KR101236288B1 - 간섭 변조기 어레이용 도전성 버스 구조체 - Google Patents

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Abstract

도전성 버스를 포함하는 여러 가지 개선 방안 및 특징들을 갖는 간섭 변조기의 실시예를 개시하고 있다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기는 제2 전극층의 위에 매달린 제1 도전성층을 구비한다. 일부 실시예에서, 제2 도전성층은 제1 도전성층 위에 제공된다. 제1 도전성 버스 및/또는 제2 도전성 버스 중 하나는 제1 전극층 및/또는 제2 전극층에 연결될 수 있다. 다른 개시된 특징들도 응답 시간, 소비 전력, 및 이미지 해상도를 향상시키기 위하여 간섭 변조기의 실시예에 결합시킬 수 있다.

Description

간섭 변조기 어레이용 도전성 버스 구조체{CONDUCTIVE BUS STRUCTURE FOR INTERFEROMETRIC MODULATOR ARRAY}
본 발명은 미소 기전 시스템에 관한 것이며, 더 상세하게는 미소 기전 시스템 소자의 어레이에 대한 전기적 연결 구조에 관한 것이다.
미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems)은 미소 기계 소자, 액추에이터, 및 전자 기기를 포함한다. 미소 기계 소자는 침적(deposition), 에칭, 및/또는, 기판 및/또는 침적된 재료 층의 일부를 에칭으로 제거하거나 전기 기기 및 기전 기기를 만들기 위해 층을 부가하는 그 밖의 기타 미소 기계 가공 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 미소 기전 시스템 기기의 한 형태로서 간섭 변조기가 있다. 간섭 변조기는 한 쌍의 도전성 플레이트를 포함하고, 이들 중 하나 또는 양자 모두는 부분적으로 투명하거나, 적절한 전기적 신호가 인가되면 상대적으로 이동할 수 있다. 하나의 플레이트는 기판상에 침적된 고정층을 포함하여 구성되고, 다른 하나의 플레이트는 상기 고정층에 매달려 있는 금속막을 포함하여 구성될 수 있다.
소정의 디스플레이 구성에서는 디스플레이 소자로서 독립적으로 구동가능한 간섭 광 변조기의 어레이가 이용된다. 이러한 광 변조기들은 각각의 광 변조기를 개별적으로 구동시키는데 이용되는 제어 전압 또는 신호를 제공하기 위해 전기적으로 연결된다.
본 발명은 간섭 변조기를 충전 및 방전시키기 위한 응답 시간을 감소시켜 스캔 및 리프레시 속도를 더 빠르게 하고, 간섭 변조기를 충전 및 방전시키기 위한 소비 전력을 감소시키며, 간섭 변조기 디스플레이의 그레이 스케일, 즉 명도 레벨을 향상시켜 이미지 해상도를 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 시스템, 방법 및 기기는 각각 여러 가지 실시 태양을 가지고 있고, 그들 중 하나가 단독으로 모든 바람직한 특성을 나타내는 것은 아니다. 이하에서 본 발명의 주요 특징을 설명하겠지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다. 이러한 점을 고려하여, "발명의 상세한 설명"을 읽고 나면, 본 발명의 특징적 구성이 어떻게 다른 디스플레이 기기에 비해 더 나은 장점을 제공하는지를 이해하게 될 것이다.
일부 실시예에서, 광 변조기는 기판, 상기 기판 위의 제1 전극층, 및 상기 기판 위의 제2 전극층을 포함한다. 상기 광 변조기는 제1 전극층에 대하여 실질적으로 평행하고 제2 전극층에 연결된 반사 표면을 더 포함한다. 상기 반사 표면은 자기 자신에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 제1 위치는 상기 제1 전극층으로부터 제1 거리에 있고, 상기 제2 위치는 상기 제1 전극층으로부터 제2 거리에 있다. 광 변조기는 제1 전극층과 제2 전극층 중 적어도 하나에 적어도 일부분이 전기적으로 연결된 도전성 버스층을 더 포함한다. 반사 표면은 도전성 버스층에 인가된 전압에 따라 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동한다. 제1 전극층은 제1 전기 저항을 가지며, 제2 전극층은 제2 전기 저항을 가지며, 도전성 버스층은 제1 전기 저항 또는 제2 전기 저항보다 낮은 제3 전기 저항을 갖는다.
일부 실시예에서는 광 변조기를 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 위에 제1 전극층을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 기판 위에 제2 전극층을 제공하는 단계와, 상기 제1 전극층에 실질적으로 평행하며 상기 제2 전극층에 결합되는 반사 표면을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 반사 표면은 자기 자신에 대하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서 실질적으로 수직인 방향으로 이동 가능하다. 상기 제1 위치는 상기 제1 전극층으로부터 제1 거리에 있고, 상기 제2 위치는 상기 제1 전극층으로부터 제2 거리에 있다. 이 방법은 도전성 버스층에 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 도전성 버스층의 적어도 일부가 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다. 본 방법은 인가된 전압에 따라 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 반사 표면을 이동시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시에에서는, 상기 간섭 변조기를 지지하는 수단을 포함하는 기기를 제공한다. 본 발명의 기기는 상기 지지하는 수단 위에 제1 전기적 신호를 전도(conduct)하는 수단을 더 포함한다. 본 발명의 기기는 상기 지지하는 수단 위에 제2 전기적 신호를 전도하는 수단을 더 포함한다.
본 기기는 상기 제1 전기적 신호를 전도하는 수단에 실질적으로 평행하며 상기 제2 전기적 신호를 전도하는 수단에 결합되어, 광을 반사시키는 광 반사 수단을 더 포함한다. 상기 광 반사 수단은 자기 자신에 대하여 실질적으로 수직인 방향을 따라 이동가능하며, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 제1 위치는 상기 제1 전기적 신호를 전도하는 수단으로부터 제1 거리에 있고, 상기 제2 위치는 상기 제1 전기적 신호를 전도하는 수단으로부터 제2 거리에 있다. 본 기기는 상기 제1 전기적 신호를 전도하는 수단과 상기 제2 전기적 신호를 전도하는 수단 중 적어도 하나에 전기적으로 연결시키는 결합 수단을 더 포함한다. 상기 광 반사 수단은 상기 결합 수단에 인가된 전압에 따라 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동한다.
간섭 광 변조기의 실시예는 기판, 이 기판 위의 제1 전극층, 이 기판 위의 제2 전극층, 및 도전성 버스층을 포함하여 구성된다. 도전성 버스층의 적어도 일부는 제1 전극층과 제2 전극층 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다. 반사 표면은 도전성 버스층에 인가되는 전압에 따라 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동한다. 도전성 버스층은 제1 전극층을 통해서만 간섭 변조기의 수직열들을 전기적으로 연결하는 구성, 또는 제2 전극층을 통해서만 간섭 변조기의 수평열들을 전기적으로 연결하는 구성에서보다 현저히 더 낮은 전기적 저항을 갖는 전기적 경로를 제공한다.
본 발명에 의하면, 간섭 변조기를 충전 및 방전시키기 위한 응답 시간을 감소시켜 스캔 및 리프레시 속도를 더 빠르게 하고, 간섭 변조기를 충전하고 방전시키기 위한 소비 전력을 감소시키며, 간섭 변조기 디스플레이의 그레이 스케일, 즉 명도 레벨을 향상시켜 이미지 해상도를 개선할 수 있다.
도 1은 제1 간섭 변조기의 이동가능한 반사층이 해방 위치에 있고, 제2 간섭 변조기의 이동가능한 반사층은 작동 위치에 있는, 간섭 변조기 디스플레이의 일실시예의 일부를 도시한 등각투영도이다.
도 2는 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 포함하는 전자 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 3은, 도 1의 간섭 변조기의 일실시예에서, 인가된 전압에 대응한 이동가능한 미러의 위치를 나타낸 도면이다.
도 4는 간섭 변조기 디스플레이를 구동하기 위해 사용될 수 있는 한 세트의 수평열 및 수직열 전압을 나타낸 것이다.
도 5a 및 5b는 도 3의 3x3 간섭 변조기 디스플레이에 한 프레임의 디스플레이 데이터를 기록하기 위해 사용될 수 있는 수평열 및 수직열 신호에 대한 타이밍도의 일례를 나타낸 것이다.
도 6a는 도 1에 도시된 기기의 단면도이다.
도 6b는 간섭 변조기의 다른 실시예의 단면도이다.
도 6c는 간섭 변조기의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7a는 제2 전극층 위에 위치하며 제1 전극층에 전기적으로 연결된 도전성 버스를 갖는 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7b는 도 7a의 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 단면도이다.
도 7c는 도 7a의 3x3 간섭 변조기 디스플레이에서 원형의 점선으로 나타낸 제2 전극층에 도전성 버스를 접속한 단일의 포스트 지지대(post support)를 나타낸 도면이다.
도 8a는 제2 전극층 위에 위치하며 제2 전극층에 전기적으로 연결된 도전성 버스를 갖는 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8b는 도 8a의 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 단면도이다.
도 9a는 제2 전극층과 제1 전극층 사이에 위치하며 제1 전극층에 전기적으로 연결된 도전성 버스를 갖는 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9b는 도 9a의 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 9c 는 제1 전극층 위에 위치하며 제1 전극층에 전기적으로 연결된 도전성 버스를 갖는 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9d 는 도 9c의 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 9e는 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 표시측(영상 등이 디스플레이되는 측)과 도전성 버스 사이에 위치하며 도전성 버스와 함께 정렬되는 마스크 재료를 갖는 도 9c의 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 10a는 제2 전극층 위에 위치하며 제1 전극층에 전기적으로 연결되는 제1 도전성 버스와, 제1 도전성 버스 위에 위치하며 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 제2 도전성 버스를 갖는 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10b는 도 10a의 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 11a 내지 도 11q는 제2 전극층 위에 도전성 버스 구조체를 형성하기 위한 일련의 처리 단계의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 광학 스택 층 내에 위치한 추가적인 유전체층을 갖는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 유전체층 내에 위치한 에어 포켓(air pocket)을 갖는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 14는 축소된 전기적 활성 영역을 가진 패터닝된 전극의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14에 대응하는 간섭 변조기에서 활성 영역과 비활성 영역이 있는 면을 나타낸 단면도이다.
도 16은 도 14에 대응하는 간섭 변조기에서 활성 영역만 있는 면을 나타낸 단면도이다.
도 17은 패터닝된 전극의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17에 대응하는 간섭 변조기의 단면을 나타낸 도면이다.
도 19는 반사 표면 층으로부터 분리되어 정전기력이 미치는 영역을 갖는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 20은 도 19에 도시된 간섭 변조기가 "온" 상태인 경우의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 21은 제2 전극층에 사용하기 위한 스프링 구성을 갖는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 22는 간섭 변조기의 3x3 어레이를 구성하는 픽셀을 나타낸 배치도이다.
도 23은 도 22에 도시된 어레이에서 적색의 컬러를 제공하는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 24는 도 22에 도시된 어레이에서 녹색의 컬러를 제공하는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 25는 도 22에 도시된 어레이에서 청색의 컬러를 제공하는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 26a 및 26b는 복수의 간섭 변조기를 포함하여 구성되는 시각 디스플레이 기기의 실시예를 보여주는 시스템 블록도이다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 방법과 방식으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서, 도면이 참조되는데, 전체 도면에 걸쳐 동일한 부분에 대해 동일한 번호가 사용된다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 동화상(예컨대, 비디오)이든 정지화상(예컨대, 스틸 이미지)이든, 또는 텍스트이든 그림이든, 이미지를 디스플레이하도록 구성된 것이라면 어떠한 기기에든 구현될 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명은 예컨대, 이동전화기, 무선 기기, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 손에 들고 다니거나 휴대할 수 있는 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이터, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예컨대, 주행 거리계 디스플레이), 조종석 제어 장치 및/또는 디스플레이, 감시 카메라의 디스플레이(예컨대, 자동차에서의 후방 감시 카메라의 디스플레이), 전자 사진 액자, 전자 게시판 또는 전자 표시기, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물, 및 미적 구조물(예컨대, 보석 상의 이미지 디스플레이) 등과 같은 다양한 전자 기기에 구현이 가능하며 또는 이들 전자 기기에 결합시켜서 구현하는 것도 가능한데, 이들 기기에 한정되는 것은 아니다.또한, 여기서 개시한 미소 기전 시스템 기기와 유사한 구조의 기기를 전자 스위칭 기기와 같은 비(非)디스플레이 분야에 사용할 수도 있다.
간섭계 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 포함하여 구성된 간섭 변조기 디스플레이의 일실시예가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 기기에서, 픽셀은 밝은 상태 또는 어두운 상태 중 하나의 상태로 된다. 밝은 상태("온" 상태 또는 "개방 상태")에서는, 디스플레이 소자가 입사되는 가시광의 대부분을 사용자에게 반사한다. 어두운 상태("오프 상태" 또는 "폐쇄 상태")에서는, 디스플레이 소자가 입사되는 가시광을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. 실시예에 따라서는, "온 상태"와 "오프 상태"의 광 반사 특성이 반대로 바뀔 수도 있다. 미소 기전 시스템 픽셀은 선택된 컬러를 두드러지게 반사하여 흑백뿐 아니라 컬러 디스플레이도 가능하도록 구성될 수 있다.
도 1은 영상 디스플레이의 일련의 픽셀들에서 인접하는 두 개의 픽셀을 나타낸 등각투영도다. 여기서, 각 픽셀은 미소 기전 시스템의 간섭 변조기를 포함하여 구성된다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기 디스플레이는 이들 간섭 변조기들의 행렬 어레이를 포함하여 구성된다. 각각의 간섭 변조기는, 적어도 하나의 치수가 가변적인 공진 광학 캐비티를 형성하도록 서로 가변적이고 제어가능한 거리를 두고 배치되어 있는 한 쌍의 반사층을 포함한다. 일실시예에서, 이 반사층들 중 하나가 두 개의 위치 사이에서 이동될 수 있다. 제1 위치에서(여기서는 "해방 상태"라고 한다), 이동가능한 층은 부분적으로 반사하는 고정된 층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치한다. 제2 위치에서, 이동가능한 층은 부분적으로 반사하는 층에 보다 가까이 인접하여 위치한다. 두 개의 층으로부터 반사되는 입사광은 이동가능한 반사층의 위치에 따라 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하여, 각 픽셀을 전체적으로 반사 상태 또는 비반사 상태로 만든다.
도 1에 도시된 부분의 픽셀 어레이는 인접하는 두 개의 간섭 변조기(12a, 12b)를 포함한다. 좌측에 있는 간섭 변조기(12a)에서는, 이동가능하고 반사성이 높은 층(14a)이 부분적으로 반사하는 고정된 층(16a)으로부터 소정의 거리를 두고 해방 위치에 있는 것이 도시되어 있다. 우측에 있는 간섭 변조기(12b)에서는, 이동가능하고 반사성이 높은 층(14b)이 부분적으로 반사하는 고정된 층(16b)에 인접한 작동 위치에 있는 것이 도시되어 있다.
고정된 층(16a, 16b)은 전기적으로 도전성을 가지고 있고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성을 가지고 있고, 예컨대 투명 기판(20) 상에 크롬과 인듐주석산화물(ITO)로 된 하나 이상의 층을 침적시킴으로써 제조될 수 있다. 이들 층을 병렬 스트립으로 패터닝하여, 이하에서 설명하는 바와 같이, 디스플레이의 수평열 전극(row electrode)을 형성할 수 있다. 이동가능한 층(14a, 14b)은, 포스트(18)와 이 포스트들 사이에 개재된 희생 재료의 표면에 침적된 금속층(들)으로 된 일련의 병렬 스트립(수평열 전극(16a, 16b)에 수직하는)으로 형성될 수 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 변형가능한 금속층이 에어갭(19)에 의해 고정된 금속층으로부터 이격된다. 변형가능한 층은 알루미늄과 같이 도전성과 반사성이 높은 재료를 이용하여 형성할 수 있고, 이것의 스트립은 디스플레이 기기의 수직열 전극(column electrode)을 형성할 수 있다.
전압이 인가되지 않으면, 층(14a)과 층(16a) 사이에 캐비티(19)가 그대로 존재하게 되어, 변형가능한 층이 도 1의 픽셀(12a)로 도시된 바와 같이 기계적으로 해방된 상태로 있게 된다. 그러나, 선택된 행과 열에 전위차가 인가되면, 해당하는 픽셀에서 수평열 전극과 수직열 전극이 교차하는 지점에 형성된 커패시터가 충전되어, 정전기력이 이들 전극을 서로 당기게 된다. 만일 전압이 충분히 높다면, 이동가능한 층이 변형되어, 도 1에서 우측에 도시된 픽셀(12b)과 같이, 고정된 층에 대해 힘을 받게 된다(도 1에는 도시하지 않았지만, 단락을 방지하고 이격 거리를 제어하기 위해 고정된 층 상에 유전 재료를 배치할 수 있다). 이러한 양상은 인가된 전위차의 극성에 관계없이 동일하다. 이러한 방식으로, 반사와 비반사의 픽셀 상태를 제어할 수 있는 수평열/수직열 구동은 종래의 액정 디스플레이나 다른 디스플레이 기술에서 사용되었던 방식과 여러 가지 면에서 유사하다.
도 2 내지 5는 디스플레이 응용분야에서 간섭 변조기의 어레이를 이용하기 위한 방법 및 시스템의 일례를 보여준다. 도 2는 본 발명의 여러 측면을 포함할 수 있는 전자 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 본 실시예에서는, 전자 기기가 프로세서(21)를 포함한다. 이 프로세서(21)는 ARM, Pentium?, Pentium II?, Pentium III?, Pentium IV?, Pentium? Pro, 8051, MIPS?, Power PC?, ALPHA? 등과 같은 범용의 단일칩 또는 멀티칩 마이크로프로세서나, 또는 디지털 신호 처리기, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같은 특정 목적의 마이크로프로세서일 수 있다. 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다. 오퍼레이팅 시스템을 실행하는 것 외에도, 프로세서는 웹 브라우저, 전화 응용프로그램, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 응용프로그램을 포함하여 하나 이상의 소프트웨어 응용프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.
일실시예에서, 프로세서(21)는 또한 어레이 컨트롤러(22)와 통신하도록 구성된다. 일실시예에서, 어레이 컨트롤러(22)는 픽셀 어레이(30)에 신호를 제공하는 수평열 구동 회로(24) 및 수직열 구동 회로(26)를 포함한다. 도 2에서 1-1의 선을 따라 절단한 어레이의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 미소 기전 시스템의 간섭 변조기에 대한 수평열/수직열 구동 프로토콜은 도 3에 도시된 기기의 히스테리시스 특성을 이용할 수 있다. 이동가능한 층을 해방 상태에서 작동 상태로 변형시키기 위해, 예컨대, 10볼트의 전위차가 요구될 수 있다. 그러나, 전압이 그 값으로부터 감소할 때, 전압이 10볼트 이하로 떨어지더라도 이동가능한 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 실시예에서, 이동가능한 층은 전압이 2볼트 이하로 떨어질 때까지는 완전히 해방되지 않는다. 따라서, 기기가 해방 상태 또는 작동 상태 중 어느 하나의 상태로 안정되는 인가 전압 영역이 존재하는 전압의 범위가 있다. 도 3에서는 약 3~7볼트가 예시되어 있다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 영역" 또는 "안정 영역"이라고 부른다. 도 3의 히스테리시스 특성을 갖는 디스플레이 어레이의 경우, 수평열/수직열 구동 프로토콜은 수평의 스트로브가 인가되는 동안에 스트로브가 인가된 수평열에 있는 픽셀들 중에 작동되어야 픽셀들은 약 10볼트의 전위차에 노출되고, 해방되어야 할 픽셀들은 0(영)볼트에 가까운 전위차에 노출되도록 설계될 수 있다. 스트로브를 인가한 후에는, 픽셀들이 수평열 스트로브에 의해 어떠한 상태가 되었든지 간에 그 상태로 유지되도록 약 5볼트의 정상 상태 전압차를 적용받는다. 기록된 후에, 각 픽셀은 본 실시예에서는 3~7볼트인 "안정 영역" 내의 전위차를 가진다. 이러한 구성으로 인해, 도 1에 도시된 픽셀 구조가 동일한 인가 전압의 조건 하에서 작동 상태든 해방 상태든 기존의 상태로 안정되게 된다. 작동 상태로 있든 해방 상태로 있든, 간섭 변조기의 각 픽셀은 필연적으로 고정된 반사층과 이동하는 반사층에 의해 형성되는 커패시터이기 때문에, 이 안정된 상태는 히스테리시스 영역 내의 전압에서 거의 전력 낭비 없이 유지될 수 있다. 인가 전위가 고정되어 있으면, 필연적으로 픽셀에 유입되는 전류는 없다.
전형적인 응용예로서, 첫번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동된 픽셀에 따라 한 세트의 수직열 전극을 어서팅(asserting)함으로써 디스플레이 프레임을 만들 수 있다. 그런 다음, 수평열 펄스를 수평열 1의 전극에 인가하여 어서트된 수직열 라인에 대응하는 픽셀들을 작동시킨다. 그러면, 수직열 전극의 어서트된 세트가 두번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동된 픽셀에 대응하도록 변경된다. 그런 다음, 펄스를 수평열 2의 전극에 인가하여 어서트된 수직열 전극에 따라 수평열 2에서의 해당하는 픽셀을 작동시킨다. 수평열 1의 픽셀들은 수평열 2의 펄스에 영향을 받지 않고, 수평열 1의 펄스에 의해 설정되었던 상태를 유지한다. 이러한 동작을 순차적으로 전체 수평열에 대해 반복하여 프레임을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이러한 프레임들은 초당 소정 수의 프레임에 대해 이러한 처리를 계속해서 반복함으로써 리프레시(refresh)되거나, 및/또는 새로운 디스플레이 데이터로 갱신된다. 수평열 및 수직열 전극을 구동하여 디스플레이 프레임을 생성하는 많은 다양한 프로토콜이 잘 알려져 있고, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.
도 4 및 5는 도 2의 3×3 어레이 상에서 디스플레이 프레임을 생성하기 위한 하나의 가능한 구동 프로토콜을 나타낸 것이다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 보여주는 픽셀들에 사용될 수 있는 수직열 및 수평열의 가능한 전압 레벨 세트를 보여준다. 도 4의 실시예에서, 픽셀을 작동시키기 위해, 해당하는 수직열은 -Vbias로 설정하고 해당하는 수평열은 +△V로 설정한다. 각각의 전압은 -5볼트 및 +5볼트에 대응할 수 있다. 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당하는 수직열은 +Vbias로 설정하고 해당하는 수평열은 동일한 값의 +△V로 설정하여, 픽셀 양단의 전위차가 0(영)볼트가 되도록 한다. 수평열의 전압이 0(영)볼트로 되어 있는 수평열에서는, 수직열이 +Vbias이든 -Vbias이든 관계없이 픽셀들이 원래의 상태로 안정된다.
도 5b는 도 2의 3x3 어레이에 인가되는 일련의 수평열 및 수직열 신호를 보여주는 타이밍도이며, 그 결과로서 작동된 픽셀들이 비반사성인 도 5a에 도시된 디스플레이 배열이 얻어진다. 도 5a에 도시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀들은 어떤 상태로 되어 있어도 무방하다. 본 예에서는, 모든 수평열들이 0(영)볼트이고, 모든 수직열들이 +5볼트이다. 이러한 인가 전압으로, 모든 픽셀들은 기존의 작동 상태 또는 해방 상태로 안정되어 있다.
도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3)의 픽셀들이 작동된다. 이를 구현하기 위해, 수평열 1에 대한 "라인 시간" 동안, 수직열 1과 2는 -5볼트로 설정되고, 수직열 3은 +5볼트로 설정된다. 이것은 어느 픽셀의 상태도 바꾸지 않는다. 왜냐하면, 모든 픽셀들이 3~7볼트의 안정영역 내에 있기 때문이다. 그런 다음, 수평열 1에 0볼트에서 5볼트로 상승한 후 다시 0볼트로 되는 펄스를 가진 스트로브를 인가한다. 이것은 (1,1) 및 (1,2)의 픽셀을 작동시키고 (1,3)의 픽셀을 해방시킨다. 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수평열 2를 원하는 대로 설정하기 위해, 수직열 2를 -5볼트로 설정하고, 수직열 1 및 3은 +5볼트로 설정한다. 동일한 스트로브를 수평열 2에 인가하면, (2,2)의 픽셀이 작동되고, (2,1) 및 (2,3)의 픽셀이 해방된다. 여전히, 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수직열 2 및 3을 -5볼트로 설정하고 수직열 1을 +5볼트로 설정함으로써, 수평열 3도 마찬가지의 방법으로 설정될 수 있다. 수평열 3에 대한 스트로브로 인해 수평열 3의 픽셀들도 도 5a에 도시된 바와 같이 설정된다. 프레임을 기록한 후에, 수평열 전위는 0(영)이고, 수직열 전위는 +5볼트 또는 -5볼트로 남아있으므로, 디스플레이는 도 5a의 배열로 안정된다. 수십 또는 수백의 수평열 및 수직열로 된 어레이에 대해 동일한 처리가 행해질 수 있다는 것은 잘 알 수 있을 것이다. 또한, 수평열 및 수직열의 구동을 위해 사용되는 전압의 타이밍, 순서 및 레벨은 위에서 설명한 전반적인 원리 내에서 다양하게 변경될 수 있고, 상술한 예는 예시에 불과하고, 임의의 작동 전압 방법을 본 발명에 적용하여도 무방하다.
위에서 설명한 원리에 따라 동작하는 간섭 변조기의 상세한 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 도 6a 내지 6c는 이동하는 미러 구조의 세가지 다른 예를 보여준다. 도 6a는 도 1에 도시된 실시예의 단면도로서, 금속 재료로 된 스트립(14)이 직각으로 연장된 지지부(18) 상에 배치되어 있다. 도 6b에서, 이동가능한 반사 재료(14)가 연결선(32)에 의해 그 코너에서만 지지부에 부착되어 있다. 도 6c에서, 이동가능한 반사 재료(14)가 변형가능한 층(34)에 매달려 있다. 이 실시예는, 반사 재료(14)에 대한 구조적 설계와 재료는 광학 특성에 대해 최적화될 수 있고, 변형가능한 층(34)에 대한 구조적 설계와 재료는 원하는 기계적 특성에 대해 최적화될 수 있기 때문에 유용하다. 여러 가지 형태의 간섭 기기의 제조에 대해, 예컨대 미국특허공개 제2004/0051929호를 포함하여 여러 공개 문헌에 기술되어 있다. 일련의 재료 침적, 패터닝 및 에칭 단계들을 포함하여, 상술한 구조를 제조하기 위해 다양한 공지 기술이 사용될 수 있다.
간섭 변조기를 충전 및 방전시키기 위한 응답 시간은 간섭 변조기에 접속된 전압 회로에 대한 RC(resistance-capacitance) 시상수에 부분적으로 의존한다. 간섭 변조기의 이러한 응답 시간은 간섭 변조기 어레이의 디스플레이 품질에 영향을 미친다. 주어진 간섭 변조기에 수신되는 입력 스캔 펄스들 사이의 시간이 간섭 변조기의 응답 시간보다 짧은 경우, 이동가능한 층은 입력 스캔 펄스와 동기할 수 없다. 이러한 조건하에서, 간섭 변조기의 상태는 각각의 모든 스캔 펄스에 대해 응답하지 않기 때문에, 디스플레이되는 이미지의 품질이 열화된다. 따라서 응답 시간을 감소시켜서 스캔 및 리프레시 속도를 더 빠르게 한 간섭 변조기를 제공하는 것이 바람직하다.
간섭 변조기에 접속된 전압 회로는 간섭 변조기의 전극뿐만 아니라, 접점, 도선 및 전극과 수평열의 구동용 전자 기기 또는 수직열의 구동용 전자 기기 사이의 전기적 연결을 제공하는 기타 다른 도전성 소자를 포함한다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기의 전극의 재료 및 형상은 전압 회로에 대한 RC 시상수에 영향을 미친다. 일부 어레이 구성에서, 인접한 간섭 변조기들의 전극은 서로 직렬로 결합되어 인접한 간섭 변조기들이 구동용 전자 기기에 접속됨으로써, 더 높은 RC 시상수를 갖게 한다. 다른 어레이 구성으로서, 간섭 변조기의 전극과 수평열 및 수직열 구동기 사이의 전기적 연결을 위해 와이어 또는 기타 다른 커넥터가 이용될 수 있으며, 여기서 와이어는 간섭 변조기의 RC 시상수에 영향을 미치게 된다.
도 7a, 7b, 및 7c는 본 명세서에서 설명하는 실시예에 따른 간섭 변조기 어레이의 3x3 부분의 일례를 개략적으로 나타내고 있다. 도 7a에 도시된 3x3 부분 보다 크거나 작은 디스플레이 부분도 마찬가지로 본 명세서에 개시된 다른 실시예와 호환될 수 있다. 도 7b의 단면도에 도시된 바와 같이, 각각의 간섭 변조기는 기판(1106), 기판(1106) 위의 제1 전극층(902), 및 기판(1106) 위의 제2 전극층(1302)을 포함한다. 이 간섭 변조기는 제1 전극층(902)에 실질적으로 평행하며 제2 전극층(1302)에 결합된 반사 표면(901)을 더 포함한다. 이 반사 표면(901)은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하다. 반사 표면(901)의 제1 위치는 제1 전극층(902)으로부터 제1 거리에 있다. 반사 표면(901)의 제2 위치는 제1 전극층(902)으로부터 제2 거리에 있다.
일부 실시예에서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 각각의 간섭 변조기의 제1 전극층(902)은 고정되어 있으며, 기판(1106)에 근접하여 배치된다. 간섭 변조기 어레이의 제1 전극층(902)은 수평열로 배열되어 있다. 이 수평열은 도 7a에는 도시되어 있지 않지만, 도 7a에 도시된 간섭 변조기의 3개의 수평열에 대응한다. 각 수평열에서의 제1 전극층(902)은 서로 전기적으로 연결되어 있지만, 다른 수평열에 있는 제1 전극층(902)과는 전기적으로 절연되어 있다.
일부 실시예에서, 각각의 간섭 변조기의 제2 전극층(1302)은 제1 전극층(902) 위에 있는 이동가능한 층의 적어도 일부를 포함한다. 도 7a에 개략적으로 도시된 실시예에서, 제2 전극층(1302)은 이동가능한 층의 전체를 포함한다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기 어레이의 제2 전극층(1302)은, 인접하는 수직열에 있는 제2 전극층(1302)으로부터 각각의 수직열의 제2 전극층(1302)이 분리되도록 패터닝된다. 따라서, 간섭 변조기 어레이의 제2 전극층(1302)은 수직열로 배열된다. 예컨대, 도 7a에 개략적으로 도시된 실시예에서, 제2 전극층(1302)은 각 간섭 변조기의 제2 전극층(1302)의 4개의 코너에 스트랩(strap), 즉 연결선(1300)을 가지고 있다. 간섭 변조기의 이들 코너에서, 연결선(1300)은 제2 전극층(1302)을 지지용 포스트(202)에 기계적으로 결합시킨다. 어느 하나의 수직열 내에 있는 인접한 변조기들의 제2 전극층(1302)은 연결선(1300)에 의해 전기적으로 연결되지만, 다른 수직열에 있는 제2 전극층(1302)과는 전기적으로 절연되어 있다. 본 명세서에 개시된 실시예와 호환가능한 다른 제2 전극층(1302)은 도 7a의 연결선(1300)이 아닌 스프링 구조를 갖는다.
일부 실시예에서, 도 7a 및 7b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 간섭 변조기의 반사 표면(901)은 지지 부재(1200)에 의해 대응하는 변조기의 제2 전극층(1302)에 기계적으로 결합된다. 일부 다른 실시예는 반사 표면(901)을 제2 전극층(1302)에 기계적으로 결합시키는 복수의 지지 부재를 포함한다. 따라서 간섭 변조기가 구동할 때, 반사 표면(901)은 자기 자신에 대해 실질적으로 수직인 방향(903)을 따라, 제1 전극층(902)에 대하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하게 된다.
일부 실시예에서, 간섭 변조기 어레이의 각각의 변조기는 도전성 버스층을 더 포함한다. 도전성 버스층의 적어도 일부는 제1 전극층(902)과 제2 전극층(1302) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다. 반사 표면(901)은 도전성 버스층에 인가되는 전압에 따라 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동한다.
일부 실시예에서의 도전성 버스층(600)은, 한정되는 것은 아니지만, 금속, 합성 재료, 및 합금을 포함하는 도전성 재료를 포함한다. 도전성 버스층(600)의 도전성 재료의 예로는 티타늄, 크롬, 니켈, 및 알루미늄을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 도전성 버스층(600)의 두께는 대략 0.1 ㎛ 내지 대략 2 ㎛ 사이의 범위를 가지며, 이 수치는 도 7b의 방향(903)에 평행한 방향에서 측정했을 때의 값이다. 다른 치수의 두께를 갖는 도전성 버스층도 본 명세서에 개시하고 있는 실시예에 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 도전성 버스층(600)은 제2 도전층(1302) 위에 위치한다. 간섭 변조기의 도전성 버스층(600)은 복수의 도전성 바(conductive bar)를 형성하는데, 도 7a에 도시된 실시예에서는 제2 전극층(1302) 위에 위치해 있다. 각 수평열에 있는 도전성 바는 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 다른 수평열에 있는 도전성 바와는 전기적으로 절연되어 있다. 일부 실시예에서, 각각의 도전성 바는 간섭 변조기의 대응하는 수평열에 있는 제1 전극층(902)과 수평열 구동기 사이에 전기적 연결을 제공한다. 일부 실시예에서, 수평열을 따라 형성되어 있는 도전성 바의 폭은 대략 4 ㎛ 내지 대략 10 ㎛ 사이의 범위를 가지며, 이 수치는 도 7b의 방향(903)에 수직인 방향에서 측정한 것이다. 다른 치수의 폭을 갖는 도전성 바도 본 명세서에 개시하고 있는 실시예에서 사용가능하다.
도 7a 내지 7c에 도시된 실시예에서, 간섭 변조기의 도전성 버스층(600)은 간섭 변조기의 하나 이상의 지지용 포스트(202)의 도전성 부분에 의해, 간섭 변조기의 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결된다. 지지용 포스트(202)는 이동가능한 층과 제2 전극층(1302)을 지지하는 구조체를 제공한다. 일부 실시예에서, 지지용 포스트(202)의 도전성 부분은 도전성 버스층(600)과 제1 전극층(902)의 양자 모두에 전기적으로 연결되지만, 제2 전극층(1302)에는 도 7b에 도시된 바와 같이, 절연 재료(603)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
도 7c는 본 명세서에 개시된 실시예와 호환가능한 도 7a의 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 지지용 포스트(202)를 개략적으로 나타낸 것이다. 연결선(1300)은 지지용 포스트(202)에 기계적으로 연결되어 있지만, 도전성 버스층(600) 및 지지용 포스트(202)의 도전성 부분(700)과는 전기적으로 절연되어 있다. 지지용 포스트(202)의 도전성 부분(700)은 도전성 버스층(600)을 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결시킨다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 지지용 포스트(202)의 도전성 부분(700)은 점선으로 표시된 것과 같이, 일반적으로 원형이다. 일부 다른 실시예에서, 이 도전성 부분(700)은 다른 단면 형상(예컨대, 사각형)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 도전성 부분(700)은 튜브형상, 원통형상 또는 정육면체형상이다. 도전성 부분(700)의 실시예는 도전성 버스층(600)과 제1 전극층(902) 사이에서 균일한 단면 또는 불균일한 단면을 가질 수 있다.
도 7a, 7b, 및 7c에 개략적으로 도시된 실시예의 경우, 도전성 버스층(600)은 제2 전극층(1302) 위에 위치하며, 간섭 변조기에 입사하는 광 또는 간섭 변조기로부터 반사하는 광의 광로로부터 이격되어 있는 것이 좋다. 따라서, 이러한 실시예에서의 도전성 버스층(600)은 간섭 변조기의 광학적 특성을 방해하지 않는다. 또한, 도전성 버스층(600)은 간섭 변조기의 수평열 구동용의 전자 기기와, 다른 구성의 전기적 경로에 비해 전기적 저항이 현저히 낮은 제1 전극층(902)(예컨대, 서로 직렬로 접속된 간섭 변조기의 수평열에서의 제1 전극층(902)) 사이에 전기적 경로를 제공함으로써, 다른 구성에 비해 RC 시상수를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예의 도전성 버스층(600)은 간섭 변조기 디스플레이의 다른 부분에 비해 다양한 여러 위치에 배치된다. 일부 실시예에서, 도 7a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 도전성 버스층(600)은 제2 전극층(1302) 위에 배치된다. 이하 설명하는 바와 같이, 일부 다른 실시예에서, 도전성 버스층(600)은 제1 전극층(902) 내에 또는 이에 인접하여 위치하거나, 제1 전극층(902) 및 제2 전극층(1302)의 사이에 위치한다. 도전성 버스층(600)은 또한 제1 전극층(902)의 아래에 위치하거나, 제2 도전층(1302)과 실질적으로 동일한 평면에 위치할 수도 있다. 도전성 버스층(600)의 다른 구성도 본 명세서에 개시된 실시예에 적용될 수 있다.
도 8a는 도전성 버스층(800)이 제2 전극층(1302) 위에 배치되어 제2 전극층(1302)과 전기적으로 연결되어 있는 간섭 변조기를 갖는 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 일례를 개략적으로 나타낸다. 도 8b는 도 8a의 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 단면을 나타낸다. 일부 실시예에서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 간섭 변조기 디스플레이에서 간섭 변조기의 수직열에 있는 도전성 버스층(800)은 서로 결합하여 복수의 도전성 바를 형성할 수 있다. 각각의 수직열에 있는 도전성 바는 그 수직열에 있는 제2 전극층(1302)을 서로 전기적으로 연결시키지만, 그 수직열에 있는 도전성 바는 다른 수직열에 있는 도전성 바와는 전기적으로 절연되어 있다.
일부 실시예에서, 각각의 도전성 바는 수직열 구동기와, 대응하는 수직열에 있는 제2 전극층(1302) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 일부 실시예에서, 각각의 도전성 버스층(800)은 대응하는 제2 전극층(1302)과 하나 이상의 위치에서 전기적으로 연결된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 도전성 버스층(800)은 지지용 포스트(202) 위의 제2 전극층(1302)에 접속된다. 일부 실시예에서, 수직열을 따라 형성된 도전성 바의 폭은 대략 4㎛ 내지 대략 10㎛ 사이의 범위를 가지며, 이 수치는 도 8b의 방향(903)에 수직인 방향에서 측정된 것이다. 다른 치수의 폭을 갖는 도전성 바도 본 명세서에 개시된 실시예에 적용될 수 있다. 또한, 도전성 버스층(800)은 다른 구성의 전기적 경로에 비해 전기적 저항이 현저히 낮은 간섭 변조기 어레이의 수직열 구동용의 전자 기기들(예컨대, 서로 직렬로 접속된 간섭 변조기의 수직열에서의 제2 전극층(1302)) 사이에 전기적 경로를 제공함으로써, 다른 구성에 비해 RC 시상수를 감소시킬 수 있다.
도 9a는 도전성 버스층(900)이 제1 전극층(902)과 제2 전극층(1302) 사이에 위치한 간섭 변조기를 갖는 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 일례를 개략적으로 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 단면을 나타낸다. 도 9a에 도시된 실시예에서, 도전성 버스층(900)은 제2 전극층(1302)의 아래에 위치하며, 지지용 포스트(202)의 도전성 부분이 된다. 도 9b에 개략적으로 도시된 실시예에서, 각각의 도전성 버스층(900)은 간섭 변조기의 하나의 수평열에 있는 제1 전극층(902)의 각각에는 전기적으로 연결되어 있으며, 간섭 변조기의 다른 수평열에 있는 제1 전극층(902)과는 전기적으로 절연되어 있다.
이러한 일부 실시예에서의 도전성 버스층(900)은 수평열 구동기를, 간섭 변조기의 대응하는 수평열에 있는 제1 전극층(902)과 전기적으로 연결시킨다. 수평열 구동기는 도전성 버스층(900)을 통해, 간섭 변조기 디스플레이의 수평열에 있는 간섭 변조기의 제1 전극층(902)에 전압을 선택적으로 인가한다. 도전성 버스층(900)은, 제1 전극층(902)을 통해서만 간섭 변조기의 수평열을 전기적으로 연결하는 구성보다 현저히 더 낮은 전기적 저항을 갖는 전기적 경로를 제공한다.
도 9c는 도전성 버스층(1000)이 간섭 변조기의 대응하는 수평열에 있는 제1 전극층(902)에 인접하여 위치하면서 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결된 간섭 변조기를 갖는 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 예를 개략적으로 나타낸다. 도 9d는 도 9c의 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 단면을 나타낸다. 이러한 일부 실시예에서의 도전성 버스층(1000)은 수평열 구동기와 간섭 변조기의 대응하는 수평열에 있는 제1 전극층(902)을 전기적으로 연결시킴으로써, 수평열 구동기와, 제1 전극층(902)을 통해서만 간섭 변조기의 수평열을 전기적으로 연결하는 다른 구성보다 훨씬 더 낮은 전기적 저항을 갖는 간섭 변조기 사이에 전기적 경로를 제공한다. 도 9d에 도시된 실시예에서, 도전성 버스층(1000)은 지지용 포스트(202)와, 그 아래에 위치한 제1 전극층(902)의 주변부 사이에 위치한다. 도전성 버스층(1000)은 그 아래에 위치한 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결된다.
도전성 버스층(1000)의 재료는 제1 전극층(902)의 양단에 걸리는 도전성을 증가시키도록 선택된다. 일부 실시예에서, 도전성 버스층(1000)은 알루미늄이나 그 외 다른 도전성 재료를 포함한다. 일부 실시예에서의 제1 전극층(902)과 달리, 도전성 버스층(1000)을 위해 선택된 재료는 불투명한 것으로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 도전성 버스층(1000)은 대략 4㎛ 내지 10㎛ 사이의 범위에 속하는 폭을 가지며, 이 치수는 도 9d의 방향(903)에 대해 수직인 방향에서 측정한 것이다.
일부 실시예에서, 도전성 버스층(1000)과 반사 표면 층(901)의 사이에는 유전체층(906)이 위치한다. 이러한 일부 실시예의 유전체층(906)은 간섭 변조기의 반사 표면 층(901)과 도전성 버스층(1000) 사이의 접촉을 방지하는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 도전성 버스층(1000)을 반사 표면 층(901)의 아래에 위치시키는 것은 간섭 변조기의 입사되는 광과 반사되는 광의 적어도 일부를 차단함으로써 간섭 변조기의 광학적 성능에 불리한 영향을 미칠 수 있다.. 간섭 변조기의 광학적 성능에 대한 도전성 버스층(1000)의 시각적 영향을 감소시키기 위하여, 도 9d의 방향(903)에 대해 수직인 방향에서 측정한 폭보다 작은 폭을 갖는 도전성 버스층(1000)이 이용될 수 있다.
도 9e는 도 9c의 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 다른 실시예의 단면을 나타낸다. 도 9e에 도시된 디스플레이의 간섭 변조기는 이 간섭 변조기의 도전성 버스층(1000)과 정렬되며, 도전성 버스층(1000)과 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 보이는 쪽 사이에 위치하는 마스크 재료(1002)를 갖는다. 이 마스크 재료(1002)는 일반적으로 불투명하고, 도전성 버스층(1000)에 영향을 미치지 않도록, 입사되는 광을 차단하기에 충분한 폭을 갖는 광 흡수성 재료이다. 도 9e에 도시된 실시예에서, 마스크 재료(1002)는 변조기에 입사되는 광과 변조기로부터 반사되는 광을 투과시키는 광 투과성 재료(예컨대, SiO2)와 층(1004)에서 일반적으로 동일 평면을 이루게 된다.
도 10a는 제2 전극층(1302) 위에 위치하는 제1 도전성 버스층(1100)과 제1 도전성 버스층(1100) 위에 위치하는 제2 도전성 버스층(1102)을 갖는 간섭 변조기를 포함하는 간섭 변조기 디스플레이의 3x3 부분의 예를 개략적으로 나타낸다. 도 10b는 도 10a의 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 단면을 나타낸다. 제1 도전성 버스층(1100)은 적어도 하나의 지지용 포스트(202)의 도전성 부분을 통해 간섭 변조기의 수평열에 있는 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결된다. 제2 도전성 버스층(1102)은 간섭 변조기의 수직열에 있는 제2 전극층(1302)에 전기적으로 연결된다. 제1 도전성 버스층(1100)은 지지용 포스트(202)의 절연부(605)를 통해 제2 도전성 버스층(1102)으로부터 전기적으로 절연되어 있다.
도 10b에서, 제1 도전성 버스층(1100)은 하나 이상의 지지용 포스트(202)의 도전성 부분을 통해 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결된다. 제2 도전성 버스층(1102)은 하나 이상의 지지용 포스트(202)의 위에서 제2 전극층(1302)에 전기적으로 연결된다.
일부 실시예에서, 도전성 버스층에 의해 제공되는 낮은 저항값을 갖는 경로에 의해 회로의 RC 시상수를 감소시키는 것이 바람직하다. 직렬로 결합된 제1 전극층(902)을 갖는 복수의 간섭 변조기에 대한 RC 시상수의 예는 간섭 변조기의 수에 따라 5마이크로초 내지 100마이크로초의 범위를 가질 수 있다. 이러한 동일한 복수의 간섭 변조기들은 30 내지 50(ohm/square) 정도의 높은 전기 저항값을 가질 수 있다. 수평열 및 수직열 구동기를 복수의 간섭 변조기의 대응하는 제1 전극층(902) 및 제2 전극층(1302)에 전기적으로 연결하기 위해 도전성 버스층을 사용함으로써, 회로의 전기적 저항을 감소시키고, 결과적으로 RC 시상수를 감소시키게 된다.
기계적 층(mechanical layer) 위에 도전성 버스를 제조하는 방법
제2 전극층(1302)상에 도전성 버스 구조체를 형성하는 일련의 공정 단계의 일례를 도 11a 내지 11q에 개략적으로 나타낸다. 도 11a는 기판(1106) 위에 블랙 마스크(1800)를 침적한 것을 나타낸다. 일부 실시예에서, 블랙 마스크(1800)는 몰리브덴을 포함하여 구성된다.
도 11b는 기판(1106)의 상단에 섬모양의 부분을 형성하기 위하여 패터닝 및 에칭 처리된 블랙 마스크(1800)를 나타낸다. 도 11c는 기판(1106)과 블랙 마스크(1800) 위에 산화물층(1802)을 침적하고, 산화물층(1802) 위에 금속층(904)과 제1 전극층(902)을 침적한 것을 나타낸다. 일부 실시예에서, 금속층(904)은 크롬을 포함하여 구성되고, 제1 전극층(902)은 인듐주석산화물(ITO)을 포함하여 구성된다.
도 11d는 수직열, 수평열, 또는 디스플레이 설계에 따른 다른 유용한 구성에 적용될 수 있는 간섭 변조기와 전극을 형성하기 위해 패터닝 및 에칭 처리되는 금속층(904) 및 제1 전극층(902)을 나타낸다. 도 11a 내지 11q에 도시된 실시예에서, 제1 전극층(902)은 수직열 전극으로서 이용될 수 있다.
도 11d에 도시된 바와 같이, 금속층(904), 제1 전극층(902), 및 산화물층(1802) 위에는 유전체(예컨대, 산화실리콘)층이 형성된다.
도 11e는 희생층(1804)을 형성한 것을 나타낸다. 희생층(1804)에 의해 캐비티의 치수가 결정되며, 이 캐비티 위에 반사 표면(901)이 부유된다. 캐비티의 간섭 특성은 캐비티의 깊이에 직접적인 영향을 받는다. 컬러 간섭 변조기를 갖는 일부 실시예는 상이한 깊이를 갖는 캐비티를 포함하는 변조기를 구성한다. 이러한 상이한 깊이를 갖는 캐비티에 의해 적색, 녹색 및 청색의 컬러가 제공된다. 다양한 캐비티 치수를 생성하기 위하여, 상이한 컬러를 갖는 간섭 변조기의 각각에 대해 상이한 두께를 갖는 희생층(1804)이 침적된다.
예컨대, 일부 실시예에서, 제1 희생층이 침적, 마스크, 및 패터닝 처리되는데, 이 제1 희생층에 의해 제1 변조기의 영역이 정해진다. 다음에, 제2 희생층이 침적 및 패터닝 처리되어, 그 위에 형성된 제1 변조기와 제2 변조기의 조합된 영역이 정해진다. 제1 간섭 변조기의 영역에서의 제1 희생층과 제2 희생층를 조합한 두께는 제2 간섭 변조기의 영역에서의 제2 희생층의 두께보다 더 두껍다. 다음으로, 일부 실시예에서, 컬러용 간섭 변조기의 각각의 세트를 위한 제1, 제2, 및 제3 간섭 변조기의 조합된 영역을 정하는 제2 희생층의 위에 제3 희생층을 형성한다. 제3 희생층은 일부 실시예에서는 패터닝할 필요가 없다. 왜냐하면 이 제3 희생층의 두께가 컬러용 간섭 변조기 세트를 이루는 3개의 변조기의 두께를 넘지 않기 때문이다.
이들 3개의 희생층은 각각 상이한 두께를 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 컬러용 간섭 변조기의 세트 중 제1 변조기가 3개의 희생층을 조합한 두께와 동일한 캐비티 두께를 가지게 된다. 컬러용 간섭 변조기 세트 중 제2 변조기는 3개의 희생층 중 2개를 조합한 두께와 동일한 캐비티 깊이를 갖는다. 컬러용 간섭 변조기 세트의 제3 변조기는 3개의 희생층 중 하나의 두께와 동일한 캐비티 두께를 갖는다. 희생층을 제거하게 되면, 이들 3개의 희생층의 두께를 다양하게 조합하는 것에 의하여 캐비티의 치수를 다양하게 할 수 있게 됨으로써, 적색, 녹색 및 청색과 같은 3가지 상이한 컬러를 생성하게 된다.
도 11f는 유전체층(906) 위에 반사 표면 층(1901)을 침적한 것을 나타낸다. 도 11g에서, 반사 표면 층(1901)이 패터닝 및 에칭되어, 반사 표면 층(1901)의 섬모양 부분을 형성하게 된다.
도 11h는 반사 표면 층(1901)과 유전체층(906) 위에 희생층(1810)을 침적한 것을 나타낸다. 일부 실시예에서, 희생층(1810)은 몰리브덴을 포함한다.
도 11i에서, 도전성 버스의 홀(1812)과 반사 표면 층의 홀(1814)을 형성하기 위해 희생층(1810)이 패터닝 및 에칭 처리된다. 도전성 버스의 홀(1812)은 희생층(1810)과 중간층을 통하여 제1 전극층(902)까지 연장된다. 반사 표면 층의 홀(1814)은 희생층(1810)을 통하여 반사 표면 층(1910)까지 연장된다.
도 11j에서, 도전성 층(1816)은 희생층(1810)의 위와, 도전성 버스의 홀(1812) 및 반사 표면 층의 홀(1814) 내에 침적된다. 도전성 층(1816)은 도전성 버스의 홀(1812)을 통해 제1 전극층(902)에 전기적으로 연결된다. 도전성 층(1816)은 또한 반사 표면 층의 홀(1814)을 통해 반사 표면 층(1901)에 전기적으로 연결된다.
도 11k에서, 도전성 층(1816)은 도전성 버스 구조체(1820)과 반사 표면 층 연결부(1818)를 형성하기 위해 패터닝 및 에칭 처리된다. 도 11k에 도시된 반사 표면 층 연결부(1818)는 도전성 버스 구조체(1820)와는 전기적으로 절연되어 있다.
도 11l에서, 유전체층(1824)이 침적된다. 도 11m에서, 유전체층(1824)은 이 유전체층(1824)의 도전성 버스 구조체(1820)와 반사 표면 층 연결부(1818) 사이에 해당하는 부분을 제거하도록 패터닝 및 에칭 처리된다.
도 11n은 희생층(1826)을 침적한 것을 나타낸다. 도 11o에서, 희생층(1826)은 제2 전극층(1302)을 위한 랜딩부(1828)를 형성하도록 패터닝 및 에칭 처리된다. 도 11p에서, 제2 전극층(1302)이 침적, 패터닝 및 에칭 처리된다. 도 11q에서는 희생층(1804, 1810, 1826)을 제거하며, 이에 따라 버스 구조체(1820)를 갖는 간섭 변조기가 형성된다.
앞서 설명한 특징들 중 하나 또는 이들을 조합하면, 간섭 변조기의 커패시턴스를 감소시킬 수 있다. 회로의 커패시턴스를 감소시키면 RC 시상수가 감소된다.
리프레시 속도
제1 전극층(902)과 제2 전극층(1302)의 양단에 인가되는 전압을 충전 및 방전시키거나 또는 변경하는데 필요한 시간은 디스플레이의 리프레시 속도에 영향을 미친다. 예컨대, 인가되는 전압을 변경시키기 위한 제2 전극층(1302)의 응답 시간을 감소시키면 디스플레이의 리프레시 시간을 줄일 수 있다. 디스플레이를 더 빠르게 리프레시시키면 후속하는 프레임 간의 전환을 크게 줄일 수 있다.
이미지 해상도
일부 실시예에서, 간섭 변조기 어레이의 후면을 따라 복잡한 경로 라인들이 형성되어 있는 도전성 버스 구조체를 이용함으로써 그레이 스케일 디스플레이 기술을 향상시킬 수 있다. 그레이 스케일 이미지를 디스플레이하기 위한 기술에는 픽셀을 부분 분할하여 복수의 간섭 모듈이나 더 작은 서브 픽셀로 만드는 기술이 포함된다. 각각의 픽셀이 많은 서브 픽셀을 가짐으로써 그레이 스케일의 명도 단계를 더 많게 할 수 있다. 그러나 서브 픽셀의 수를 증가시키게 되면, 디스플레이 어레이의 주위에 위치한 수평열 구동기 및 수직열 구동기의 경로 설정이 더 복잡하게 된다.
일부 실시예에서, 도전성 버스 구조체를 사용하게 되면 그레이 스케일 디스플레이를 향상시키게 된다. 시간적 변조에서, 그레이 스케일 이미지의 각각의 간섭 변조기는, 디스플레이에서 강도 레벨의 편차가 생기는 것을 관찰자가 인식하도록 하기 위하여, 펄스화되거나 신속하게 리프레시된다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기의 리프레시 또는 변조 속도는 상술한 하나 이상의 변형예를 사용함으로써 증가한다. 리프레시 속도는 이하의 연산을 행함으로써 계산될 수 있다.
T_line = T_rc + T_interferometric modulator
여기서 T_line은 1 라인을 갱신하는데 필요한 시간이고;
T_rc는 라인에 대한 RC 시상수이며;
T_interferometric modulator는 간섭 변조기의 기계적인 응답 시간이다.
다음으로:
T_refresh = n_rows x T_line
여기서 T_refresh는 스크린 전체를 갱신하는데 필요한 시간이며;
n_rows는 디스플레이 상의 수평열의 개수이다.
다음으로:
Screen Refresh Rate = 1 / T_refresh
여기서, Screen Refresh Rate는 디스플레이 전체의 갱신 속도로서, 통상적으로 헤르츠(Hz)로 나타낸다.
따라서 T_rc가 도전성 버스를 사용하여 감소됨에 따라, T_line이 감소하고 T_refresh도 감소하게 된다. T_refresh가 감소함에 따라, Screen Refresh Rate는 증가하고, 시간적 변조가 향상된다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 제1 전극층(902)은 제1 전극층(902)에 대해 선택된 재료에 따라 고유 도전도을 갖는다. 간섭 변조기의 전기적 회로의 저항은 제1 전극층(902)에 도전도이 높은 재료를 사용하여 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극층(902)에 대해 선택된 재료는 인듐주석산화물(ITO)과 비교하여 더 높은 도전도을 갖는 아연주석산화물(ZnTO)을 포함하여 구성된다.
제1 전극층(902)의 두께는 변경가능하다. 일부 실시예에서, 제1 전극층의 두께는 300Å 내지 2,000Å 사이의 범위를 가질 수 있으며, 이 수치는 도 7b의 방향(903)에 평행한 방향에서 측정한 값이다. 다른 두께를 갖는 제1 전극층(902)도 사용될 수 있다.
제1 전극층(902)을 제2 전극층(1302)으로부터 분리시키는 산화물층이나 유전체 재료(906)에 대해 낮은 유전 상수를 갖는 재료가 선택될 수 있다. 낮은 유전 상수를 갖는 재료는 제1 전극층(902)로부터 제2 전극층(1302)을 전기적으로 절연시킴으로써, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 전하 또는 전압이 축적되도록 한다. 유전체층(906)에 축적되는 전압 또는 전하에 의해 제2 전극층(1302)에 영향을 미치는 정전기력을 형성할 수 있다. 낮은 유전 상수를 갖는 재료를 사용하면 전기적 회로의 RC 시상수를 감소시킬 수 있다. 예컨대, 낮은 유전 상수(K)를 갖는 재료는 이산화규소(3.8)로 만들어지는 유전체보다 더 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체층(906)의 유전 상수는 2.0 정도로 낮다.
커패시턴스의 감소
전기적 회로의 커패시턴스를 감소시키기 위해 상이하고 추가적인 재료가 부가될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체층(906)에 사용하기 위해 선택되는 재료는 전기적 회로의 커패시턴스를 감소시킬 수 있다. 이러한 재료로는 스핀-온-글래스(SOG), SiN, SiO2, AlO2, 및 이들 재료를 하나 이상 합성한 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 유전체층(104)은 금속층(904)과 제1 전극층(902)의 사이에 제공된다. 일부 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 유전체층(104)은 금속층(904)과 제1 전극층(902)의 사이에 위치한다. 이 부가되는 유전체층(104)은 유전체 또는 산화물층(906)에 부가된다. 이러한 실시예에서, 유전체층(104)은 제1 전극층(902)의 전기적 기능으로부터 금속층(904)의 광학적 기능을 분리시킨다. 일부 실시예에서, 이러한 구성은 디스플레이의 이미지 품질에 바람직하지 않은 영향을 주지는 않는다.
간섭 변조기의 일부 실시예에서, 제2 유전체층(104)을 추가하는 것에 의한 커패시턴스의 감소는, 반사 표면(901)이 "부근"에 있을 때 유전체층(906)과 제2 유전체층(104)의 두께에 대한 함수가 된다. 일부 실시예에서, 2개의 유전체층(906, 104)은 동일한 재료를 포함하여 구성될 수 있고, 다른 실시예에서 2개의 유전체층은 상이한 재료를 포함하여 구성될 수도 있다. 간섭 변조기의 커패시턴스는 유전체층(906)과 제2 유전체층(104)이 동일한 재료로 이루어진 경우, 이하의 등식에 의해 근사치를 구할 수 있다.
커패시턴스 ~ (반사 표면(901)의 면적) x (유전 상수) x (유전율 상수) / (상단 유전체(906)의 두께 + 바닥 유전체(104)의 두께)
일부 실시예에서, 유전체층(906)의 두께는 변경 가능하다. 도 13에 도시된 바와 같이, 유전체층(906)은 하나 이상의 에어갭(1900)을 포함하며, 이 에어갭은 유전체층(906) 내에 배치된다.
도 14 및 17은 제1 전극층(902)의 외주 부분과 전기적으로 절연된 제1 전극층(902)의 중심 부분을 각각 갖는 수평열 및 수직열로 정렬된 인접하는 간섭 변조기(110)의 어레이를 나타낸다. 일부 실시예에서, 제1 전극층(902)의 절단에 의해 중심 부분이 외주 부분과 분리된다. 이러한 일부 실시예에서, 제1 전극층(902)의 간섭 변조기를 구동하는데 필요한 부분이 감소됨에 따라, 회로의 커패시턴스를 감소시키게 된다.
일부 실시예에서는, 외주 부분만이 제1 전극층(902)의 전기적 활성 영역에 영향을 미치게 할 수 있다. 이 실시예에서, 외주 부분은 도전성 버스 구조체에 전기적으로 연결된다. 다른 실시예에서는, 중심 부분만이 제1 전극층(902)의 전기적 활성 영역에 영향을 미치도록 할 수 있다. 이 실시예에서는, 중심 부분이 도전성 버스 구조체에 전기적으로 연결된다. 도 15 및 16은 도 14에서 두 개의 인접하는 간섭 변조기의 외주 부분(902b)으로부터 전기적으로 절연된, 전기적으로 활성 영역인 중심 부분(902a)을 갖는 2개의 인접하는 간섭 변조기의 단면을 나타낸다.
도 17은 수평열과 수직열로 정렬된 간섭 변조기(112)의 어레이를 나타내며, 여기서 각각의 간섭 변조기(112)는 제1 전극층(902)의 2개의 외주 부분(902b)과 전기적으로 절연된 수직열 부분(902c)이 있는 제1 전극층(902)을 갖는다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 외주 부분(902c, 902d, 902e)은 제1 전극층(902)의 전기적으로 활성 영역에 영향을 미치며, 하나 이상의 외주 부분(902c, 902d, 902e)은 제1 전극층(902)의 전기적으로 활성 영역에 영향을 미치지 않는다. 도 18은 도 17에서 2개의 간섭 변조기의 전기적으로 비활성 영역인 수직열 부분(902c)과 전기적으로 절연된 전기적으로 활성 영역인 외주 부분(902d, 902e)을 갖는 2개의 간섭 변조기(112)의 단면을 나타낸다.
도19 및 20은 2개 이상의 전기적 활성 영역(404a-404e)을 포함하는 제1 전극층(902)을 갖는 간섭 변조기의 실시예를 나타낸다. 전기적 활성 영역(404a-404e)과 제2 전극층(1302)은 제2 전극층(1302)을 전기적 활성 영역(404a-404e)쪽으로 끌어 당기는 정전기력을 형성한다. 제2 전극층(1302)이 전기적 활성 영역(404a-404e)쪽으로 이동함에 따라, 반사 표면(901)은 기판(1106)과 금속층(904)에 대해 대응하는 거리를 이동한다. 반사 표면(901)의 이동에 의해 상술한 바와 같이 간섭 변조기가 "온" 또는 "오프"로 된다. 이 2가지 기능을 분리함으로써, 광학적 층(또는 기계적 층)의 전기적으로 활성화되는 부분의 영역이, 광학적 층(또는 기계적 층)의 광학적 부분의 영역보다 더 작게 감소될 수 있다.
소비 전력의 감소
전기적 회로의 저항이나 커패시턴스를 감소시킴으로써 생기는 이점 중 하나는 소비 전력의 감소이다. 예컨대, 간섭 변조기의 어레이를 충전 및 방전시키기 위하여, 수직열 구동기와 수평열 구동기는 간섭 변조기를 충전하고 방전시키기 위한 전력을 필요로 한다. 각각의 간섭 변조기의 커패시턴스를 감소시킴으로써, 수평열 구동기와 수직열 구동기는 각각의 간섭 변조기를 구동시킬 때 낮은 전압을 인가할 수 있다. 일부 실시예에서, 간섭 모듈의 기계적 강성도(mechanical stiffness)를 변경함으로써 및/또는 간섭 변조기 내의 정전기력의 강도를 변경함으로써, 작동 전압을 감소시킬 수 있다.
예컨대, 간섭 모듈의 형상을 변경하면, 제2 전극층(1302)의 기계적 강성도를 감소시킬 수 있다. 형상 변경의 예로는 인접하는 지지용 포스트(202) 사이의 간격을 증가시키거나, 제2 전극층(1302)의 형태를 변경하는 것이 포함된다. 일부 실시예에서, 지지용 포스트(202) 간의 공칭 간격을 증가시키면, 이 지지용 포스트에 부착되는 제2 전극층(1302)의 유연성을 증가시킬 수 있다. 이처럼 유연성을 증가시키게 되면, 제2 전극층(1302)과 반사 표면(901)에 의해 낮은 작동 전압을 인가하는 수직열 구동기 또는 수평열 구동기에 따라 상태가 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 21에 도시된 바와 같이, 제2 전극층(1302)의 형상은 기계적인 스프링과 같은 기능을 수행하도록 변경될 수 있다. 기계적인 스프링의 설계는 반사 표면(901)을 제2 전극층(1302)으로부터 분리시킨다. 연결선(120)은 반사 표면(901)이 위아래로 이동하는 동안 스프링 부분을 구성한다. 일부 실시예에서, 반사 표면(901)은 반사 표면 층과 같은 단단한 몸체의 일부를 구성한다. 이러한 구성에 의하면, 연결선(120)과 반사 표면(901)은, 그 중 하나가 이동하는 것이 다른 것에 실질적으로 영향을 미치지 않는다는 점에서 분리되어 있다.
제2 전극층(1302)에 대한 재료를 선택하는 것은 작동 전압에 영향을 미칠 수 있다. 보다 유연한 재료를 선택함으로써 제2 전극층(1302)의 유연성을 증가시킬 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 일부 실시예에서, 수평열 구동기 및 수직열 구동기는 낮은 작동 전압을 인가하며, 반사 표면 층을 원하는 위치에 배치할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 전극층(1302)은 알루미늄 등의 보다 유연한 재료를 포함하여 구성됨으로써, 반사 표면 층(901)이 니켈을 포함하여 구성되는 제2 전극층(1302)보다 낮은 작동 전압에 반응하도록 할 수 있다. 제2 전극층(1302)용으로 이용할 수 있는 재료의 다른 예로는, 이에 한정되지는 않지만, Cr, Cu, 산화물과 금속으로 이루어지는 합성 재료(예컨대, 알루미늄으로 둘러 싼 질화실리콘), 금속으로 보강한 유기 필름(예컨대, 임의의 금속으로 도금한 포토레지스트)을 포함한다. 제2 전극층(1302)의 기계적인 강성도는 제2 전극층(1302)의 두께를 감소시킴으로써 더 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 전극층(1302)은 대략 500Å의 두께를 갖는다.
작동 전압을 감소시키기 위한 일부 실시예에서의 다른 기술로서, 제1 전극층(902)과 제2 전극층(1302) 사이에서 생성되는 전계의 강도를 변경하는 것이 있다. 전계의 강도를, 제1 전극층(902)을 패터닝하여 증가시킴으로써, 전기적 활성 영역의 면적을 감소시킬 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전기적으로 활성화되는 부분을 형성하는 간섭 변조기의 영역이 감소된다. 도 14 내지 18에 도시된 것과 같이 전기적 활성 영역을 감소시킴으로써 전극을 패터닝하는 것은 모든 다른 파라미터가 일정하게 유지된다는 가정하에서 작동 전압을 증가시키는 효과를 갖는다.
작동 전압은 일부 실시예에서 높은 유전 상수를 갖는 하나 이상의 유전체층(906)을 위한 재료를 선택함으로써 더 감소시킬 수 있다. 먼저, 유전 상수와 작동 전압간의 관계는 다음과 같다:
V ~ 1/(K^1/2)
작동 전압은 유전 상수의 제곱근에 반비례한다. 따라서, 유전 상수가 증가할수록, 제2 전극층(1302)을 제1 전극층(902)쪽으로 끌어당기기 위한 전압이 덜 필요하게 된다. 높은 유전 상수를 갖는 재료는 결과적으로 제1 전극층과 제2 전극층간의 정전기력을 증가시킨다.
일부 실시예에 따른 픽셀 구성(602)의 일례를 도 22에 도시되어 있다. 이 도면은 관찰자가 기판(106)의 앞면을 본 것으로서, 적색, 녹색 및 청색의 3가지 컬러가 각각 3개씩 있는 9개의 소자로 구성되어 있다. 도시된 바와 같이, 변조기 1400a, 1400b, 1400c는 적색에 대응하고, 변조기 1400d, 1400e, 1400f는 녹색에 대응하며, 변조기 1400g, 1400h, 1400i는 청색에 대응할 수 있다. 도 22에 개략적으로 도시된 본 실시예의 간섭 변조기의 어레이는 이미지를 표시하는 디스플레이 표면을 제공하기 위하여, N x N 행렬로 정렬되어 있다.
이들 3가지 상이한 컬러(적색, 녹색 및 청색)는 일부 실시예에서 미러와 광학적 스택 사이의 거리를 변경함으로써 얻을 수 있다. 전압이 변조기에 인가될 때, 이들 변조기는 전극을 향해 균일한 거리를 이동할 수 있으며, 또는 전극을 향해 상이한 거리를 이동할 수 있다. 사실상, 9개의 변조기들은 캐비티 전체를 관통할 수 있으며, 기판(106)과 직접 접촉할 수 있는 부근까지 이동한다. 정지 상태에서 캐비티의 치수는 도 23, 24, 및 25에 수직 치수 1500, 1600, 및 1700으로 표시되어 있다. 일실시예에서, 수직 치수 1500, 1600, 및 1700은 각각 4000옹스트롬(Å), 3000Å, 및 2000Å이다.
간섭 변조기는 미세하며, 통상 한 변이 25-60㎛(인치당 400-100 도트)이다. 따라서, 일부 실시예에서는, 많은 간섭 변조기 소자를 집단화할 수 있어서, 모노크롬, 컬러, 또는 그레이 스케일 디스플레이에서 픽셀 또는 서브 픽셀로서 서브 픽셀로서 함께 구동된다. 예컨대, 각각의 간섭 변조기는 모노크롬 디스플레이에서 단일의 디스플레이 픽셀에 대응할 수 있다. 컬러 또는 그레이 스케일 디스플레이에서, 일부 실시예에서의 각각의 간섭 변조기의 컬러 또는 명암은 광학적 층과 기계적 층 사이의 에어갭의 크기에 의해 결정된다. 상이한 명암 또는 컬러를 갖는 복수의 서브 요소들은 그레이 스케일 또는 컬러 픽셀을 형성한다. 평판 디스플레이를 형성하기 위하여, 간섭 변조기의 대형 어레이가, 바람직한 포맷(예컨대, 5인치의 풀컬러 VGA)으로 제조되어 패키지화된다.
일부 실시예에서 변조기(1400A)의 반사 표면 층(901)은 이 반사 표면 층(901)을 일정한 거리(수직 치수; 1500)만큼 이격시켜 위치되도록 구성된 후면 지지부, 유연한 층, 및 지지용 포스트 인터페이스를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 변조기(1400D)의 반사 표면(901)은 이 반사 표면을 거리(1500)보다 짧은 거리(1600)만큼 이격시켜 위치되도록 구성된 후면 지지부, 유연한 층, 및 지지용 포스트 인터페이스를 가질 수 있다. 마지막으로, 일부 실시예에서 변조기(1400G) 의 반사 표면 층(901)은 반사 표면층을 거리(1600)보다 짧은 거리(1700)만큼 이격시켜 위치되도록 구성된 후면 지지부, 유연한 층, 및 지지용 포스트 인터페이스를 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 일부 실시예에서 지지부의 기계적 속성 및/또는 물리적 제한요소를 제어하여, 3가지의 상이한 치수를 갖는 캐비티가 가능하고, 이에 따라 3가지 상이한 픽셀의 컬러가 생성된다.
다르게는, 유연한 층과 지지부의 상이한 특성을 조작하여, 동일한 전압을 인가할 때 반사 표면 층(901)의 이동 거리를 다르게 하는 것이 가능하다. 또 다른 예로서, 변조기는 모두 동일한 구조를 가질 수 있지만, 상이한 컬러에 대해서는 상이한 전압이 인가된다.
도 26a 및 26b는 디스플레이 기기(2040)의 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 디스플레이 기기(2040)는, 예컨대, 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 텔레비전이나 휴대용 미디어 플레이어와 같이 디스플레이 기기(2040)와 동일한 구성품이나 약간 변형된 것도 디스플레이 기기의 여러 가지 형태의 예에 해당한다.
디스플레이 기기(2040)는 하우징(2041), 디스플레이(2030), 안테나(2043), 스피커(2045), 입력 기기(2048), 및 마이크(2046)를 포함한다. 하우징(2041)은 일반적으로 사출 성형이나 진공 성형을 포함하여 해당 기술분야에서 잘 알려진 여러 가지 제조 공정 중 어느 것에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 하우징(2041)은, 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하여 여러 가지 재료 중 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 일실시예에서, 하우징(2041)은 분리가능한 부분(도시되지 않음)을 포함하고, 이 분리가능한 부분은 다른 색깔이나 다른 로고, 그림 또는 심볼을 가진 다른 분리가능한 부분으로 교체될 수 있다.
본 예의 디스플레이 기기(2040)의 디스플레이(2030)는, 여기서 개시한 쌍안정(bi-stable) 디스플레이를 포함하여, 여러 가지 디스플레이 중 어느 것이어도 무방하다. 다른 실시예에서, 디스플레이(2030)는, 상술한 바와 같은, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD 등과 같은 평판 디스플레이와, 해당 기술분야에서 당업자에게 잘 알려진 바와 같은, CRT나 다른 튜브 디스플레이 기기 등과 같은 비평판 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명하기 위해, 디스플레이(2030)는 여기서 설명하는 바와 같이 간섭 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시된 디스플레이 기기(2040)의 일실시예에서의 구성요소가 도 26b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예의 디스플레이 기기(2040)는 하우징(2041)을 포함하고, 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치되어 있는 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 본 예의 디스플레이 기기(2040)가 송수신기(2047)와 연결된 안테나(2043)를 포함하는 네트워크 인터페이스(2027)를 포함할 수 있다. 송수신기(2047)는 프로세서(2021)에 연결되어 있고, 프로세서(2021)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(2052)에 연결되어 있다. 컨디셔닝 하드웨어(2052)는 신호를 고르게 하도록(예컨대, 신호를 필터링하도록) 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(2052)는 스피커(2045)와 마이크(2046)에 연결되어 있다. 프로세서(2021)는 입력 기기(2048)와 드라이버 컨트롤러(2029)에도 연결되어 있다. 드라이버 컨트롤러(2029)는 프레임 버퍼(2028)와 어레이 드라이버(2022)에 연결되어 있고, 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(2030)에 연결되어 있다. 전원(2050)은 예시된 디스플레이 기기(2040)의 특정 설계에 따라 요구되는 모든 구성요소에 전력을 공급한다.
네트워크 인터페이스(2027)는 예시된 디스플레이 기기(2040)가 네트워크를 통해 하나 이상의 기기들과 통신할 수 있도록 안테나(2043)와 송수신기(2047)를 포함한다. 일실시예에서, 네트워크 인터페이스(2027)는 프로세서(2021)의 부담을 경감하기 위해 어느 정도의 처리 능력을 가질 수도 있다. 안테나(2043)는 신호를 송수신하는 것으로서, 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 어떠한 안테나라도 무방하다. 일실시예에서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하여 IEEE802.11 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시예에서, 안테나는 블루투스 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 휴대 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 휴대폰 네트워크를 통한 통신에 사용되는 공지의 다른 신호를 수신하도록 설계된다. 송수신기(2047)는 안테나(2043)로부터 수신한 신호를, 프로세서(2021)가 수신하여 처리할 수 있도록 전처리한다. 또한, 송수신기(2047)는 프로세서(2021)로부터 수신한 신호를, 안테나(2043)를 통해 본 예의 디스플레이 기기(2040)로부터 전송될 수 있도록 처리한다.
다른 실시예에서, 송수신기(2047)를 수신기로 대체할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 네트워크 인터페이스(2027)는 프로세서(2021)로 전송될 이미지 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스로 대체될 수 있다. 예컨대, 이미지 소스는 이미지 데이터를 담고 있는 DVD나 하드디스크 드라이브일 수도 있고, 이미지 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수도 있다.
프로세서(2021)는 일반적으로 본 예의 디스플레이 기기(2040)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(2021)는 네트워크 인터페이스(2027)나 이미지 소스로부터 압축된 이미지 데이터 등을 수신하여, 이를 본래의 이미지 데이터 또는 본래의 이미지 데이터로 처리될 수 있는 포맷으로 가공한다. 그런 다음, 프로세서(2021)는 가공된 데이터를 드라이버 컨트롤러(2029)나 저장을 위한 프레임 버퍼(2028)로 보낸다. 전형적으로, 본래의 데이터는 이미지 내의 각 위치에 대한 이미지 특성을 나타내는 정보를 말한다. 예컨대, 그러한 이미지 특성은 컬러, 채도, 명도(그레이 스케일 레벨)를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 프로세서(2021)는 마이크로컨트롤러, CPU, 또는 예시된 디스플레이 기기(2040)의 동작을 제어하는 논리 유닛을 포함한다. 일반적으로, 컨디셔닝 하드웨어(2052)는, 스피커(2045)로 신호를 보내고 마이크(2046)로부터 신호를 받기 위해, 증폭기와 필터를 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(2052)는 예시된 디스플레이 기기(2040) 내의 별도의 구성요소일 수도 있고, 또는 프로세서(2021)나 다른 구성요소 내에 통합되어 있을 수도 있다.
드라이버 컨트롤러(2029)는 프로세서(2021)에 의해 생성된 본래의 이미지 데이터를 이 프로세서(2021)로부터 직접 또는 프레임 버퍼(2028)로부터 받아서, 이를 어레이 드라이버(2022)에 고속으로 전송하기에 적합한 포맷으로 재구성한다. 구체적으로, 드라이버 컨트롤러(2029)는 디스플레이 어레이(2030)를 가로질러 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가지도록 본래의 이미지 데이터를 래스터(raster)와 같은 포맷을 가진 데이터 흐름으로 재구성한다. 그런 다음, 드라이버 컨트롤러(2029)는 재구성된 정보를 어레이 드라이버(2022)로 보낸다. 종종 액정 디스플레이의 컨트롤러 등과 같은 드라이버 컨트롤러(2029)가 독립형 집적 회로(stand-alone IC)로서 시스템 프로세서(2021)와 통합되기도 하지만, 이러한 컨트롤러는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 이러한 컨트롤러는 프로세서(2021)에 하드웨어 또는 소프트웨어로서 내장될 수도 있고, 또는 어레이 드라이버(2022)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(2022)는 드라이버 컨트롤러(2029)로부터 재구성된 정보를 받아서, 이 비디오 데이터를 디스플레이의 x-y 행렬의 픽셀들로부터 이어져 나온 수 백 때로는 수 천 개의 리드선에 초당 수 회에 걸쳐 인가되는 병렬의 파형 세트로 변환한다.
일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(2029), 어레이 드라이버(2022), 및 디스플레이 어레이(2030)는 여기서 기술한 어떠한 형태의 디스플레이에 대해서도 적합하다. 예컨대, 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(2029)는 종래의 디스플레이 컨트롤러 또는 쌍안정 디스플레이 컨트롤러(예컨대, 간섭 변조기 컨트롤러)이다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(2022)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예컨대, 간섭 변조기 디스플레이)이다. 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(2029)는 어레이 드라이버(2022)와 통합되어 있다. 그러한 예는 휴대폰, 시계 및 다른 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에서는 일반적인 것이다. 또 다른 실시예에서, 디스플레이 어레이(2030)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예컨대, 간섭 변조기 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.
입력 기기(2048)는 사용자로 하여금 예시된 디스플레이 기기(2040)의 동작을 제어할 수 있도록 한다. 일실시예에서, 입력 기기(2048)는 쿼티(QWERTY) 키보드나 전화기 키패드 등의 키패드, 버튼, 스위치, 터치 스크린, 압력 또는 열 감지 막을 포함한다. 일실시예에서, 마이크(2046)는 예시된 디스플레이 기기(2040)의 입력 기기이다. 기기에 데이터를 입력하기 위해 마이크(2046)가 사용되는 경우에, 예시된 디스플레이 기기(2040)의 동작을 제어하기 위해 사용자는 음성 명령을 제공할 수 있다.
전원(2050)은 해당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 에너지 저장 기기를 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 전원(2050)은 니켈-카드뮴 전지나 리튬-이온 전지와 같은 재충전가능한 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(2050)은 재생가능한 에너지원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지와 태양 전지 도료를 포함하는 태양 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(2050)은 콘센트로부터 전력을 공급받도록 구성된다.
몇몇 구현예에서는, 상술한 바와 같이, 전자 디스플레이 시스템 내의 여러 곳에 위치될 수 있는 드라이버 컨트롤러의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수 있다. 어떤 경우에는, 어레이 드라이버(2022)의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수도 있다. 해당 기술분야의 당업자라면 임의의 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소로도 상술한 최적화 상태를 구현할 수 있고, 또 여러 가지 다양한 구성으로 구현할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
이상의 설명에서는 여러 가지 실시예에 적용된 본 발명의 신규한 특징을 보여주고, 설명하고 또 지적하였지만, 본 발명의 사상으로부터 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자가 예시된 기기 또는 공정의 상세한 구성이나 형태로부터 다양하게 생략하고 대체하고 변경하는 것이 가능하다는 것을 알아야 한다. 간섭 변조기를 이용하여 앞서 설명한 특징들을 사용하는 방법은 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 이들 특징들 중 하나 이상은 임의의 실시예 뿐만 아니라 간섭 변조기의 다른 구성이 잘 작용하도록 채택될 수 있다. 인식하고 있는 바와 같이, 몇몇 특징은 다른 특징들과 분리되어 사용되거나 실현될 수 있으므로, 본 발명은 여기에 개시된 특징과 장점을 모두 가지고 있지는 않은 형태로 구현될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 기전(electromechanical) 장치로서,
    (1) 구조체의 어레이로서, 각각의 상기 구조체는,
    제1 전극층; 및
    제2 전극층 및 반사 표면을 포함하며, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 사이에 인가되는 전압에 응답하여 상기 제1 전극층을 향하는 방향으로 변형가능한 가동층을 포함하고,
    상기 어레이의 상기 제1 전극층은 제1 방향으로 직렬로 전기적으로 연결되어 있고,
    상기 어레이의 상기 제2 전극층은 제2 방향으로 직렬로 전기적으로 연결되어 있는, 구조체의 어레이; 및
    (2) 상기 제1 전극층들 사이의 상기 제1 방향으로의 전기적 연결과 평행한 상기 제1 전극층 또는 상기 제2 전극층들 사이의 상기 제2 방향으로의 전기적 연결과 평행한 상기 제2 전극층의 어느 한 쪽에 전기적으로 연결되어 있는 도전성 버스 구조체
    를 포함하는, 기전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 상기 제1 방향으로 행(rows)을 형성하고, 상기 제2 전극층은 상기 제2 방향으로 열(columns)을 형성하는, 기전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 상기 제1 방향으로 열(columns)을 형성하고, 상기 제2 전극층은 상기 제2 방향으로 행(rows)을 형성하는, 기전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어레이의 상기 제1 전극층들은 상기 제2 방향으로 전기적으로 서로 절연되어 있고, 상기 어레이의 상기 제2 전극층들은 상기 제1 방향으로 전기적으로 절연되어 있는, 기전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 간섭 변조기를 포함하는, 기전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 상기 구조체는 광학 스택(optical stack)을 더 포함하고, 상기 광학 스택은 상기 제1 전극층을 포함하는, 기전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 버스 구조체는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 기전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 버스 구조체는 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 사이의 폭을 가지는, 기전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 300Å 내지 2000Å 사이의 두께를 갖는, 기전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    디스플레이;
    상기 디스플레이와 통신하고, 이미지 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서와 통신하도록 구성된 메모리 기기
    를 더 포함하는, 기전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디스플레이에 하나 이상의 신호를 전달하도록 구성된 구동 회로; 및
    상기 구동 회로에 상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 전달하도록 구성된 컨트롤러
    를 더 포함하는, 기전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서에 상기 이미지 데이터를 전달하도록 구성된 이미지 소스 모듈
    을 더 포함하는, 기전 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이미지 소스 모듈이 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 하나 이상을 포함하는, 기전 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    입력 데이터를 수신하며, 상기 입력 데이터를 상기 프로세서에 전달하도록 구성된 입력 기기
    를 더 포함하는, 기전 장치.
  15. 기전(electromechanical) 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    (1) 구조체의 어레이를 형성하는 단계로서, 각각의 상기 구조체는,
    제1 전극층; 및
    제2 전극층 및 반사 표면을 포함하며, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 사이에 인가되는 전압에 응답하여 상기 제1 전극층을 향하는 방향으로 변형가능한 가동층을 포함하고,
    상기 어레이의 상기 제1 전극층은 제1 방향으로 직렬로 전기적으로 연결되어 있고,
    상기 어레이의 상기 제2 전극층은 제2 방향으로 직렬로 전기적으로 연결되어 있는, 구조체 어레이 형성 단계; 및
    (2) 상기 제1 전극층들 사이의 상기 제1 방향으로의 전기적 연결과 평행한 상기 제1 전극층 또는 상기 제2 전극층들 사이의 상기 제2 방향으로의 전기적 연결과 평행한 상기 제2 전극층의 어느 한 쪽에, 도전성 버스 구조체를 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 어레이의 상기 제1 전극층들은 상기 제2 방향으로 전기적으로 서로 절연되어 있고, 상기 어레이의 상기 제2 전극층들은 상기 제1 방향으로 전기적으로 절연되어 있는, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 구조체는 간섭 변조기를 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    광학 스택(optical stack)을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 광학 스택은 상기 제1 전극층을 포함하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 도전성 버스 구조체는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 도전성 버스 구조체는 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 사이의 폭을 가지는, 방법.
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