ES2272591T3 - Microobturador optico controlado electrostaticamente y matriz de microobturadores con control simplificado. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de funcionamiento de una matriz de microobturadores ópticos controlados electrostáticamente (2), comprendiendo dichos obturadores ópticos (2): un sustrato (3) compuesto por una lámina de material transparente, un primer electrodo (4) compuesto por una película de material conductor transparente aplicado a un lado de la lámina que compone el sustrato (3), una capa dieléctrica (5), también transparente, aplicada sobre la película que compone el primer electrodo (4), y un pétalo móvil (6) que comprende una película fina (6a) de material conductor, que constituye un segundo electrodo, con un extremo conectado a la capa dieléctrica (5) y que se puede desplazar desde una posición de descanso, en la que es posible el paso de luz a través del sustrato (3), hasta una condición desenrollada sobre la capa dieléctrica, en la que se prohibe el paso de luz mediante la adhesión electrostática provocada por la aplicación de una diferencia en el potencial entre el primer electrodo (4) y el segundo electrodo (6a), en el que una parte del pétalo (6c) inmediatamente adyacente a su extremo que está conectado a la capa dieléctrica (5) presenta una superficie encarada a la capa dieléctrica que está separada de ésta, de manera que, con el fin de provocar el desenrollado del pétalo (6) en la capa dieléctrica (5), resulta necesario aplicar una diferencia de potencial entre los dos electrodos (4, 6a) de un valor predeterminado V, por encima del valor requerido para superar la fuerza elástica del pétalo que empuja dicho pétalo hacia su condición de descanso, mientras que con el fin de mantener el pétalo en su condición desenrollada resulta suficiente la aplicación de una diferencia de potencial por debajo del valor predeterminado V mencionado anteriormente, en el que dicha pluralidad de microobturadores está dispuesta en filas (r) y columnas (c), y en el que, asociados a dicha matriz, están dispuestos unos medios para aplicar un voltaje eléctrico entre los electrodos (4, 6a) de todos los microobturadores (2) de la matriz, siendo dichos medios adecuados para enviar una señal de voltaje común a un primer electrodo (6a) de todos los microobturadores de cada fila (r), y una señal de voltaje común al otro electrodo (4) de todos los microobturadores de cada columna (c), estando dicho procedimiento caracterizado porque: se envía una señal de voltaje continuo eléctrico igual a V/2 a cada columna (c) siempre que el estado de los obturadores de la columna no se deba modificar, y se envía una primera señal de voltaje alterno de onda cuadrada, que oscila entre los valores 0 y V, a cada una de las columnas, cada vez que se deba modificar el estado de por lo menos uno de los obturadores de la columna, y se envía una segunda señal de voltaje alterno de onda cuadrada, que oscila entre 0 y V y en fase con la primera señal, a cada una de las filas cada vez que por lo menos un microobturador de la fila se deba llevar o mantener en una condición abierta, y se envía una tercera señal de voltajealterno de onda cuadrada, que oscila entre 0 y V, desfasada en medio periodo con respecto a la primera señal a cada fila, cada vez que por lo menos un microobturador se tenga que llevar a o mantener en la condición cerrada.

Description

Microobturador óptico controlado electrostáticamente y matriz de microobturadores con control simplificado.

La presente invención se refiere a dispositivos microobturadores ópticos controlados electrostáticamente, del tipo que comprenden:

un sustrato compuesto por una lámina de material transparente,

un primer electrodo compuesto por una película de material conductor transparente aplicado a un lado de la lámina que compone el sustrato,

una capa dieléctrica, también transparente, aplicada sobre la película que compone el primer electrodo, y

un pétalo móvil que comprende una película fina de material conductor, que constituye un segundo electrodo, con un extremo conectado a la capa dieléctrica y que se puede desplazar desde una posición de descanso enrollada, en la que es posible el paso de luz a través del sustrato, hasta una condición desenrollada sobre la capa dieléctrica, en la que se prohíbe el paso de luz mediante la adhesión electrostática provocada por la aplicación de una diferencia en el potencial entre el primer electrodo y el segundo
electrodo.

Un dispositivo microobturador del tipo mencionado anteriormente se describe e ilustra en la solicitud de patente europea EP-A-1 008 885 del mismo solicitante.

En particular, la invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de una matriz de microobturadores ópticos del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación 1. Se conoce una matriz de este tipo a partir del documento US nº 5.233.459 A.

El objetivo de la presente invención es mejorar el dispositivo conocido produciendo un microobturador que se pueda controlar de un modo sencillo y eficiente y que, en particular, permita el control sencillo y eficiente de una matriz compuesta por una pluralidad de microobturadores idénticos entre sí.

Con la intención de alcanzar este objetivo, el objeto de la invención es un procedimiento provisto de las características de la reivindicación 1.

En un ejemplo práctico de forma de realización, la superficie inferior del pétalo adyacente a su extremo conectado a la capa dieléctrica presenta la forma de un escalón, de manera que define la parte de superficie separada de la superficie dieléctrica mencionada anteriormente. Debido a la existencia de esta separación, la diferencia en el potencial que se debe aplicar a los electrodos con el fin de provocar el desenrollado del pétalo no es únicamente la diferencia requerida para superar la fuerza de retorno elástico del pétalo hacia su condición rizada. Sin embargo, una vez se desenrolla el pétalo sobre la superficie del dieléctrico, el voltaje requerido para mantenerlo en esta condición es sólo sustancialmente el voltaje requerido para superar la fuerza de retorno elástico. Por ejemplo, si se consigue el desenrollado del pétalo en el dieléctrico, que se traduce en la condición de cerrado de la ventana controlada por el microobturador, que se consigue con la aplicación de un voltaje predeterminado V, el valor de voltaje requerido para mantener el pétalo en la condición desenrollada puede ser muy inferior, por ejemplo incluso menor de V/2. Gracias a esta característica, se puede conseguir un control simplificado y eficiente del microobturador. De hecho, existe un valor de voltaje (V) que sin duda provoca que el microobturador se mueva hasta la condición cerrada. Existe también otro valor (como por ejemplo V/2) que sin duda mantiene el microobturador en la condición en la que se encuentra. De hecho, si el microobturador se encuentra en la condición cerrada, el voltaje V/2 lo mantendrá en esta condición, que resulta suficiente para superar la fuerza de retorno elástico del pétalo. Si el microobturador se encuentra en la condición abierta, es decir enrollado, el voltaje V/2 lo mantendrá en esta condición, ya que resulta insuficiente como para provocar que se desenrolle el pétalo sobre la capa dieléctrica.

Gracias a las características mencionadas anteriormente, se puede controlar la matriz de los microobturadores de un modo simplificado. En la práctica, la exploración del estado del microobturador se lleva a cabo en columnas. Esto significa que en todo momento se suministra a una columna específica, aquélla en la que se va a controlar el estado de los microobturadores, una señal de voltaje alterno de 0-V, mientras que a las otras columnas se les suministra una señal de voltaje continuo V/2, de manera que los microobturadores de las columnas restantes sin duda permanecen en la condición en la que se encontraban. Después de establecer la columna en la que se realiza la exploración por medio de la aplicación de la señal de voltaje alterno 0-V, el estado del microobturador dispuesto en dicha columna se determinará mediante la señal enviada a las filas correspondientes. Los microobturadores de la columna asignada que se encuentren en filas a las que se envía una señal de voltaje alterno 0-V sin duda se desplazarán a una condición abierta, o permanecerán abiertos si ya se encuentran en dicha condición, ya que la diferencia en el potencial aplicado a sus electrodos resultará equivalente a 0. Los microobturadores de la columna asignada que, al contrario, se encuentren en filas a las que se ha suministrado una señal de voltaje alterno desfasado en medio periodo con respecto a la señal anterior, sin duda se desplazarán hasta una condición cerrada o permanecerán cerrados si ya se encuentran en dicha condición, ya que la diferencia en el potencial aplicado a sus electrodos es equivalente a V. Así, después de controlar el estado de los microobturadores en una primera columna, el sistema repetirá este procedimiento en una nueva columna, que en este caso será la única a la que se suministrará una señal de voltaje alterno 0-V, ya que a las columnas restantes se les suministra una señal de voltaje continuo V/2. Una vez más, los microobturadores dispuestos en la columna que se está explorando se abrirán o cerrarán dependiendo de si a la fila en la que se encuentran se le suministra una señal de voltaje alterno 0-V o una señal de voltaje alterno desfasado en medio periodo en comparación con la señal anterior.

Por lo tanto, el sistema puede realizar la exploración sencilla y eficiente de la totalidad de los microobturadores de la matriz. Cada uno de dichos microobturadores, o cada grupo de microobturadores, puede corresponder a un píxel, por ejemplo de un visualizador u otros sistemas de visión, que, de este modo, se puede controlar eficientemente con el fin de generar una imagen para su visión.

A partir de la descripción siguiente se pondrán de manifiesto otras características y ventajas, haciendo referencia a los dibujos adjuntos que se proporcionan únicamente a título de ejemplo no limitativo, en los que:

la Figura 1 es una vista esquemática ampliada en perspectiva de una forma de realización preferida de una matriz de microobturadores según la invención,

la Figura 2 es una vista a una escala ampliada de un detalle de la Figura 1 indicado con la flecha II,

la Figura 3 es una vista en sección también a escala ampliada de un detalle indicado por la flecha III en la Figura 2,

la Figura 4 es un diagrama que ilustra el bucle de histéresis de cada microobturador,

la Figura 5 es un diagrama que ilustra el principio básico aprovechado por el sistema para controlar la matriz según la presente invención, y

las Figuras 6, 7 ilustran dos tipos de señales de voltaje suministrados a la matriz de microobturadores según la invención.

En la Figura 1, el número de referencia 1 indica en general una matriz de microobturadores ópticos según la presente invención. La figura únicamente muestra una parte de la matriz que, por ejemplo, se puede utilizar para realizar un visualizador de cualquier tipo, como un visualizador para un panel de instrumentos de un salpicadero de un vehículo automóvil, en el que cada píxel del visualizador viene definido por un microobturador o un grupo de microobturadores. Tal como se puede apreciar en la Figura 3, cada uno de los microobturadores, indicado en general con el número de referencia 2, comprende un soporte fijo que incluye un sustrato 3 compuesto por una lámina realizada en material de vidrio o plástico, transparente a la luz, con un grosor de unos cuantos milímetros o centímetros. Se realiza una capa 4 de material conductor transparente a la luz (como el ITO, es decir óxido de indio-estaño) de un grosor de unas pocas decenas o unos pocos de cientos de nanómetros, sobre la superficie del sustrato 3 por evaporación, recubrimiento por rotación, impresión mediante serigrafía o inmersión. La capa conductora 4 posteriormente se aísla con una capa 5 de material aislante ferroeléctrico o dieléctrico transparente a la luz, cuyo grosor puede variar entre 0,1 micras y unas pocas decenas de micras. Dicha capa se puede obtener mediante impresión por serigrafía, recubrimiento por rotación o inmersión.

El número de referencia 6 indica la parte móvil del dispositivo que está compuesta por una película dieléctrica de unas pocas micras de grosor, con una capa de recubrimiento metálica 6a en su lado encarado a la capa dieléctrica 5. El pétalo 6 está fijado a un extremo de dicha capa dieléctrica del soporte fijo, de manera que la parte recubierta de metal se encuentra en contacto con el sustrato. La película 6 es una película elástica que en la condición no deformada está enrollada tal como se puede apreciar en la Figura 1. Las dimensiones de la película pueden variar según el tipo de microobturador requerido. Aplicando un voltaje eléctrico entre la capa con recubrimiento metálico 6a del pétalo 6 y el electrodo 4 transparente a la luz, el pétalo 6 se desenrolla sobre la superficie del sustrato 3, mediante electroestaticidad, evitando el paso de los rayos de luz (condición cerrada del microobturador).

Tal como se puede apreciar en la Figura 3, la superficie de recubrimiento metálico del pétalo 6 presenta un escalón 7 adyacente al extremo 6b del pétalo que está conectado al soporte fijo, de manera que la parte 6c del pétalo adyacente al extremo 6b presenta su superficie con recubrimiento metálico 6a encarada a la capa dieléctrica 5 ligeramente separada de la última. Debido a esta característica, el voltaje eléctrico que se debe aplicar entre los electrodos 6a para obtener la adhesión por medio de la electroestaticidad del pétalo 6 a la superficie de la capa dieléctrica 5 presenta un valor V que es mayor que simplemente el valor necesario para superar la fuerza de la reacción elástica del pétalo que tiende a retornar dicho pétalo hacia la configuración enrollada. En la Figura 3, la posición desenrollada de la parte 6c sobre la capa dieléctrica se muestra con una línea discontinua. Debido a la separación provocada por el escalón 7, tal como ya se ha mencionado, esta condición se consigue aplicando un valor de voltaje V mayor que el valor requerido para superar la fuerza de la reacción elástica del pétalo. Por el mismo motivo, una vez que el pétalo 6 se encuentra en la condición desenrollada sobre la capa dieléctrica 5, se puede mantener adherido al pétalo aplicando un voltaje muy inferior que el valor V requerido para provocar el cierre del microobturador, como un valor por debajo del valor V/2. Esta situación se representa en el diagrama de la Figura 4, que muestra la variación en la transmitancia a través del soporte transparente cuando se varía el voltaje aplicado entre los electrodos de un microobturador específico. En el diagrama de la Figura 4, el punto A corresponde al microobturador en una condición abierta. En esta condición, no se aplica voltaje a los electrodos del microobturador, y el pétalo 6 se enrolla, de manera que la transmitancia a través del soporte transparente fijo es la máxima. Cuando se encuentra en esta condición, el microobturador se cierra llevando el voltaje hasta un valor V (punto B del diagrama). Si no se proporcionase el escalón 7, se obtendría el cierre del microobturador en un punto B^{I}, es decir a un valor de voltaje muy inferior. Sin embargo, debido al escalón 7, el obturador se cierra únicamente después de alcanzar el valor de voltaje V, y por lo tanto la transmitancia cae rápidamente a 0 (punto C en el diagrama). En este punto, incluso si re reduce el valor de voltaje eléctrico, el pétalo permanece adherido, hasta que alcanza un punto D correspondiente al valor de voltaje requerido para superar la fuerza de la reacción eléctrica del pétalo. Por debajo de este valor, prevalece la fuerza de la reacción elástica del pétalo, de modo que el pétalo se enrolla otra vez y la transmitancia retorna al máximo (punto B^{I}). A continuación, el microobturador realiza un bucle de histéresis que se puede aprovechar para realizar un control simplificado y eficiente de la matriz. De hecho, debido a los motivos expuestos anteriormente, aplicando un valor de voltaje V a los electrodos del microobturador, éste se cerrará, sin duda, si el microobturador se ha abierto con anterioridad, o permanecerá cerrado si ya se encontraba en la condición cerrada. Al contrario, aplicando un valor de voltaje inferior, como un valor establecido por conveniencia igual a V/2, el microobturador sin duda permanecerá en el mismo estado, es decir permanecerá abierto si ya está abierto (ya que el voltaje V/2 no resulta suficiente como para cerrarlo) o permanecerá cerrado si ya se encontraba en una posición cerrada, ya que el voltaje V/2 en cualquier caso resulta suficiente para mantener el pétalo desenrollado.

En la forma de realización preferida, esto se consigue de la forma siguiente. Únicamente a título de ejemplo, la Figura 5 muestra una matriz según la invención compuesta por nueve microobturadores dispuestos en tres filas r1, r2, r3 y tres columnas c1, c2, c3. La Figura 5 muestra únicamente a título de ejemplo, una condición específica de la matriz, en la que algunos microobturadores se encuentran en la condición cerrada (círculos negros) y algunos microobturadores se encuentran en la condición abierta (círculos blancos).

A la matriz según la invención se asocian medios 8 (que se muestran esquemáticamente en la Figura 3) para aplicar una diferencia de potencial entre los dos electrodos de cada microobturador. Dichos medios 8 son adecuados para controlar la situación de la matriz en la Figura 5 en todo momento, llevando a cabo la exploración, por ejemplo según la columna. Con este objetivo, suministran una señal de voltaje común al primer electrodo 4 de todos los microobturadores que se encuentran en la misma columna c, al tiempo que, del mismo modo, envían una señal de voltaje común a los segundos electrodos 6a de todos los microobturadores que se encuentran en la misma fila r.

Todavía con respecto a la forma de realización específica según la invención, se envía una señal de voltaje continuo igual a V/2 a cada columna (siendo V el valor de voltaje predeterminado que se muestra en la Figura 4 requerido para provocar el cierre del microobturador cuando se encuentra en la posición abierta). Dicha señal de voltaje continuo V/2 se envía al primer electrodo 4 de todos los microobturadores de una misma columna, siempre que no se tenga que modificar el estado de dichos microobturadores. Sin embargo, cuando se tenga que modificar el estado de uno o más de los microobturadores en una misma columna, se suministra al primer electrodo 4 de los microobturadores que se encuentre en dicha columna una señal de voltaje alterno con una onda cuadrada, que oscila entre los valores 0 y V, del tipo que se muestra en la Figura 6.

Además, al segundo electrodo 6a de los microobturadores que se encuentra en la misma fila se le suministra una señal de voltaje alterno de onda cuadrada, variable de 0 a V (Figura 6) cada vez que uno o más de los microobturadores en la fila se deba llevar a la condición de abierto, mientras que la señal suministrada a la fila es una señal de voltaje alterno de onda cuadrada desfasado en medio periodo con respecto a la anterior (Figura 7) cuando uno o más microobturadores en la fila se deba llevar a la condición cerrada.

Tal como ya se ha mencionado, la exploración de la matriz se lleva a cabo según la columna. Por lo tanto, por ejemplo, si deseamos empezar a controlar el estado de los microobturadores en la columna c1, la señal suministrada en dicha columna será una señal de voltaje alterno de onda cuadrada variable de 0 a V (Figura 6), mientras que las señales suministradas a las columnas c2 y c3 serán señales de voltaje continuas iguales a V/2. En esta fase, si se desea llevar el microobturador r1-c1 a la condición cerrada, tal como se muestra, resultará necesario suministrar a la fila r1 una señal de voltaje alterno desfasado en medio periodo (Figura 7), mientras que a las filas r2 y r3 se les suministrará una señal de voltaje alterno 0-V (Figura 6), de manera que abra los microobturadores r2-c1 y r3-c1. De hecho, en el microobturador r1-c1, al electrodo 4 se le suministra una señal de voltaje alterno 0-V (Figura 6), mientras que al electrodo 6a se le envía una señal igual y opuesta (Figura 7). Como consecuencia, se establece una diferencia de potencial igual a V entre los dos electrodos del microobturador r1-c1, de manera que dicho microobturador se cierre (si estaba abierto) o permanezca cerrado, si ya lo estaba. Al contrario, en los microobturadores r2-c1 y r3-c1, a los dos electrodos 4 y 6a se les suministra la misma señal de voltaje alterno (Figura 6), de manera que la diferencia de potencial entre los electrodos de dichos microobturadores es 0 y, por lo tanto, se abren (si estaban cerrados) o permanecen cerrados (si ya lo estaban).

Por último, durante la fase descrita anteriormente, los microobturadores que se encuentran en las columnas c2 y c3, al contrario, permanecen en la situación en la que se encuentren. De hecho, cuando se suministra una señal de voltaje continuo igual a V/2 en las columnas, la diferencia de potencial aplicada a los electrodos de cada uno de dichos microobturadores es igual a V/2 tanto cuando éstos se encuentran en una fila a la que se ha suministrado la señal de la Figura 6, como cuando se encuentran en una fila a la que se suministra la señal de la Figura 7. El voltaje V/2 resulta suficiente como para mantener dichos obturadores cerrados cuando se encuentran cerrados, mientras que no es suficiente como para cerrarlos, si están abiertos. Por lo tanto, cada uno de los microobturadores de las columnas c2, c3, en esta fase, permanece en la condición en la que se encuentra.

Así, la exploración se lleva a cabo en la columna c2. En esta fase, la señal suministrada en la columna c2 se convierte en una señal de voltaje alterno de onda cuadrada que oscila entre 0 y V (la señal de la Figura 6), mientras que la señal de voltaje continuo V/2 se suministra en las columnas c1 y c3. Si deseamos obtener la situación que se muestra en la Figura 5 para los microobturadores que se encuentran en la columna c2, a cada una de las filas r1 y r3 se le suministra la señal de la Figura 6, y a la fila r2 se le suministra la señal de la Figura 7. De forma similar, durante la exploración de la tercera columna c3, únicamente a esta columna se le suministra la señal de la Figura 6, mientras que a las otras columnas se les suministra la señal de voltaje continuo igual a V/2. En esta fase, a las filas r1 y r3 se les suministra la señal de voltaje alterno desfasado en medio periodo (Figura 7), mientras que a la fila r2 se le suministra la señal de voltaje alterno de onda cuadrada que se muestra en la Figura 6.

Como conclusión, la disposición del escalón 7 en cada microobturador hace que resulte posible obtener un valor de voltaje V que sin duda provoca el cierre del microobturador, y un valor inferior (en este caso por conveniencia seleccionado igual a V/2) que sin duda mantiene el microobturador en la condición en la que se encuentra. Por lo tanto, se puede realizar el control simplificado y eficiente del estado de la matriz, según el ejemplo descrito anteriormente.

Claims (2)

1. Procedimiento de funcionamiento de una matriz de microobturadores ópticos controlados electrostáticamente (2), comprendiendo dichos obturadores ópticos (2):

un sustrato (3) compuesto por una lámina de material transparente,

un primer electrodo (4) compuesto por una película de material conductor transparente aplicado a un lado de la lámina que compone el sustrato (3),

una capa dieléctrica (5), también transparente, aplicada sobre la película que compone el primer electrodo (4), y

un pétalo móvil (6) que comprende una película fina (6a) de material conductor, que constituye un segundo electrodo, con un extremo conectado a la capa dieléctrica (5) y que se puede desplazar desde una posición de descanso, en la que es posible el paso de luz a través del sustrato (3), hasta una condición desenrollada sobre la capa dieléctrica, en la que se prohibe el paso de luz mediante la adhesión electrostática provocada por la aplicación de una diferencia en el potencial entre el primer electrodo (4) y el segundo electrodo (6a),

en el que una parte del pétalo (6c) inmediatamente adyacente a su extremo que está conectado a la capa dieléctrica (5) presenta una superficie encarada a la capa dieléctrica que está separada de ésta, de manera que, con el fin de provocar el desenrollado del pétalo (6) en la capa dieléctrica (5), resulta necesario aplicar una diferencia de potencial entre los dos electrodos (4, 6a) de un valor predeterminado V, por encima del valor requerido para superar la fuerza elástica del pétalo que empuja dicho pétalo hacia su condición de descanso, mientras que con el fin de mantener el pétalo en su condición desenrollada resulta suficiente la aplicación de una diferencia de potencial por debajo del valor predeterminado V mencionado anteriormente,

en el que dicha pluralidad de microobturadores está dispuesta en filas (r) y columnas (c), y

en el que, asociados a dicha matriz, están dispuestos unos medios para aplicar un voltaje eléctrico entre los electrodos (4, 6a) de todos los microobturadores (2) de la matriz, siendo dichos medios adecuados para enviar una señal de voltaje común a un primer electrodo (6a) de todos los microobturadores de cada fila (r), y una señal de voltaje común al otro electrodo (4) de todos los microobturadores de cada columna (c),

estando dicho procedimiento caracterizado porque:

se envía una señal de voltaje continuo eléctrico igual a V/2 a cada columna (c) siempre que el estado de los obturadores de la columna no se deba modificar, y se envía una primera señal de voltaje alterno de onda cuadrada, que oscila entre los valores 0 y V, a cada una de las columnas, cada vez que se deba modificar el estado de por lo menos uno de los obturadores de la columna, y

se envía una segunda señal de voltaje alterno de onda cuadrada, que oscila entre 0 y V y en fase con la primera señal, a cada una de las filas cada vez que por lo menos un microobturador de la fila se deba llevar o mantener en una condición abierta, y se envía una tercera señal de voltaje alterno de onda cuadrada, que oscila entre 0 y V, desfasada en medio periodo con respecto a la primera señal a cada fila, cada vez que por lo menos un microobturador se tenga que llevar a o mantener en la condición cerrada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie inferior del pétalo (6) adyacente a su extremo conectado a la capa dieléctrica (5) presenta la forma de un escalón (7), de manera que define la parte de superficie separada de la superficie de la capa dieléctrica mencionada anteriormente.