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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrospiegelvorrichtung und
genauer eine Mikrospiegelvorrichtung, welche in einer einfacheren
Struktur unter Verwendung von ineinander greifenden Auslegern hergestellt
wird und bistabile Drehzustände
aufweist, und Anwendungen derselben.
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Hintergrund
der Erfindung
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Typische
Mikrospiegelvorrichtungen zur Anzeige eines Bildes sind auf einem
Substrat zweidimensional angeordnet, auf welchem eine Adressierschaltung
hergestellt wird, und werden durch eine elektrostatische Kraft angetrieben,
um einfallendes Licht in einem vorbestimmten Winkel zu reflektieren. Diese
Mikrospiegelvorrichtungen können
in der optischen Datenverarbeitung, Bilddisplayvorrichtungen, wie
beispielsweise Projektionsdisplays, Video- und Grafikbildschirmen,
einem Fernseher oder optischen Abtastvorrichtungen verwendet werden,
wie beispielsweise Kopierern.
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Ein
Beispiel herkömmlicher
Mikrospiegelvorrichtungen ist im US Patent Nr. 5,535,047 offenbart, welches
an Larry J. Hornbeck am 9. Juli 1996 ausgegeben wurde. 1 ist
eine auseinander gezogene Perspektivansicht einer herkömmlichen
Mikrospiegelvorrichtung zur Anzeige eines Bildes. In Bezug auf 1 ist
auf einem Adressierschaltkreis eine erste Schicht einschließlich einer
Jochadressenelektrode 10 und einer Landesteile 11 angeordnet.
Auf der ersten Schicht ist eine zweite Schicht angeordnet, welche
durch eine Adressenstützsäule 12 getragen
wird und eine Spiegeladressenelektrode 13, ein Torsionsgelenk 14 und
ein direkt mit einem Spiegel 17 verbundenes Joch 15 beinhaltet.
Der Spiegel 17 ist auf der zweiten Schicht angeordnet und
durch eine Spiegelstützsäule 16 mit
dem Joch 15 gekuppelt. Folglich besteht die Mikrospiegelvorrichtung
aus vier Schichten einschließlich
des Adressierschaltkreises und beinhaltet die Stützsäule zum Tragen der Schicht
der Spiegeladressenelektrode, die Stützsäule zum Tragen des Spiegels,
das mit dem Spiegel verbundene Joch, das Torsionsgelenk, eine Jochadressenelektrode
zum Anlegen einer Spannung zwischen der Jochadressenelektrode und
dem Spiegel und zwei Adressenelektroden zum Antreiben des Spiegels.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der Mikrospiegelvorrichtung der 1,
welche entlang einer Mittellinie der Längenrichtung des Gelenks genommen
wurde und einen Verbindungszustand des Spiegels 17, des
Jochs 15, Gelenks 14 und den jeweiligen Schichten
zeigt. In Bezug auf 2 ist der Spiegel 17 durch
die Spiegelstützsäule 16 mit
dem Joch 15 verbunden. Das Gelenk 14 ist unter
dem Joch 15 angeordnet und dient als Drehwelle. Die Adressenelektrode 10 ist
mit der Stützsäule 12 verbunden,
und nachdem sie bearbeitet wurde, um einen Adressierschaltkreis
zu bilden, wird sie auch mit einem Substrat 6 verbunden,
welches teilweise mit einer Passivierungsoxidschicht 8 beschichtet
ist.
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Die 3A und 3B sind
Querschnittsansichten von Dreherscheinungen des Spiegels, welche
entlang einer Linie senkrecht zur Mittellinie der Längenrichtung
des Gelenks genommen wurden. In den 3A und 3B wurden
Referenznummern von Elementen, welche nicht die Beschreibung der Technik
betreffen, absichtlich ausgelassen. Wenn eine Potentialdifferenz
zwischen dem Spiegel 17 und der einen Elektrode 10 angelegt
wird, wird der Spiegel 17 durch die elektrostatische Kraft
in eine Richtung gedreht, wie in 3A gezeigt,
und nachdem er durch einen vorbestimmten Winkel gedreht wird, prallt
er gegen die Landestelle 11 und wird dann angehalten. Wenn
eine Spannung zwischen dem Spiegel 17 und der anderen Elektrode 10 angelegt
wird, wird der Spiegel 17 andererseits in eine entgegengesetzte
Richtung gedreht, wie in 3B gezeigt.
Folglich weist der Spiegel 17 einen bistabilen Zustand
auf und der Reflexionswinkel des Lichts verändert sich abhängig von
den zwei Drehzuständen
des Spiegels. Durch das Ändern
eines Weges, welchen das Licht zurücklegt, welches von einer konstanten
Richtung mit dem Mikrospiegel einfällt, ist es möglich zuzulassen,
dass das Licht in eine Linse (nicht gezeigt) und einen Bildschirm
(nicht gezeigt) einfallen oder vom Bildschirm abgeleitet werden
soll.
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Da
die herkömmliche
Mikrospiegelvorrichtung aus dem Spiegel, dem Joch, dem Gelenk und den
jeweiligen Stützsäulen besteht
und folglich eine komplizierte Struktur aufweist, besteht, wie oben
beschrieben wurde, darin ein Nachteil, dass zu viele Verfahren erfordert
werden, um die Mikrospiegelvorrichtung herzustellen. Folglich bestehen
Schwierigkeiten beim Antreiben des Spiegels mit einer konstanten
Leistung und Herstellen des Spiegels, so dass die Herstellungskosten
hoch werden.
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Bei
der herkömmlichen
Mikrospiegelvorrichtung, befindet sich das Gelenk zudem immer in
einem verdrehten Zustand, da der Spiegel immer in zwei Richtungen
der linken und rechten Richtung durch geeignete Spannungen gedreht
wird, welche an die Spiegeladressenelektrode angelegt sind. Da solch
eine Operation durch ein Paar an dünnen Gelenken ausgeführt wird,
wirkt die Steifigkeit der Gelenke als ein Hauptfaktor, welcher ein
Charakteristik des Spiegels bestimmt.
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Das
Dokument
EP 0949527
A1 beschreibt eine Mikrospiegelvorrichtung für eine Bilddisplayvorrichtung,
bei welcher es möglich
ist, einen Spiegel durch Drehung anzutreiben. Die Mikrospiegelvorrichtung
beinhaltet ein Substrat, ein Paar an ersten Säulen, auf dem Substrat gebildete
Elektroden, eine Trägerplatte,
welche durch die ersten Säulen
getragen wird und unter Verwendung eines durch die ersten Säulen getragenen
Abschnitts als Gelenkpunkt drehbar angeordnet ist, eine zweite Säule und
einen Spiegel, welcher durch die zweite Säule zum Reflektieren von auf
eine Oberfläche
desselben einfallendes Licht getragen wird, wobei eine Schräge des Spiegels durch
eine elektrostatische Anziehung zwischen der Elektrode und dem Spiegel
gesteuert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde daher entworfen, um die oben erwähnten Probleme
zu lösen und
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Mikrospiegelvorrichtung
mit einem bistabilen Drehzustand mit einer vereinfachten Struktur
zu liefern.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung ein optisches Schaltelement
zu liefern, welches in einer einfachen Struktur mit einem Gerät der oben
erwähnten
Spiegelvorrichtung realisiert werden kann.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung eine Bilddisplayvorrichtung
zu liefern, welche zum Anzeigen eines Bildes mit einer hohen Auflösung mit
einem Gerät
der oben erwähnten
Mikrospiegelvorrichtung fähig
ist.
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Um
die zuvor erwähnte
Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist eine Mikrospiegelvorrichtung
geliefert, welche Folgendes aufweist: (a) ein Substrat; (b) mindestens
zwei hervorstehende Stützsäulen, welche
hervorstehend in zwei Spalten auf der linken und rechten Seite auf
dem Substrat und durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt
angeordnet sind; (c) Mehrfachausleger, welche parallel zum Substrat
gebildet sind, wobei jeder ein Ende besitzt, welches am oberen Endabschnitt
der jeweiligen hervorstehenden Stützsäulen befestigt ist und als
ein dünner
Streifen hergestellt ist, welcher eine elastische Rückstellkraft
aufweist, wobei die aneinander angrenzenden Ausleger angeordnet
sind, um parallel und ineinander greifend zu sein; (d) Spiegelstützsäulen, welche
an die oberen Abschnitte der anderen Enden der Ausleger gekoppelt
sind; (e) einen Spiegel, welcher an den oberen Abschnitten der gesamten
Spiegelstützsäulen befestigt
ist und durch die Spiegelstützsäulen getragen wird;
und (f) zwei Elektroden, welche auf der linken und rechten Seite
auf dem Substrat gebildet sind, um den Spiegel mit einer elektrostatischen
Kraft zu versehen, wobei die Mikrospiegelvorrichtung Licht, welches
in den Spiegel einfällt,
in unterschiedliche Richtungen voneinander unter Verwendung einer
elektrostatischen Kraft aufgrund einer zwischen den Elektroden und
dem Spiegel angelegten Spannung und der elastischen Rückstellkraft
der Ausleger reflektiert.
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Um
die andere Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, ist eine optische Schaltvorrichtung
vorgesehen, welche Folgendes aufweist: eine Lichteingangsvorrichtung;
die zuvor erwähnte
Mikrospiegelvorrichtung zum Reflektieren des Lichts, welches von
der Lichteingangsvorrichtung in zwei unterschiedliche Richtungen
ausgegeben wird; und zwei Lichtausgangsvorrichtungen zum Ausgeben
des durch die Mikrospiegelvorrichtung reflektierten Lichts.
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Wenn
nur eine Mikrospiegelvorrichtung verwendet wird, ist es möglich das
1 × 2-optische
Schaltelement zu realisieren. Auch wenn angeordnete Mikrospiegelvorrichtungen
verwendet werden, ist es möglich
eine optische Mehrfachschaltvorrichtung zu realisieren.
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Um
die noch andere Aufgabe der Erfindung zu erfüllen ist eine Bilddisplayvorrichtung
geliefert, welche Folgendes aufweist: (a) eine Lichtquelle; (b) zweidimensional
angeordnete Mikrospiegelvorrichtungen, wobei jede Mikrospiegelvorrichtung
die gleiche Struktur wie die zuvor erwähnte Mikrospiegelvorrichtung
aufweist; (c) eine Antriebsschaltung zum Anlegen eines elektrischen
Signals an die Elektroden der angeordneten Mikrospiegelvorrichtungen
derart, dass das auf die angeordneten Mikrospiegelvorrichtungen
einfallende Licht selektiv entlang eines ersten Weges und eines
zweiten Weges reflektiert wird; (d) ein Farbfilter zum Erkennenlassen
von Farben entsprechend den Pixeln, wenn das entlang des ersten Weges
reflektierte Licht durch das Farbfilter geht; (e) einen Bildschirm
zum Anzeigen eines Bildes durch das Verwenden des Lichts, welches
durch das Farbfilter geht; und (f) eine Licht absorbierende Platte
zum Absorbieren des entlang des zweiten Weges reflektierten Lichts.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
Aufgaben und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das
detaillierte Beschreiben bevorzugter Ausführungsformen derselben in Bezug
auf die anhängenden
Zeichnungen offensichtlicher werden, in welchen:
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1 eine
auseinander gezogene Perspektivansicht einer herkömmlichen
Mikrospiegelvorrichtung zur Anzeige eines Bildes ist;
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2 eine
Querschnittsansicht der Mikrospiegelvorrichtung der 1 ist,
welche entlang der Mittellinie einer Längenrichtung eines Gelenks
genommen wurde;
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die 3A und 3B Querschnittsansichten
von Dreherscheinungen des Spiegels sind, welche entlang der Mittellinie
der Längenrichtung
des Gelenks und einer Linie senkrecht zur Längenrichtung genommen wurden;
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4 eine
auseinander gezogene Perspektivansicht einer Mikrospiegelvorrichtung
zur Anzeige eines Bildes gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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5 eine
Draufsicht der Mikrospiegelvorrichtung der 4 ist, aus
welcher der Spiegel entfernt wurde und welche von einer Position über dem Substrat
betrachtet wird;
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die 6A und 6B schematische
Ansichten sind, welche den rotierend angetriebenen Zustand des Spiegels
in der Mikrospiegelvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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7 eine
Draufsicht einer Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, aus welcher der Spiegel entfernt
wurde und welche von einer Position über dem Substrat betrachtet
wird;
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die 8A und 8B Querschnittsansichten
der Spiegel sind, welche in den Mikrospiegelvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind;
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die 9A und 9B eine
Draufsicht und Schnittansicht sind, welche eine Elektrodenstruktur zum
Verringern einer Antriebsspannung in der Mikrospiegelvorrichtung
nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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die 10A und 10B Ansichten
zur Veranschaulichung einer Operation einer 1 × 2-optischen Schaltvorrichtung sind, welche
die Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einsetzen; und
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11 eine
schematische Ansicht ist, welche eine Bilddisplayvorrichtung zeigt,
welche unter Verwendung angeordneter Mikrospiegelvorrichtungen gemäß einer
weiteren anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung realisiert ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die anhängenden Zeichnungen detailliert
beschrieben werden. Hierin sind die gleichen Bauteile als die gleichen
Referenznummern dargestellt und eine wiederholte Beschreibung wird
ausgelassen werden.
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4 ist
eine auseinander gezogene Perspektivansicht einer Mikrospiegelvorrichtung
zur Anzeige eines Bildes gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf 4 beinhaltet
die Mikrospiegelvorrichtung ein Substrat 21, auf welchem
ein Adressierschaltkreis gebildet ist, Elektroden 22, welche
auf dem Substrat 21 gebildet sind, drei hervorstehende
Stützsäulen 23,
welche am Substrat 21 angebracht sind, drei Ausleger 25,
welche mit ihrem jeweiligen einen Ende an den jeweiligen hervorstehenden
Stützsäulen 23 angebracht
sind und durch dieselben getragen werden, drei Spiegelstützsäulen 24,
welche jeweils an den anderen Enden der jeweiligen Ausleger 25 angebracht
sind, und einen Spiegel 20, welcher an den oberen Endabschnitten
der Spiegelstützsäulen 24 angebracht ist.
Jeder Ausleger 25 besteht aus einem dünnen Streifen. Die drei hervorstehenden
Stützsäulen 23 sind
derart positioniert, dass die hervorstehenden Stützsäulen, welche die angrenzenden
Ausleger tragen, abwechselnd auf dem Substrat 21 an gegenüberliegenden
Positionen in Bezug auf eine Mittellinie b-b' des Substrates 21 angebracht
sind. Die Ausleger 25 sind parallel zueinander auf ineinander
greifende Weise angeordnet. Folglich sind die drei Spiegelstützsäulen 24 derart
positioniert, dass die Spiegelstützsäulen, welche
an angrenzenden Auslegern angebracht sind, abwechselnd am Spiegel 20 an
gegenüberliegenden
Positionen in Bezug auf eine Mittellinie b-b' des Substrates 21 angebracht
sind. Die dünnen
streifenförmigen
Ausleger 25, welche die hervorstehenden Stützsäulen 23 mit
den Spiegelstützsäulen 24 verbinden,
unterliegen einer Ausdehnung und Schrumpfspannungen durch die elektrostatische
Kraft aufgrund einer Spannung, welche an die auf dem Substrat 21 angeordneten
Elektroden 22 angelegt ist, und werden dadurch nach oben
oder unten verformt und drehen dadurch den Spiegel 20.
Da die drei Ausleger 25 ineinander greifend sind und die
Befestigungspositionen der hervorstehenden Stützsäulen 23 am Substrat 21 und
die Anbringungspositionen der Spiegelstützsäulen 24 abwechselnd
an gegenüberliegenden
Positionen bestimmt sind, weist diese Mikrospiegelvorrichtung zudem
zwei Drehzustände
auf, in welchen der Spiegel 20 durch einen vorbestimmten
Winkel abhängig
von einer Anlegungsrichtung der elektrostatischen Kraft entweder zur
linken oder rechten Richtung geneigt ist. Schließlich ist es möglich einen
Drehwinkel des Spiegels 20 abhängig von der Stärke der
angelegten elektrostatischen Kräfte
einzustellen. Das Paar an Adressierelektroden 22 zum Antreiben
des Spiegels 20 und die Ausleger 25 zum Anlegen
einer Spannung an den Spiegel 20 sind jeweils am Adressierschaltkreis (nicht
gezeigt) angeschlossen, welcher auf dem Substrat 21 gebildet
ist.
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Bei
der in 4 gezeigten Mikrospiegelvorrichtung weist der
zentrierte Ausleger eine größere Größe als die
zwei äußeren Ausleger
unter Berücksichtigung
der Kräfte
auf, welche an den Spiegel 20 durch die Elektroden 22 und
die Spiegelstützsäulen 24 angelegt
sind. Natürlich
können
diese Ausleger in größeren Stückzahlen
in einer kleineren Größe hergestellt
werden. In diesem Fall sind die mehrfachen Ausleger ineinander greifend
angeordnet, um zwei Drehzustände
zu realisieren. Wenn die Anzahl der Ausleger eine gerade Anzahl
ist, um die an den Spiegel angelegten Kräfte auszugleichen, weisen alle Ausleger
vorzugsweise die gleiche Größe auf.
Wenn die Anzahl der Ausleger eine ungerade Anzahl ist, ist ein zentrierter
Ausleger vorzugsweise größer als
die übrigen
Ausleger, und die übrigen
Ausleger sind hergestellt, die gleiche Größe aufzuweisen.
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5 ist
eine Draufsicht der Mikrospiegelvorrichtung der 4,
aus welcher der Spiegel entfernt wurde und welche von einer Position über dem Substrat
betrachtet wird. In Bezug auf 5 sind die hervorstehenden
Stützsäulen 23 zum
Tragen der Ausleger 25 und die Spiegelstützsäulen 24 zum
Tragen des Spiegels in Bezug auf eine horizontale Mittellinie a-a' des Substrates 21 symmetrisch
angeordnet. Die Spiegeladressierelektroden 22 sind in Bezug auf
eine vertikale Mittellinie b-b' des
Substrates 21 symmetrisch gebildet. In dieser Draufsicht
sind die Elektroden 22 gebildet nicht mit den hervorstehenden
Stützsäulen 23 zu überlappen.
Durch die oben erwähnte
Struktur unterliegt der Spiegel 20 einer gesteuerten Kraft
in Bezug auf die zwei Drehrichtungen und kann folglich die zwei
Drehzustände
aufweisen.
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Die 6A und 6B sind
schematische Querschnittsansichten, welche den rotierend angetriebenen
Zustand des Spiegels in der in 4 gezeigten
Mikrospiegelvorrichtung zeigen und entlang der Mittellinie der Längenrichtung
des zentrieren Auslegers genommen wurden. Wie in 6A gezeigt,
wird der Spiegel 20, während
eine vorbestimmte Spannung zwischen der linken Elektrode 22a und dem
Spiegel 20 angelegt ist und dadurch eine elektrostatische
Kraft zwischen der linken Elektrode 22a und dem Spiegel 20 erzeugt
wird, in eine durch einen Pfeil r1 angezeigte Richtung gedreht.
Zu diesem Zeitpunkt werden die zwei Spiegelstützsäulen, welche auf der linken
Seite unter den Spiegelstützsäulen 24 platziert
sind, welche am Spiegel 20 angebracht sind, zur linken
Unterseite gesenkt und unterliegen folglich einer elastischen Rückstellkraft
durch die mit dem Spiegel 20 verbundenen Ausleger 25.
Zum gleichen Zeitpunkt wird eine Spiegelstützsäule, welche auf der rechten
Seite des Spiegels 20 angebracht ist, auf der rechten Seite
nach oben gehoben und dadurch unterliegt der daran angeschlossene
Ausleger 25 auch einer elastischen Rückstellkraft. Folglich wird
der Spiegel in eine Position geneigt, in welcher die elektrostatische
Kraft und die elastische Rückstellkraft
einen Gleichgewichtszustand aufrechterhalten. Zu diesem Zeitpunkt
wird das einfallende Licht durch den Spiegel 20 reflektiert
und wandert durch eine Linse 30 zu einem Bildschirm (nicht
gezeigt).
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In
Bezug auf 6B wird der Spiegel 20, während eine
vorbestimmte Spannung zwischen der rechten Elektrode 22b und
dem Spiegel 20 angelegt ist, in eine durch einen Pfeil
r2 angezeigte Richtung gedreht. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Spiegelstützsäule, welche
auf der rechten Seite unter den Spiegelstützsäulen 24 platziert
ist, welche den Spiegel 20 tragen, zur linken Unterseite
gesenkt und die übrigen zwei
Spiegelstützsäulen, welche
auf der linken Seite platziert sind, werden auf der linken Seite
nach oben gehoben. Da die auf dem Substrat 21 platzierten, hervorstehenden
Stützsäulen befestigt
sind, unterliegen die Ausleger 25 durch die zuvor erwähnte Operation
einer elektrostatischen Rückstellkraft.
In dem in 6 gezeigten Fall wird einfallendes
Licht durch den Spiegel 20 reflektiert, aber geht nicht
durch die Linse zum Bildschirm (nicht gezeigt).
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Wie
oben beschrieben wurde, liefern die drei ineinander greifenden Ausleger
eine große
elastische Rückstellkraft
und tragen den Spiegel auf stabile Weise, wenn der Spiegel 20 aus
einem horizontalen Zustand geneigt wird. Auch wenn die hervorstehenden
Stützsäulen, welche
vom Substrat nach oben hervorstehen, länger als die den Spiegel tragenden Spiegelstützsäulen sind,
kollidiert der Spiegel mit den hervorstehenden Stützsäulen und
dadurch wird eine weitere Drehung des Spiegels unmöglich, so
dass eine Beschädigung
des Spiegels aufgrund eines Kontaktes mit den Elektroden verhindert
wird und der Spiegel einen genauen Drehwinkel aufweist.
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7 ist
eine Draufsicht einer Mikrospiegelvorrichtung nach einer anderen
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, aus welcher der Spiegel entfernt ist
und welche von einer Position über
dem Substrat betrachtet wird. Beim Vergleichen der Struktur der 7 mit
der der 5 weist die Struktur der 7 darin
einen Unterschied auf, dass mehrere ineinander greifende Ausleger 25a und 25b einer
kleineren Größe den Spiegel
tragen. Die Referenznummern 25a und 25b sind abhängig von
ihrer Richtung sortiert, d.h. die Ausleger mit der gleichen Richtung
werden in die gleiche Referenznummer sortiert. In Bezug auf 7 beinhaltet
die Mikrospiegelvorrichtung ein Substrat 21, auf welchem
ein Adressierschaltkreis gebildet ist, Elektroden 22, welche
auf dem Substrat 21 gebildet sind, mehrere hervorstehenden
Stützsäulen 23,
welche am Substrat 21 angebracht sind, mehrere kleinere
Ausleger 25, welche mit den jeweiligen einen Enden an den
jeweiligen hervorstehenden Stützsäulen 23 angebracht
sind und durch dieselben getragen werden, Spiegelstützsäulen 24,
welche jeweils an den anderen Enden der jeweiligen Ausleger 25 angebracht
sind, und einen Spiegel 20, welcher an den oberen Endabschnitten der
Spiegelstützsäulen 24 angebracht
ist. Jeder Ausleger 25 ist in einem dünnen Streifen hergestellt.
Die hervorstehenden Stützsäulen 23 sind
derart positioniert, dass die hervorstehenden Stützsäulen, welche angrenzende Ausleger
tragen, abwechselnd auf dem Substrat 21 an gegenüberliegenden
Positionen in Bezug auf eine Mittellinie b-b' des Substrates 21 angebracht
sind. Die Ausleger 25 sind auf ineinander greifende Weise
parallel zueinander angeordnet. Folglich sind die Spiegelstützsäulen 24 derart
positioniert, dass die an angrenzenden Auslegern angebrachten Spiegelstützsäulen abwechselnd
am Spiegel 20 an gegenüberliegenden
Positionen in Bezug auf eine Mittellinie b-b' des Substrates 21 angebracht sind.
Die ineinander greifenden Ausleger 25 versehen den Spiegel 20 mit
einer elastischen Rückstellkraft,
wenn der Spiegel 20 durch einen vorbestimmten Winkel aus
einem Gleichgewichtszustand geneigt wird, und sie können eine
Vielzahl von Formen aufweisen. Folglich ermöglicht die Verwendung mehrerer
Ausleger die den Spiegel tragende Last zu verteilen, um die elastische
Rückstellkraft
zu verbessern und auch, um den Spiegel in zwei Drehzuständen anzutreiben.
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Die 8A und 8B sind
Querschnittsansichten von Spiegeln, welche in den Mikrospiegelvorrichtungen
nach den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
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Wie
in 8A gezeigt, kann der Spiegel 20 aus einem
Metall bestehen, welches alleine dazu fähig ist Licht zu reflektieren.
Oder, wie in 8B gezeigt, kann der Spiegel 20 aus
einer mehrschichtigen Struktur unter Verwendung leitender Materialien
und Metall mit einem hohen Reflektionsvermögen bestehen. Beispielsweise
bestehen eine untere leitende Schicht 20a und die Spiegelstützstruktur,
welche die Spiegelstützsäulen 24,
die Ausleger 25 und die hervorstehenden Stützsäulen 23 beinhaltet,
aus einem leitenden Material, wie beispielsweise Nickel (Ni) oder
polykristallinem Silizium (Poly-Si), während die mittlere und obere
Schicht 20b und 20c in einer doppelschichtigen
Struktur aus Metallschichten aus Al oder Ag mit einem hohen Reflektionsvermögen hergestellt
sind.
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Die 9A und 9B sind
eine Draufsicht und eine Schnittansicht, welche jeweils eine Elektrodenstruktur
zum Verringern einer Antriebsspannung in der Mikrospiegelvorrichtung
nach der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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In
Bezug auf 9A ist die Struktur der 9A im
Wesentlichen die Gleiche wie die der 5, aber
sie weist darin einen Unterschied auf, dass die auf dem Substrat
gebildeten Elektroden 22c und 22d unter den Auslegern 25 erweitert
sind. Da die Ausleger 25, welche mit den Spiegelstützsäulen 24 zum
Tragen des Spiegels verbunden sind, Funktionen wie die Elektroden
ausführen
können,
können die
erweiterten Elektroden 22c und 22d bei dieser Struktur
ein Ergebnis verursachen, um die Elektroden zum Erzeugen der elektrostatischen
Kraft näher zu
platzieren. Mit anderen Worten erzeugt die Struktur der 5 die
elektrostatische Kraft aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen
dem Spiegel und den auf dem Substrat gebildeten Elektroden, während die Struktur
der 9A die elektrostatische Kraft aufgrund einer Potentialdifferenz
zwischen den Auslegern 25 und der Elektrode 22c oder 22d erzeugt,
welche auf dem Substrat gebildet ist. Dann gilt bei den Strukturen
mit einer identischen Potentialdifferenz: je kleiner der Abstand
zwischen den Elektroden, desto mehr elektrostatische Kraft wird
erzeugt. Wie in 9A gezeigt, kann folglich die Änderung
in der Anordnung zwischen den Elektroden und den Auslegern die Antriebsspannung
verringern.
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9B ist
eine Querschnittsansicht, welche entlang der Linie c-c' in 9A genommen
wurde.
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Diese
Mikrospiegelvorrichtungen können
als optische Schaltelemente im optischen Netzwerksystem angewendet
werden. In diesen Geräten
können sie,
da es möglich
ist zwei Ausgangsrichtungen in Bezug auf einen Eingang zu bilden,
als ein 1 × 2-optisches
Schaltelement realisiert werden.
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Die 10A und 10B sind
Ansichten zum Veranschaulichen einer Operation einer 1 × 2-optischen Schaltvorrichtung,
welche die Mikrospiegelvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung einsetzt. Diese Mikrospiegelvorrichtung ist
in zwei Richtungen drehbar und weist zwei Drehantriebszustände auf.
In Bezug auf 10A fällt Licht in einen Spiegel 20 einer
Mikrospiegelvorrichtung 32 der vorliegenden Erfindung von
einem Eingangslichtwellenleiter 34 ein. Wenn eine Spannung
zwischen einer auf einem Substrat 21 gebildeten Elektrode
(nicht gezeigt) und dem Spiegel 20 angelegt wird, wird
eine elektrostatische Kraft zwischen denselben durch eine Potentialdifferenz
erzeugt. Die elektrostatische Kraft dreht den Spiegel 20,
um dadurch das einfallende Licht zu einem ersten Ausgangslichtwellenleiter 36a zu übertragen.
Folglich ist das 1 × 2-optische
Schaltelement 38 realisiert.
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In
Bezug auf 10B wird währenddessen, wenn eine Spannung
zwischen der auf dem Substrat 21 gebildeten anderen Elektrode
(nicht gezeigt) und dem Spiegel 20 angelegt wird, der Spiegel 20 in
eine der Richtung der 10A entgegengesetzte
Richtung gedreht und dadurch wird das einfallende Licht zu einem
zweiten Ausgangslichtwellenleiter 36b übertragen. Es ist möglich die
mehreren 1 × 2-optischen
Schaltelemente zu verbinden, welche dadurch fähig sind, die Anzahl des Eingangs
und Ausgangs zu erhöhen.
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Die
zuvor erwähnte
Mikrospiegelvorrichtung kann die Funktion ausführen, welche einem Einheitspixel
in einer Bilddisplayvorrichtung entspricht. Es ist auch möglich ein
Bild mit einer hohen Auflösung durch
das Anordnen der Mikrospiegelvorrichtung in zwei Dimensionen anzuzeigen.
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11 ist
eine schematische Ansicht, welche eine Bilddisplayvorrichtung zeigt,
welche unter Verwendung von angeordneten Mikrospiegelvorrichtungen
gemäß einer
weiteren anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisiert ist.
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In
Bezug auf 11 fällt ein von einer Lichtquelle 120 ausgestrahlter
Lichtstrahl in eine zweidimensionale Mikrospiegelanordnung 110 ein,
welche eine Antriebsschaltung (nicht gezeigt) beinhaltet. Der eingegebene
Lichtstrahl wird zu einem ersten optischen Weg 112 oder
einem zweiten optischen Weg 114 abhängig vom Antriebszustand der
jeweiligen Mikrospiegelvorrichtungen aufgrund einer Potentialdifferenz,
welche durch die Antriebsschaltung bestimmt wird, zwischen den Adressenelektroden
und dem Spiegel reflektiert. Der zum ersten optischen Weg 112 durch
die jeweiligen Mikrospiegelvorrichtungen reflektierte Lichtstrahl
geht über
eine Linse 140 durch ein Farbfilter 150, damit
die Farben, welche den Farbpixeln des Farbfilters 150 entsprechen,
angezeigt werden und dadurch wird ein Bild auf einem Bildschirm 160 angezeigt.
Im Gegenteil geht der zum zweiten optischen Weg 114 reflektierte
Lichtstrahl nicht zur Linse 140, sondern wird durch eine
Licht absorbierende Platte 130 derart absorbiert, dass
ein dunkles Bild auf dem Bildschirm 160 angezeigt wird. Folglich
kann die zweidimensionale Anordnung der Mikrospiegelanordnungen
und die Verwendung der Lichtquelle 120, der Linse 140 und
des Farbfilters 150 in einem neuen Bildanzeigeverfahren
verwendet werden. Dieses Bildanzeigeverfahren, welches die angeordnete
Mikrospiegelvorrichtung verwendet, ermöglicht im Vergleich zu Flüssigkristalldisplays,
welche für
Flachbildschirme repräsentativ
sind, ein hohes Kontrastverhältnis
zu erhalten. Die kleine Größe der Mikrospiegelvorrichtung
ermöglicht
auch mit Leichtigkeit ein Bild mit einer hohen Auflösung und
einen Flachbildschirm mit einer großen Größe zu erhalten.
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Zudem
kann eine ineinander greifende Auslegerstützstruktur in Geräten wie
dem Schaltelement in einer Höchstfrequenzschaltung
verwendet werden.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich eine Mikrospiegelvorrichtung
mit einer einfachen Struktur und zu geringen Herstellungskosten
und die Geräte
derselben zu realisieren. Da die Mikrospiegelvorrichtung im Vergleich
zu der der herkömmlichen
Technik stabile Drehzustände
aufweist, nimmt eine Fehleroperation der Mikrospiegelvorrichtung
ab.
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Zwar
wurde die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben, aber es
sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und
Abänderungen
hieran vorgenommen werden können,
ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, der durch die anhängenden
Ansprüche
definiert ist.
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INEINANDER
GREIFENDE AUSLEGER VERWENDENDE MIKROSPIEGELVORRICHTUNG UND ANWENDUNGEN
DERSELBEN
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Offenbart
werden eine Mikrospiegelvorrichtung aus einer einfachen Struktur,
welche ineinander greifende Ausleger verwendet und zwei stabile
Drehzustände
aufweist, und Anwendungen derselben. Die Mikrospiegelvorrichtung
weist Folgendes auf: (a) ein Substrat; (b) mindestens zwei hervorstehende Stützsäulen, welche
hervorstehend in zwei Spalten auf der linken und rechten Seite auf
dem Substrat und durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt
angeordnet sind; (c) mehrere Ausleger, welche parallel zum Substrat
gebildet sind, wobei jeder ein Ende aufweist, welches am oberen
Endabschnitt der jeweiligen hervorstehenden Stützsäulen befestigt ist und als
ein dünner
Streifen hergestellt ist, welcher eine elastische Rückstellkraft
aufweist, wobei die aneinander angrenzenden Ausleger angeordnet
sind parallel und ineinander greifend zu sein; (d) Spiegelstützsäulen, welche
an die oberen Abschnitte der anderen Enden der Ausleger gekoppelt sind;
(e) einen Spiegel, welcher an den oberen Abschnitten der gesamten
Spiegelstützsäulen angebracht
ist und durch die Spiegelstützsäulen getragen wird;
und (f) zwei Elektroden, welche auf der linken und rechten Seite
auf dem Substrat gebildet sind, um den Spiegel mit einer elektrostatischen
Kraft zu versehen, wobei die Mikrospiegelvorrichtung Licht, welches
in den Spiegel einfällt,
in unterschiedliche Richtungen voneinander unter Verwendung einer
elektrostatischen Kraft aufgrund einer zwischen den Elektroden und
dem Spiegel angelegten Spannung und der elastischen Rückstellkraft
der Ausleger reflektiert. Die Mikrospiegelvorrichtung kann den Spiegel
in zwei Richtungen antreiben und einen Drehwinkel des Spiegels unter
Verwendung der elektrostatischen Kraft aufgrund einer Potentialdifferenz
zwischen den Elektroden und dem Spiegel zum Reflektieren des einfallenden
Lichts und der elastischen Rückstellkraft der
Ausleger einstellen.