-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Mikrobetätigungsvorrichtungen
und spezieller auf eine Mikrospiegelvorrichtung, die eine dielektrophoretische
Mikroemulsion umfasst.
-
Mikrobetätigungsvorrichtungen
sind bisher unter Verwendung von mikroelektronischen Techniken wie etwa
Photolithographie, Aufdampfung und Ätzung auf Isolatoren oder anderen
Substraten gebildet worden. Derartige Mikrobetätigungsvorrichtungen werden
häufig
als Mikro-Elektromechanische-System-Vorrichtungen (MEMS-Vorrichtungen)
bezeichnet. Ein Beispiel für
eine Mikrobetätigungsvorrichtung
umfasst eine Mikrospiegelvorrichtung. Die Mikrospiegelvorrichtung
kann als ein Lichtmodulator für
eine Amplituden- und/oder Phasenmodulation von einfallendem Licht
betrieben werden. Eine Anwendung für eine Mikrospiegelvorrichtung besteht
in einem Anzeigesystem. So sind mehrere Mikrospiegelvorrichtungen
in einem Array derart angeordnet, dass jede Mikrospiegelvorrichtung
eine Zelle oder ein Pixel der Anzeige bereitstellt.
-
Eine
konventionelle Mikrospiegelvorrichtung umfasst einen elektrostatisch
betätigten
Spiegel, der zur Drehung um eine Achse des Spiegels gehalten ist.
Konventionelle Mikrospiegelvorrichtungen müssen jedoch ausreichend proportioniert
sein, um die Drehung des Spiegels relativ zu einer Auflagestruktur
zu ermöglichen. Ein
Vergrößern der
Abmessungen der Mikrospiegelvorrichtung reduziert allerdings die
Auflösung
der Anzeige, da weniger Mikrospiegelvorrichtungen einen gegebenen
Bereich einnehmen können.
Zusätzlich
dazu müssen angelegte
Aktivierungsenergien ausreichend groß sein, um eine gewünschte Aktivierungskraft
auf den Spiegel zu erzeugen.
-
Entsprechend
ist es gewünscht,
eine Größe einer
Mikrospiegelvorrichtung zu minimieren, um die Dichte eines Arrays
derartiger Vorrichtungen zu maximieren sowie eine Aktivierungskraft
auf die Mikrospiegelvorrichtung zu erhöhen, wie dieselbe durch eine
gegebene Aktivierungsenergie erzeugt wird, während die Aktivierungsenergie,
die zur Erzeugung der Aktivierungskraft auf die Mikrospiegelvorrichtung
benötigt
wird, minimiert werden soll.
-
Die
EP 1359455 offenbart eine
Mikrospiegelvorrichtung, die ein Substrat, das eine Oberfläche aufweist,
und eine Platte umfasst, die von der Oberfläche des Substrats beabstandet
und im Wesentlichen parallel zu derselben ausgerichtet ist, wobei
die Platte und die Oberfläche
des Substrats einen Hohlraum dazwischen definieren. Eine dielektrische
Flüssigkeit
ist im Hohlraum angeordnet und ein Reflexionselement ist zwischen der
Oberfläche
des Substrats und der Platte eingefügt. So ist das Reflexionselement
angepasst, um sich zwischen einer ersten Position und zumindest
einer zweiten Position zu bewegen.
-
Die
US 2003/0012483 offenbart
Vorrichtungen, die Elemente nutzen, die getragen werden von einer Flüssigkeit
in einem Mikrokanal, zum Schalten, Dämpfen, Verschließen, Filtern
oder zum Verschieben von Phasen von optischen Signalen. Bei bestimmten
Ausführungsbeispielen
führt ein
Mikrokanal einen gasförmigen
oder flüssigen
Kern, der mit zumindest einem Abschnitt der optischen Leistung eines
optischen Signals, das sich durch einen Wellenleiter bewegt, in
Wechselwirkung tritt. Der Mikrokanal kann Teil der Umhüllung des Wellenleiters,
Teil des Kerns und der Umhüllung
oder Teil nur des Kerns bilden. Der Mikrokanal kann auch Enden aufweisen
oder kann als eine Schleife oder ein durchgehender Kanal aufgebaut
sein. Die Fluidvorrichtungen können
selbstverriegelnd oder semi-verriegelnd sein. Das Fluid in dem Mikrokanal
wird bewegt durch Verwendung von z. B. Elektrokapillarität, Differenzdruck-Elektrokapillarität, Elektrobenetzung,
kontinuierlicher Elektrobenetzung, Elektrophore se, Elektroosmose,
Dieletrophorese, elektro-hydrodynamisch elektrohydrodynamischem
Pumpen, magneto-hydrodynamischen magnetohydrodynamischem Pumpen,
Thermokapillarität, Wärmeausdehnung,
dielektrischem Pumpen und/oder variablem dielektrischem Pumpen.
-
Die
XP 012052805, „Dielectrophoretic
liquid actuation and nanodroplet formation", Journal of Applied Physics, 15. Januar
2001, fasst die Forschungsarbeit wie folgt zusammen: Wasser, genau
wie alle polarisierbaren Medien, spricht auf ein uneinheitliches
elektrisches Feld mit einem Ansammeln vorzugsweise in den Regionen
der maximalen Feldintensität
an. Diese Manifestation der Dielektrophorese (DEP) macht eine Vielfalt von
mikroelektromechanischen Flüssigkeitsbetätigungsschemata
möglich.
Im speziellen demonstrieren wir eine neue Klasse von Hochgeschwindigkeits-DEP-Betätigungsvorrichtungen,
die „wandlose" Flussstrukturen, Siphons
und Nanotröpfchen-Ausgabevorrichtungen
umfassen, die mit Wasser wirksam sind. Eine Flüssigkeit in diesen Mikrofluidvorrichtungen
liegt auf einer dünnen,
isolierenden Polyimidschicht auf, die die koplanaren Elektroden
bedeckt. Mikrolitervolumen an Wasser, die aus einer Mikropipette
auf diese Substrate aufgebracht wurden, werden manipuliert, transportiert
und in Tröpfchen
von nun ~ 7 nl unterteilt durch Sequenzen einer Spannungsanlegung
und geeigneter Änderungen
der Elektrodenverbindungen. Die endliche Leitfähigkeit des Wassers und die
Kapazität
der dielektrischen Schicht, die die Elektroden bedeckt, macht die
Verwendung einer Hochfrequenzspannung über ~ 60 kHz nötig. Ein
einfaches RC-Schaltungsmodell erklärt dieses frequenzabhängige Verhalten.
Die DEP-Betätigung
von geringen Wasservolumen erfolgt sehr schnell. Wir beobachten eine
Tröpfchenbildung
in weniger als 0,1 Sek. und eine vorübergehende, spannungsgetriebene
Bewegung von Wasserfingern mit Geschwindigkeiten, die 5/cms überschreiten.
Eine derartige Geschwindigkeit legt nahe, dass eine Betätigung erreicht
werden kann durch die Verwendung von vorprogrammierten, kurzen Anlegungen der
Hochfrequenzspannung, um eine Joulesche Erwärmung zu minimieren.
-
Die
US 4,418,346 offenbart ein
Verfahren und ein Gerät
zum selektiven Anzeigen von visuellen Informationen unter Verwendung
von dielektrophoretischen Kräften,
die aus der Anlegung eines uneinheitlichen elektrischen Feldes an
ein dielektrisches Material resultieren. Genauer gesagt sind ein
erstes und zweites visuell unterscheidbares Material, das unterschiedliche
Dielektrizitätskonstanten,
innerhalb einer Einfassung bereitgestellt, die zumindest zum Teil
aus einem transparenten Material gebildet ist. Ein uneinheitliches
elektrisches Feld wird an die Materialien angelegt, wodurch eine
relative Translationsbewegung derselben bewirkt wird, als ein Resultat
von dielektrophoretischen Kräften,
die durch das uneinheitliche Feld erzeugt werden. Weil das erste
und das zweite Material visuell unterscheidbar sind und die relativen
Positionen derselben durch die dielektrophoretischen Kräfte des
elektrischen Feldes bestimmt sind, stellt eine Einstellung der Größe dieser Kräfte die
Anordnung der zwei Materialien ein. So schafft das Gerät eine selektiv
einstellbare Anzeige für
visuelle Informationen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Mikrospiegelvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren
gemäß Anspruch
10 geschaffen.
-
Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Mikrospiegelvorrichtung.
Die Mikrospiegelvorrichtung umfasst ein Substrat, das eine Oberfläche aufweist,
und eine Platte, die von der Oberfläche des Substrats beabstandet
und im Wesentlichen parallel zu derselben ausgerichtet ist, wobei
die Platte und die Oberfläche des
Substrats einen Hohlraum dazwischen definieren. Eine dielektrophoretische
Mikroemulsion, die zur Bewegung in der Lage ist, wenn ein elektrisches
Signal an die Vorrichtung angelegt wird, ist in dem Hohlraum angeordnet,
und ein Reflexionselement ist zwischen der Oberfläche des
Substrats und der Platte eingefügt,
derart, dass das Reflexionselement angepasst ist, um sich zwischen
einer ersten Position und zumindest einer zweiten Position zu bewegen.
Die dielektrophoretische Mikroemulsion ist eine, bei der zumindest
die Ölphase eine
kontinuierliche Phase ist.
-
1 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel
eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts
einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt.
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
4 ist
eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von 2 und 3,
die ein Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
5 ist
eine schematische Querschnittsansicht ähnlich 4, die ein
anderes Ausführungsbeispiel der
Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
6 ist
eine schematische Querschnittsansicht ähnlich 4, die ein
anderes Ausführungsbeispiel einer
Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
7 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
8 ist
eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 von 7,
die ein Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
9 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
10A ist eine schematische Querschnittsansicht
entlang der Linie 10-10 von 9, die ein
Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
10B ist eine schematische Querschnittsansicht ähnlich 10A, die eine Betätigung eines anderen Ausführungsbeispiels
einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt.
-
10C ist eine schematische Querschnittsansicht ähnlich 10A, die eine Betätigung eines anderen Ausführungsbeispiels
einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt.
-
11 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Abschnitts einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
12 ist
eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 von 11,
die ein Ausführungs beispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
13 ist
ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Anzeigesystems darstellt, das eine Mikrospiegelvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst.
-
14 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Abschnittes
eines Arrays von Mikrospiegelvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt.
-
15 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Abschnitts eines Arrays von Mikrospiegelvorrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
In
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen
Teil derselben bilden und in denen mittels Darstellung spezifische
Ausführungsbeispiele
gezeigt werden, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
Diesbezüglich wird
Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben", „unten", „vorne", „hinten", „Vorder-", „Hinter-" etc., Bezug nehmend
auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en), verwendet. Weil
die Komponenten der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl an unterschiedlichen
Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie
zum Zwecke der Darstellung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es
sei darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt werden
können
und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne dass dabei von dem Schutzbereich der Erfindung abgewichen wird.
Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht als einschränkend zu
betrach ten und der Schutzbereich der Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
-
1 stellt
ein Ausführungsbeispiel
einer Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Die Mikrospiegelvorrichtung 10 ist
eine Mikrobetätigungsvorrichtung,
die auf einer elektrisch-zu-mechanisch-Umwandlung
beruht, um eine Kraft zu erzeugen und die Bewegung oder Betätigung eines
Körpers
oder Elements zu bewirken. Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie es
unten beschrieben ist, eine Mehrzahl von Mikrospiegelvorrichtungen 10 derart angeordnet,
um ein Array von Mikrospiegelvorrichtungen zu bilden. So kann das
Array von Mikrospiegelvorrichtungen verwendet werden um eine Anzeige
zu bilden. So bildet jede Mikrospiegelvorrichtung 10 einen Lichtmodulator
zur Modulation von einfallendem Licht und stellt eine Zelle oder
ein Pixel der Anzeige bereit. Ferner kann die Mikrospiegelvorrichtung 10 auch
bei weiteren Bilderzeugungssystemen, wie etwa Projektoren, verwendet
werden und kann auch für
die optische Adressierung verwendet werden.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst die Mikrospiegelvorrichtung 10 ein Substrat 20,
eine Platte 30 und ein Betätigungselement 40.
Das Substrat 20 weist eine Oberfläche 22 auf. Bei einem
Ausführungsbeispiel ist
die Oberfläche 22 gebildet
durch einen Graben oder eine Wanne, der bzw. die in und/oder auf
dem Substrat 20 gebildet ist. Vorzugsweise ist die Platte 30 im
Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 22 ausgerichtet
und von der Oberfläche 22 beabstandet,
um einen Hohlraum 50 dazwischen zu definieren. Das Betätigungselement 40 ist
zwischen der Oberfläche 22 des
Substrats 20 und der Platte 30 eingefügt. So ist
das Betätigungselement 40 innerhalb
des Hohlraums 50 positioniert.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das Betätigungselement 40 betätigt, um
sich zwischen einer ersten Position 47 und einer zweiten
Position 48 relativ zu dem Substrat 20 und der
Platte 30, zu bewegen. Vorzugsweise bewegt oder neigt sich
das Betätigungselement 40 in
einem Winkel um eine Drehachse. So ist die erste Position 47 des
Betätigungselements 40 dargestellt
als im Wesentlichen horizontal und im Wesentlichen parallel zum
Substrat 20 ausgerichtet, und die zweite Position 48 des
Betätigungselements 40 ist
dargestellt als ausgerichtet in einem Winkel zu der ersten Position 47.
Die Bewegung oder Betätigung
des Betätigungselements 40,
relativ zum Substrat 20 und der Platte 30, ist
unten im Detail beschrieben.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der Hohlraum 50 mit einer mehrphasigen dielektrischen
Flüssigkeit 52 gefüllt, derart
dass das Betätigungselement 40 in
Kontakt mit der mehrphasigen dielektrischen Flüssigkeit 52 steht.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Hohlraum 50 derart mit mehrphasiger dielektrischer
Flüssigkeit 52 gefüllt, dass
das Betätigungselement 40 in
die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 eingetaucht
ist. Die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 ist daher
zwischen dem Betätigungselement 40 und
dem Substrat 20 und zwischen dem Betätigungselement 40 und
der Platte 30 angeordnet. So berührt oder benetzt die mehrphasige
dielektrische Flüssigkeit 52 die
entgegengesetzten Oberflächen
des Betätigungselementes 40.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
ist der Hohlraum 50 derart mit mehrphasiger dielektrischer
Flüssigkeit 52 gefüllt, dass
das Betätigungselement 40 über der
mehrphasigen dielektrischen Flüssigkeit 52 positioniert
ist und zumindest eine Oberfläche
des Betätigungselementes 40,
das dem Substrat 20 zugewandt ist, in Kontakt mit der mehrphasigen
dielektrischen Flüssigkeit 52 steht.
Die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 verbessert,
wie es unten beschrieben ist, eine Betätigung des Betätigungselementes 40.
-
Die
mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 ist
vorzugsweise transparent. So ist die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 im
sichtbaren Spektrum klar oder farblos. Ferner ist die mehrphasige
dielektrische Flüssigkeit 52 chemisch
stabil in elektrischen Feldern, chemisch stabil bei Veränderungen
der Temperatur und chemisch inert. Zudem weist die mehrphasige dielektrische
Flüssigkeit 52 einen
niedrigen Dampfdruck auf und ist nicht korrosiv.
-
Vorzugsweise
weist die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 eine geringe
Viskosität
auf. Bei einem Ausführungsbeispiel
weisen geeignete Flüssigkeiten
eine Viskosität
ab ungefähr
0,5 Zentipoise bis ungefähr
50 Zentipoise auf. Außerdem
weist die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 in elektrischen
Feldern eine hohe Molekularausrichtung auf und bewegt sich in einem
elektrischen Feld. Vorzugsweise weist die mehrphasige dielektrische
Flüssigkeit 52 eine
niedrige Dielektrizitätskonstante
auf und ein hohes Dipolmoment. Die Dielektrizitätskonstante eines Materials,
auch als elektrische Permittivität
bezeichnet, ist ein Maß für die Fähigkeit
eines Materials, sich der Bildung eines elektrischen Feldes innerhalb
desselben zu widersetzen.
-
Die
mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 ist
eine dielektrophoretische Mikroemulsion 53. Mikroemulsionen
sind thermodynamisch stabile Dispersionen einer Flüssigphase
in einer anderen, stabilisiert durch einen Grenzflächenfilm
von einem oberflächenaktiven
Mittel. Mikroemulsionen verwenden zumindest drei Komponenten, eine
Polarkomponente (Wasser), eine nicht polare Komponente (Öl) und eine
amphipathische Komponente (oberflächenaktives Mittel).
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfassen die hierin nutzbaren Mikroemulsionen optisch klare Lösungen und
Wasser-in-Öl-Mikroemulsionen,
die einen Tröpfchendurchmesser
von 100 Nanometern (nm) oder weniger aufweisen, einschließlich, bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel,
eines Tröpfchendurchmessers
von 25 nm oder weniger. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzflächenspannung
zwischen der Wasser- und
der Ölphase äußert niedrig.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Ölphase
eine kontinuierliche Phase und das Wasser ist in kugelförmigen Aggregaten
eingeschlossen. Bei einem Ausführungsbeispiel
verwenden die nutzbaren Mikroemulsionen ein Kolloidaggregat von
amphipathischen (ober flächenaktiven)
Molekülen,
die angeordnet sind, um eine Wechselwirkung zwischen dem hydrophoben
oberflächenaktiven „Ende" und der kontinuierlichen Ölphase zu
maximieren. Diese Mikroemulsionen bilden sich spontan auf ein Mischen der
Komponenten hin.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
sind auch bi-kontinuierliche Mikroemulsionen, bei denen die Ölphase und
die Wasserphase kontinuierlich sind, aber durch Schichten des oberflächenaktiven
Mittels voneinander getrennt sind, als dielektrophoretische Mikroemulsion 53 nutzbar.
Solche bikontinuierlichen Mikroemulsionen können jedoch nicht auf Partikel-
oder Tröpfchengrößen hin
gemessen werden, da es kontinuierliche Veränderungen zwischen den zwei
kontinuierlichen Phasen gibt.
-
Da
sowohl das Wasser als auch das oberflächenaktive Mittel, die jeweils
in der Mikroemulsion vorliegen, hohe Pegel an Leitfähigkeit
aufweisen, ist nicht zu erwarten, dass Mikroemulsionen innerhalb
der Mikrospiegel- oder anderen Betätigungsvorrichtungen als die
mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 wirken
können.
Wie unten umrissen, können
solche Mikroemulsionen jedoch als die mehrphasige dielektrische
Flüssigkeit 52 wirken.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Menge der Wasserkomponente, die die Mikroemulsion umfasst,
ein kleiner Prozentsatz der gesamten Mikroemulsion. Die genaue Menge
an Wasser, die die Mikroemulsion umfasst, variiert mit der Auswahl
des oberflächenaktiven
Mittels. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist die Mikroemulsion z. B. ein anionisches oberflächenaktives
Mittel auf und umfasst weniger als 5 Prozent Wasser.
-
Hierin
nutzbare Mikroemulsionen sind mehrphasige Flüssigkeiten, die Bewegung zeigen,
wenn an dieselben ein elektrisches Signal angelegt wird. Geeignete
Mikroemulsionen liefern sogar Energie, um zur Bewegung des Betätigungselementes 40 in
der Mikrospiegelvorrichtung 10 beizutragen. Insbesondere
die Moleküle in
der Flüssigkeit
polarisieren sich und richten sich dann in dem elektrischen Feld
aus und bewegen sich, so dass Energie zum Bewegen des Betätigungselementes 40 der
Mikrospiegelvorrichtung 10 geliefert wird.
-
Mikroemulsionen,
die als die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 nutzbar
sind, weisen in den hierin verwendeten geringen Volumen üblicherweise
eine geringe Dielektrizitätskonstante
auf, sind flexibel und daher komprimierbar. Die Komprimierbarkeit
der Flüssigkeit
bezieht sich auf die Flexibilität
der Moleküle
und bedeutet, dass eine Flüssigkeit
unter einer Druckkraft ihre Konformation verändern kann, um somit ihr Volumen geringfügig zu reduzieren.
Eine Verzweigung innerhalb des Moleküls erhöht ebenfalls die Komprimierbarkeit. Das
Komprimieren der Flüssigkeit
ermöglicht
die Bewegung des Mikrospiegels, wenn ein elektrisches Feld an die
Vorrichtung angelegt wird. Komprimierbare Flüssigkeiten zeigen zumindest
eine geringe Bewegung, wenn ein elektrisches Signal an die Mikrospiegelvorrichtung 10 angelegt
wird. Die komprimierbaren Flüssigkeiten haben
vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante
von weniger als 20. Vorzugsweise zeigen diese Flüssigkeiten keine Joulesche
Erwärmung,
die bewirken kann, dass sich Blasen bilden (d. h. Entgasung) und
eine Spiegelbewegung unterbrechen kann.
-
Vorzugsweise
ist die Leitfähigkeit
der Mikroemulsion minimiert. So weisen bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
nutzbare Mikroemulsionen Widerstandswerte von mehr als ungefähr 10 kOhm
auf.
-
Mikroemulsionen,
die für
eine Verwendung als mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 geeignet
sind, umfassen eine ausreichende Menge von zumindest einem oberflächenaktiven
Mittel. Nutzbare oberflächenaktive
Mittel sind aus den oberflächenaktiven
Mitteln ausgewählt,
die eine thermodynamisch stabile inverse Mizellen-Struktur oder
eine bikontinuierliche Mikroemulsion bilden. Derartige oberflächenaktive
Mittel können
anionischer, nichtionischer oder kationischer Natur sein. Bei einem
Ausführungsbeispiel weist
das oberflächenaktive
Mittel zumindest rund ein Prozent der Mikroemulsion auf. In einem
Ausführungsbeispiel
ist das oberflächenaktive
Mittel 1,4-Bis(2-ehtylhexyl)sulfosuccinat-Natriumsalz, in der Industrie
auch als Aerosol OT bekannt, ein anionisches oberflächenaktives
Mittel.
-
Mikroemulsionen,
die für
die Verwendung als mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 geeignet
sind, weisen ferner zumindest eine Ölkomponente auf. Nutzbare Öle umfassen
Kohlenwasserstoffe und Perfluorkohlenwasserstoffe größer als
C3, Siloxane, Silane, Aromaten und substituierte
Aromaten, Oligomere und hydrophobe Polymere mit niedrigem Molekulargewicht
sowie andere hydrophobe Verbindungen. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist die Ölkomponente
von ungefähr
30 Prozent bis ungefähr
95 Prozent der Mikroemulsion auf. Außerdem, wie es oben angeführt ist,
umfasst bei einigen Ausführungsbeispielen
die Mikroemulsion, die für
die Verwendung als mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 geeignet
ist, ferner zumindest etwas Wasser.
-
Vorzugsweise
ist die Platte 30 eine transparente Platte 32 und
das Betätigungselement 40 ist
ein Reflexionselement 42. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die transparente Platte 32 eine Glasplatte. Andere
geeignete planare lichtdurchlässige
oder transparente Materialien können
jedoch auch verwendet werden. Beispiele für ein derartiges Material umfassen
Quarz und Kunststoff.
-
Das
Reflexionselement 42 umfasst eine Reflexionsoberfläche 44.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Reflexionselement 42 gebildet aus einem einheitlichen
Material, das ein geeignetes Reflexionsvermögen aufweist, um die Reflexionsoberfläche 44 zu
bilden. Beispiele für
ein derartiges Material umfassen Polysilizium oder ein Metall wie
etwa Aluminium. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Reflexionselement 42 gebildet
aus einem Basismaterial wie etwa Polysilizium, wobei ein Reflexionsmaterial
wie etwa Aluminium oder Titannitrid auf dem Basismaterial angeordnet ist,
um die Reflexionsoberfläche 44 zu
bilden. Außerdem
kann das Reflexionselement 42 aus einem nicht leitfähigen Material
gebildet sein oder kann aus einem leitfähigen Material gebildet sein
oder dasselbe umfassen.
-
Wie
es bei beiden Ausführungsbeispiel
von 1 dargestellt ist, moduliert die Mikrospiegelvorrichtung 10 Licht,
das durch eine Lichtquelle (nicht gezeigt) erzeugt wird, die auf
einer Seite der transparenten Platte 32 gegenüber dem
Substrat 20 positioniert ist. Die Lichtquelle kann z. B.
Umgebungs- und/oder Kunstlicht umfassen. So durchläuft Eingangslicht 12,
das auf die transparente Platte 32 fällt, die transparente Platte 32 in den
Hohlraum 50 und wird durch die Reflexionsoberfläche 44 des
Reflexionselements 42 reflektiert als Ausgangslicht 14.
Somit durchläuft
das Ausgangslicht 14 den Hohlraum 50 und geht
zurück
durch die transparente Platte 32.
-
Die
Richtung des Ausgangslichts 14 ist bestimmt oder gesteuert
durch die Position des Reflexionselements 42. Zum Beispiel
ist mit dem Reflexionselement 42 in der ersten Position 47 das
Ausgangslicht 14 in eine erste Richtung 14a gerichtet.
Mit dem Reflexionselement 42 in der zweiten Position 48 jedoch
ist das Ausgangslicht 14 in eine zweite Richtung 14b gerichtet.
Somit moduliert oder variiert die Mikrospiegelvorrichtung 10 die
Richtung des Ausgangslichts 14, das durch das Eingangslicht 12 erzeugt
wird. Somit kann das Reflexionselement 42 verwendet werden,
um das Licht in und/oder weg von einem optischen Bilderzeugungssystem zu
lenken.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Position 47 eine neutrale Position des Reflexionselements 42 und
stellt einen „EIN"-Zustand der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar,
dahingehend, dass Licht z. B., wie es unten beschrieben ist, zu
einem Darstellungsprogramm oder auf einen Anzeigebildschirm reflektiert
wird. Somit ist die zweite Position 48 eine betätigte Position
des Reflexionselements 42 und stellt einen „AUS"-Zustand der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar,
dahingehend, dass das Licht beispielsweise nicht zu einem Darstellungsprogramm
oder auf einen Anzeigebildschirm reflektiert wird.
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
von dem Reflexionselement 42. Ein Reflexionselement 142 weist eine
Reflexionsoberfläche 144 auf
und umfasst einen im Wesentlichen rechteckig geformten Außenabschnitt 180 und
einen im Wesentlichen rechteckig geformten Innenabschnitt 184.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Reflexionsoberfläche 144 sowohl
auf dem Außenabschnitt 180 als
auch dem Innenabschnitt 184 gebildet. Der Außenabschnitt 180 weist
vier zusammenhängende
Seitenabschnitte 181 auf, die angeordnet sind, um eine
im Wesentlichen rechteckig geformte Öffnung 182 zu bilden.
Dabei ist der Innenabschnitt 184 innerhalb der Öffnung 182 positioniert.
Vorzugsweise ist der Innenabschnitt 184 symmetrisch innerhalb
der Öffnung 182 positioniert.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
erstreckt sich ein Paar von Gelenken 186 zwischen dem Innenabschnitt 184 und
dem Außenabschnitt 180.
Die Gelenke 186 erstrecken sich von gegenüberliegenden
Seiten oder Kanten von dem Außenabschnitt 184 zu
benachbarten gegenüberliegenden
Seiten oder Kanten von dem Außenabschnitt 180.
Vorzugsweise wird der Außenabschnitt 180 von
den Gelenken 186 entlang einer Symmetrieachse getragen.
Insbesondere wird der Außenabschnitt 180 um
eine Achse getragen, die sich durch die Mitte von gegenüberliegenden
Kanten desselben erstreckt. Somit ermöglichen die Gelenke 186,
wie es oben beschrieben ist (1), eine
Bewegung des Reflexionselements 142 zwischen der ersten
Position 47 und der zweiten Position 48. Insbesondere
ermöglichen
die Gelenke 186 eine Bewegung des Außenabschnitts 180 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 relativ
zu dem Innenabschnitt 184.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfassen die Gelenke 186 Torsionselemente 188,
wobei dieselben Longitudinalachsen 189 aufweisen, die im
Wesentlichen parallel zu der Reflexionsoberfläche 144 ausgerichtet sind.
Die Longitudinalachsen 189 sind kollinear und fallen mit
einer Symmetrieachse des Reflexionselements 142 zusammen.
Als solche verdrehen oder drehen sich die Torsionselemente 188 um
die Longitudinalachsen 189, um eine Bewegung des Außenabschnitts 180 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 relativ
zum Innenabschnitt 184 aufzunehmen.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das Reflexionselement 142 relativ zum Substrat 20 getragen durch
einen Träger
oder eine Stütze 24,
die sich von der Oberfläche 22 des
Substrats 20 erstreckt. Insbesondere trägt die Stütze 24 den Innenabschnitt 184 des
Reflexionselements 142. So ist die Stütze 24 innerhalb der
Seitenabschnitte 181 des Außenabschnitts 180 positioniert.
Somit wird der Außenabschnitt 180 des
Reflexionselements 142 von der Stütze 24 durch die Gelenke 186 getragen.
-
3 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
des Reflexionselements 42 dar. Ein Reflexionselement 242 weist
eine Reflexionsoberfläche 244 auf
und umfasst einen im Wesentlichen H-förmigen Abschnitt 280 und ein
Paar von im Wesentlichen rechteckig geformten Abschnitten 284.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Reflexionsoberfläche 244 sowohl
auf dem H-förmigen
Abschnitt 280 als auch auf den rechteckig geformten Abschnitten 284 gebildet.
Der H-förmige
Abschnitt 280 weist ein Paar von beabstandeten Beinabschnitten 281 und
einen Verbindungsabschnitt 282 auf, der sich zwischen den
beabstandeten Beinabschnitten 281 erstreckt. So sind die
rechteckig geformten Abschnitte 284 an gegenüberliegenden
Seiten des Verbindungsabschnitts 282 zwischen den beabstandeten
Beinabschnitten 281 positioniert. Vorzugsweise sind die
rechteckig geformten Abschnitte 284 symmetrisch zu den
beabstandeten Beinabschnitten 281 und dem Verbindungsabschnitt 282 positioniert.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Gelenke 286 zwischen den rechteckig
geformten Abschnitten 284 und dem H-förmigen Abschnitt 280.
Die Gelenke 286 erstrecken sich von einer Seite oder Kante
der rechteckig geformten Abschnitte 284 zu benachbarten
gegenüberliegenden
Seiten oder Kanten von dem Verbindungsabschnitt 282 des
H-förmigen
Abschnitts 280. Vorzugsweise ist der H-förmige Abschnitt 280 durch
die Gelenke 286 entlang einer Symmetrieachse getragen.
Insbesondere der H-förmige
Abschnitt 280 ist um eine Achse getragen, die sich durch
die Mitte von gegenüberliegenden
Kanten des Verbindungsabschnitts 282 erstreckt. Somit ermöglichen
die Gelenke 286 eine Bewegung des Reflexionselements 242 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48,
wie es oben beschrieben ist (1). Insbesondere
ermöglichen
die Gelenke 286 eine Bewegung des H-förmigen Abschnitts 280 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 relativ
zu den rechteckig geformten Abschnitten 284.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfassen die Gelenke 286 Torsionselemente 288,
die Longitudinalachsen 289 umfassen, die im Wesentlichen
parallel zu der Reflexionsoberfläche 244 ausgerichtet
sind. Die Longitudinalachsen 289 sind kollinear und fallen
mit einer Symmetrieachse des Reflexionselements 242 zusammen.
Somit verdrehen oder drehen sich die Torsionselemente 288 um
die Longitudinalachsen 289, um eine Bewegung des H-förmigen Abschnitts 280 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 relativ
zu den rechteckig geformten Abschnitten 284 aufzunehmen.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das Reflexionselement 242 relativ zum Substrat 20 getragen
durch ein Paar von Stützen 24,
die sich von der Oberfläche 22 des
Substrats 20 erstrecken. Insbesondere tragen die Stützen 24 die
rechteckig geformten Abschnitte 284 des Reflexionselements 242.
So sind die Stützen 24 an gegenüberliegenden
Seiten des Verbindungsabschnitts 282 zwischen den beabstandeten
Beinabschnitten 281 positioniert. Somit wird der H-förmige Ab schnitt 280 des
Reflexionselements 242 von den Stützen 24 durch die
Gelenke 286 getragen.
-
4 stellt
ein Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Bei einem Ausführungsbeispiel
bewegt sich das Reflexionselement 42 (das die Reflexionselemente 142 und 242 umfasst)
zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 durch
das Anlegen eines elektrischen Signals an eine Elektrode 60,
die auf dem Substrat 20 gebildet ist. Die Elektrode 60 ist
vorzugsweise auf dem Substrat 20 benachbart zu einem Ende
oder einer Kante des Reflexionselements 42 gebildet. Eine
Anlegung eines elektrischen Signals an die Elektrode 60 erzeugt
ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 60 und dem
Reflexionselement 42, das eine Bewegung des Reflexionselements 42 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewirkt.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das elektrische Signal durch eine Treiberschaltungsanordnung 64 an
die Elektrode 60 angelegt.
-
Die
mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 ist
eine dielektrophoretische Mikroemulsion 53, die so ausgewählt ist,
um auf das elektrische Feld anzusprechen. Spezieller ist die dielektrophoretische
Mikroemulsion 53 derart ausgewählt, dass das elektrische Feld
die Moleküle
der Flüssigkeit
ausrichtet und bewegt. So bewegt sich die dielektrische Emulsion 53 in
dem elektrischen Feld und trägt,
auf eine Anlegung des elektrischen Signals hin, zu der Bewegung
des Reflexionselements 42 zwischen der ersten Position 47 und
der zweiten Position 48 bei. Somit, mit der dielektrophoretischen
Mikroemulsion 53 im Hohlraum 50, erhöht die dielektrophoretische
Mikroemulsion 53 eine Betätigungskraft, die auf das Reflexionselement 42 wirkt.
Insbesondere erhöht
die dielektrophoretische Mikroemulsion 53 eine Betätigungskraft
auf das Reflexionselement 42, wie dieselbe durch eine gegebene
Aktivierungsenergie erzeugt wird.
-
Durch
das Erhöhen
der Betätigungskraft,
die auf das Reflexionselement 42 einwirkt, ermöglicht die
dielektrophoretische Mikroemulsion 53, dass geringere Aktivierungsenergien
zur Betätigung
des Reflexionselements 42 angelegt werden. Zum Beispiel
können
Aktivierungsenergien von weniger als ungefähr 10 Volt verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Spannungsreduktion proportional zu der Dielektrizitätskonstanten
der dielektrophoretischen Mikroemulsion 53. Weil geringere
Aktivierungsspannungen verwendet werden können, kann die Treiberschaltungsanordnung 64 für die Mikrospiegelvorrichtung 10 in
das Substrat 20 eingegliedert werden. Somit kann eine Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Struktur
(CMOS-Struktur; CMOS = complimentary metal Oxide semi-conductor)
für das
Substrat 20 verwendet werden.
-
Es
wird bevorzugt, dass, wenn eine derartige dielektrophoretische Mikroemulsion 53 verwendet
wird, diese Elektrode 60 eine unterschiedliche Abmessung
zu dem Reflexionselement 42 aufweist. Somit wird, wenn ein
elektrisches Signal an die Elektrode 60 angelegt wird,
das elektrische Feld, das zwischen der Elektrode 60 und
dem Reflexionselement 42 gebildet wird, ein uneinheitliches
elektronisches Feld sein. Dieses uneinheitliche elektronische Feld
trägt zu
der dielektrophoretischen Kraft bei, die im Hohlraum 50 entwickelt
wird.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die mehrphasige
dielektrische Flüssigkeit 52 (einschließlich der
dielektrophoretischen Mikroemulsion 53) eine Wärmeverwaltung
und/oder Kühleigenschaften liefert,
durch ein Abführen
der Wärme,
die innerhalb der Mikrospiegelvorrichtung 10 erzeugt wird
oder die durch die Mikrospiegelvorrichtung 10 absorbiert
wird. Wärme
kann sich innerhalb der Mikrospiegelvorrichtung 10 durch
eine Bewegung des Reflexionselements 42 entwickeln und/oder
Wärme kann,
durch Licht, das auf das Reflexionselement 42 eintrifft,
durch die Mikrospiegelvorrichtung 10 absorbiert werden.
Das Vorhandensein von Wasser innerhalb der Mikroemulsion ermöglicht eine
Wärmeübertragung
aufgrund der großen Wärmekapazität von Wasser.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist auf dem Substrat 20 eine Passivierungsschicht gebildet,
um die Treiberschaltungsanordnung 64 zu schützen oder
einzukapseln. Somit schützt
die Passivierungsschicht die Integrität der Treiberschaltungsanordnung 64 und
verhindert, dass die Treiberschaltungsanordnung 64 von
der dielektrophoretischen Mikroemulsion 53 angegriffen
wird. Außerdem
reduziert und/oder verhindert die Passivierungsschicht Haftreibung,
eine Kraft vom Reibungstyp, die sich aus hohen Van-der-Waals-Kräften ergibt, die
zwischen dem Reflexionselement 42 und der Elektrode 60 auftreten
können.
Während
die Verwendung der dielektrophoretischen Emulsion 53 eine
Haftreibung, die zwischen dem Reflexionselement 42 und
der Elektroden 60 auftritt, im Vergleich zu einem Mikrospiegel,
bei dem der Hohlraum 50 keine dielektrophoretische Mikroemulsion 53 beinhaltet,
verringern kann, kann eine Passivierungsschicht dennoch vorteilhaft
sein, aufgrund der geringen Distanz, z. B. von einem Mikrometer,
zwischen dem Reflexionselement 42 und der Elektrode 60, wenn
das Reflexionselement 42 in der zweiten Position ist. Materialien,
die für
die Passivierungsschicht geeignet sind, umfassen einen Isolator
oder ein dielektrisches Material wie etwa Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und/oder
Siliziumoxid.
-
Wenn
das elektrische Signal von der Elektrode 60 abgenommen
wird, verharrt das Reflexionselement 42 für eine gewisse
Zeitspanne oder hält
die zweite Position 48 hält. Danach ziehen oder führen Rückstellkräfte des
Reflexionselements 42, die z. B. die Gelenke 186 (2)
und die Gelenke 286 (3) umfassen,
das Reflexionselement 42 in die erste Position 47 zurück.
-
5 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Gleichartig zu dem Ausführungsbeispiel,
das in 4 dargestellt ist, wird das Reflexionselement 42 (das
Reflexionselement 142 und 242 umfassend) zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 durch Anlegen
eines elektrischen Signals an die Elektrode 60, die auf
dem Substrat 20 benachbart einem Ende oder einer Kante
des Reflexionselements 42 gebildet ist, bewegt, wie es
oben beschrieben ist. So wird das Reflexionselement 42 in
eine erste Richtung bewegt.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel,
das in 5 dargestellt ist, wird das Reflexionselement 42 jedoch
auch in eine zweite Richtung, entgegengesetzt zu der ersten Richtung,
bewegt. Insbesondere wird das Reflexionselement 42 zwischen
der ersten Position 47 und einer dritten Position 49,
die in einem Winkel zu der ersten Position 47 ausgerichtet
ist, durch Anlegen eines elektrischen Signals an eine Elektrode 62 bewegt,
die auf dem Substrat 20 benachbart zu einem gegenüberliegenden
Ende oder einer Kante des Reflexionselements 42 gebildet
ist. So wird das Reflexionselement 42 in die zweite Richtung,
entgegengesetzt zu der ersten Richtung, durch das Anlegen eines
elektrischen Signals an die Elektrode 62 bewegt.
-
Eine
Anlegung des elektrischen Signals an die Elektrode 62 erzeugt
ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 62 und dem
Reflexionselement 42, was eine Bewegung des Reflexionselements 42 zwischen der
ersten Position 47 und der dritten Position 49 verursacht,
in einer Weise, die ähnlich
der ist, mit der sich das Reflexionselement 42 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48,
wie oben beschrieben, bewegt. Es ist ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung, wenn sich das Reflexionselement 42 direkt
zwischen der zweiten Position 48 und der dritten Position 49 bewegt,
ohne an der ersten Position 47 zu stoppen oder zu pausieren.
-
6 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Bei einem Ausfüh rungsbeispiel
ist ein leitfähiges
Durchgangsloch 26 in der Stütze 24 gebildet und
erstreckt sich durch dieselbe. Das leitfähige Durchgangsloch 26 ist
mit dem Reflexionselement 42 und, spezieller, mit einem leitfähigen Material
des Reflexionselements 42 elektrisch gekoppelt. So wird
sich das Reflexionselement 42 (die Reflexionselemente 142 und 242 umfassend)
zwischen der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 durch
Anlegen eines elektrischen Signals an die Elektrode 60 und
das Reflexionselement 42 bewegt. Insbesondere wird die
Elektrode 60 mit Energie zu einer Polarität und das
leitfähige
Material des Reflexionselements 42 mit Energie zu einer
entgegengesetzten Polarität
versorgt.
-
Eine
Anlegung eines elektrischen Signals mit einer Polarität an die
Elektrode 60 und eines elektrischen Signals mit einer entgegengesetzten
Polarität
an das Reflexionselement 42 erzeugt ein elektrisches Feld
zwischen der Elektrode 60 und dem Reflexionselement 42,
das eine Bewegung des Reflexionselements 42 zwischen der
ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewirkt.
Die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 (die
dielektrophoretische Mikroemulsion 53 umfassend) trägt, wie
es oben beschrieben ist, zu der Bewegung des Reflexionselements 42 bei.
-
Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
wird das Reflexionselement 42 (die Reflexionselemente 142 und 242 umfassend)
zwischen der ersten Position 48 und der zweiten Position 49 durch
Anlegen eines elektrischen Signals an das Reflexionselement 42 bewegt.
Insbesondere wird das elektrische Signal an das leitfähige Material
des Reflexionselements 42 mittels eines leitfähigen Durchgangslochs 26 durch
die Stütze 24 angelegt.
Somit erzeugt eine Anlegung eines elektrischen Signals an das Reflexionselement 42 ein
elektrisches Feld, das eine Bewegung des Reflexionselements 42 zwischen
der ersten Position 48 und der zweiten Position 49 bewirkt.
Die mehrphasige dielektrische Flüssigkeit 52 (die
dielektropho retische Mikroemulsion 53 umfassend) trägt, wie
oben beschrieben, zu der Bewegung des Reflexionselements 42 bei.
-
7 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
des Reflexionselements 42 dar. Ein Reflexionselement 342 weist
eine Reflexionsoberfläche 344 auf
und umfasst einen im Wesentlichen rechteckig geformten Mittelabschnitt 380 und
eine Mehrzahl von im Wesentlichen rechteckig geformten Abschnitten 382.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Reflexionsoberfläche 344 auf
dem Mittelabschnitt 380 und dem rechteckig geformten Abschnitten 382 gebildet.
Vorzugsweise sind die rechteckig geformten Abschnitte 382 an
Ecken des Mittelabschnitts 380 positioniert.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
erstrecken sich Gelenke 386 zwischen den rechteckig geformten
Abschnitten 382 und dem Mittelabschnitt 380. Die
Gelenke 386 erstrecken sich von einer Seite oder Kante
der rechteckig geformten Abschnitte 382 zu den benachbarten
Seiten oder Ecken der Seiten oder Ecken des Mittelabschnitts 380.
Vorzugsweise ist der Mittelabschnitt 380 durch die Gelenke 386 entlang
diagonalen Symmetrieachsen getragen. Insbesondere ist der Mittelabschnitt 380 um
Achsen getragen, die sich zwischen gegenüberliegenden Ecken des Mittelabschnitts 380 erstrecken.
So ermöglichen
die Gelenke 386 eine Bewegung des Reflexionselements 342 zwischen
einer ersten Position 347 und einer zweiten Position 348,
wie es unten beschrieben ist (8). Insbesondere
ermöglichen
die Gelenke 386 eine Bewegung des Mittelabschnitts 380 zwischen
der ersten Position 347 und der zweiten Position 348 relativ
zu den rechteckig geformten Abschnitten 382.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfassen die Gelenke 386 Biegevorrichtungsbauteile 388,
die Longitudinalachsen 389 aufweisen, die im Wesentlichen
parallel zu der Reflexionsoberfläche 344 ausgerichtet
sind. Die Longitudinalachsen 389 erstrecken sich zwischen
gegenüberliegenden
Ecken des Mittelabschnitts 380 und schneiden sich in einer
Mitte desselben. So biegen sich die Biegevorrichtungsbauteile 388 entlang
der Longitudinalachsen 389, um eine Bewegung des Mittelabschnitts 380 zwischen
der ersten Position 347 und der zweiten Position 348 relativ
zu den rechteckig geformten Abschnitten 382 aufzunehmen.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das Reflexionselement 342 relativ zum Substrat 20 durch
eine Mehrzahl von Stützen 24 getragen,
die sich von der Oberfläche 22 des
Substrats 20 erstrecken. Insbesondere tragen die Stützen 24 die
rechteckig geformten Abschnitte 382 des Reflexionselements 342.
Wobei die Stützen 24 an
Ecken des Mittelabschnitts 380 positioniert sind. Somit
ist der Mittelabschnitt 380 des Reflexionselements 342 von
den Stützen 24 durch
die Gelenke 386 getragen.
-
8 stellt
ein Ausführungsbeispiel
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar, die das Reflexionselement 342 umfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das Reflexionselement 342 betätigt, um sich zwischen einer
ersten Position 347 und einer zweiten Position 348 relativ
zum Substrat 20 und der Platte 30, zu bewegen.
Das Reflexionselement 342 bewegt sich vorzugsweise in eine
Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 22 des
Substrats 20 ist. So sind die erste Position 347 und
die zweite Position 348 des Reflexionselements 342 beide
als im Wesentlichen horizontal und parallel zueinander dargestellt.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das Reflexionselement 342 zwischen der ersten Position 347 und der
zweiten Position 348 durch Anlegen eines elektrischen Signals
an die Elektrode 60, die auf dem Substrat 20 gebildet
ist, bewegt. Die Elektrode 60 ist vorzugsweise auf einem
Substrat 20 gebildet, so dass dieselbe mittig unter dem
Reflexionselement 342 positioniert ist. Eine Anlegung eines
elektrischen Signals an die Elektrode 60 erzeugt ein elektrisches
Feld zwischen der Elektrode 60 und dem Reflexionselement 342, das
eine Bewegung des Reflexionselements 342 zwischen der ersten
Position 347 und der zweiten Position 348 bewirkt.
-
Wenn
das elektrische Signal von der Elektrode 60 abgenommen
wird, verharrt das Reflexionselement 342 vorzugsweise für eine gewisse
Zeitspanne oder hält
sich in der zweiten Position 348. Danach ziehen oder führen Rückstellkräfte des
Reflexionselements 342, die z. B. die Gelenke 386 umfassen,
das Reflexionselement 342 in die erste Position 347 zurück.
-
9 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
des Reflexionselements 42 dar. Ein Reflexionselement 442 weist
eine Reflexionsoberfläche 444 auf
und umfasst einen ersten, im Wesentlichen rechteckig geformten Abschnitt 480 und
einen zweiten, im Wesentlichen rechteckig geformten Abschnitt 482.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Reflexionsoberfläche 444 auf
den beiden rechteckig geformten Abschnitten 480 und 482 gebildet.
Der zweite rechteckig geformte Abschnitt 482 ist entlang
einer Seite des ersten rechteckig geformten Abschnitts 480 positioniert.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
erstreckt sich ein Gelenk 486 zwischen dem rechteckig geformten
Abschnitt 482 und dem rechteckig geformten Abschnitt 480.
Das Gelenk 486 erstreckt sich von einer Seite oder Kante
des rechteckig geformten Abschnitts 482 zu einer benachbarten
Seite oder Kante des rechteckig geformten Abschnitts 480.
So ist der rechteckig geformte Abschnitt 480 in einer freitragenden
Weise entlang einer Seite oder Kante desselben getragen. Somit ermöglicht das
Gelenk 486 eine Bewegung des Reflexionselements 442 zwischen
einer ersten Position 447 und einer zweiten Position 448,
wie es unten beschrieben ist (10).
Insbesondere ermöglicht
das Gelenk 486 eine Bewegung des rechteckig geformten Abschnitts 480 zwischen
der ersten Position 447 und der zweiten Position 448 relativ
zu dem rechteckig geformten Abschnitt 482.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Gelenk 486 ein Biegevorrichtungsbauteil 488,
das eine Achse 489 aufweist, die im Wesentlichen parallel
zu der Reflexionsoberfläche 444 ausgerichtet
ist. So biegt sich das Biegevorrichtungsbauteil 488 entlang
einer Achse 489, um eine Bewegung des rechteckig geformten Abschnitts 480 zwischen
einer ersten Position 447 und einer zweiten Position 448 relativ
zu dem rechteckig geformten Abschnitt 482 aufzunehmen.
Obwohl das Biegevorrichtungsbauteil 488 als ein Bauteil
dargestellt ist, ist es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden
Erfindung, wenn das Biegevorrichtungsbauteil 488 eine Mehrzahl
von beabstandeten Bauteilen umfasst.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das Reflexionselement 442 relativ zum Substrat 20 durch
die Stütze 24 getragen,
die sich von der Oberfläche 22 des
Substrats 20 erstreckt. Insbesondere trägt die Stütze 24 den im Wesentlichen
rechteckig geformten Abschnitt 482 des Reflexionselements 442.
Somit ist die Stütze 24 an einer
Seite des rechteckig geformten Abschnitts 480 positioniert.
So ist der rechteckig geformte Abschnitt 480 des Reflexionselements 442 von
der Stütze 24 durch
das Gelenk 486 getragen. Obwohl die Stütze 24 als eine Stütze dargestellt
ist, ist es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung,
wenn die Stütze 24 eine Mehrzahl
von beabstandeten Stützen
umfasst. Ferner umfasst die Positionierung der Stütze 24 an
einer Seite des rechteckig geformten Abschnitts 480 die
Positionierung der Stütze 24 an
einer Ecke des rechteckig geformten Abschnitts 480.
-
10A stellt ein Ausführungsbeispiel einer Betätigung der
Mikrospiegelvorrichtung 10 dar, die das Reflexionselement 442 umfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das Reflexionselement 442 betätigt, um sich zwischen einer
ersten Position 447 und einer zweiten Position 448 relativ
zu dem Substrat 20 und der Platte 30 zu bewegen.
Vorzugsweise bewegt sich das Reflexionselement 442 in eine
Richtung hin zur Oberfläche 22 des
Substrats 20.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird das Reflexionselement 442 zwischen der ersten Position 447 und der
zweiten Position 448 durch Anlegen eines elektrischen Signals
an die Elektrode 60, die auf dem Substrat 20 gebildet
ist, bewegt. Vorzugsweise ist die Elektrode 60 auf dem
Substrat 20 gebildet, benachbart zu einem Ende oder einer
Kante des Reflexionselements 442. Eine Anlegung eines elektrischen
Signals an die Elektrode 60 erzeugt ein elektrisches Feld
zwischen der Elektrode 60 und dem Reflexionselement 442,
das eine Bewegung des Reflexionselements 442 zwischen der
ersten Position 447 und der zweiten Position 448 bewirkt.
-
Wenn
das elektronische Signal von der Elektrode 60 abgenommen
wird, verharrt das Reflexionselement 442 vorzugsweise für eine gewisse
Zeitspanne oder hält
sich in der zweiten Position 448 hält. Danach ziehen oder führen Rückstellkräfte des
Reflexionselements 442, die z. B. das Gelenk 486 umfassen,
das Reflexionselement 442 in die erste Position 447 zurück.
-
10B und 10C stellen
zusätzliche
Ausführungsbeispiele
einer Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung 10 dar, einschließlich weiterer
Ausführungsbeispiele
des Reflexionselements 442. Bei dem Ausführungsbeispiel,
das in 10B dargestellt ist, umfasst
ein Reflexionselement 442' einen
im Wesentlichen rechteckig geformten Abschnitt 480', der direkt
durch eine Stütze 24 getragen
ist. Der rechteckig geformte Abschnitt 480' ist flexibel und die Stütze 24 ist
im Wesentlichen starr, derart, dass sich der rechteckig geformte
Abschnitt 480' während der
Betätigung
biegt. Bei dem Ausführungsbeispiel,
das in 10C dargestellt ist, umfasst
ein Reflexionselement 442'' einen im Wesentlichen
rechteckig geformten Abschnitt 480, der direkt durch eine
Stütze 24'' getragen ist. Der rechteckig geformte
Abschnitt 480 ist im Wesentlichen starr und die Stütze 24'' ist flexibel, derart, dass die
Stütze 24'' sich während der Betätigung biegt.
Während
der im Wesentlichen rechteckig geformte Abschnitt 480 (den
rechteckig geformten Abschnitt 480' umfassend) und die Stütze 24 (die
Stütze 24'' umfassend) als getrennte Bauteile
dargestellt sind, ist es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung,
wenn der rechteckig geformte Abschnitt 480 und die Stütze 24 einstückig als
ein unitäres
Bauteil gebildet sind.
-
11 und 12 stellen
ein anderes Ausführungsbeispiel
einer Mikrospiegelvorrichtung 10 dar. Die Mikrospiegelvorrichtung 10 ist ähnlich zur
Mikrospiegelvorrichtung 10 und umfasst ein Substrat 20,
eine Platte 30 und ein Betätigungselement 40 mit
einem Hohlraum 50, der zwischen dem Substrat 20 und
der Platte 30 definiert ist. Somit ist der Hohlraum 50,
wie es oben beschrieben ist, mit mehrphasiger dielektrischer Flüssigkeit 52 (eine
dielektrophoretische Mikroemulsion 53 umfassend) gefüllt. Die
Mikrospiegelvorrichtung 10 umfasst jedoch eine Treiberplatte 35,
die zwischen dem Substrat 20 und dem Betätigungselement 40 eingefügt ist.
-
Vorzugsweise
ist die Platte 30 eine transparente Platte 32 und
das Betätigungselement 40 ein
Reflexionselement 42. Außerdem ist das Reflexionselement 42 relativ
zum Substrat 20 durch die Stütze 24 getragen. Die
Stütze 24 erstreckt
sich jedoch von der Treiberplatte 35. So ist bei einem
Ausführungsbeispiel
die Treiberplatte 35 relativ zu dem Substrat 20 durch
die Stütze 25 getragen,
die sich von der Oberfläche 22 des
Substrats 20 erstreckt.
-
Eine
Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtung 10 ist, wie es oben beschrieben
ist, ähnlich
dieser der Mikrospiegelvorrichtung 10, mit der Ausnahme,
dass sowohl die Treiberplatte 35 als auch das Reflexionselement 42 betätigt werden.
So werden sowohl die Treiberplatte 35 als auch das Reflexionselement 42 zwischen
einer ersten Position 47 und einer zweiten Position 48 durch
Anlegen eines elektrischen Signals an eine Elektrode 60,
die auf dem Substrat 20 gebildet ist, bewegt. Eine Anlegung
eines elektrischen Signals an die Elektrode 60 erzeugt
ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 60 und der
Treiberplatte 35 und/oder dem Reflexionselement 42,
das eine Bewegung der Treiberplatte 35 und des Reflexionselements 42 zwischen
der ersten Position 47 und der zweiten Position 48 bewirkt.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel,
wie es in 13 dargestellt ist, ist die
Mikrospiegelvorrichtung 10 (die Mikrospiegelvorrichtung 10' umfassend)
in ein Anzeigesystem 500 eingegliedert. Das Anzeigesystem 500 umfasst
eine Lichtquelle 510, Quelloptiken 512, einen
Lichtprozessor oder eine Steuerung 514 und Projektionsoptiken 516.
Der Lichtprozessor 514 umfasst mehrere Mikrospiegelvorrichtungen 10,
die in einem Array derart angeordnet sind, dass jede Mikrospiegelvorrichtung 10 eine
Zelle oder ein Pixel der Anzeige bildet. Das Array von Mikrospiegelvorrichtungen 10 kann
auf einem gemeinsamen Substrat mit getrennten Hohlräumen und/oder
einem gemeinsamen Hohlraum für
die Reflexionselemente der mehreren Mikrospiegelvorrichtungen 10 gebildet
sein.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
empfängt
der Lichtprozessor 514 Bilddaten 518, die ein
Bild darstellen, das angezeigt werden soll. So steuert der Lichtprozessor 514 die
Betätigung
der Mikrospiegelvorrichtungen 10 und die Modulation des
Lichts, das von der Lichtquelle 510 empfangen wird, auf
den Bilddaten 518 basierend. Das modulierte Licht wird
dann auf ein Darstellungsprogramm oder auf einen Anzeigebildschirm 520 projiziert.
-
14 stellt
ein Ausführungsbeispiel
für ein
Array von Mikrospiegelvorrichtungen 10 dar. Die Mikrospiegelvorrichtungen 10 umfassen
die Reflexionselemente 142, wie dieselben in 2 dargestellt
und oben beschrieben sind. Vorzugsweise werden die benachbarten
Reflexionselemente 142 derart gedreht, dass die Longitudinalachsen 189 eines
Reflexionselements 142 sich in eine erste Richtung erstrecken
und die Longitudinalachsen 189 eines benachbarten Reflexionselements 142 sich
in eine zweite Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht
zu der ersten Richtung ausgerichtet ist.
-
15 stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
für ein
Array von Mikrospiegelvorrichtungen 10 dar. Die Mikrospiegelvorrichtungen 10 umfassen
die Reflexionselemente 242, wie dieselben in 3 dargestellt
und oben beschrieben sind. Vorzugsweise werden benachbarte Reflexionselemente 242 derart
gedreht, dass die Longitudinalachsen 289 von einem Reflexionselement 242 sich
in eine erste Richtung erstrecken und die Longitudinalachsen 289 von
einem benachbarten Reflexionselement 424 sich in eine zweite
Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten
Richtung ausgerichtet ist. Durch das Drehen der benachbarten Feflexionselemente 142 oder 242 bei
einem Bilden eines Arrays von Mikrospiegelvorrichtungen 10 wird
die fluidische Kreuzkopplung oder das fluidische Übersprechen
zwischen den benachbarten Reflexionselementen vermieden.
-
Obwohl
hierin spezifische Ausführungsbeispiele
zum Zwecke der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt
und beschrieben wurden, ist für
den Durchschnittsfachmann zu erkennen, dass eine breite Vielfalt
von anderen und/oder äquivalenten
Ausführungen,
die berechnet wurden, um dieselben Zwecke zu erzielen, die spezifischen
gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
ersetzen können, ohne
dass dabei von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abgewichen
wird. Die Fachleute auf den Gebieten Chemie, Mechanik, Elektromechanik,
Elektrik und Computer werden ohne Weiteres erkennen, dass die vorliegende
Erfindung in einer sehr breiten Vielfalt von Ausführungsbeispielen
implementiert werden kann. Diese Anmeldung ist vorgesehen, um alle
Adaptionen oder Variationen der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele
abzudecken. Daher ist offenkundig beabsichtigt, dass diese Erfindung
nur durch den Schutzbereich der Ansprüche begrenzt ist.
-
Beispiele
-
Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
wurden mehrere Mikroemulsionen auf eine Fähigkeit überprüft, eine Spiegelbewegung einer
Mikrospiegelvorrichtung zu unterstützen. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist,
bewegten die Proben A, B, C und E wirksam den Spiegel der Mikrospiegelvorrichtung.
Die Probe A, die ein anionisches oberflächenwirksames Mittel und 5
Prozent Wasser enthielt, bewegte den Spiegel, wenn auch weniger
aktiv. Die Proben D und F, die ein anionisches oberflächenwirksames
Mittel und mehr als ungefähr
5 Prozent Wasser enthielten, bewegten den Spiegel der Mikrospiegelvorrichtung
jedoch nicht wirksam. Tabelle 1
| Probe | Dielektrizitätskonstante | Widerstand (kOhm) | Öl in % | oberflächenwirksames Mittel‡ in % | Wasser
in % | Spiegelbewegung |
| A | 23,3 | 0,766 | 65* | 30 | 5 | J |
| B | 3,5 | 19,6 | 83* | 15 | 2 | J |
| C | 3,5 | 7,8 | 72** | 25 | 3 | J |
| D | 6,1 | 21,6 | 85* | 10 | 5+ | N |
| E | 3,4 | 29,2 | 88* | 10 | 2 | J |
| F | 21,3 | 3,1 | 35* | 60 | 5+ | N |
-
Anmerkungen:
-
- * Dodecan
- ** n-Heptan
- ‡ Aerosol
OT