットは、第２の行におけるピクセルの状態の所望の変化（もしあれば）に対応するように変更され得、第２のコモン電圧が第２の行電極に印加され得る。いくつかの実施態様では、第１の行におけるピクセルは、列電極に沿って印加されたセグメント電圧の変化による影響を受けず、第１のコモン電圧行パルス中にそれらのピクセルが設定された状態にとどまる。このプロセスは、画像フレームを生成するために、一連の行全体、または代替的に、一連の列全体について、連続方式で繰り返され得る。フレームは、何らかの所望の数のフレーム毎秒でこのプロセスを断続的に反復することによって、新しい画像データでリフレッシュおよび／または更新され得る。
【0035】
各ピクセルに印加されるセグメント信号とコモン信号の組合せ（すなわち、各ピクセルに電位差）は、各ピクセルの得られる状態を決定する。図４は、様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときのＩＭＯＤの様々な状態を示す表の一例を示している。当業者によって容易に理解されるように、「セグメント」電圧は、列電極または行電極のいずれかに印加され得、「コモン」電圧は、列電極または行電極のうちの他方に印加され得る。
【0036】
図４に（ならびに図５Ｂに示すタイミング図に）示すように、開放電圧（ｒｅｌｅａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ）ＶＣＲＥＬがコモンラインに沿って印加されたとき、コモンラインに沿ったすべてのＩＭＯＤ要素は、セグメントラインに沿って印加された電圧、すなわち、高いセグメント電圧ＶＳＨおよび低いセグメント電圧ＶＳＬにかかわらず、代替的に開放または非作動状態と呼ばれる、緩和状態に入れられることになる。特に、開放電圧ＶＣＲＥＬがコモンラインに沿って印加されると、そのピクセルのための対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧ＶＳＨが印加されたときも、低いセグメント電圧ＶＳＬが印加されたときも、変調器の潜在的な電圧（代替的にピクセル電圧と呼ばれる）は緩和ウィンドウ（図３参照。開放ウィンドウとも呼ばれる）内にある。
【0037】
高い保持電圧ＶＣＨＯＬＤ＿Ｈまたは低い保持電圧ＶＣＨＯＬＤ＿Ｌなどの保持電圧がコモンライン上に印加されたとき、ＩＭＯＤの状態は一定のままであることになる。たとえば、緩和ＩＭＯＤは緩和位置にとどまることになり、作動ＩＭＯＤは作動位置にとどまることになる。保持電圧は、対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧ＶＳＨが印加されたときも、低いセグメント電圧ＶＳＬが印加されたときも、ピクセル電圧が安定性ウィンドウ内にとどまることになるように、選択され得る。したがって、セグメント電圧スイング（ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｎｇ）、すなわち、高いＶＳＨと低いセグメント電圧ＶＳＬとの間の差は、正または負のいずれかの安定性ウィンドウの幅よりも小さい。
【0038】
高いアドレス指定電圧ＶＣＡＤＤ＿Ｈまたは低いアドレス指定電圧ＶＣＡＤＤ＿Ｌなどのアドレス指定または作動電圧がコモンライン上に印加されたとき、それぞれのセグメントラインに沿ったセグメント電圧の印加によって、データがそのコモンラインに沿った変調器に選択的に書き込まれ得る。セグメント電圧は、作動が印加されたセグメント電圧に依存するように選択され得る。アドレス指定電圧がコモンラインに沿って印加されたとき、一方のセグメント電圧の印加は、安定性ウィンドウ内のピクセル電圧をもたらし、ピクセルが非作動のままであることを引き起こすことになる。対照的に、他方のセグメント電圧の印加は、安定性ウィンドウを越えるピクセル電圧をもたらし、ピクセルの作動をもたらすことになる。作動を引き起こす特定のセグメント電圧は、どのアドレス指定電圧が使用されるかに応じて変動することができる。いくつかの実施態様では、高いアドレス指定電圧ＶＣＡＤＤ＿Ｈがコモンラインに沿って印加されたとき、高いセグメント電圧ＶＳＨの印加は、変調器がそれの現在位置にとどまることを引き起こすことがあり、低いセグメント電圧ＶＳＬの印加は、変調器の作動を引き起こすことがある。当然の結果として、低いアドレス指定電圧ＶＣＡＤＤ＿Ｌが印加されたとき、セグメント電圧の影響は反対であり、高いセグメント電圧ＶＳＨは変調器の作動を引き起こし、低いセグメント電圧ＶＳＬは変調器の状態に影響しない（すなわち、安定したままである）ことがある。
【0039】
いくつかの実施態様では、変調器に同じ極性電位差を引き起こす保持電圧、アドレス電圧、およびセグメント電圧が使用され得る。いくつかの他の実施態様では、変調器の電位差の極性を交番する信号が使用され得る。変調器に極性の交番（すなわち、書込みプロシージャの極性の交番）は、単一の極性の反復書込み動作後に起こることがある電荷蓄積を低減または抑止し得る。
【0040】
図５Ａは、図２の３×３ ＩＭＯＤディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例を示す。図５Ｂは、図５Ａに示すディスプレイデータのフレームを書き込むために使用され得るコモン信号およびセグメント信号についてのタイミング図の一例を示す。それらの信号は、たとえば、図２の３×３アレイに印加され得、これは、図５Ａに示すライン時間６０ｅディスプレイ配置を最終的にもたらすことになる。図５Ａ中の作動変調器は暗状態にあり、すなわち、その状態では、反射光の実質的部分が、たとえば、閲覧者に、暗いアピアランスをもたらすように可視スペクトルの外にある。図５Ａに示すフレームを書き込むより前に、ピクセルは任意の状態にあることがあるが、図５Ｂのタイミング図に示す書込みプロシージャは、各変調器が、第１のライン時間６０ａの前に、開放されており、非作動状態に属すると仮定する。
【0041】
第１のライン時間６０ａ中に、開放電圧７０がコモンライン１上に印加され、コモンライン２上に印加される電圧が、高い保持電圧７２において始まり、開放電圧７０に移動し、低い保持電圧７６がコモンライン３に沿って印加される。したがって、コモンライン１に沿った変調器（コモン１，セグメント１）、（１，２）および（１，３）は、第１のライン時間６０ａの持続時間の間、緩和または非作動状態にとどまり、コモンライン２に沿った変調器（２，１）、（２，２）および（２，３）は、緩和状態に移動することになり、コモンライン３に沿った変調器（３，１）、（３，２）および（３，３）は、それらの前の状態にとどまることになる。図４を参照すると、コモンライン１、２または３のいずれも、ライン時間６０ａ中に作動を引き起こす電圧レベルにさらされていないので（すなわち、ＶＣＲＥＬ−緩和、およびＶＣＨＯＬＤ＿Ｌ−安定）、セグメントライン１、２および３に沿って印加されたセグメント電圧は、ＩＭＯＤの状態に影響しないことになる。
【0042】
第２のライン時間６０ｂ中に、コモンライン１上の電圧は高い保持電圧７２に移動し、コモンライン１に沿ったすべての変調器は、アドレス指定または作動電圧がコモンライン１上に印加されなかったので、印加されたセグメント電圧にかかわらず、緩和状態にとどまる。コモンライン２に沿った変調器は、開放電圧７０の印加により、緩和状態にとどまり、コモンライン３に沿った変調器（３，１）、（３，２）および（３，３）は、コモンライン３に沿った電圧が開放電圧７０に移動するとき、緩和することになる。
【0043】
第３のライン時間６０ｃ中に、コモンライン１は、コモンライン１上に高いアドレス電圧７４を印加することによってアドレス指定される。このアドレス電圧の印加中に低いセグメント電圧６４がセグメントライン１および２に沿って印加されるので、変調器（１，１）および（１，２）のピクセル電圧は変調器の正の安定性ウィンドウの上端よりも大きく（すなわち、電圧差は、あらかじめ定義されたしきい値を超えた）、変調器（１，１）および（１，２）は作動される。逆に、高いセグメント電圧６２がセグメントライン３に沿って印加されるので、変調器（１，３）のピクセル電圧は、変調器（１，１）および（１，２）のピクセル電圧よりも小さく、変調器の正の安定性ウィンドウ内にとどまり、したがって変調器（１，３）は緩和したままである。また、ライン時間６０ｃ中に、コモンライン２に沿った電圧は低い保持電圧７６に減少し、コモンライン３に沿った電圧は開放電圧７０にとどまり、コモンライン２および３に沿った変調器を緩和位置のままにする。
【0044】
第４のライン時間６０ｄ中に、コモンライン１上の電圧は、高い保持電圧７２に戻り、コモンライン１に沿った変調器を、それらのそれぞれのアドレス指定された状態のままにする。コモンライン２上の電圧は低いアドレス電圧７８に減少される。高いセグメント電圧６２がセグメントライン２に沿って印加されるので、変調器（２，２）のピクセル電圧は、変調器の負の安定性ウィンドウの下側端部（ｌｏｗｅｒ ｅｎｄ）を下回り、変調器（２，２）が作動することを引き起こす。逆に、低いセグメント電圧６４がセグメントライン１および３に沿って印加されるので、変調器（２，１）および（２，３）は緩和位置にとどまる。コモンライン３上の電圧は、高い保持電圧７２に増加し、コモンライン３に沿った変調器を緩和状態のままにする。
【0045】
最後に、第５のライン時間６０ｅ中に、コモンライン１上の電圧は高い保持電圧７２にとどまり、コモンライン２上の電圧は低い保持電圧７６にとどまり、コモンライン１および２に沿った変調器を、それらのそれぞれのアドレス指定された状態のままにする。コモンライン３上の電圧は、コモンライン３に沿った変調器をアドレス指定するために、高いアドレス電圧７４に増加する。低いセグメント電圧６４がセグメントライン２および３上に印加されるので、変調器（３，２）および（３，３）は作動するが、セグメントライン１に沿って印加された高いセグメント電圧６２は、変調器（３，１）が緩和位置にとどまることを引き起こす。したがって、第５のライン時間６０ｅの終わりに、３×３ピクセルアレイは、図５Ａに示す状態にあり、他のコモンライン（図示せず）に沿った変調器がアドレス指定されているときに起こり得るセグメント電圧の変動にかかわらず、保持電圧がコモンラインに沿って印加される限り、その状態にとどまることになる。
【0046】
図５Ｂのタイミング図では、所与の書込みプロシージャ（すなわち、ライン時間６０ａ〜６０ｅ）は、高い保持およびアドレス電圧、または低い保持およびアドレス電圧のいずれかの使用を含むことができる。書込みプロシージャが所与のコモンラインについて完了されると（また、コモン電圧が、作動電圧と同じ極性を有する保持電圧に設定されると）、ピクセル電圧は、所与の安定性ウィンドウ内にとどまり、開放電圧がそのコモンライン上に印加されるまで、緩和ウィンドウを通過しない。さらに、各変調器が、変調器をアドレス指定するより前に書込みプロシージャの一部として開放されるので、開放時間ではなく変調器の作動時間が、必要なライン時間を決定し得る。詳細には、変調器の開放時間が作動時間よりも大きい実施態様では、開放電圧は、図５Ｂに示すように、単一のライン時間よりも長く印加され得る。いくつかの他の実施態様では、コモンラインまたはセグメントラインに沿って印加される電圧が、異なる色の変調器など、異なる変調器の作動電圧および開放電圧の変動を相殺するように変動し得る。
【0047】
上記に記載した原理に従って動作するＩＭＯＤの構造の詳細は大きく異なり得る。たとえば、図６Ａ〜図６Ｅは、可動反射層１４とそれの支持構造とを含む、ＩＭＯＤの異なる実施態様の断面図の例を示している。図６Ａは、金属材料のストリップ、すなわち、可動反射層１４が、基板２０から直角に延在する支持体１８上に堆積される、図１のＩＭＯＤディスプレイの部分断面図の一例を示している。図６Ｂでは、各ＩＭＯＤの可動反射層１４は、概して形状が正方形または長方形であり、コーナーにおいてまたはその近くでテザー３２に接して支持体に取り付けられる。図６Ｃでは、可動反射層１４は、概して形状が正方形または長方形であり、フレキシブルな金属を含み得る変形可能層３４から吊るされる。変形可能層３４は、可動反射層１４の外周の周りで基板２０に直接または間接的に接続することがある。これらの接続は、本明細書では支持ポストと呼ばれる。図６Ｃに示す実施態様は、変形可能層３４によって行われる可動反射層１４の機械的機能からのそれの光学的機能の分離から派生する追加の利益を有する。この分離は、反射層１４のために使用される構造設計および材料と、変形可能層３４のために使用される構造設計および材料とが、互いとは無関係に最適化されることを可能にする。
【0048】
図６Ｄは、可動反射層１４が反射副層（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）１４ａを含む、ＩＭＯＤの別の例を示している。可動反射層１４は、支持ポスト１８などの支持構造上に載る。支持ポスト１８は、たとえば、可動反射層１４が緩和位置にあるとき、可動反射層１４と光学スタック１６との間にギャップ１９が形成されるように、下側静止電極（すなわち、図示のＩＭＯＤにおける光学スタック１６の一部）からの可動反射層１４の分離を可能にする。可動反射層１４は、電極として働くように構成され得る伝導性層１４ｃと、支持層１４ｂとをも含むことができる。この例では、伝導性層１４ｃは、基板２０から遠位にある支持層１４ｂの一方の面に配設され、反射副層１４ａは、基板２０の近位にある支持層１４ｂの他方の面に配設される。いくつかの実施態様では、反射副層１４ａは、伝導性であることがあり、支持層１４ｂと光学スタック１６との間に配設され得る。支持層１４ｂは、誘電材料、たとえば、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の、１つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実施態様では、支持層１４ｂは、たとえば、ＳｉＯ２／ＳｉＯＮ／ＳｉＯ２３層スタックなど、複数の層のスタックであり得る。反射副層１４ａと伝導性層１４ｃのいずれかまたは両方は、たとえば、約０．５％の銅（Ｃｕ）または別の反射金属材料を用いた、アルミニウム（Ａｌ）合金を含むことができる。誘電支持層１４ｂの上および下で伝導性層１４ａ、１４ｃを採用することは、応力のバランスをとり、伝導の向上を与えることができる。いくつかの実施態様では、反射副層１４ａおよび伝導性層１４ｃは、可動反射層１４内の特定の応力プロファイルを達成することなど、様々な設計目的で、異なる材料から形成され得る。
【0049】
図６Ｄに示すように、いくつかの実施態様はブラックマスク構造２３をも含むことができる。ブラックマスク構造２３は、周辺光または迷光を吸収するために、光学不活性領域において（たとえば、ピクセル間にまたはポスト１８の下に）形成され得る。ブラックマスク構造２３はまた、光がディスプレイの不活性部分から反射されることまたはそれを透過されることを抑止し、それによりコントラスト比を増加させることによって、ディスプレイデバイスの光学的特性を改善することができる。さらに、ブラックマスク構造２３は、伝導性であり、電気的バス層として機能するように構成され得る。いくつかの実施態様では、行電極は、接続された行電極の抵抗を低減するために、ブラックマスク構造２３に接続され得る。ブラックマスク構造２３は、堆積およびパターニング技法を含む様々な方法を使用して形成され得る。ブラックマスク構造２３は１つまたは複数の層を含むことができる。たとえば、いくつかの実施態様では、ブラックマスク構造２３は、光吸収器として働くモリブデンクロム（ＭｏＣｒ）層と、ＳｉＯ２層と、反射体およびバス層として働く、アルミニウム合金とを含み、それぞれ、約３０〜８０Å、５００〜１０００Å、および５００〜６０００Åの範囲内の厚さである。１つまたは複数の層は、たとえば、ＭｏＣｒ層およびＳｉＯ２層の場合は、四フッ化炭素（ＣＦ４）および／または酸素（Ｏ２）、ならびにアルミニウム合金層の場合は、塩素（Ｃｌ２）および／または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）を含む、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを含む、様々な技法を使用してパターニングされ得る。いくつかの実施態様では、ブラックマスク２３はエタロンまたは干渉スタック構造であり得る。そのような干渉スタックブラックマスク構造２３では、伝導性吸収体は、各行または列の光学スタック１６における下側静止電極間で信号を送信するかまたは信号をバスで運ぶために使用され得る。いくつかの実施態様では、スペーサ層３５が、ブラックマスク２３中の伝導性層から吸収層１６ａを概して電気的に絶縁するのに、役立つことができる。
【0050】
図６Ｅは、可動反射層１４が自立している、ＩＭＯＤの別の例を示している。図６Ｄとは対照的に、図６Ｅの実施態様は支持ポスト１８を含まない。代わりに、可動反射層１４は、複数のロケーションにおいて、下にある光学スタック１６に接触し、可動反射層１４の湾曲は、ＩＭＯＤの電圧が作動を引き起こすには不十分であるとき、可動反射層１４が図６Ｅの非作動位置に戻るという、十分な支持を与える。複数のいくつかの異なる層を含んでいることがある光学スタック１６は、ここでは明快のために、光吸収体１６ａと誘電体１６ｂとを含む状態で示されている。いくつかの実施態様では、光吸収体１６ａは、固定電極としても、部分反射層としても働き得る。
【0051】
図６Ａ〜図６Ｅに示す実施態様などの実施態様では、ＩＭＯＤは直視型デバイスとして機能し、直視型デバイスでは、画像が、透明基板２０の正面、すなわち、変調器が配置された面の反対の面から、閲覧される。これらの実施態様では、デバイスの背面部分（すなわち、たとえば、図６Ｃに示す変形可能層３４を含む、可動反射層１４の背後のディスプレイデバイスの任意の部分）は、反射層１４がデバイスのそれらの部分を光学的に遮蔽するので、ディスプレイデバイスの画質に影響を及ぼすことまたは悪影響を及ぼすことなしに、構成され、作用され得る。たとえば、いくつかの実施態様では、バス構造（図示せず）が可動反射層１４の背後に含まれ得、これは、電圧アドレス指定およびそのようなアドレス指定に起因する移動など、変調器の電気機械的特性から変調器の光学的特性を分離する能力を与える。さらに、図６Ａ〜図６Ｅの実施態様は、パターニングなどの処理を簡略化することができる。
【0052】
図７は、ＩＭＯＤのための製造プロセス８０を示す流れ図の一例を示しており、図８Ａ〜図８Ｅは、そのような製造プロセス８０の対応する段階の断面概略図の例を示している。いくつかの実施態様では、製造プロセス８０は、図７に示されていない他のブロックに加えて、たとえば、図１および図６に示す一般的なタイプのＩＭＯＤを製造するために実施され得る。図１、図６および図７を参照すると、プロセス８０はブロック８２において開始し、基板２０上への光学スタック１６の形成を伴う。図８Ａは、基板２０上で形成されたそのような光学スタック１６を示している。基板２０は、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板であり得、それは、フレキシブルであるかまたは比較的固く曲がらないことがあり、光学スタック１６の効率的な形成を可能にするために、事前準備プロセス、たとえば、洗浄にかけられていることがある。上記で説明したように、光学スタック１６は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であることがあり、たとえば、透明基板２０上に、所望の特性を有する１つまたは複数の層を堆積させることによって、作製され得る。図８Ａでは、光学スタック１６は、副層１６ａおよび１６ｂを有する多層構造を含むが、いくつかの他の実施態様では、より多いまたはより少ない副層が含まれ得る。いくつかの実施態様では、副層１６ａ、１６ｂのうちの１つは、組み合わせられた導体／吸収体副層１６ａなど、光吸収特性と伝導特性の両方で構成され得る。さらに、副層１６ａ、１６ｂのうちの１つまたは複数は、平行ストリップにパターニングされ得、ディスプレイデバイスにおける行電極を形成し得る。そのようなパターニングは、当技術分野で知られているマスキングおよびエッチングプロセスまたは別の好適なプロセスによって実行され得る。いくつかの実施態様では、副層１６ａ、１６ｂのうちの１つは、１つまたは複数の金属層（たとえば、１つまたは複数の反射層および／または伝導性層）上に堆積された副層１６ｂなど、絶縁層または誘電体層であり得る。さらに、光学スタック１６は、ディスプレイの行を形成する個々の平行ストリップにパターニングされ得る。
【0053】
プロセス８０はブロック８４において続き、光学スタック１６上への犠牲層２５の形成を伴う。犠牲層２５は、キャビティ１９を形成するために後で（たとえば、ブロック９０において）除去され、したがって、犠牲層２５は、図１に示した得られたＩＭＯＤ１２には示されていない。図８Ｂは、光学スタック１６上で形成された犠牲層２５を含む、部分的に作製されたデバイスを示している。光学スタック１６上での犠牲層２５の形成は、後続の除去後に、所望の設計サイズを有するギャップまたはキャビティ１９（図１および図８Ｅも参照）を与えるように選択された厚さの、モリブデン（Ｍｏ）またはアモルファスシリコン（Ｓｉ）など、フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチング可能材料の堆積を含み得る。犠牲材料の堆積は、物理堆積（ＰＶＤ、たとえば、スパッタリング）、プラズマ強化化学堆積（ＰＥＣＶＤ）、熱化学堆積（熱ＣＶＤ）、またはスピンコーティングなど、堆積技法を使用して行われ得る。
【0054】
プロセス８０はブロック８６において続き、支持構造、たとえば、図１、図６および図８Ｃに示すポスト１８の形成を伴う。ポスト１８の形成は、支持構造開口を形成するために犠牲層２５をパターニングすることと、次いで、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、熱ＣＶＤ、またはスピンコーティングなど、堆積方法を使用して、ポスト１８を形成するために開口中に材料（たとえば、ポリマーまたは無機材料、たとえば、酸化ケイ素）を堆積させることとを含み得る。いくつかの実施態様では、犠牲層中に形成された支持構造開口は、ポスト１８の下側端部が図６Ａに示すように基板２０に接触するように、犠牲層２５と光学スタック１６の両方を通って、下にある基板２０まで延在することがある。代替的に、図８Ｃに示すように、犠牲層２５中に形成された開口は、犠牲層２５は通るが、光学スタック１６は通らないで、延在することがある。たとえば、図８Ｅは、光学スタック１６の上側表面（ｕｐｐｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）と接触している支持ポスト１８の下側端部を示している。ポスト１８、または他の支持構造は、犠牲層２５上に支持構造材料の層を堆積させることと、犠牲層２５中の開口から離れて配置された支持構造材料の部分をパターニングすることとによって形成され得る。支持構造は、図８Ｃに示すように開口内に配置され得るが、少なくとも部分的に、犠牲層２５の一部分の上で延在することもある。上述のように、犠牲層２５および／または支持ポスト１８のパターニングは、パターニングおよびエッチングプロセスによって実行され得るが、代替エッチング方法によっても実行され得る。
【0055】
プロセス８０はブロック８８において続き、図１、図６および図８Ｄに示す可動反射層１４などの可動反射層または膜の形成を伴う。可動反射層１４は、１つまたは複数のパターニング、マスキング、および／またはエッチングステップとともに、１つまたは複数の堆積ステップ、たとえば、反射層（たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金）堆積を採用することによって、形成され得る。可動反射層１４は、電気伝導性であり、電気伝導性層（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）と呼ばれることがある。いくつかの実施態様では、可動反射層１４は、図８Ｄに示すように複数の副層１４ａ、１４ｂ、１４ｃを含み得る。いくつかの実施態様では、副層１４ａ、１４ｃなど、副層のうちの１つまたは複数は、それらの光学的特性のために選択された高反射性副層を含み得、別の副層１４ｂは、それの機械的特性のために選択された機械的副層を含み得る。犠牲層２５は、ブロック８８において形成された部分的に作製されたＩＭＯＤ中に依然として存在するので、可動反射層１４は、一般にこの段階では可動でない。犠牲層２５を含んでいる部分的に作製されたＩＭＯＤは、本明細書では「非開放（ｕｎｒｅｌｅａｓｅｄ）」ＩＭＯＤと呼ばれることもある。図１に関して上記で説明したように、可動反射層１４は、ディスプレイの列を形成する個々の平行ストリップにパターニングされ得る。
【0056】
プロセス８０はブロック９０において続き、キャビティ、たとえば、図１、図６および図８Ｅに示すキャビティ１９の形成を伴う。キャビティ１９は、（ブロック８４において堆積された）犠牲材料２５をエッチャントにさらすことによって形成され得る。たとえば、ＭｏまたはアモルファスＳｉなどのエッチング可能犠牲材料が、ドライ化学エッチングによって、たとえば、一般に、キャビティ１９を囲む構造に対して選択的に除去される、所望の量の材料を除去するのに有効である期間の間、固体ＸｅＦ２から派生した蒸気などの気体または蒸気エッチャントに犠牲層２５をさらすことによって、除去され得る。ウェットエッチングおよび／またはプラズマエッチングなどの他のエッチング方法も使用され得る。犠牲層２５がブロック９０中に除去されるので、可動反射層１４は、一般に、この段階後に可動となる。犠牲材料２５の除去後に、得られた完全にまたは部分的に作製されたＩＭＯＤは、本明細書では「開放」ＩＭＯＤと呼ばれることがある。
【0057】
ＥＭＳデバイスの別の例は、マイクロスピーカーである。いくつかの実施態様では、１つ、２つ、または複数のマイクロスピーカーが、ＩＭＯＤディスプレイデバイスなど、１つまたは複数のＥＭＳデバイスに搭載、接合、または場合によっては接続され得る。いくつかの実施態様では、１つ、２つ、または複数のマイクロスピーカーが、ＩＭＯＤディスプレイデバイスの一部として作製され得る。
【0058】
図９Ａおよび図９Ｂは、カバーガラスとともにガラス基板上にマイクロスピーカーアレイを含む、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの例を示す。図９Ａは、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの分解図の一例を示す。図９Ｂは、図９Ａに示すガラスカプセル化マイクロスピーカーの概略等角図の一例を示す。明快のために、図９Ａに示すいくつかの構成要素が、図９Ｂに示されていない。
【0059】
図９Ａおよび図９Ｂの例に示されているガラスカプセル化マイクロスピーカー１００は、カバーガラス１０２、集積回路デバイス１０４、ガラス基板１０６、マイクロスピーカーアレイ１０８および接合リング１１０を含む。カバーガラス１０２およびガラス基板１０６は、図９Ａおよび図９Ｂ、ならびにいくつかの他の図では透明なカバーガラスおよびガラス基板として描かれているが、カバーガラスおよびガラス基板は、透明であっても、不透明であってもよい。たとえばカバーガラスおよびガラス基板は、つや消しにし、コーティングし、ペイントし、さもなければそれ以外の方法で不透明にすることも可能である。
【0060】
カバーガラスは、２つの大きい実質的に平行な表面、および１つまたは複数の凹部を有する平らな基板であってもよい。カバーガラス１０２は、図９Ａに示されているように凹部１１２を含む。カバーガラス１０２がガラス基板１０６に結合されると、図９Ｂに示されているようにキャビティ１１３が形成される。キャビティ１１３は、ガラスカプセル化マイクロスピーカー１００の異なる構成要素を収容することができる容積である。図９Ａおよび図９Ｂの例では、キャビティ１１３は、集積回路デバイス１０４およびマイクロスピーカーアレイ１０８を収容している。
【0061】
いくつかの実施態様では、カバーガラス１０２の長さおよび幅は、ガラス基板１０６の長さおよび幅と同じか、またはほぼ同じにすることができる。たとえばカバーガラスの長さは約１〜５ｍｍにすることができ、また、カバーガラスの幅も約１〜５ｍｍにすることができる。いくつかの実施態様では、カバーガラスおよびガラス基板は、ほぼ同じ寸法を有することができ、また、長方形または正方形にすることができる。いくつかの実施態様では、カバーガラスおよびガラス基板は、ほぼ同じ寸法を有することができ、また、円形、楕円形または別の形にすることができる。様々な実施態様では、カバーガラスは、約５０〜７００ミクロンの厚さ、たとえば約１００〜３００ミクロンの厚さ、約３００〜５００ミクロンの厚さ、または約５００ミクロンの厚さにすることができる。
【0062】
集積回路デバイス１０４は、マイクロスピーカーアレイ１０８に入力を提供するように構成することができ、また、ガラス基板１０６の上に配置することができる。いくつかの実施態様では、集積回路デバイス１０４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよい。図９Ａおよび図９Ｂの例では、集積回路デバイス１０４は、ガラス基板１０６上の上側ボンドパッド１２７ａにフリップチップ結合される。いくつかの実施態様では、集積回路デバイス１０４は、ボンドパッドにワイヤボンドすることができ、あるいはガラス基板１０６の表面に製造することができる。
【0063】
ガラス基板１０６は、一般に、２つの実質的に平行な表面である上面１２６ａおよび底面１２６ｂを有する平らな基板である。スルーガラスビア１２２は、ガラス基板１０６を介して上面１２６ａの一部と底面１２６ｂ一部との間に導電経路を提供する。上面１２６ａの上側導電トレース１２４は、スルーガラスビア１２２を上側ボンドパッド１２７ａに接続し、それにより集積回路デバイス１０４への電気接続が提供される。底面１２６ｂの下側ボンドパッド１２７ｂは、スルーガラスビア１２２への下側の電気接続を提供する。マイクロスピーカーアレイ１０８および集積回路デバイス１０４は、ガラス基板１０６上の上側導電トレース１２４によって、複数のスルーガラスビア１２２のうちの１つまたは複数に直接または間接的に電気接続することができる。図に示されている例では、上側導電トレース１２８は、マイクロスピーカーアレイ１０８をボンドパッド１２９に接続し、このボンドパッド１２９を使用して集積回路デバイス１０４に接続することができる。したがってスルーガラスビア１２２は、ガラス基板１０６の一方の面の１つまたは複数のトレース、ボンドパッド、集積回路デバイス、マイクロスピーカー要素および／または他の構成要素から、反対側の面の１つまたは複数のトレース、ボンドパッドおよび／または他の構成要素への直接的な電気接続を提供する。ガラス基板１０６に関連するスルーガラスビア１２２、上側導電トレース１２４ならびに上側ボンドパッド１２７ａおよび下側ボンドパッド１２７ｂのこの特定の配置は、１つの可能な配置の一例であり、所望の実施態様に従って他の配置が可能である。
【0064】
図９Ａおよび図９Ｂに示されている例では、接合リング１１０は、スルーガラスビア１２２、上側導電トレース１２４および上側ボンドパッド１２７ａを取り囲んでいる。いくつかの実施態様では、接合リング１１０は、上側導電トレース１２４および／またはスルーガラスビア１２２のいくつかを覆うことができる。ガラス基板および導電スルーガラスビアのさらなる説明は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年３月１５日に出願された、「ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＴＨＲＯＵＧＨ−ＧＬＡＳＳ ＶＩＡ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ ＳＡＭＥ」という名称の米国特許出願第１３／０４８，７６８号、および２０１１年８月３０日に出願された、「ＤＩＥ−ＣＵＴ ＴＨＲＯＵＧＨ−ＧＬＡＳＳ ＶＩＡ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ ＳＡＭＥ」という名称の米国特許出願第１３／２２１，６７７号に見出すことができる。
【0065】
いくつかの実施態様では、外部環境に露出される上面１２６ａの上側導電トレース１２４の部分をパッシベーションすることができる。たとえば上側導電トレースは、酸化物または窒化物のコーティングなどのパッシベーション層でパッシベーションすることができる。パッシベーション層は、上側導電トレースの酸化を防止することができ、また、場合によってはガラスカプセル化マイクロスピーカー１００の破損を防止することができる。パッシベーション層は、ＣＶＤプロセスまたはＰＶＤプロセス、あるいは他の適切な堆積技法を使用して堆積させることができる。さらに、ガラスカプセル化マイクロスピーカー１００の他の露出金属表面も同じくパッシベーションすることができる。
【0066】
いくつかの実施態様では、ガラス基板１０６の長さは約１〜５ｍｍであり得、ガラス基板１０６の幅は約１〜５ｍｍであり得る。様々な実施態様では、ガラス基板１０６は、約５０〜７００ミクロンの厚さ、たとえば、約１００〜３００ミクロンの厚さ、約３００〜５００ミクロンの厚さ、または約５００ミクロンの厚さであり得る。
【0067】
接合リング１１０は、カバーガラス１０２をガラス基板１０６に結合する。接合リング１１０は、任意の適切な方法で成形され得、一般に、接合されるべきカバーガラス１０２およびガラス基板１０６に対応するように成形かつサイズ決定される。接合リング１１０は、任意の数の様々な結合材料を含み得る。いくつかの実施態様では、接合リング１１０は、接着剤であり得る。たとえば、接合リング１１０は、紫外線（ＵＶ）硬化性エポキシまたは熱硬化性エポキシを含む、エポキシであり得る。いくつかの実施態様では、接合リング１１０は、ガラスフリットボンドリング（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ ｂｏｎｄ ｒｉｎｇ）であり得る。いくつかの他の実施態様では、接合リング１１０は、金属ボンドリングであり得る。金属ボンドリングは、はんだ付け可能冶金（ｓｏｌｄｅｒａｂｌｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）、共晶冶金（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）、はんだペーストなどを含み得る。はんだ付け可能冶金の例には、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、ニッケル／パラジウム（Ｎｉ／Ｐｄ）、ニッケル／パラジウム／金（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、および金（Ａｕ）が含まれる。共晶金属結合（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｅｔａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ）は、カバーガラス１０２とガラス基板１０６との間に共晶合金層を形成することを含む。使用され得る共晶合金の例には、インジウム／ビスマス（ＩｎＢｉ）、銅／スズ（ＣｕＳｎ）、および金／スズ（ＡｕＳｎ）が含まれる。これらの共晶合金の融解温度は、ＩｎＢｉ共晶合金で約１５０℃、ＣｕＳｎ共晶合金で約２２５℃、ＡｕＳｎ共晶合金で約３０５℃である。
【0068】
マイクロスピーカーアレイ１０８は、ガラス基板１０６の上に形成することができ、あるいはガラス基板１０６に取り付けることができる。マイクロスピーカーアレイ１０８は、任意の数の個別のマイクロスピーカー要素を含むことができる。たとえばマイクロスピーカーアレイ１０８は、１×１個、１×２個、２×２個、１０×１０個または１０×２０個のアレイの個別のマイクロスピーカー要素を含むことができる。いくつかの実施態様では、個々のマイクロスピーカー要素は、たとえば集積回路デバイス１０４から駆動信号を受け取るとひずむ変形可能誘電体膜を含む。マイクロスピーカー要素の実施態様のさらなる詳細については、図１２Ａ〜図１７に関連して以下で説明する。変形した膜は、カバーガラス１０２内のスピーカーグリル１１５を介して放出される音波を生成する。スピーカーグリル１１５は、カバーガラス１０２を貫通して延在している複数の音響ポート１１４を含み、この音響ポート１１４を介して音波をたとえばユーザに送信することができる。いくつかの実施態様では、変形した膜は、約２０Ｈｚと２０，０００Ｈｚとの間の周波数またはその一部を有する音を生成することができる。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカーまたはマイクロスピーカーアレイは、最大４０，０００Ｈｚ以上の超音波を生成するようにサイズ化することができ、かつ、そのように駆動することができる。
【0069】
スピーカーグリル１１５により、音波をマイクロスピーカーアレイ１０８から通過させることができ、また、このスピーカーグリル１１５により、カバーガラス１０２は、ガラスカプセル化マイクロスピーカー１００の内部構成要素を保護することができる。スピーカーグリル１１５内の音響ポート１１４は、たとえば単一の孔、または六角形のアレイ、円形のアレイあるいは正方形のアレイに配置された複数の孔を始めとする多くの異なる構成にすることができる。また、音響ポート１１４は、たとえば円形、長方形または三角形の形を始めとする任意の多くの異なる形にすることも可能である。いくつかの実施態様では、音響ポート１１４は、それらが、ガラスカプセル化マイクロスピーカー１００によって放出される周波数レンジ内の音波に対する音響遮断として作用しないように設計される。たとえば低周波数の音波をロールオフしつつ、適度な低、中、および高周波音の通過を可能にするために、音響ポート１１４の各々の直径は十分に大きくすることができ、また、音響ポート１１４の各々の深さは十分に浅くすることができる。孔の直径の例は、低周波側の約１０〜３０ミクロンから、高周波側の５００ミクロンを超える範囲に及ぶ。いくつかの実施態様では、音響ポート１１４は、疎水性材料でコーティングすることができる。疎水性コーティング材の例には、ポリテトラフルオロエチレンおよび他のフルオロポリマーがある。
【0070】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、カバーガラスと共にガラス基板の上にマイクロスピーカーアレイを含むガラスカプセル化マイクロスピーカーの別の例を示したものである。図１０Ａは、ガラスカプセル化マイクロスピーカーの分解図の一例を示したものである。図１０Ｂは、図１０Ａに示されているガラスカプセル化マイクロスピーカーの等角図の一例を示したものである。
【0071】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示されているガラスカプセル化マイクロスピーカー１００は、カバーガラス１０２、集積回路デバイス１０４、ガラス基板１０６、マイクロスピーカーアレイ１０８および接合リング１１０を含む。カバーガラス１０２は、凹部１１２、およびスルーガラス音響ポート１１４を含んだスピーカーグリル１１５を含む。カバーガラス１０２がガラス基板１０６に結合されると、凹部１１２によってキャビティ１１３が形成される。
【0072】
ガラス基板１０６は、２つの実質的に平行な表面である上面１２６ａおよび底面１２６ｂを有する実質的に平らな基板である。レッジ１３２は、カバーガラス１０２によって囲まれた上面１２６ａの部分への電気接続を可能にする。上面１２６ａの上側導電トレース１２４は、上側ボンドパッド１２７ａをレッジパッド１２７ｃに接続する。上側ボンドパッド１２７ａは、集積回路デバイス１０４への接続のために使用することができる。マイクロスピーカーアレイ１０８および集積回路デバイス１０４は、ガラス基板１０６上の上側導電トレース１２４によって直接または間接的に複数のレッジパッド１２７ｃのうちの１つまたは複数に電気的に接続することができる。図に示されている例では、上側導電トレース１２８は、マイクロスピーカーアレイ１０８をボンドパッド１２９に接続し、ボンドパッド１２９は、マイクロスピーカーアレイ１０８を集積回路１０４に接続する。したがって上側導電トレース１２４および１２８は、１つまたは複数のボンドパッド１２７ａおよび１２９、集積回路デバイス１０４、マイクロスピーカーアレイ１０８、またはカバーガラス１０２によって囲むことができる他の構成要素から、１つまたは複数のレッジパッド１２７ｃまたは他の構成要素への電気接続を提供する。ガラス基板１０６に関連する導電トレース、ボンドパッドおよびレッジパッドのこの特定の配置は、１つの可能な配置の一例であり、所望の実施態様に従って他の配置が可能である。
【0073】
いくつかの実施態様では、外部環境に露出される上面１２６ａの上側導電トレース１２４および／または１２８の部分をパッシベーションすることができる。たとえば上側導電トレース１２４および／または１２８は、酸化物または窒化物のコーティングなどのパッシベーション層でパッシベーションすることができる。
【0074】
接合リング１１０は、カバーガラス１０２をガラス基板１０６に結合する。接合リング１１０は、図９Ａおよび図９Ｂに関連して上で説明したように、任意の数の異なる結合材料を含むことができる。いくつかの実施態様では、接合リング１１０が、カバーガラス１０２をガラス基板１０６に結合する金属ボンドリングである場合、上側ボンドパッド１２７ａをレッジパッド１２７ｃに電気接続する上側導電トレース１２４は、金属ボンドリングから電気的に絶縁することができる。たとえば上側導電トレース１２４は、上で説明したようにパッシベーション層によって電気絶縁することができる。
【0075】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示されているガラスカプセル化マイクロスピーカー１００は、リボンケーブル、フレキシブルフラットケーブルまたはフレックステープとも呼ばれるフレキシブルコネクタ１４０をさらに含むことができる。フレキシブルコネクタ１４０は、同じ平らな平面上で互いに平行に走る、導電ワイヤまたはトレースなどの埋込み型電気接続を有するポリマーフィルムを含むことができる。また、フレキシブルコネクタ１４０は、その一端にフレックスパッドを含み、また、他端にコンタクトを含むことも可能であり、導電ワイヤまたはトレースは、個々のフレックスパッドを個々のコンタクトに電気接続する。フレックスパッドは、フレキシブルコネクタ１４０の底面に存在させることができ、図１０Ａまたは図１０Ｂには図示されない。フレックスパッドは、レッジパッド１２７ｃと接触するように構成することができる。いくつかの実施態様では、フレキシブルコネクタ１４０のフレックスパッドは、異方性導電膜（ＡＣＦ）を使用してガラスカプセル化マイクロスピーカー１００のレッジパッド１２７ｃに結合することができる。いくつかの実施態様では、フレキシブルコネクタ１４０のフレックスパッドは、はんだを使用してガラスカプセル化マイクロスピーカー１００のレッジパッド１２７ｃに結合することができる。フレキシブルコネクタ１４０のコンタクトは、たとえば印刷回路基板（ＰＣＢ）または他の電子構成要素への接続のために、ソケットまたは他のコネクタの中でアセンブルすることができる。
【0076】
いくつかの実施態様では、フレキシブルコネクタ１４０への接続のためのレッジ１３２を有するこのガラスカプセル化マイクロスピーカー１００を使用することにより、ガラスカプセル化マイクロスピーカー１００をＰＣＢまたは他の電子構成要素から離れた位置に配置することができる。ガラスカプセル化マイクロスピーカー１００がＰＣＢまたは他の電子構成要素から離れた位置に配置されると、ＰＣＢを耐水エンクロージャ内に密閉することができ、ガラスカプセル化マイクロスピーカーおよびＰＣＢを組み込んだ電子デバイスの信頼性が向上する。さらに、このフレキシブルコネクタ１４０を使用することにより、イン−イヤーヘッドホンまたはセル電話などの携帯デバイスの周囲などの音の生成が望ましい場所の近傍にガラスカプセル化マイクロスピーカー１００を取り付けることができる。たとえばガラスカプセル化マイクロスピーカー１００は、耳の外側に配置されるＩＣデバイス内の関連する制御電子機器の一部またはすべてと共に、ユーザのイン−イヤーヘッドホンの中に配置することができる。また、フレキシブルコネクタを使用することにより、ガラス基板を貫通する電気ビアの必要性を除去することも可能であり、したがってガラスカプセル化マイクロスピーカー１００のための製造プロセスを単純にすることができる。
【0077】
図９Ａ〜図１０Ｂを参照して説明したガラスカプセル化マイクロスピーカーの例には様々な修正を加えることができる。いくつかの実施態様では、たとえばガラスカプセル化マイクロスピーカーのカバーガラスは、カバーガラスがガラス基板に結合されると、２つのキャビティが形成されるよう、２つの凹部を含むことができる。いくつかの実施態様では、これらの２つのキャビティのうちの一方は集積回路デバイスを収容することができ、もう一方はマイクロスピーカーアレイを収容することができる。いくつかの実施態様では、接合リングは、集積回路デバイスをマイクロスピーカーアレイから分離することができる。いくつかの実施態様では、ガラスカプセル化マイクロスピーカーは、場合によってはカバーガラスとガラス基板との間に配置された集積回路デバイスを含んでいない。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカーアレイは、たとえばフレキシブルコネクタまたはＰＣＢに取り付けられた外部集積回路デバイスによって駆動することができる。いくつかの実施態様では、スルーガラスビア、導電トレースおよびパッドなどの構成要素は、ガラス基板の上のこのような構成要素、またはガラス基板を貫通するこのような構成要素の代わりに、あるいはこのような構成要素に追加して、カバーガラスの上、またはカバーガラスを貫通して含むことができる。いくつかの実施態様では、ガラスカプセル化マイクロスピーカーは、スピーカーグリルの代わりにカバーガラスの中に大型サイドポートを含むことができる。参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年８月３０に出願された、それぞれ「ＧＬＡＳＳ ＡＳ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＡＮＤ Ａ ＦＩＮＡＬ ＰＡＣＫＡＧＥ ＦＯＲ ＭＥＭＳ ＡＮＤ ＩＣ ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の同時係属米国特許出願第１３／２２１，７０１号、第１３／２２１，７１７号および第１３／２２１，７４４号に、本明細書において説明されているガラスカプセル化マイクロスピーカーを使用して実施することができるガラスパッケージの他の特徴が記載されている。
【0078】
図１１は、ガラスカプセル化マイクロスピーカーのための製造プロセスを示す流れ図の一例を示したものである。プロセス２００のブロック２０２で、ガラス基板の表面に電気機械マイクロスピーカーアレイを有するガラス基板が提供される。マイクロスピーカーアレイの他に、接合リング、導電トレース、パッド、ビア、レッジパッド、等々などの任意の数の他の構成要素をガラス基板の任意の表面に存在させることができ、あるいはガラス基板を貫通して存在させることができる。以下、ガラス基板の表面にマイクロスピーカー要素を形成するための製造プロセスの一例について、図１８に関連して説明する。ガラス基板は、ガラス基板の表面上に配置された集積回路デバイスを有することも可能である。たとえば集積回路デバイスは、ガラス基板の表面に直接製造することができ、あるいは個別の構成要素として追加し、ガラス基板に取り付けることができる。存在する場合、集積回路デバイスは、マイクロスピーカーアレイを駆動するように構成することができる。ブロック２０４で、凹部およびスピーカーグリルを含んだカバーガラスがガラス基板の表面に結合される。凹部およびスピーカーグリルは、たとえば化学エッチングプロセス、反応性イオンエッチングプロセスまたはサンドブラストプロセスを使用して事前に形成することができる。いくつかの実施態様では、たとえば紫外線レーザまたはエキシマレーザを使用したレーザ穿孔プロセスによってスピーカーグリルのポートを形成することができる。いくつかの実施態様では、音響ポートは、凹部が形成された後に形成することができる。たとえば凹部は、エッチングプロセスによってカバーガラスの中に形成することができ、結果として得られる、カバーガラスのエッチ除去された部分の厚さの例は、約２００ミクロンと３００ミクロンとの間である。カバーガラスのエッチ除去された部分を貫通して延在するポートは、レーザ穿孔によって形成することができる。レーザ穿孔されたポートの直径の例は、約１０ミクロンと３０ミクロンとの間にすることができる。上記で説明したように、カバーガラスは、任意の数の様々な結合材料を含み得る接合リングを用いて、ガラス基板に結合され得る。いくつかの実施態様では、カバーガラスは、接着剤でガラス基板に結合される。いくつかの実施態様では、カバーガラスは、ＵＶ硬化性エポキシまたは熱硬化性エポキシでガラス基板に結合される。カバーガラスをガラス基板に結合するためにエポキシが使用されるとき、エポキシは、カバーガラスまたはガラス基板の縁部の周囲にスクリーンまたはディスペンスされ得る。次いで、カバーガラスおよびガラス基板が整合され、一緒にプレスされ得、エポキシを硬化させるためにＵＶ光または熱がエポキシに印加され得る。
【0079】
いくつかの実施態様では、カバーガラスは、ガラスフリットボンドリングでガラス基板に結合される。ガラスフリットは、ディスペンシング、シャドウマスキング、または他の適切な技法を使用して、ガラス基板、カバーガラス、または両方に塗布され得る。カバーガラスをガラス基板に結合するためにガラスフリットボンドリングが使用されるとき、ガラスフリットボンドリングが溶融して２つのガラス片を結合するように、カバーガラス、ガラス基板、およびガラスフリットボンドリングが互いに接触しているとき、熱および圧力がこれらの構成要素に印加され得る。
【0080】
いくつかの実施態様では、カバーガラスは、金属ボンドリングでガラス基板に結合される。カバーガラスをガラス基板に結合するために金属ボンドリングが使用されるとき、金属ボンドリングが溶融して２つのガラス片をともに結合するように、カバーガラス、ガラス基板、および金属ボンドリングが互いに接触しているとき、熱がこれらの構成要素に印加され得る。
【0081】
プロセス２００は、１つのガラスカプセル化マイクロスピーカーのための製造プロセスの一例を説明したものであるが、プロセス２００を変更し、あるいは変更することなく、複数のガラスカプセル化マイクロスピーカーを製造することができる。たとえば数十個、数百個、数千個またはそれ以上のマイクロスピーカーアレイを単一のガラス基板パネルの上に提供することができる。同様に、数十個、数百個、数千個またはそれ以上の凹部およびスピーカーグリルを単一のカバーガラスパネルの中に提供することができる。カバーガラスパネルは、ガラス基板パネルの表面に結合することができ、個々にパッケージされたガラスカプセル化マイクロスピーカーのシートを形成することができる。次に、たとえばダイヤモンドブレードまたはレーザを使用したダイシングによって、またはスクライブおよびブレークプロセスによって、あるいは結合されたカバーガラスおよびガラス基板パネルを切断するための他の適切な技法によって、ガラスカプセル化マイクロスピーカーを互いに切り離すことができる。
【0082】
上で言及したように、マイクロスピーカーアレイは、任意の数の個別のマイクロスピーカー要素を含むことができる。アレイ内の個別のマイクロスピーカー要素は、アレイ全体が多角形、円形、フレーム、環状の形または別の形になるよう、行および列で配置し、あるいは不規則に配置することができる。いくつかの実施態様では、個々のマイクロスピーカー要素は、駆動電圧信号を受け取るとひずむことができる変形可能誘電体膜を含む。図１２Ａ〜図１７は、変形可能誘電体膜を含んだ電気機械マイクロスピーカー要素の例を示したものである。図１２Ａおよび図１２Ｂは、電気機械マイクロスピーカー要素の例を示したものである。図１２Ａには、マイクロスピーカー要素３００の上面図の一例が示されている。図１２Ｂには、図１２Ａの線１−１に沿ったマイクロスピーカー要素３００の略横断面図の一例が示されている。図１２Ａおよび図１２Ｂに示されているマイクロスピーカー要素３００は、基板３０５および変形可能誘電体膜３１０を含み、変形可能誘電体膜３１０は、誘電体層３２５および１つまたは複数の圧電アクチュエータ３３０を含む。圧電アクチュエータ３３０は、第１の電極３２０と第２の電極３４０との間にはさまれた圧電材料３５０を含むことができる。スピーカーキャビティ３０４は、基板３０５と変形可能誘電体膜３１０との間に配置されている。動作中、第１の電極３２０と第２の電極３４０との間の駆動電圧を印加することができ、それにより圧電材料３５０がひずむ。圧電材料３５０がひずむと誘電体層３２５がひずんで音を発生する。導電トレース３３５は、基板３０５に配置することも、基板３０５の外部に配置することもできるドライバ回路（図示せず）に第１および第２の電極３２０および３４０を接続することができる。マイクロスピーカー要素３００が複数のマイクロスピーカー要素のアレイのうちの１つである実施態様では、マイクロスピーカー要素３００は、アレイの他のマイクロスピーカー要素と並列に接続することができ、たとえば下部電極に電気接続された第１の電極３２０、および他のマイクロスピーカー要素の圧電アクチュエータの上部電極に電気接続された第２の電極３４０と並列に接続することができる。さらに、マイクロスピーカー要素３００が複数のマイクロスピーカー要素のアレイのうちの１つである実施態様では、個々のマイクロスピーカー要素３００は、同相または位相遅れで、かつ、同じ振幅または異なる振幅で駆動することができる。
【0083】
いくつかの実施態様では、基板３０５は、図９Ａ〜図１０Ｂを参照して上で説明したガラス基板１０６であってもよい。つまり、マイクロスピーカー要素３００は、上で説明したガラスカプセル化マイクロスピーカーの部分を形成しているガラス基板の上に製造することができる。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素３００は、ガラス基板の上に製造することができ、そのガラス基板は、上で説明したガラスカプセル化マイクロスピーカーに組み込まれるか、さもなければパッケージされる。いくつかの実施態様では、基板３０５は、プラスチック、セラミック、シリコンまたは導電性基板などの非ガラス基板であってもよく、その非ガラス基板は、上で説明したガラスカプセル化マイクロスピーカーに組み込まれるか、さもなければパッケージされる。いくつかの実施態様では、基板３０５の少なくともスピーカーキャビティ３０４を画定している部分は実質的に平らであり、また、エッチングすることができなくてもよい。別法としては、基板３０５の一部は、エッチングが可能であるか、さもなければ変形可能誘電体膜３１０の下方に音響キャビティを形成する形状にすることができる。
【0084】
図１２Ａに示されている例では、変形可能誘電体膜３１０は円形であるが、いくつかの他の実施態様では、変形可能誘電体膜３１０は、長方形、三角形、正方形または楕円形を始めとする任意の適切な形にすることができる。使用することができる誘電材料の例には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムがある。誘電体層３２５の厚さは、たとえば１ミクロンと１０ミクロンとの間にすることができる。スピーカーキャビティ３０４の厚さは、たとえば約１ミクロンと５ミクロンとの間にすることができる。変形可能誘電体膜３１０のスパンとも呼ばれている、変形可能誘電体膜３１０がスピーカーキャビティ３０４の上を延在する距離は、いくつかの実施態様では約１００ミクロンと３０００ミクロンとの間にすることができる。変形可能誘電体膜３１０の周囲の環状領域３３６は、基板３０５に固定することができる。いくつかの実施態様では、周囲の環状領域３３６は、変形可能誘電体膜３１０の周囲全体にわたって固定される。いくつかの実施態様では、変形可能誘電体膜３１０は、その周囲の間隔を隔てた位置で固定することができる。
【0085】
スピーカーキャビティ３０４は、所望の実施態様に従って周囲状態から密閉し、あるいは周囲状態に開放することができる。いくつかの実施態様では、スピーカーキャビティ３０４は、粘性減衰を防止するために密閉される。スピーカーキャビティ３０４は、所望の実施態様に従って、真空圧、準大気圧または大気圧にすることができる。いくつかの実施態様では、スピーカーキャビティ３０４は、スピーカーキャビティ３０４が実質的に閉じた体積になるよう、実質的にすべての面で囲まれる。たとえば密閉されたスピーカーキャビティ３０４は、スピーカーキャビティ３０４がすべての面で囲まれるように、基板３０５および変形可能誘電体膜３１０によって画定することができる。別の例では、周囲に開放されたスピーカーキャビティ３０４は、スピーカーキャビティ３０４が実質的にすべての面で囲まれるように、基板３０５および変形可能誘電体膜３１０によって画定することができる。たとえば変形可能誘電体膜３１０と基板３０５との間に、実質的にすべての面で囲まれているスピーカーキャビティ３０４の圧力平衡を許容するための１つまたは複数の通気孔を存在させることができる。通気孔は、変形可能誘電体膜３１０および／または基板３０５の中に形成することも可能である。
【0086】
第１の電極３２０および第２の電極３４０は、多くの異なる導電材料のうちの１つまたは複数、およびそれらの組合せを含むことができる。たとえば様々な実施態様では、第１および第２の電極３２０および３４０は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）および／または金（Ａｕ）などの金属を含むことができる。いくつかの実施態様では、第１の電極３２０および第２の電極３４０の厚さは、それぞれ約１００〜３０００オングストロームであってもよい。導電トレース３３５は、第１の電極３２０および第２の電極３４０と同じ材料から形成することができる。圧電材料３５０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）またはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの任意の適切な材料であってもよい。圧電材料の厚さの例は、約１ミクロンと３ミクロンとの間であってもよい。
【0087】
図１２Ａの例では、圧電アクチュエータ３３０は、スピーカーキャビティ３０４全体に及ぶ変形可能誘電体膜３１０の部分の周辺領域またはその近傍の環状リングとして示されている。いくつかの実施態様では、圧電アクチュエータは、たとえば長方形のリング、三角形のリング、正方形のリングまたは楕円形のリングを始めとする任意の適切な形にすることができる。図１２Ｂの例では、寸法Ｓは変形可能誘電体膜３１０のスパンを表しており、寸法Ｄ１は、スピーカーキャビティ３０４の縁から圧電アクチュエータ３３０の内径までの距離を表している。いくつかの実施態様では、Ｄ１は、寸法Ｓの約６分の１に等しくすることができるが、他の比率、たとえばもっと大きい比率ともっと小さい比率の両方を使用することも可能である。圧電アクチュエータ３３０の幅は、所望の実施態様に応じてＤ１にほぼ等しくすることができるが、必ずしもその必要はない。圧電アクチュエータ３３０の幅の例は、数ミクロンから数百ミクロンまたはそれ以上に及ぶ。圧電アクチュエータ３３０は、圧電材料３５０ならびに関連する電極３２０および３４０の１つまたは複数のセグメントを含むことができる。
【0088】
図１２Ｂおよび他の図に示されている圧電アクチュエータ３３０はユニモルフ圧電アクチュエータであるが、本明細書において説明されているマイクロスピーカー要素の圧電アクチュエータは、別法としてバイモルフ圧電アクチュエータであってもよい。バイモルフ圧電アクチュエータは、弾性層によって分離された２つの電極／圧電／電極スタックを含むことができる。弾性層の例には、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、酸化ケイ素および窒化アルミニウムがある。
【0089】
いくつかの実施態様では、本明細書において説明されているマイクロスピーカー要素は、誘電体層が駆動信号に応答して収縮および膨張することができるよう、露出した誘電体層の領域を残している。たとえば図１２Ａおよび図１２Ｂに示されている圧電アクチュエータ３３０などの環状圧電アクチュエータは、露出した誘電体層３２５の中央領域を残している。図１３Ａおよび図１３Ｂは、変形可能誘電体膜の中央領域を占有している圧電アクチュエータを含んだ電気機械マイクロスピーカー要素の例を示したものである。図１３Ａには、マイクロスピーカー要素３００の上面図の一例が示されている。図１３Ｂには、図１３Ａの線１−１に沿ったマイクロスピーカー要素３００の略横断面図の一例が示されている。図１３Ａおよび図１３Ｂに示されているマイクロスピーカー要素３００は、図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して上で説明した基板３０５、スピーカーキャビティ３０４、変形可能誘電体膜３１０、および１つまたは複数の導電トレース３３５を含む。変形可能誘電体膜３１０は、圧電アクチュエータ３３０および誘電体層３２５を含む。圧電アクチュエータ３３０は、変形可能誘電体膜３１０の中央領域を占有し、圧電アクチュエータ３３０によって覆われていない誘電体層３２５の周辺領域を残している。圧電アクチュエータ３３０は、第１の電極３２０と第２の電極３４０との間にはさまれた圧電材料３５０を含む。
【0090】
図１３Ａに示されている例では、圧電アクチュエータ３３０は円形であるが、いくつかの他の実施態様では、圧電アクチュエータ３３０は、長方形、三角形、正方形または楕円形を始めとする任意の適切な形にすることができる。図１３Ｂの例では、寸法Ｓは変形可能誘電体膜のスパンを表しており、寸法Ｄ２は、スピーカーキャビティ３０４の縁から圧電アクチュエータ３３０の外径までの距離を表している。いくつかの実施態様では、Ｄ２は、寸法Ｓの約６分の１に等しくすることができるが、他の比率、たとえばもっと大きい比率ともっと小さい比率の両方を使用することも可能である。
【0091】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、「埋設された」圧電アクチュエータを含んだ電気機械マイクロスピーカー要素の例を示したものである。図１４Ａには、マイクロスピーカー要素３００の上面図の一例が示されている。図１４Ｂには、図１４Ａの線１−１に沿ったマイクロスピーカー要素３００の略横断面図の一例が示されている。図１４Ａおよび図１４Ｂに示されているマイクロスピーカー要素３００は、図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して上で説明した基板３０５、スピーカーキャビティ３０４、変形可能誘電体膜３１０、および１つまたは複数の導電トレース３３５を含む。変形可能誘電体膜３１０は、誘電体層３２５および中央に配置された圧電アクチュエータ３３０を含む。圧電アクチュエータ３３０は、第１の電極３２０と第２の電極３４０との間にはさまれた圧電材料３５０を含む。図１４Ａおよび図１４Ｂの例では、圧電アクチュエータ３３０は、スピーカーキャビティ３０４と誘電体層３２５との間に配置されている。いくつかの実施態様では、圧電アクチュエータ３３０を埋設することにより、誘電体層３２５は、圧電アクチュエータ３３０を湿気および他の環境条件から保護することができる。また、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されている圧電アクチュエータのように、キャビティの周辺またはその近傍に配置される圧電アクチュエータも同じく埋設することができる。
【0092】
いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素は、駆動信号に対するスピーカー応答、とりわけ低周波数における応答を改善することができる音響キャビティを含むことができる。図１５は、音響キャビティに接続された電気機械マイクロスピーカー要素の一例を示したものである。マイクロスピーカー要素３００は、基板３０５、変形可能誘電体膜３１０およびスピーカーキャビティ３０４を含み、変形可能誘電体膜３１０は、誘電体層３２５および圧電アクチュエータ３３０を含む。スピーカーキャビティ３０４は、基板３０５の中に形成され、かつ、基板３０５を貫通して延在する音響キャビティ３１１に接続される。
【0093】
いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素は、誘電体層の両側に圧電アクチュエータを含むことができる。図１６Ａ〜図１６Ｃは、変形可能誘電体層の誘電体層の両側に圧電アクチュエータを含んだ電気機械マイクロスピーカー要素の例を示したものである。図１６Ａには、マイクロスピーカー要素３００の上面図の一例が示されている。図１６Ｂおよび図１６Ｃには、図１６Ａの線１−１に沿ったマイクロスピーカー要素３００の略横断面図の例が示されている。図１６Ａ〜図１６Ｃに示されているマイクロスピーカー要素３００は、基板３０５、スピーカーキャビティ３０４および変形可能誘電体膜３１０を含む。変形可能誘電体膜３１０は、誘電体層３２５、第１の圧電アクチュエータ３３０ａおよび第２の圧電アクチュエータ３３０ｂを含む。第１の圧電アクチュエータ３３０ａは、第１の電極３２０ａ、第１の圧電層３５０ａおよび第２の電極３４０ａを含む。第２の圧電アクチュエータ３３０ｂは、第３の電極３２０ｂ、第２の圧電層３５０ｂおよび第４の電極３４０ｂを含む。導電トレース３３５ａおよび３３５ｂは、第１の圧電アクチュエータ３３０ａおよび第２の圧電アクチュエータ３３０ｂをそれぞれドライバ回路（図示せず）に接続することができる。いくつかの実施態様では、第１の圧電アクチュエータ３３０ａおよび第２の圧電アクチュエータ３３０ｂは、それぞれ個別に駆動することができる。いくつかの実施態様では、第１の圧電アクチュエータ３３０ａおよび第２の圧電アクチュエータ３３０ｂは、プッシュ／プルモードにあってもよく、駆動信号に対して等しく、かつ、逆に応答する。いくつかの実施態様では、１つまたは複数の電極が接地に接続される。たとえば内部電極すなわち第１の電極３２０ａおよび第４の電極３４０ｂを接地に接続することができる。
【0094】
第１および第２の圧電アクチュエータは、変形可能誘電体膜の中央または周辺に独立して配置することができる。図１６Ｂの例では、第１の圧電アクチュエータ３３０ａおよび第２の圧電アクチュエータ３３０ｂは、いずれも変形可能誘電体膜３１０の中央領域を占有している。図１６Ｃの例では、第１の圧電アクチュエータ３３０ａは中央に位置しており、一方、第２の圧電アクチュエータ３３０ｂは、スピーカーキャビティ３０４全体に及んでいる変形可能誘電体膜３１０の部分の周辺またはその近傍に配置されている。
【0095】
いくつかの実施態様では、マイクロスピーカーは、マイクロスピーカーのキャビティ全体に及ぶ圧電アクチュエータを含むことができる。図１７は、基板３０５の上に変形可能誘電体膜３１０を含んだ電気機械マイクロスピーカー要素３００の一例を示したものである。変形可能誘電体膜は、誘電体層３２５および圧電アクチュエータ３３０を含む。圧電アクチュエータ３３０は、第１の電極３２０、圧電層３５０および第２の電極３４０を含む。誘電体層３２５と圧電アクチュエータ３３０の部分の両方は、スピーカーキャビティ３０４全体に及んでいる。第１の電極３２０および第２の電極３４０は、変形可能誘電体膜３１０の周囲を延在している。別法としては、第１の電極３２０および第２の電極３４０は、変形可能誘電体膜３１０の中央に、一方を圧電層３５０の上に、また、もう一方を圧電層３５０の下に配置することも可能である。図１７の圧電アクチュエータ３３０は、誘電体層３２５の下に埋設されている。他の実施態様では、誘電体層がスピーカーキャビティと圧電アクチュエータとの間に配置されるよう、誘電体層の上に圧電アクチュエータを配置することができる。
【0096】
図１８は、マイクロスピーカー要素のための製造プロセスを示す流れ図の一例を示したものである。方法４００の操作は、本明細書において開示されている任意のマイクロスピーカー要素を形成するために組み合わせることができ、および／または順序を入れ換えることができることに留意されたい。また、以下で説明するように、異なる層のパターニングおよびエッチングを実施し、それによりマイクロスピーカー要素の異なる領域の層の異なるパターンを達成することができることに留意されたい。方法４００の操作は、ほぼ室温から４００℃までの温度で実施することができる（つまりこの方法のプロセスは、約４００℃以下の温度で実施することができる）ため、方法４００は、ガラスおよびフラットパネルディスプレイガラス技術と両立する。
【0097】
ブロック４０２で基板の上に犠牲層が形成される。上で説明したように、基板は、ガラスカプセル化マイクロスピーカーを形成するガラス基板であっても、あるいはガラスカプセル化マイクロスピーカーを形成するガラス基板に結合することができるか、さもなければパッケージされるガラスまたは非ガラス基板であってもよい。ガラス基板の上に犠牲層を形成する前に、基板を金属化してスルーガラスビア、導電トレース、ボンドパッド、レッジパッド、等々を形成することができる。いくつかの実施態様では、酸化物または窒化物を堆積させて金属をパッシベーションすることができる。
【0098】
犠牲層の形成は、スパッタリング、蒸着またはＣＶＤなどの適切な堆積技法による犠牲材料の堆積を含むことができる。犠牲材料の例には、Ｍｏ、ＭｏＣｒ、非晶質Ｓｉまたは多結晶Ｓｉなどのガスエッチングが可能な材料がある。犠牲層は、図１４Ｂのスピーカーキャビティ３０４などのスピーカーキャビティを形成するために、後続する処理で除去されるため、犠牲層は、スピーカーキャビティの所望のサイズの厚さまで堆積され、この厚さは約１〜５ミクロンであってもよい。犠牲層の形成は、堆積後における、所望の形状のキャビティを形成するための犠牲材料のパターニングをさらに含むことができる。たとえば図１４Ｂのマイクロスピーカー要素３００を形成するためには、円形の形が形成されるように犠牲材料をパターニングすることができる。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素の１つのアレイのための犠牲層の形成、あるいはマイクロスピーカー要素の複数のアレイのための犠牲層の形成は、基板全体または基板の一部に犠牲材料の膜を堆積させ、かつ、それをパターニングすることによって同時に実施することができる。犠牲材料は、当業者に知られているように、集積回路の製造に使用されるリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを使用してパターニングすることができる。
【0099】
ブロック４０４で犠牲層の上に圧電アクチュエータが形成される。いくつかの実施態様では、圧電アクチュエータの形成は、所望の形状の圧電アクチュエータを形成するための、犠牲層上への第１の電極層／圧電層／第２の電極層スタックの堆積、およびそのパターニングを含むことができる。たとえば図１４Ｂに示されている圧電アクチュエータ３３０を形成するためには、円形の形が形成されるように第１の電極／圧電層／第２の電極スタックをパターニングすることができる。関連する電極を堆積させ、かつ、パターニングしている間に、第１および第２の電極の各々のための１つまたは複数の導電トレースを堆積させ、かつ、パターニングすることができる。当業者に知られているリソグラフィおよびエッチングを含むパターニングは、所望の実施態様に従って個々の層を堆積させた後、または単に第１の電極層／圧電層／第２の電極層スタックを堆積させた後に実施することができる。いくつかの実施態様では、第１の電極層および第２の電極層の形成は、スパッタリングまたは蒸着などの適切な堆積プロセスによるＣｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉおよび／またはＡｕなどの金属の堆積を含むことができる。
【0100】
いくつかの実施態様では、圧電層の形成は、反応性イオンスパッタリングプロセス、直流（ＤＣ）スパッタリングプロセスまたは他の適切なプロセスによる、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］Ｏ３、０≦ｘ≦１）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または他の適切な材料の堆積を含むことができる。いくつかの実施態様では、マイクロスピーカー要素の１つのアレイのための圧電アクチュエータの形成、あるいはマイクロスピーカー要素の複数のアレイのための圧電アクチュエータの形成は、基板全体または基板の一部に犠牲材料の膜を堆積させ、かつ、それをパターニングすることによって同時に実施することができる。
【0101】
ブロック４０６で犠牲層の上に誘電体層が形成される。誘電材料の例には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムがある。誘電体層の形成は、熱ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ技法または他の適切な堆積技法による誘電材料の堆積を含むことができる。誘電体層の形成は、堆積した誘電材料のパターニングをさらに含むことができる。誘電体層の一部は、犠牲層の上に形成される誘電体層の部分を支持するためにガラス基板の上に形成することができる。犠牲層および圧電アクチュエータの場合と同様、マイクロスピーカー要素の１つのアレイのための誘電体層の形成、あるいはマイクロスピーカー要素の複数のアレイのための誘電体層の形成は、同時に実施することができる。
【0102】
様々な実施態様によれば、ブロック４０４は、ブロック４０６の前または後に実施することができる。たとえば図１２Ｂの例に示されているマイクロスピーカー要素３００を形成するためには、ブロック４０４は、誘電体層の上に圧電アクチュエータが形成されるよう、ブロック４０６の後に実施することができる。いくつかの実施態様では、ブロック４０４は、ブロック４０６の前および後に実施することができる。
【0103】
ブロック４０８で犠牲層が除去される。いくつかの実施態様では、犠牲層の除去は、エッチング用試薬への犠牲層の露出を含む。たとえばＭｏまたは非晶質Ｓｉなどのガスエッチングが可能な材料は、固体ＸｅＦ２から派生した蒸気または他のフッ素系エッチング試薬を使用したドライ化学エッチングによって除去することができる。ウェットエッチングおよび／またはプラズマエッチングなどの、エッチング可能な犠牲材料およびエッチング方法の他の組合せを使用することも可能である。
【0104】
上で示したように、方法４００には、本明細書において説明されている任意のマイクロスピーカー要素を形成するために様々な修正を加えることができる。非圧電弾性層を含んだマイクロスピーカー要素の実施態様では、たとえば窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ素（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、金属またはポリマーを含んだ弾性層は、当業者に知られている適切な処理技法を使用して形成することができる。たとえば弾性層は、スパッタリングプロセス、化学堆積（ＣＶＤ）プロセス、物理堆積（ＰＶＤ）プロセスまたは電気めっきプロセスを使用して形成することができる。
【0105】
上で示したように、いくつかの実施態様では、本明細書において説明されているガラスパッケージは、ディスプレイデバイスの一部であってもよい。いくつかの他の実施態様では、ガラス基板の上に製造される非ディスプレイデバイスは、同じくガラス基板の上に製造されるディスプレイおよび他のデバイスと両立することができ、この非ディスプレイデバイスはディスプレイデバイスと共に製造されるか、あるいは個別のデバイスとして取り付けられ、この組合せは、良好に整合した熱膨張特性を有している。いくつかの実施態様では、１つまたは複数のマイクロスピーカー要素は、テレビジョン、タブレット、ポータブルメディアプレーヤまたは他のディスプレイデバイスのような音響−視覚装置の中で実施することができる。
【0106】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、複数のＩＭＯＤを含むディスプレイデバイス４０を示すシステムブロック図の例を示している。ディスプレイデバイス４０は、たとえば、スマートフォン、セルラー電話または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス４０の同じ構成要素またはディスプレイデバイス４０の軽微な変形も、テレビジョン、タブレット、電子リーダー、ハンドヘルドデバイスおよびポータブルメディアプレーヤなど、様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。
【0107】
ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１と、ディスプレイ３０と、アンテナ４３と、スピーカー４５と、入力デバイス４８と、マイクロフォン４６とを含む。ハウジング４１は、射出成形および真空成形を含む様々な製造プロセスのうちのいずれかから形成され得る。さらに、ハウジング４１は、限定はしないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはそれらの組合せを含む、様々な材料のうちのいずれかから製作され得る。ハウジング４１は、異なる色の、または異なるロゴ、ピクチャ、もしくはシンボルを含んでいる、他の取外し可能な部分と交換され得る、取外し可能な部分（図示せず）を含むことができる。
【0108】
ディスプレイ３０は、本明細書で説明する、双安定またはアナログディスプレイを含む様々なディスプレイのうちのいずれかであり得る。ディスプレイ３０はまた、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ ＬＣＤ、またはＴＦＴ ＬＣＤなど、フラットパネルディスプレイ、あるいはＣＲＴまたは他の管デバイスなど、非フラットパネルディスプレイを含むように構成され得る。さらに、ディスプレイ３０は、本明細書で説明するＩＭＯＤディスプレイを含むことができる。
【0109】
ディスプレイデバイス４０の構成要素は図１９Ｂに概略的に示されている。ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１を含み、それの中に少なくとも部分的に密閉された追加の構成要素を含むことができる。たとえば、ディスプレイデバイス４０は、トランシーバ４７に結合されたアンテナ４３を含むネットワークインターフェース２７を含む。トランシーバ４７はプロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は調整ハードウェア５２に接続される。調整ハードウェア５２は、信号を調整する（たとえば、信号をフィルタ処理する）ように構成され得る。調整ハードウェア５２は、スピーカー４５およびマイクロフォン４６に接続される。プロセッサ２１は、入力デバイス４８およびドライバコントローラ２９にも接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８に、およびアレイドライバ２２に結合され、アレイドライバ２２は次にディスプレイアレイ３０に結合される。いくつかの実施態様では、電源５０は、特定のディスプレイデバイス４０設計では、実質的にすべての構成要素に電力を提供することができる。スピーカー４５は、上で説明した電気機械マイクロスピーカーまたは電気機械マイクロスピーカーのアレイであってもよい。
【0110】
ネットワークインターフェース２７は、ディスプレイデバイス４０がネットワークを介して１つまたは複数のデバイスと通信することができるように、アンテナ４３とトランシーバ４７とを含む。ネットワークインターフェース２７はまた、たとえば、プロセッサ２１のデータ処理要件を軽減するための、何らかの処理能力を有し得る。アンテナ４３は信号を送信および受信することができる。いくつかの実施態様では、アンテナ４３は、ＩＥＥＥ１６．１１（ａ）、（ｂ）、または（ｇ）を含むＩＥＥＥ１６．１１規格、あるいはＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇまたはｎを含むＩＥＥＥ８０２．１１規格、およびこれらのさらなる実施態様に従って、ＲＦ信号を送信および受信する。いくつかの他の実施態様では、アンテナ４３は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ規格に従ってＲＦ信号を送信および受信する。セルラー電話の場合、アンテナ４３は、３Ｇまたは４Ｇ技術を利用するシステムなどのワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ（登録商標））、ＧＳＭ／Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＧＰＲＳ）、Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ＧＳＭ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ＥＤＧＥ）、Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｒｕｎｋｅｄ Ｒａｄｉｏ（ＴＥＴＲＡ）、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標））、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（ＥＶ−ＤＯ）、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＥＶ−ＤＯ Ｒｅｖ Ａ、ＥＶ−ＤＯ Ｒｅｖ Ｂ、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）、高速アップリンクパケットアクセス（ＨＳＵＰＡ）、発展型高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ＋）、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、ＡＭＰＳ、または他の知られている信号を受信するように設計される。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信された信号がプロセッサ２１によって受信され、プロセッサ２１によってさらに操作され得るように、その信号を前処理することができる。トランシーバ４７はまた、プロセッサ２１から受信された信号がアンテナ４３を介してディスプレイデバイス４０から送信され得るように、その信号を処理することができる。
【0111】
いくつかの実施態様では、トランシーバ４７は受信機によって置き換えられ得る。さらに、いくつかの実施態様では、ネットワークインターフェース２７は、プロセッサ２１に送られるべき画像データを記憶または生成することができる画像ソースによって置き換えられ得る。プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の全体的な動作を制御することができる。プロセッサ２１は、ネットワークインターフェース２７または画像ソースから圧縮された画像データなどのデータを受信し、そのデータを生画像データに、または生画像データに容易に処理されるフォーマットに、処理する。プロセッサ２１は、処理されたデータをドライバコントローラ２９に、または記憶のためにフレームバッファ２８に送ることができる。生データは、一般に、画像内の各ロケーションにおける画像特性を識別する情報を指す。たとえば、そのような画像特性は、色、飽和、およびグレースケールレベルを含むことができる。
【0112】
プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵ、または論理ユニットを含むことができる。調整ハードウェア５２は、スピーカー４５に信号を送信するための、およびマイクロフォン４６から信号を受信するための、増幅器およびフィルタを含み得る。調整ハードウェア５２は、ディスプレイデバイス４０内の個別構成要素であり得、あるいはプロセッサ２１または他の構成要素内に組み込まれ得る。
【0113】
ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１によって生成された生画像データをプロセッサ２１から直接、またはフレームバッファ２８から取ることができ、アレイドライバ２２への高速送信のために適宜に生画像データを再フォーマットすることができる。いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ２９は、生画像データを、ラスタ様フォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができ、その結果、そのデータフローは、ディスプレイアレイ３０にわたって走査するのに好適な時間順序を有する。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２に送る。ＬＣＤコントローラなどのドライバコントローラ２９は、しばしば、スタンドアロン集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１に関連付けられるが、そのようなコントローラは多くの方法で実施され得る。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ２１中に埋め込まれるか、ソフトウェアとしてプロセッサ２１中に埋め込まれるか、またはハードウェアにおいてアレイドライバ２２と完全に一体化され得る。
【0114】
アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマットされた情報を受信することができ、ビデオデータを波形の並列セットに再フォーマットすることができ、波形の並列セットは、ディスプレイのピクセルのｘ−ｙ行列から来る、数百の、および時には数千の（またはより多くの）リード線に毎秒何回も適用される。
【0115】
いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイアレイ３０は、本明細書で説明するディスプレイのタイプのうちのいずれにも適している。たとえば、ドライバコントローラ２９は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ（ＩＭＯＤコントローラなど）であり得る。さらに、アレイドライバ２２は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ（ＩＭＯＤディスプレイドライバなど）であり得る。その上、ディスプレイアレイ３０は、従来のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイ（ＩＭＯＤのアレイを含むディスプレイなど）であり得る。いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２と統合することができる。このような実施態様は、高集積システム、たとえば携帯電話、ポータブル電子デバイス、ウォッチまたは他の小面積ディスプレイでは有用である。
【0116】
いくつかの実施態様では、入力デバイス４８は、たとえばユーザがディスプレイデバイス４０の動作を制御することができるように構成することができる。入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー、タッチセンシティブスクリーン、ディスプレイアレイ３０と共に統合されたタッチセンシティブスクリーン、あるいは感圧膜または感熱膜を含むことができる。マイクロフォン４６は、ディスプレイデバイス４０のための入力デバイスとして構成することができる。いくつかの実施態様では、マイクロフォン４６を介したボイスコマンドを使用してディスプレイデバイス４０の動作を制御することができる。
【0117】
電源５０は、様々なエネルギー蓄積デバイスを含むことができる。たとえば電源５０は、ニッケルカドミウムバッテリーまたはリチウムイオンバッテリーなどの充電式バッテリーであってもよい。充電式バッテリーを使用している実施態様では、充電式バッテリーは、たとえばコンセントまたは光起電力デバイスあるいはアレイからの電力を使用して充電することができる。別法としては、充電式バッテリーはワイヤレス充電も可能である。電源５０はまた、再生可能エネルギー源、キャパシタ、あるいはプラスチック太陽電池または太陽電池塗料を含む太陽電池であり得る。電源５０はまた、壁コンセントから電力を受け取るように構成され得る。
【0118】
いくつかの実施態様では、制御プログラマビリティがドライバコントローラ２９中に存在し、これは電子ディスプレイシステム中のいくつかの場所に配置され得る。いくつかの他の実施態様では、制御プログラマビリティがアレイドライバ２２中に存在する。上記で説明した最適化は、任意の数のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素において、ならびに様々な構成において実施され得る。
【0119】
本明細書で開示する実施態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実施され得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性が、概して機能に関して説明され、上記で説明した様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびステップにおいて示された。そのような機能がハードウェアで実施されるか、ソフトウェアで実施されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。
【0120】
本明細書で開示する態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するために使用される、ハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実施または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、あるいは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサは、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せなどのコンピューティングデバイスの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実施することもできる。いくつかの実施態様では、特定のステップおよび方法が、所与の機能に固有である回路によって実行され得る。
【0121】
１つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示する構造を含むハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、およびそれらの上記構造の構造的等価物において、またはそれらの任意の組合せにおいて実施され得る。また、本明細書で説明した主題の実施態様は、１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置が実行するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化された、またはデータ処理装置の動作を制御するための、コンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールとして、実施され得る。
【0122】
ソフトウェアで実施される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の命令またはコードとして記憶することができ、あるいは送信することができる。本明細書において開示されている方法またはアルゴリズムのステップは、コンピュータ可読媒体上に常駐させることができるプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールの中で実施することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へコンピュータプログラムを転送することができる任意の媒体を含んだ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータがアクセスすることができる任意の利用可能媒体であってもよい。非制限の一例として、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、もしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイス、あるいは所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形で記憶するために使用することができ、かつ、コンピュータがアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。また、すべての接続は、コンピュータ可読媒体と適切に呼ぶことができる。本明細書において使用されているディスク（ｄｉｓｋおよびｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル汎用ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ｄｉｓｋは、通常、磁気的にデータを再生し、一方、ｄｉｓｃは、レーザを使用して光学的にデータを再生する。これらの組合せを同じくコンピュータ可読媒体の範囲内に含めることも可能である。さらに、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込むことができるコードおよび命令の１つまたは任意の組合せ、あるいはセットとして、機械可読媒体上およびコンピュータ可読媒体上に常駐させることができる。
【0123】
本開示で説明した実施態様への様々な修正は当業者には容易に明らかであり得、本明細書で定義した一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施態様に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で示した実施態様に限定されるものではなく、本開示と、本明細書で開示する原理および新規の特徴とに一致する、最も広い範囲を与られるべきである。「例示的」という単語は、本明細書ではもっぱら「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用される。本明細書に「例示的」と記載されたいかなる実施態様も、必ずしも他の可能態様または実施態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。さらに、「上側」および「下側」という用語は、図の説明を簡単にするために時々使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対位置を示すが、実施されたＩＭＯＤの適切な配向を反映しないことがあることを、当業者は容易に諒解されよう。
【0124】
また、別個の実施態様に関して本明細書で説明されたいくつかの特徴は、単一の実施態様において組合せで実施され得る。また、逆に、単一の実施態様に関して説明した様々な特徴は、複数の実施態様において別個に、あるいは任意の好適な部分組合せで実施され得る。その上、特徴は、いくつかの組合せで働くものとして上記で説明され、初めにそのように請求されることさえあるが、請求される組合せからの１つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから削除され得、請求される組合せは、部分組合せ、または部分組合せの変形形態を対象とし得る。
【0125】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序でまたは順番に実行されることを、あるいはすべての図示の動作が実行されることを必要としないことを、当業者なら容易に認識されよう。さらに、図面は、流れ図の形態でもう１つの例示的なプロセスを概略的に示し得る。ただし、図示されていない他の動作が、概略的に示される例示的なプロセスに組み込まれ得る。たとえば、１つまたは複数の追加の動作が、図示の動作のうちのいずれかの前に、後に、同時に、またはそれの間で、実行され得る。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。その上、上記で説明した実施態様における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施態様においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきでなく、説明するプログラム構成要素およびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品において互いに一体化されるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージングされ得ることを理解されたい。さらに、他の実施態様が以下の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、特許請求の範囲に記載の行為は、異なる順序で実行され、依然として望ましい結果を達成することができる。
【符号の説明】
【0126】
１２ ＩＭＯＤ、ピクセル１３、１５ 光
１４ 可動反射層、層、反射層
１４ａ 反射副層、伝導性層、副層
１４ｂ 支持層、誘電支持層、副層
１４ｃ 伝導性層、副層
１６ 光学スタック、層
１６ａ 吸収層、光吸収体、副層、導体／吸収体副層
１６ｂ 誘電体、副層
１８ ポスト、支持体、支持ポスト
１９ ギャップ、キャビティ
２０ 透明基板、基板
２１ プロセッサ、システムプロセッサ
２２ アレイドライバ
２３ ブラックマスク構造
２４ 行ドライバ回路
２５ 犠牲層、犠牲材料
２６ 列ドライバ回路
２７ ネットワークインターフェース
２８ フレームバッファ
２９ ドライバコントローラ
３０ ディスプレイアレイ、パネル、ディスプレイ
３２ テザー
３４ 変形可能層
３５ スペーサ層
４０ ディスプレイデバイス
４１ ハウジング
４３ アンテナ
４５ スピーカー
４６ マイクロフォン
４７ トランシーバ
４８ 入力デバイス
５０ 電源
５２ 調整ハードウェア
６０ａ 第１のライン時間、ライン時間
６０ｂ 第２のライン時間、ライン時間
６０ｃ 第３のライン時間、ライン時間
６０ｄ 第４のライン時間、ライン時間
６０ｅ ライン時間、第５のライン時間
６２ 高いセグメント電圧
６４ 低いセグメント電圧
７０ 開放電圧
７２ 高い保持電圧
７４ 高いアドレス電圧
７６ 低い保持電圧
７８ 低いアドレス電圧
１００ ガラスカプセル化マイクロスピーカー
１０２ カバーガラス
１０４ 集積回路デバイス
１０６ ガラス基板
１０８ マイクロスピーカーアレイ
１１０ 接合リング
１１２ 凹部
１１３ キャビティ
１１４ 音響ポート（スルーガラス音響ポート）
１１５ スピーカーグリル
１２２ スルーガラスビア
１２４、１２８ 上側導電トレース
１２６ａ 上面
１２６ｂ 底面
１２７ａ 上側ボンドパッド
１２７ｂ 下側ボンドパッド
１２７ｃ レッジパッド
１２９ ボンドパッド
１３２ レッジ
１４０ フレキシブルコネクタ
３００ マイクロスピーカー要素
３０４ スピーカーキャビティ
３０５ 基板
３１０ 変形可能誘電体膜
３１１ 音響キャビティ
３２０、３２０ａ 第１の電極
３２０ｂ 第３の電極
３２５ 誘電体層
３３０ 圧電アクチュエータ
３３０ａ 第１の圧電アクチュエータ
３３０ｂ 第２の圧電アクチュエータ
３３５、３３５ａ、３３５ｂ 導電トレース
３３６ 環状領域
３４０、３４０ａ 第２の電極
３４０ｂ 第４の電極
３５０ 圧電材料（圧電層）
３５０ａ 第１の圧電層
３５０ｂ 第２の圧電層