KR101885180B1 - 압전, 도전성 및 유전체 멤브레인을 갖는 마이크로스피커 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로스피커 디바이스들에 대한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 일 양상에서, 마이크로스피커 엘리먼트는 스피커 캐비티에 스패닝하는 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함할 수 있다. 변형 가능한 유전체 멤브레인은 압전 액추에이터 및 유전체 층을 포함할 수 있다. 압전 액추에이터로의 구동 신호의 인가 시에, 유전체 층은 편향할 수 있어서 사운드를 생성한다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이는 유리 기판과 커버 유리 사이에서 캡슐화될 수 있다. 마이크로스피커 엘리먼트들에 의해 생성된 사운드는 커버 유리에 형성된 스피커 그릴을 통해 방출될 수 있다.
Description
본 출원은 2011년 11월 29일자로 출원된 "MICROSPEAKER WITH PIEZOELECTRIC, METAL AND DIELECTRIC MEMBRANE(대리인 도켓 QUALP056US/101716)"란 명칭의 미국 특허 출원 제 13/306,397 호를 우선권으로 주장하고, 그로 인해 상기 특허 출원은 전체 내용이 모든 목적을 위해 인용에 의해 본원에 통합된다.
본 발명은 전기 기계 시스템 디바이스들에 관한 것이며, 더 상세하게는 전기 기계 마이크로스피커 디바이스들에 관한 것이다.
전기 기계 시스템들(EMS)은 전기 및 기계 엘리먼트들, 액추에이터들, 트랜스듀서들, 센서들, 광학 컴포넌트들(미러들을 포함함) 및 전자 장치를 갖는 디바이스들을 포함한다. 전기 기계 시스템들은 마이크로스케일들 및 나노스케일들을 포함하는(이에 제한되지 않지만) 다양한 스케일로 제조될 수 있다. 예를 들면, 마이크로 전기 기계 시스템들(MEMS) 디바이스들은 약 일 미크론 내지 수백 미크론 또는 그 이상의 범위의 크기들을 갖는 구조들을 포함할 수 있다. 나노 전기 기계 시스템들(NEMS) 디바이스들은, 예를 들면, 수백 나노미터들보다 더 작은 크기들을 비롯해서 미크론보다 더 작은 크기들을 갖는 구조들을 포함할 수 있다. 전기 기계 엘리먼트들은 증착, 에칭, 리소그라피, 및/또는 증착된 재료층들 및/또는 기판들의 부분들을 에칭(etch away)하거나 전기 및 전기 기계 디바이스들을 형성하기 위해 층들을 부가하는 다른 마이크로 가공 프로세스들을 사용하여 생성될 수 있다.
한 형태의 EMS 디바이스는 IMOD(interferometric modulator)라 불린다. 용어 간섭 측정 변조기 또는 간섭 측정 광 변조기는 광학 간섭의 원리들을 사용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 디바이스를 지칭한다. 일부 구현들에서, IMOD는 한 쌍의 도전성 플레이트들을 포함할 수 있고, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 전체적으로 또는 부분적으로 투명성 및/또는 반사성일 수 있고, 적절한 전기 신호의 인가 시에 상대적인 모션을 할 수 있다. 예를 들면, 하나의 플레이트는 기판 상에 증착된 정지층을 포함할 수 있고, 다른 플레이트는 에어 갭만큼 정지층으로부터 분리된 반사성 멤브레인을 포함할 수 있다. 다른 플레이트에 관련하여 하나의 플레이트의 위치는 IMOD 상에 입사하는 광의 광학 간섭을 변경할 수 있다. IMOD 디바이스들은 광범위한 애플리케이션을 갖고, 기존의 제품들을 개선하고 새로운 제품들, 특히 디스플레이 능력들을 갖는 것들을 생성하는데 사용될 것으로 예상된다.
또 다른 형태의 EMS 디바이스는 마이크로스피커이다. 마이크로스피커는 전기 신호들을 음파들로 변환할 수 있다.
본 발명의 시스템들, 방법들 및 디바이스들 각각은 몇몇의 혁신적인 양상들을 갖고, 그 양상들 중 어떠한 단일의 양상도 본원에 개시된 바람직한 특성들을 단독으로 담당하지 않는다.
본 발명에 기재된 요지의 하나의 혁신적인 양상은 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트에서 구현될 수 있다. 마이크로스피커 엘리먼트는 스피커 캐비티에 스패닝하는 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함할 수 있다. 변형 가능한 유전체 멤브레인은 압전 액추에이터 및 유전체 층을 포함할 수 있다. 압전 액추에이터로의 구동 신호의 인가 시에, 유전체 층은 편향할 수 있어서 사운드를 생성한다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이는 유리 기판과 커버 유리 사이에서 캡슐화될 수 있다. 마이크로스피커 엘리먼트들에 의해 생성된 사운드는 커버 유리에 형성된 스피커 그릴을 통해 방출될 수 있다.
본 발명에 기재된 요지의 또 다른 혁신적인 양상은 전기 기계 마이크로스피커에서 구현될 수 있고, 전기 기계 마이크로스피커는 기판, 변형 가능한 멤브레인(deformable membrane), 및 변형 가능한 멤브레인이 스피커 캐비티(speaker cavity)에 스패닝(span)하도록 기판과 변형 가능한 멤브레인 사이에 배치된 스피커 캐비티를 포함한다. 변형 가능한 멤브레인은 제 1 도전층과 제 2 도전층 사이에 샌드위치된 제 1 압전층(piezoelectric layer)을 포함할 수 있다. 변형 가능한 멤브레인은 제 1 압전층에 걸친 구동 전압의 인가 시에 변형되도록 구성된 유전체 층을 더 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 제 1 압전층이 유전체 층과 기판 사이에 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 유전체 층이 제 1 압전층과 기판 사이에 배치될 수 있다. 제 1 압전층은 다양한 구성들을 가질 수 있다. 예를 들면, 제 1 압전층은 원하는 구현에 따라 스피커 캐비티에 스패닝(span)하거나 스피커 캐비티의 일부분 위에만 놓일 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 압전층은 스피커 캐비티의 주변 영역 위에 놓인다. 일부 구현들에서, 제 1 압전층은 스피커 캐비티에 걸쳐 중심에 있다.
변형 가능한 멤브레인은 제 3 및 제 4 도전층들 사이에 샌드위치된 제 2 압전층을 더 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 및 제 2 압전층들은 유전체 층의 반대 면들 상에 위치될 수 있다.
본 발명에 기재된 요지의 또 다른 혁신적인 양상은 오디오-시각 장치이고, 상기 장치는 전기 기계 마이크로스피커, 디스플레이 및 디스플레이와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 프로세서는 이미지 데이터를 프로세싱하도록 구성될 수 있다. 상기 장치는 프로세서와 통신하도록 구성된 메모리 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 장치는 적어도 하나의 신호를 디스플레이로 전송하도록 구성된 드라이버 회로 및 이미지 데이터 중 적어도 일부를 드라이버 회로로 전송하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 상기 장치는 이미지 데이터를 프로세서로 전송하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 포함할 수 있다. 이미지 소스 모듈은 수신기, 트랜시버 및 전송기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 장치는 입력 데이터를 수신하고 입력 데이터를 프로세서로 통신하도록 구성된 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세서는 전기 기계 마이크로스피커와 통신하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 기재된 요지의 또 다른 혁신적인 양상은 압전 작동되는 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 장치에서 구현될 수 있다. 어레이는 제 1 및 제 2 연결된 유리 기판들 사이에 형성될 수 있다. 각각의 압전 작동되는 마이크로스피커 엘리먼트는 스피커 캐비티에 스패닝하는 변형 가능한 멤브레인 및 스피커 캐비티를 포함할 수 있다. 변형 가능한 멤브레인은 제 1 및 제 2 도전층들 사이에 샌드위치된 제 1 압전층을 포함할 수 있다. 변형 가능한 멤브레인은 압전층에 걸친 구동 전압의 인가 시에 변형되도록 구성된 유전체 층을 더 포함할 수 있다. 상기 장치는 유리 기판에 형성되고 어레이 위에 배치된 하나 이상의 음향 포트들을 포함할 수 있다. 상기 장치는 제 1 및 제 2 유리 기판들 사이의 캐비티에 위치된 집적 회로 디바이스를 포함할 수 있다. 집적 회로 디바이스는 압전 작동되는 마이크로스피커 엘리먼트들을 구동하도록 구성될 수 있다. 연결된 유리 기판들은 유연한 접속기에 부착하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 기재된 요지의 또 다른 혁신적인 양상은 마이크로스피커를 형성하는 방법에서 구현될 수 있다. 상기 방법은 기판 상에 희생층을 형성하는 단계, 희생층 위에 제 1 압전 액추에이터를 형성하는 단계, 희생층 및 기판 위에 변형 가능한 유전체 층을 형성하는 단계, 및 변형 가능한 유전체 층이 스피커 캐비티에 스패닝하도록 기판과 변형 가능한 유전체 층 사이에 스피커 캐비티를 형성하기 위해 희생층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 희생층 위에 제 2 압전 액추에이터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 희생층 위에 제 1 압전 액추에이터를 형성하는 단계는 희생층 위에 제 1 도전층을 형성하는 단계, 제 1 도전층 위에 제 1 압전층을 형성하는 단계, 및 제 1 압전층 위에 제 2 도전층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 요지의 하나 이상의 구현들의 세부 사항들은 첨부된 도면들 및 아래의 상세한 설명에 제시된다. 본 발명에 제공된 예들이 주로 전기 기계 시스템들(EMS) 및 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS)-기반 디스플레이들에 관하여 설명되지만, 본원에 제공된 개념들은 액정 디스플레이들, 유기 발광 다이오드("OLED") 디스플레이들 및 전계 방출 디스플레이들과 같은 다른 형태들의 디스플레이들에 적용될 수 있다. 다른 특징들, 양상들, 및 이점들은 상세한 설명, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 다음의 도면들의 상대적인 치수들이 실척대로 도시되지 않을 수 있다는 것을 유의하라.
도 1은 간섭 측정 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 일련의 픽셀들 내의 2 개의 인접한 픽셀들을 도시하는 등각 투상도의 예를 도시한다.
도 2는 3x3 IMOD 디스플레이를 통합하는 전자 디바이스를 예시한 시스템 블록도의 예를 도시한다.
도 3은 도 1의 IMOD에 대한 인가된 전압 대 이동 가능한 반사층 위치를 예시한 도면의 예를 도시한다.
도 4는, 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가될 때 IMOD의 다양한 상태들을 예시한 표의 예를 도시한다.
도 5a는 도 2의 3x3 IMOD 디스플레이에서 디스플레이 데이터의 프레임을 예시한 도면의 예를 도시한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하는데 사용될 수 있는 공통 및 세그먼트 신호들에 대한 타이밍도의 예를 도시한다.
도 6a는 도 1의 IMOD 디스플레이의 부분적인 단면도의 예를 도시한다.
도 6b 내지 도 6e는 IMOD들의 다양한 구현들의 단면도들의 예들을 도시한다.
도 7은 IMOD에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8e는 IMOD를 제조하는 방법에서 다양한 스테이지들의 간략한 단면 예시들의 예들을 도시한다.
도 9a 내지 도 10b는 커버 유리를 갖는 유리 기판 상의 마이크로스피커 어레이를 포함하는 유리-캡슐화 마이크로스피커의 예들을 도시한다.
도 11은 유리-캡슐화 마이크로스피커에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다.
도 12a 내지 도 17은 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트들의 예들을 도시한다.
도 18은 마이크로스피커 엘리먼트에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 복수의 IMOD들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시하는 시스템 블록도들의 예들을 도시한다.
도 2는 3x3 IMOD 디스플레이를 통합하는 전자 디바이스를 예시한 시스템 블록도의 예를 도시한다.
도 3은 도 1의 IMOD에 대한 인가된 전압 대 이동 가능한 반사층 위치를 예시한 도면의 예를 도시한다.
도 4는, 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가될 때 IMOD의 다양한 상태들을 예시한 표의 예를 도시한다.
도 5a는 도 2의 3x3 IMOD 디스플레이에서 디스플레이 데이터의 프레임을 예시한 도면의 예를 도시한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하는데 사용될 수 있는 공통 및 세그먼트 신호들에 대한 타이밍도의 예를 도시한다.
도 6a는 도 1의 IMOD 디스플레이의 부분적인 단면도의 예를 도시한다.
도 6b 내지 도 6e는 IMOD들의 다양한 구현들의 단면도들의 예들을 도시한다.
도 7은 IMOD에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8e는 IMOD를 제조하는 방법에서 다양한 스테이지들의 간략한 단면 예시들의 예들을 도시한다.
도 9a 내지 도 10b는 커버 유리를 갖는 유리 기판 상의 마이크로스피커 어레이를 포함하는 유리-캡슐화 마이크로스피커의 예들을 도시한다.
도 11은 유리-캡슐화 마이크로스피커에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다.
도 12a 내지 도 17은 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트들의 예들을 도시한다.
도 18은 마이크로스피커 엘리먼트에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 복수의 IMOD들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시하는 시스템 블록도들의 예들을 도시한다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 번호들 및 지정들은 동일한 엘리먼트들을 표시한다.
후속하는 설명은 본 발명의 혁신적인 양상들을 기술하는 목적들을 위한 특정한 구현들에 관한 것이다. 그러나, 당업자는 본원의 교시가 복수의 상이한 방식들로 적용될 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 기술된 구현들은, 이동 이미지(예를 들어, 비디오)이든지 또는 정지 이미지(예를 들어, 스틸 이미지)이든지, 그리고 텍스트이든지, 그래픽이든지 아니면 그림이든지, 이미지를 디스플레이하도록 구성될 수 있는 임의의 디바이스 또는 시스템에서 구현될 수 있다. 더 상세하게는, 설명된 구현들이 다양한 전자 디바이스들에 포함되거나 또는 이들과 연관될 수 있는데, 다양한 전자 디바이스들은 가령, 모바일 전화기들, 멀티미디어 인터넷 인에이블 셀룰러 전화기들, 모바일 텔레비전 수신기들, 무선 디바이스들, 스마트폰들, 블루투스® 디바이스들, 개인용 휴대정보 단말기들(PDA들), 무선 전자 메일 수신기들, 핸드-헬드 또는 휴대용 컴퓨터들, 넷북들, 노트북들, 스마트북들, 태블릿들, 프린터들, 복사기들, 스캐너들, 팩시밀리 디바이스들, GPS 수신기들/네비게이터들, 카메라들, MP3 플레이어들, 캠코더들, 게임 콘솔들, 손목 시계들, 클록들, 계산기들, 텔레비전 모니터들, 평판 패널 디스플레이들, 전자 리딩 디바이스들(즉, e-리더기들), 컴퓨터 모니터들, 자동차 디스플레이들(오도미터(odometer) 및 속도계 디스플레이들 등을 포함함), 쿡핏(cockpit) 제어들 및/또는 디스플레이들, 카메라 뷰 디스플레이들(가령, 차량의 후방 뷰 카메라의 디스플레이), 전자 포토그래프들, 전자 빌보드들 또는 표지판들(signs), 프로젝터들, 건축 구조들, 전자레인지들, 냉장고들, 스테레오 시스템들, 카세트 리코더들 또는 플레이어들, DVD 플레이어들, CD 플레이어들, VCR들, 라디오들, 휴대용 메모리 칩들, 세척기들, 건조기들, 세척기/건조기들, 주차요금 계산기들(parking meters), (가령, 전기 기계 시스템들(EMS), 마이크로 전기 기계 시스템들(MEMS) 및 비-MEMS 애플리케이션들 내의) 패키징(packaging), 장식(aesthetic) 구조들(예를 들어, 보석의 조각에 대한 이미지들의 디스플레이) 및 다양한 EMS 디바이스들이지만, 이에 한정되는 것은 아니라는 것이 고찰된다. 또한, 본원의 교시들은 비-디스플레이 애플리케이션들, 가령, 전자 스위칭 디바이스들, 무선 주파수 필터들, 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 모션-감지 디바이스들, 자력계들(magnetometers), 소비자 전자 장치에 대한 관성 컴포넌트들, 소비자 전자 제품들의 부품들, 버랙터들, 액정 디바이스들, 전기영동 디바이스들, 드라이브 기법들, 제조 프로세스들, 및 전자 테스트 장비에서 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 교시들은 도면들 내에 단독으로 도시된 구현들로만 한정되도록 의도되지 않고, 그 대신에 당업자에게 용이하게 명백해질 바와 같이 넓은 적용 가능성을 가진다.
본원에 설명된 일부 구현들은 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트들에 관한 것이다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트는 기판과 변형 가능한 유전체 멤브레인 사이에 배치된 스피커 캐비티를 포함한다. 변형 가능한 유전체 멤브레인은 유전체 층 및 하나 이상의 압전 액추에이터들을 포함할 수 있다. 각각의 압전 액추에이터는 구동 신호가 인가될 수 있는 적어도 하나의 압전층 및 전극들을 포함할 수 있다. 구동 신호는 압전층을 편향시킬 수 있고, 이것은 유전체 층을 편향시키고 이로써 사운드를 생성한다.
본원에 설명된 일부 구현들은 유리-캡슐화 마이크로스피커들에 관한 것이다. 일부 구현들에서, 유리-캡슐화 마이크로스피커는 유리 기판, 유리 기판 상에 배치된 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이, 및 커버 유리를 포함한다. 커버 유리는 에폭시, 유리 프리트(glass frit) 또는 금속 본드 링과 같은 접착제로 유리 기판에 결합될 수 있다. 커버 유리는, 커버 유리가 유리 기판의 표면에 결합될 때 캐비티를 형성하는 리세스를 포함할 수 있다. 커버 유리는 또한 음파들이 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이로부터 방출되도록 허용하기 위해 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이 위에 배치된 스피커 그릴을 포함할 수 있다.
본 발명에 설명된 요지의 특정 구현들은 다음의 잠재적인 이점들 중 하나 이상을 실현하도록 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 저가, 작은 크기, 낮은 프로파일, 및 저전력 소비 마이크로스피커들이 제공된다. 또한, 유리 기판들 상에서 제조된 마이크로스피커들은 유리 기판들 상에서 또한 제조된 디스플레이들 및 다른 디바이스들과 호환 가능할 수 있는데, 왜냐하면 마이크로스피커들이 다른 디바이스들과 공동으로 제조되거나 별개의 디바이스로서 부착될 수 있기 때문이며, 상기 결합은 잘 매칭된 열팽창 특성들을 갖는다. 사용되는 재료들은, 디바이스를 인쇄 회로 보드에 부착하는 리플로(reflow) 또는 웨이브 납땜(wave soldering)을 가능하게 하는 높은 열 예산을 발생시킬 수 있다.
연결된 마이크로스피커의 유리 뚜껑 및 유리 기판은 열적으로 잘 매칭될 수 있다. 상부, 측면들 또는 하부의 하나 이상의 음향 포트들은, 센서를 장착할 때, 가령, 스피커로서 역할을 하도록 모바일 폰에 장착하거나 스피커 어레이에 장착할 때 유연성을 제공한다. 일부 구현들에서, 관통-유리 비아들은 인쇄 회로 또는 배선 보드로의 마이크로스피커의 직접적인 접속을 허용한다. 일부 구현들에서, 유연한 접속기가 마이크로스피커에 부착 가능하여, 마이크로스피커가 모바일 폰 케이스와 같은 인클로저의 페이스 또는 외부 벽 근처에 위치되도록 허용하면서, PCB로의 전기 접속을 허용한다.
기술된 구현들이 적용될 수 있는 적절한 EMS 또는 MEMS 디바이스의 예는 반사성 디스플레이 디바이스이다. 반사성 디스플레이 디바이스들은 간섭 측정 변조기들(IMOD들)을 통합하여 그 디바이스들에 입사하는 광을 광학 간섭의 원리들을 이용하여 선택적으로 흡수 및/또는 반사할 수 있다. IMOD들은 흡수체(absorber), 그 흡수체에 대해 이동 가능한 반사체, 그리고 흡수체와 반사체 사이에서 정의된 광학 공진 캐비티를 포함할 수 있다. 반사체는 둘 이상의 상이한 위치들로 이동될 수 있으며, 그것은 광학 공진 캐비티의 크기를 변화시킬 수 있고, 이에 의해 IMOD의 반사율에 영향을 미칠 수 있다. IMOD들의 반사 스펙트럼들은 상이한 컬러들을 생성하도록 가시 파장들에 걸쳐 시프트될 수 있는 상당히 넓은 스펙트럼 대역들을 생성할 수 있다. 스펙트럼 대역의 위치는 광학 공진 캐비티의 두께를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 광학 공진 캐비티를 변경하는 하나의 방법은 반사체의 위치를 변경하는 것에 의해 이루어진다.
도 1은 간섭 측정 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 일련의 픽셀들 내의 두 개의 인접한 픽셀들을 도시하는 등각 투상도의 예를 도시한다. IMOD 디스플레이 디바이스는 하나 이상의 간섭 측정 MEMS 디스플레이 엘리먼트들을 포함한다. 이들 디바이스들에서, MEMS 디스플레이 엘리먼트들의 픽셀들은 밝거나 또는 어두운 상태 중 어느 하나의 상태에 있을 수 있다. 밝은("이완된(relaxed)", "개방" 또는 "온") 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시 광의 대부분을, 예를 들면, 사용자에게 반사한다. 반대로, 어두운("작동된(actuated)", "폐쇄된" 또는 "오프") 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시 광을 거의 반사하지 않는다. 일부 구현들에서, 온 및 오프 상태들의 광 반사율 특성들은 역전될 수 있다. MEMS 픽셀들은 흑색 및 백색에 부가하여 컬러 디스플레이를 허용하는 특정 파장들에서 대부분 반사하도록 구성될 수 있다.
IMOD 디스플레이 디바이스는 IMOD들의 행/열 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 IMOD는, 서로로부터 가변 및 제어 가능 거리에 위치되어 에어 갭(광학 갭 또는 캐비티로서 또한 지칭됨)을 형성하는 한 쌍의 반사층들, 즉, 이동 가능 반사층 및 고정된 부분 반사층을 포함할 수 있다. 이동 가능 반사층은 적어도 두 개의 위치들 사이에서 이동될 수 있다. 제 1 위치, 즉, 이완된 위치에서, 이동 가능 반사층은 고정된 부분 반사층으로부터 비교적 먼 거리에 위치될 수 있다. 제 2 위치, 즉, 작동된 위치에서, 이동 가능 반사층은 부분 반사층에 더 가까이 위치될 수 있다. 두 개의 층들로부터 반사하는 입사광은 이동 가능 반사층의 위치에 의존하여 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하여, 각각의 픽셀에 대한 전체 반사성 또는 비-반사성 상태 중 어느 하나의 상태를 생성할 수 있다. 일부 구현들에서, IMOD는 비작동되는 경우에는 반사성 상태에서 가시 스펙트럼 내의 광을 반사할 수 있고, 작동되는 경우에는 어두운 상태에서 가시 범위 외부의 광(예를 들면, 적외선 광)을 반사할 수 있다. 그러나, 일부 다른 구현들에서, IMOD는 비작동되는 경우에는 어두운 상태에 있고, 그리고 작동되는 경우에는 반사성 상태에 있을 수 있다. 일부 구현들에서는, 인가된 전압의 도입이 픽셀들을 구동하여 상태들을 변화시킬 수 있다. 일부 다른 구현들에서는, 인가된 전하가 픽셀들을 구동하여 상태들을 변화시킬 수 있다.
도 1에서 픽셀 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 IMOD들(12)을 포함한다. (도시된 바와 같이) 좌측의 IMOD(12)에서, 이동 가능 반사층(14)이 광학 스택(16)으로부터 미리 결정된 거리의 이완된 위치에 있는 것으로 도시되고, 광학 스택은 부분 반사층을 포함한다. 좌측의 IMOD(12)에 걸쳐 인가된 전압(V0)은 이동 가능 반사층(14)의 작동을 유발하기에 불충분하다. 우측의 IMOD(12)에서, 이동 가능 반사층(14)이 광학 스택(16)에 가깝거나 인접한 작동 위치에 있는 것으로 도시된다. 우측의 IMOD(12)에 걸쳐 인가된 전압(Vbias)은 이동 가능 반사층(14)을 작동 위치에서 유지하기에 충분하다.
도 1에서, 픽셀들(12)의 반사 특성들은 일반적으로 픽셀들(12) 상에 입사하는 광(13), 및 좌측의 픽셀(12)로부터 반사하는 광(15)을 표시하는 화살표들로 도시된다. 비록 자세하게 도시되지는 않지만, 픽셀들(12) 상에 입사하는 대부분의 광(13)이 투명한 기판(20)을 통해 광학 스택(16)을 향하여 투과될 것이라는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 광학 스택(16) 상에 입사하는 광의 일부분은 광학 스택(16)의 부분 반사층을 통해 투과될 것이고, 일부분은 투명 기판(20)을 통해 되반사될 것이다. 광학 스택(16)을 통해 투과되는 광(13)의 일부분은 이동 가능 반사층(14)에서 투명 기판(20)을 향하여(및 이를 통해) 되반사될 것이다. 광학 스택(16)의 부분 반사층으로부터 반사된 광과 이동 가능 반사층(14)으로부터 반사된 광 사이의 (보강 또는 상쇄) 간섭이 픽셀(12)로부터 반사된 광(15)의 파장(들)을 결정할 것이다.
광학 스택(16)은 단일 층 또는 여러 층들을 포함할 수 있다. 그 층(들)은 전극 층, 부분 반사성 및 부분 투과성 층 및 투명 유전체 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은 전기 도전성이며, 부분적으로 투명성이고 부분적으로 반사성이며, 그리고, 예를 들어, 위의 층들 중 하나 이상을 투명 기판(20) 상에 증착함으로써 제조될 수 있다. 전극 층은 다양한 재료들, 가령, 다양한 금속들, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성될 수 있다. 부분 반사층은 부분적으로 반사성인 다양한 재료들, 가령, 크롬(Cr), 반도체들, 그리고 유전체들과 같은 다양한 금속들로 형성될 수 있다. 부분 반사층은 재료들의 하나 이상의 층들로 형성될 수 있고, 층들의 각각은 단일 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은 광학 흡수체 및 도전체 둘 다로서 역할을 하는 단일의 반투명한 두께의 금속 또는 반도체를 포함할 수 있고, 반면에, (예를 들면, 광학 스택(16) 또는 IMOD의 다른 구조들의) 상이한, 더 많은 도전성 층들 또는 부분들은 IMOD 픽셀들 사이에서 신호들을 버싱(bus)하는 역할을 할 수 있다. 또한, 광학 스택(16)은 하나 이상의 도전층들 또는 도전성/ 흡수성 층을 커버하고 있는 하나 이상의 절연성 또는 유전체 층들을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 스택(16)의 층(들)은 평행 스트립들로 패터닝될 수 있고, 행 전극들을 아래에서 더 설명되는 바와 같이 디스플레이 디바이스 내에 형성할 수 있다. 당업자에 의하여 이해될 바와 같이, 용어 "패터닝된(patterned)" 은 본 명세서에서 마스킹 및 에칭 프로세스들을 지칭하도록 이용된다. 일부 구현들에서, 고 도전성 및 반사성 재료, 가령 알루미늄(Al)이 이동 가능 반사층(14)에 대하여 이용될 수 있고, 이러한 스트립들이 디스플레이 디바이스에서 열 전극들을 형성할 수 있다. 이동 가능 반사층(14)은 포스트들(18)의 상부에 증착된 열들 및 포스트들(18) 사이에 증착된 개재 희생 재료를 형성하기 위해 (광학 스택(16)의 행 전극들에 직교하는) 증착된 금속 층 또는 층들의 일련의 평행한 스트립들로서 형성될 수 있다. 희생 재료가 에칭될 때, 정의된 갭(19), 또는 광학 캐비티가 이동 가능 반사층(14)과 광학 스택(16) 사이에 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 포스트들(18) 사이의 간격(spacing)은 대략 1-1000 ㎛일 수 있고, 반면 갭(19)은 대략 10,000 옹스트롬(Å) 미만일 수 있다.
일부 구현들에서, IMOD의 각각의 픽셀은, 작동된 상태이든 또는 이완된 상태이든지, 본질적으로 고정된 및 이동하는 반사층들에 의하여 형성되는 커패시터이다. 어떠한 전압도 인가되지 않는 경우, 이동 가능 반사층(14)은, 도 1의 좌측의 픽셀(12)에 의해 예시된 바와 같이, 기계적으로 이완된 상태를 유지하고, 갭(19)이 이동 가능 반사층(14)과 광학 스택(16) 사이에 있다. 그러나, 전위차, 예를 들면, 전압이 선택된 행 및 열 중 적어도 하나에 인가되는 경우에는, 대응하는 픽셀에서의 행 및 열 전극들의 교차점에서 형성되는 커패시터는 충전되고, 정전기력들은 전극들이 서로 끌어당기게 한다. 인가된 전압이 임계치를 초과하면, 이동 가능 반사 층(14)은 변형되고 광학 스택(16) 가까이로 또는 반대로 이동할 수 있다. 광학 스택(16) 내의 유전체 층(미도시)은 단락을 방지하고, 층들(14 및 16) 사이의 분리 거리를 도 1의 우측의 작동된 픽셀(12)에 의해 예시된 바와 같이, 제어할 수 있다. 이 작동(behavior)은 인가된 전위차의 극성에 무관하게 동일하다. 어레이 내의 일련의 픽셀들이 일부 경우들에서 "행들" 또는 "열들"로서 지칭될 수 있지만, 당업자는 하나의 방향을 "행"으로서 그리고 다른 방향을 "열"로서 지칭하는 것이 임의적임을 용이하게 이해할 것이다. 다시 말해, 일부 배향들에서, 행들은 열들로 간주될 수 있고, 열들은 행들로 간주될 수 있다. 더욱이, 디스플레이 엘리먼트들은 직교 행들 및 열들("어레이")로 균일하게 배열될 수 있거나, 또는, 예를 들어, 서로에 대해 특정한 위치적 오프셋들을 갖는 비선형 구성들("모자이크")로 배열될 수 있다. 용어들 "어레이"와 "모자이크"는 어느 한 구성을 지칭할 수 있다. 따라서, 비록 디스플레이가 "어레이" 또는 "모자이크"를 포함하는 것으로서 지칭되더라도, 엘리먼트들 자체들은, 임의의 경우에서, 서로 직교하게 배열되거나 또는 균일 분포로 배치될 필요가 없지만, 비대칭 형상들 및 균일하지 않게 분포된 엘리먼트들을 갖는 배열을 포함할 수 있다.
도 2는 3x3 IMOD 디스플레이를 통합하는 전자 디바이스를 예시하는 시스템 블록도의 예를 도시한다. 전자 디바이스는 하나 이상의 소프트웨어 모듈들을 실행하도록 구성될 수 있는 프로세서(21)를 포함한다. 운영 시스템을 실행하는 것에 부가하여, 프로세서(21)는 웹 브라우저, 전화기 애플리케이션, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 애플리케이션을 비롯해서 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션들을 실행하도록 구성될 수 있다.
프로세서(21)는 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성될 수 있다. 어레이 드라이버(22)는 신호들을, 예를 들어 디스플레이 어레이 또는 패널(30)로 제공하는 행 드라이버 회로(24) 및 열 드라이버 회로(26)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시되는 IMOD 디스플레이 디바이스의 단면은 도 2에서 라인들(1-1)에 의하여 도시된다. 비록 도 2가 명료함을 위해 IMOD들의 3x3 어레이를 예시하지만, 디스플레이 어레이(30)는 매우 많은 수의 IMOD들을 포함할 수 있고, 열들에서보다는 행들에서 다른 수의 IMOD들을 가질 수 있고, 그 역도 가능하다.
도 3은 도 1의 IMOD에 대한 인가된 전압 대 이동 가능 반사층 위치를 예시하는 도면의 예를 도시한다. MEMS IMOD들에 대해, 행/열(즉, 공통/세그먼트) 기록 절차는 도 3에 예시된 바와 같은 이들 디바이스들의 히스테리시스 특성을 이용할 수 있다. IMOD는 이동 가능 반사층, 또는 미러로 하여금, 이완된 상태로부터 작동된 상태로 변화하도록, 예를 들면, 약 10-볼트 전위차를 사용할 수 있다. 전압이 그 값으로부터 감소되는 경우, 전압이, 예를 들면, 10-볼트 미만으로 다시 강하함에 따라 이동 가능 반사층은 자신의 상태를 유지하지만, 이동 가능 반사층은 전압이 2 볼트 미만으로 강하하기까지 완전히 이완하지 않는다. 따라서, 디바이스가 이완된 또는 작동된 상태 중 하나에서 안정되는 인가된 전압의 윈도우가 존재하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같은 전압의 범위, 대략 3 내지 7 볼트가 존재한다. 이는 본 명세서에서는 "히스테리시스 윈도우" 또는 "안정성 윈도우(stability window)"라고 지칭된다. 도 3의 히스테리시스 특성들을 갖는 디스플레이 어레이(30)에 대해, 행/열 기록 절차는 하나 이상의 행들을 한 번에 어드레싱하도록 설계될 수 있어서, 정해진 행의 어드레싱 동안, 작동될 어드레싱된 행에서의 픽셀들은 약 10 볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 픽셀들은 거의 0 볼트의 전압차에 노출된다. 어드레싱 후에, 픽셀들은 정상 상태 또는 대략적으로 5 볼트들의 바이어스 전압차에 노출되어, 이들이 이전 스트로빙 상태(strobing state)에서 유지된다. 이러한 예에서, 어드레싱된 이후에, 각각의 픽셀은 약 3-7 볼트들의 "안정성 윈도우" 내의 전위차를 보인다. 이러한 히스테리시스 특성 피쳐는, 예를 들면, 도 1에서 도시된 픽셀 설계가 동일한 인가 전압 조건들 하에서 작동된 또는 이완된 기존의 상태 중 어느 하나에서 안정하게 유지되는 것을 가능하게 한다. 작동된 또는 이완된 상태에 있든지, 각각의 IMOD 픽셀이 본질적으로 고정된 및 이동하는 반사층들에 의하여 형성되는 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력을 실질적으로 소비하거나 또는 손실하지 않고 히스테리시스 윈도우 내의 정상 전압에서 유지될 수 있다. 더구나, 인가된 전압 전위가 실질적으로 고정되게 유지한다면, IMOD 픽셀로 흐르는 전류는 근본적으로 거의 없거나 또는 전혀 없다.
일부 구현들에서, 이미지의 프레임은 정해진 행에서의 픽셀들의 상태로의 원하는 변화(만약에 있다면)에 따라, 열 전극들의 세트를 따라 "세그먼트" 전압들의 형태로 데이터 신호들을 인가함으로써 생성될 수 있다. 어레이의 각각의 행은 차례로 어드레싱될 수 있어서, 프레임이 한 번에 하나의 행에 기록된다. 원하는 데이터를 제 1 행 내의 픽셀들에 기록하기 위하여, 제 1 행 내의 픽셀들의 원하는 상태에 대응하는 세그먼트 전압들이 열 전극들 상에 인가될 수 있고, 특정 "공통" 전압 또는 신호 형태의 제 1 행 펄스가 제 1 행 전극에 인가될 수 있다. 이어서, 세그먼트 전압들의 세트가 제 2 행 내의 픽셀들의 상태로의 원하는 변화(만약 있다면)에 대응하도록 변화될 수 있고, 제 2 공통 전압이 제 2 행 전극에 인가될 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 행 내의 픽셀들은 열 전극들을 따라 인가된 세그먼트 전압들에서의 변화에 의해 영향을 받지 않고, 제 1 공통 전압 행 펄스 동안에 그들이 설정되었던 상태로 유지된다. 이러한 프로세스는 이미지 프레임을 생성하기 위해 전체 일련의 행들, 또는 대안적으로, 열들에 대해 순차적 방식으로 반복될 수 있다. 프레임들은 이러한 프로세스를 초 당 임의의 원하는 수의 프레임들에 계속해서 반복함으로써 새로운 이미지 데이터로 리프레시 및/또는 업데이트될 수 있다.
각각의 픽셀에 걸쳐 인가된 세그먼트 및 공통 신호들의 조합(즉, 각각의 픽셀에 걸친 전위차)은 각각의 픽셀의 결과적인 상태를 결정한다. 도 4는 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가되는 경우에 IMOD의 다양한 상태들을 예시하는 표의 예를 도시한다. 당업자에 의해 용이하게 이해될 바와 같이, "세그먼트" 전압들은 열 전극들 또는 행 전극들 중 어느 하나에 인가될 수 있고, "공통" 전압들은 열 전극들 또는 행 전극들 중 다른 것에 인가될 수 있다.
도 4에서 (뿐만 아니라 도 5b에 도시된 타이밍도에서) 예시된 바와 같이, 릴리스 전압(VCREL)이 공통 라인을 따라 인가되는 경우, 공통 라인을 따라 있는 모든 IMOD 엘리먼트들은, 세그먼트 라인들을 따라 인가된 전압, 즉, 하이 세그먼트 전압(VSH) 및 로우 세그먼트 전압(VSL)에 무관하게, 대안적으로 릴리스된(released) 또는 작동되지 않은 상태라고 지칭되는 이완된 상태에 배치될 것이다. 특히, 릴리스 전압(VCREL)이 공통 라인을 따라 인가되는 경우, 변조기에 걸친 전위 전압(대안적으로 픽셀 전압으로 지칭됨)은, 하이 세그먼트 전압(VSH) 및 로우 세그먼트 전압(VSL) 둘 다가 그 픽셀에 대한 대응하는 세그먼트 라인을 따라 인가되는 경우에 이완 윈도우(도 3을 참조, 또한 릴리스 윈도우로 지칭됨) 내에 있다.
하이 홀드 전압(VCHOLD _H) 또는 로우 홀드 전압(VCHOLD _L)과 같은 홀드 전압이 공통 라인에 인가되는 경우, IMOD의 상태는 일정하게 유지될 것이다. 예를 들어, 이완된 IMOD는 이완된 위치에서 유지될 것이고, 작동된 IMOD는 작동된 위치에서 유지될 것이다. 하이 세그먼트 전압(VSH) 및 로우 세그먼트 전압(VSL) 둘 다가 대응하는 세그먼트 라인을 따라 인가되는 경우에, 픽셀 전압이 안정성 윈도우 내에 유지되도록 홀드 전압들이 선택될 수 있다. 따라서, 세그먼트 전압 스윙, 즉, 하이(VSH) 및 로우 세그먼트 전압(VSL) 사이의 차이는, 양 또는 음의 안정성 윈도우 중 어느 하나의 폭보다 더 적다.
하이 어드레싱 전압(VCADD _H) 또는 로우 어드레싱 전압(VCADD _L)과 같은 어드레싱, 또는 작동 전압이 공통 라인에 인가되는 경우, 데이터는 각각의 세그먼트 라인들을 따른 세그먼트 전압들의 인가에 의해 그 공통 라인을 따라 있는 변조기들에 선택적으로 기록될 수 있다. 세그먼트 전압들은 작동이 인가된 세그먼트 전압에 의존하도록 선택될 수 있다. 어드레싱 전압이 공통 라인을 따라 인가되는 경우, 하나의 세그먼트 전압의 인가는 픽셀 전압이 안정성 윈도우 내에 있게 하여, 그 픽셀이 작동하지 않게 유지되도록 할 것이다. 이와 대조적으로, 다른 세그먼트 전압의 인가는 픽셀 전압이 안정성 윈도우를 벗어나게 하여, 결국 픽셀의 작동을 초래할 것이다. 작동을 유발하는 특정 세그먼트 전압은 어떤 어드레싱 전압이 이용되는지에 의존하여 변동할 수 있다. 일부 구현들에서, 하이 어드레싱 전압(VCADD _H)이 공통 라인을 따라 인가되는 경우, 하이 세그먼트 전압(VSH)의 인가는 변조기로 하여금 자신의 현재 위치에서 유지하도록 야기할 수 있고, 반면에 로우 세그먼트 전압(VSL)의 인가는 변조기의 작동을 야기할 수 있다. 그 결과, 세그먼트 전압들의 영향은 로우 어드레싱 전압(VCADD _L)이 인가되는 경우에 반대로 될 수 있어, 하이 세그먼트 전압(VSH)은 변조기의 작동을 유발하고, 로우 세그먼트 전압(VSL)은 변조기의 상태에 영향을 주지 않는다(즉, 안정을 유지한다).
일부 구현들에서, 변조기들에 걸쳐 동일 극성의 전위차를 생성하는 홀드 전압들, 어드레스 전압들, 및 세그먼트 전압들이 사용될 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 변조기들의 전위차의 극성을 교번시키는 신호들이 이용될 수 있다. 변조기들에 걸친 극성의 교번(즉, 기록 절차들의 극성의 교번)은 단일 극성의 반복된 기록 동작들 후에 일어날 수 있는 전하 축적을 줄이거나 또는 막을 수 있다.
도 5a는 도 2의 3x3 IMOD 디스플레이에서의 디스플레이 데이터의 프레임을 예시하는 도면의 예를 도시한다. 도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하는데 이용될 수 있는 공통 및 세그먼트 신호들에 대한 타이밍도의 예를 도시한다. 신호들은, 예를 들면, 도 2의 3x3 어레이에 인가될 수 있고, 이것이 궁극적으로 도 5a에 도시된 라인 시간(60e) 디스플레이 배열을 초래할 것이다. 도 5a에서 작동된 변조기들은 어두운-상태에 있는데, 즉 여기서, 예를 들어 시청자에게 어두운 외형을 초래하기 위하여 반사광의 상당 부분이 가시 스펙트럼 외부에 있다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀들은 임의의 상태에 있을 수 있지만, 도 5b의 타이밍도에 예시된 기록 절차는 각각의 변조기가 릴리스되었고 제 1 라인 시간(60a) 전에 작동되지 않은 상태로 존재한다고 추정한다.
제 1 라인 시간(60a) 동안에: 릴리스 전압(70)이 공통 라인 1에 인가되며; 공통 라인 2에 인가된 전압은 하이 홀드 전압(72)에서 시작하고 릴리스 전압(70)으로 이동하며; 로우 홀드 전압(76)은 공통 라인 3을 따라 인가된다. 따라서, 공통 라인 1을 따라 있는 변조기들(공통 1, 세그먼트 1), (1,2) 및 (1,3)은 제 1 라인 시간(60a)의 듀레이션 동안 이완된, 또는 작동하지 않은 상태를 유지하며, 공통 라인 2를 따라 있는 변조기들(2,1), (2,2) 및 (2,3)은 이완된 상태로 이동할 것이고, 공통 라인 3을 따라 있는 변조기들(3,1), (3,2) 및 (3,3)은 자신들의 이전의 상태를 유지할 것이다. 도 4를 참조하면, 세그먼트 라인들 1, 2 및 3을 따라 인가된 세그먼트 전압들은, 공통 라인들 1, 2 또는 3 중 어느 것도 라인 시간(60a) 동안에 작동을 야기하는 전압 레벨들(즉, VCREL-이완 및 VCHOLD_L-안정)에 노출되고 있지 않기 때문에, IMOD들의 상태 상에 아무런 영향을 주지 않을 것이다.
제 2 라인 시간(60b) 동안, 공통 라인 1 상의 전압은 하이 홀드 전압(72)으로 이동하고, 공통 라인 1을 따라 있는 모든 변조기들은 인가된 세그먼트 전압에 무관하게 이완된 상태를 유지하는데, 왜냐하면 어떠한 어드레싱 또는 작동 전압도 공통 라인 1에 인가되지 않았기 때문이다. 공통 라인 2를 따라 있는 변조기들은 릴리스 전압(70)의 인가로 인해 이완된 상태로 유지되고, 공통 라인 3을 따라 있는 변조기들(3,1), (3,2) 및 (3,3)은 공통 라인 3에 걸리는 전압이 릴리스 전압(70)으로 이동하는 경우에 이완할 것이다.
제 3 라인 시간(60c) 동안에, 공통 라인 1은 하이 어드레스 전압(74)을 공통 라인 1 상에 인가함으로써 어드레싱된다. 이러한 어드레스 전압의 인가 동안에 로우 세그먼트 전압(64)이 세그먼트 라인들(1 및 2)을 따라 인가되기 때문에, 변조기들(1,1) 및 (1,2)에 걸친 픽셀 전압은 변조기들의 양의 안정성 윈도우의 상한(high end)보다 더 크고(즉, 전압차가 미리 정의된 임계치를 초과하였음), 변조기들(1,1) 및 (1,2)은 작동된다. 반대로, 하이 세그먼트 전압(62)이 세그먼트 라인 3을 따라 인가되기 때문에, 변조기(1,3)에 걸친 픽셀 전압은 변조기들(1,1) 및 (1,2)의 픽셀 전압 미만이고, 변조기의 양의 안정성 윈도우 내에서 유지되며, 따라서 변조기(1,3)는 이완된 상태를 유지한다. 또한, 라인 시간(60c) 동안, 공통 라인 2에 걸리는 전압은 로우 홀드 전압(76)으로 감소하고, 공통 라인 3에 걸리는 전압은 릴리스 전압(70)에서 유지하여, 공통 라인들(2 및 3)을 따라 있는 변조기들을 이완된 위치로 남겨둔다.
제 4 라인 시간(60d) 동안, 공통 라인 1 상의 전압은 하이 홀드 전압(72)으로 복귀하여, 공통 라인 1을 따라 있는 변조기들을 자신들의 각각의 어드레싱된 상태들로 남겨둔다. 공통 라인 2 상의 전압은 로우 어드레스 전압(78)으로 감소된다. 하이 세그먼트 전압(62)이 세그먼트 라인 2를 따라 인가되기 때문에, 변조기(2,2)에 걸친 픽셀 전압은 변조기의 음의 안정성 윈도우의 하한 미만이 되어, 변조기(2,2)가 작동하게 한다. 반대로, 로우 세그먼트 전압(64)이 세그먼트 라인들(1 및 3)을 따라 인가되기 때문에, 변조기들(2,1) 및 (2,3)은 이완된 위치에서 유지한다. 공통 라인 3 상의 전압은 하이 홀드 전압(72)으로 증가하여, 공통 라인 3을 따라 있는 변조기들을 이완된 상태로 남겨둔다.
마지막으로, 제 5 라인 시간(60e) 동안에, 공통 라인 1 상의 전압은 하이 홀드 전압(72)으로 유지되고, 공통 라인 2 상의 전압은 로우 홀드 전압(76)으로 유지되어, 공통 라인들 1 및 2를 따라 있는 변조기들을 자신들의 각각의 어드레싱된 상태들로 남겨둔다. 공통 라인 3 상의 전압은 하이 어드레스 전압(74)으로 증가하여 공통 라인 3을 따라 있는 변조기들을 어드레싱한다. 로우 세그먼트 전압(64)이 세그먼트 라인들 2 및 3에 인가됨에 따라, 변조기들(3,2) 및 (3,3)은 작동하는 반면에, 세그먼트 라인 1을 따라 인가된 하이 세그먼트 전압(62)은 변조기(3,1)가 이완된 위치에서 유지되게 한다. 따라서, 제 5 라인 시간(60e)의 끝에서, 3x3 픽셀 어레이는 도 5a에 도시된 상태에 있고, 다른 공통 라인들(미도시)을 따라 있는 변조기들이 어드레싱되는 경우에 발생할 수 있는 세그먼트 전압에서의 변동들에 무관하게, 홀드 전압들이 공통 라인들을 따라 인가되는 한, 그 상태를 유지할 것이다.
도 5b의 타이밍도에서, 정해진 기록 절차(즉, 라인 시간들(60a-60e))는 하이 홀드 및 어드레스 전압들, 또는 로우 홀드 및 어드레스 전압들 중 어느 하나의 사용을 포함할 수 있다. 일단 기록 절차가 정해진 공통 라인에 대하여 완료되면(및 공통 전압이 작동 전압과 동일한 극성을 가지는 홀드 전압으로 설정되면), 픽셀 전압은 정해진 안정성 윈도우 내에 유지하고, 릴리스 전압이 그 공통 라인 상에 인가될 때까지 이완 윈도우(relaxation window)를 통과하지 않는다. 더욱이, 각각의 변조기를 어드레싱하기 전에 각각의 변조기가 기록 절차의 일부로서 릴리스되기 때문에, 릴리스 시간이 아니라 변조기의 작동 시간이 필요한 라인 시간을 결정할 수 있다. 구체적으로, 변조기의 릴리스 시간이 작동 시간보다 큰 구현들에서, 릴리스 전압은, 도 5b에 도시된 바와 같이, 단일 라인 시간보다 더 오랫동안 인가될 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 공통 라인들 또는 세그먼트 라인들을 따라 인가된 전압들은 변동하여, 상이한 변조기들, 예를 들면, 상이한 컬러들의 변조기들의 작동 및 릴리스 전압들의 변동들을 고려할 수 있다.
위에서 제시된 원리들에 따라 동작하는 IMOD들의 구조의 세부 사항들은 광범위하게 변동할 수 있다. 예를 들어, 도 6a 내지 도 6e는 이동 가능 반사층(14) 및 그의 지지 구조들을 포함하는 IMOD들의 다양한 구현들의 단면들의 예들을 도시한다. 도 6a는 도 1의 IMOD 디스플레이의 부분 단면의 예를 도시하며, 여기서 금속 재료의 스트립, 즉, 이동 가능 반사층(14)은 기판(20)으로부터 직교하게 연장하는 지지부들(supports; 18) 상에 증착된다. 도 6b에서, 각각의 IMOD의 이동 가능 반사층(14)은 일반적으로 형상이 정사각형 또는 직사각형이고, 테더들(tethers)(32) 상의 코너들에서 또는 그 코너들 가까이에서 지지부들에 부착된다. 도 6c에서, 이동 가능 반사층(14)은 일반적으로 형상이 정사각형 또는 직사각형이고, 유연한 금속을 포함할 수 있는 변형 가능 층(34)에 매달려 있다. 변형 가능 층(34)은 이동 가능 반사층(14)의 둘레 주위에서 기판(20)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 이런 연결들은 본 명세서에서 지지 포스트들(support posts)이라고 지칭된다. 도 6c에 도시된 구현은 이동 가능 반사층(14)의 광학 기능들의, 변형 가능 층(34)에 의해 수행되는 자신의 기계적 기능들로부터의 디커플링으로부터 도출된 부가적인 이점들을 가진다. 이러한 디커플링은 반사층(14)에 대하여 이용되는 구조적 설계 및 재료들 및 변형 가능 층(34)에 대하여 이용되는 그러한 것들이 서로로부터 독립적으로 최적화되도록 허용한다.
도 6d는 이동 가능 반사층(14)이 반사 서브층(14a)을 포함하는 IMOD의 다른 예를 도시한다. 이동 가능 반사층(14)은 지지 구조, 가령 지지 포스트들(18) 상에 안착(rest)된다. 지지 포스트들(18)은 하부 정지 전극(즉, 예시된 IMOD에서의 광학 스택(16)의 부분)으로부터 이동 가능 반사층(14)의 분리를 제공하여, 예를 들어 이동 가능 반사층(14)이 이완된 위치에 있는 경우에 갭(19)이 이동 가능 반사층(14) 및 광학 스택(16) 사이에 형성되도록 한다. 이동 가능 반사층(14)은 또한 전극으로서 역할을 하도록 구성될 수 있는 도전층(14c), 및 지지층(14b)을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 도전층(14c)은 기판(20)으로부터 원위(distal)인 지지층(14b)의 일면 상에 배치되고, 반사성 서브-층(14a)은 기판(20)에 근위인(proximal) 지지층(14b)의 다른 면 상에 배치된다. 일부 구현들에서, 반사성 서브-층(14a)은 도전성일 수 있고, 지지층(14b) 및 광학 스택(16) 사이에 배치될 수 있다. 지지층(14b)은 유전체 재료, 예를 들어, 실리콘 산화질화물(SiON) 또는 실리콘 이산화물(SiO2)의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지층(14b)은 층들의 스택, 가령, 예를 들어 SiO2/SiON/SiO2 3-층 스택일 수 있다. 반사성 서브-층(14a) 및 도전층(14c) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 예를 들면, 약 0.5% 구리(Cu)를 갖는 알루미늄(Al) 합금, 또는 다른 반사성 금속 재료를 포함할 수 있다. 도전층들(14a, 14c)을 유전체 지지층(14b) 위 및 아래에 사용하는 것은 응력들을 밸런싱하고 향상된 전도성을 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사성 서브-층(14a) 및 도전층(14c)은 다양한 설계 목적들, 가령, 이동 가능 반사층(14) 내에서 특정 응력 프로파일들을 달성하는 것을 위해 상이한 재료들로 형성될 수 있다.
도 6d에 예시된 바와 같이, 일부 구현들은 또한 블랙 마스크 구조(23)를 포함할 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 광학적으로 불활성인 지역들(예를 들면, 픽셀들 사이 또는 포스트들(18) 아래)에서 형성되어 주변광 또는 표류 광(stray light)을 흡수할 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 또한 광이 디스플레이의 불활성 부분들로부터 반사되거나 또는 그 부분들을 투과하는 것을 억제하며, 이에 의해 콘트라스트 비를 증가시킴으로써, 디스플레이 디바이스의 광학 특성들을 개선할 수 있다. 부가적으로, 블랙 마스크 구조(23)는 도전성일 수 있고 전기 버싱 층으로서 기능을 하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 행 전극들은 접속된 행 전극의 저항을 줄이기 위해 블랙 마스크 구조(23)에 접속될 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 증착 및 패터닝 기법들을 비롯해서 다양한 방법들을 이용하여 형성될 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 블랙 마스크 구조(23)는 광학 흡수체로서 역할을 하는 몰리브덴-크롬(MoCr)층, SiO2 층 및 반사체 및 버싱 층으로서 역할을 하는 알루미늄 합금을 포함하고, 이들은 각각 그 두께가 약 30-80 Å, 500-1000 Å, 및 500-6000 Å의 범위이다. 하나 이상의 층들은, 예를 들어, MoCr 및 SiO2 층들에 대하여 CF4(carbon tetrafluoride) 및/또는 O2(oxygen)를 포함하고, 알루미늄 합금 층에 대하여 Cl2(chlorine) 및/또는 BCl3(boron trichloride)을 포함하는 포토리소그래피 및 건식 에칭을 비롯해서 다양한 기법들을 이용하여 패터닝될 수 있다. 일부 구현들에서, 블랙 마스크(23)는 에탈론(etalon) 또는 간섭 측정 스택 구조일 수 있다. 이러한 간섭 측정 스택 블랙 마스크구조들(23)에서, 도전성 흡수체들은 각각의 행 또는 열의 광학 스택(16)에서의 하부의 정지 전극들 간에 신호들을 전달 또는 버싱(bus)하는데 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 스페이서 층(35)은 일반적으로 흡수체 층(16a)을 블랙 마스크(23)에서의 도전층들로부터 전기적으로 절연시키는 역할을 할 수 있다.
도 6e는 이동 가능 반사 층(14)이 자체 지지형인 IMOD의 다른 예를 도시한다. 도 6d와 대조적으로, 도 6e의 구현은 지지 포스트들(18)을 포함하지 않는다. 대신에, 이동 가능 반사 층(14)은 다수의 위치들에서 아래에 놓인 광학 스택(16)과 접촉하고, 이동 가능 반사 층(14)의 곡률은, IMOD에 걸친 전압이 작동을 유발하는데 불충분한 경우에 이동 가능 반사 층(14)이 도 6e의 작동되지 않은 위치로 복귀하는 충분한 지지를 제공한다. 복수의 몇몇의 상이한 층들을 포함할 수 있는 광학 스택(16)은, 여기서 명료함을 위해 광학 흡수체(16a), 및 유전체(16b)를 포함하는 것으로 도시된다. 일부 구현들에서, 광학 흡수체(16a)는 고정된 전극 및 부분 반사층 모두로서 역할을 할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e에 도시된 것들과 같은 구현들에서, IMOD들은 이미지들이 투명 기판(20)의 앞면, 즉, 변조기가 배열된 면과 반대인 면에서 보이는 직시 디바이스들로서 기능을 한다. 이러한 구현들에서, 디바이스의 뒷쪽 부분들(즉, 예를 들어, 도 6c에 예시된 변형 가능 층(34)을 비롯하여, 이동 가능 반사층(14) 뒤의 디스플레이 디바이스의 임의의 부분)은 디스플레이 디바이스의 이미지 품질에 악영향 또는 부정적으로 영향을 주는 일 없이 구성되고 동작될 수 있는데, 왜냐하면 반사층(14)이 디바이스의 그 부분들을 광학적으로 차폐하기 때문이다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 버스 구조(예시되지 않음)는 변조기의 광학 특성들을 변조기의 전기 기계적 특성들, 가령, 전압 어드레싱 및 이러한 어드레싱으로부터 생겨나는 이동들로부터 분리하는 능력을 제공하는 이동 가능 반사층(14) 뒤에 포함될 수 있다. 부가적으로, 도 6a 내지 도 6e의 구현들은 프로세싱, 가령, 패터닝을 단순화할 수 있다.
도 7은 IMOD에 대한 제조 프로세스(80)를 도시하는 흐름도의 예를 도시하고, 도 8a 내지 도 8e는 이러한 제조 프로세스(80)의 대응하는 스테이지들의 단면의 개략적인 예시들의 예들을 도시한다. 일부 구현들에서, 제조 프로세스(80)는, 예를 들면, 도 7에 도시되지 않은 다른 블록들에 부가하여 도 1 및 도 6 에 도시된 범용 타입의 IMOD들을 제조하도록 구현될 수 있다. 도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 프로세스(80)는 기판(20) 상의 광학 스택(16)의 형성을 갖는 블록(82)에서 시작한다. 도 8a는 기판(20) 상에 형성된 이러한 광학 스택(16)을 예시한다. 기판(20)은 투명한 기판, 가령, 유리 또는 플라스틱일 수 있고, 이것은 유연하거나 비교적으로 뻣뻣하고 구부러지지 않을 수 있으며, 사전 준비 프로세스들, 예를 들면, 세척이 실시되어, 광학 스택(16)의 효율적인 형성을 용이하게 할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 광학 스택(16)은 전기적으로 도전성이고, 부분적으로 투명하고 부분적으로 반사성일 수 있고, 예를 들어, 원하는 특성들을 가지는 하나 이상의 층들을 투명한 기판(20) 상에 증착함으로써 제조될 수 있다. 도 8a에서, 광학 스택(16)은 서브-층들(16a 및 16b)을 갖는 다층 구조를 포함하지만, 더 많거나 더 적은 서브-층들이 일부 다른 구현들에 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a, 16b) 중 하나는 조합된 도전체/흡수체 서브-층(16a)과 같이 광학 흡수성 및 도전성 특성들 모두를 갖도록 구성될 수 있다. 덧붙여, 서브-층들(16a, 16b) 중 하나 이상은 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있고, 디스플레이 디바이스에 행 전극들을 형성할 수 있다. 이러한 패터닝은 마스킹 및 에칭 프로세스 또는 당분야에서 알려진 다른 적합한 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a, 16b) 중 하나는 절연성 또는 유전체 층, 가령 하나 이상의 금속 층들(예를 들어, 하나 이상의 반사성 및/또는 도전층들) 위에 증착된 서브-층(16b)일 수 있다. 또한, 광학 스택(16)은 디스플레이의 행들을 형성하는 개별 및 평행 스트립들로 패터닝될 수 있다.
프로세스(80)는 광학 스택(16) 상의 희생층(25)의 형성을 갖는 블록(84)에서 계속된다. 희생층(25)은 나중에(예를 들어, 블록(90)에서) 제거되어, 캐비티(19)를 형성하고, 따라서 희생층(25)은 도 1에 도시된 결과적인 IMOD들(12)에서 도시되지 않는다. 도 8b는 광학 스택(16) 상에 형성된 희생층(25)을 포함하는 부분적으로 제작된 디바이스를 예시한다. 광학 스택(16) 상의 희생층(25)의 형성은, 후속하는 제거 후에, 원하는 설계 크기를 갖는 갭 또는 캐비티(19)(또한 도 1 및 도 8e를 참조)를 제공하도록 선택된 두께로의, 몰리브덴(Mo) 또는 비정질 실리콘(Si)과 같은 크세논 이불화물(XeF2)-에칭 가능 재료의 증착을 포함할 수 있다. 희생 재료의 증착은 증착 기법들, 가령, 물리적 기상 증착(PVD(physical vapor deposition), 예를 들면, 스퍼터링), 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 열적 화학적 기상 증착(열적 CVD(chemical vapor deposition)), 또는 스핀-코팅을 이용하여 수행될 수 있다.
프로세스(80)는 지지 구조, 예를 들면, 도 1, 도 6 및 도 8c에 예시된 바와 같은 포스트(18)의 형성을 갖는 블록(86)에서 계속된다. 포스트(18)의 형성은 지지 구조 개구부를 형성하기 위해 희생층(25)을 패터닝하는 것, 이어서 PVD, PECVD, 열적 CVD, 또는 스핀-코팅과 같은 증착 방법을 이용하여, 포스트(18)를 형성하기 위해 재료(예를 들면, 폴리머 또는 무기질 재료, 예를 들면, 실리콘 산화물)를 개구부 내에 증착하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 희생층 내에 형성된 지지 구조 개구부는 희생층(25) 및 광학 스택(16) 둘 다를 통해, 아래에 놓인 기판(20)까지 연장할 수 있어서, 포스트(18)의 하부 말단은 도 6a에 예시된 바와 같이 기판(20)과 접촉하게 한다. 대안적으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 희생층(25) 내에 형성된 개구부는 희생층(25)을 통해 연장할 수 있지만, 광학 스택(16)을 통해서는 연장할 수 없다. 예를 들어, 도 8e는 광학 스택(16)의 상부 표면과 접촉하는 지지 포스트들(18)의 하부 말단들을 예시한다. 포스트(18), 또는 다른 지지 구조들은, 지지 구조 재료의 층을 희생층(25) 상에 증착하고 희생층(25)에서 개구부들로부터 떨어져 위치된 지지 구조 재료의 부분들을 제거하기 위해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 지지 구조들은, 도 8c에 예시된 바와 같이 개구부들 내에 위치될 수 있지만, 또한, 적어도 부분적으로, 희생층(25)의 일 부분 위에서 연장할 수 있다. 위에서 유의된 바와 같이, 희생층(25) 및/또는 지지 포스트들(18)의 패터닝은 패터닝 및 에칭 프로세스에 의해 수행될 수 있지만, 또한 대안적 에칭 방법들에 의해 수행될 수 있다.
프로세스(80)는 도 1, 도 6 및 도 8d에 예시된 이동 가능 반사층(14)과 같은 이동 가능 반사층 또는 멤브레인의 형성을 갖는 블록(88)에서 계속된다. 이동 가능 반사층(14)은 하나 이상의 패터닝, 마스킹, 및/또는 에칭 단계들과 함께 하나 이상의 증착 단계들, 예를 들면, 반사 층(예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금) 증착을 사용함으로써 형성될 수 있다. 이동 가능 반사층(14)은 전기적으로 도전성일 수 있고, 전기적 도전층이라고 지칭될 수 있다. 일부 구현들에서, 이동 가능 반사층(14)은 도 8d에 도시된 바와 같은 복수의 서브-층들(14a, 14b, 14c)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 서브층들, 가령, 서브층들(14a, 14c) 중 하나 이상은, 자신들의 광학 특성들을 위해 선택된 높은 반사성 서브-층들을 포함할 수 있고, 다른 서브-층(14b)은 자신의 기계적 특성들을 위해 선택된 기계적 서브-층을 포함할 수 있다. 희생층(25)이 블록(88)에서 형성된 부분적으로 제작된 IMOD 내에 여전히 존재하기 때문에, 이동 가능 반사층(14)은 이러한 스테이지에서 통상적으로 이동 가능하지 않다. 희생층(25)을 포함하는 부분적으로 제작된 IMOD는, 또한 본 명세서에서 "비릴리스된(unreleased)" IMOD 라고도 지칭될 수 있다. 도 1과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 이동 가능 반사층(14)은 디스플레이의 열들을 형성하는 별개의 및 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있다.
프로세스(80)는 캐비티, 예를 들면, 도 1, 도 6 및 도 8e에 예시된 바와 같은 캐비티(19)의 형성을 갖는 블록(90)에서 계속된다. 캐비티(19)는 (블록(84)에서 증착된) 희생 재료(25)를 에천트에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 에칭 가능 희생 재료, 가령, Mo 또는 비정질 Si는 건식 화학적 에칭에 의하여, 예를 들면, 희생층(25)을 가스상 또는 기체상 에천트, 가령 고체 XeF2로부터 유도된 증기들에, 통상적으로 캐비티(19)를 둘러싸는 구조들에 대해 선택적으로 제거되는 원하는 양의 재료를 제거하기에 효과적인 시간 기간 동안에 노출시킴으로써, 제거될 수 있다. 다른 에칭 방법들, 가령, 습식 에칭 및/또는 플라즈마 에칭이 또한 이용될 수 있다. 희생층(25)이 블록(90) 동안에 제거되기 때문에, 이동 가능 반사 층(14)은 이러한 스테이지 후에 통상적으로 이동 가능하다. 희생 재료(25)의 제거 후, 결과적인 완전히 또는 부분적으로 제조된 IMOD는 본 명세서에서는 "릴리스된(released)" IMOD라고 지칭될 수 있다.
EMS 디바이스의 또 다른 예는 마이크로스피커이다. 일부 구현들에서, 하나, 2 개, 또는 다수의 마이크로스피커들이 IMOD 디스플레이 디바이스와 같은 하나 이상의 EMS 디바이스들에 장착, 결합 또는 그렇지 않다면 접속될 수 있다. 일부 구현들에서, 하나, 2 개 또는 다수의 마이크로스피커들은 IMOD 디스플레이 디바이스의 부분으로서 제조될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 커버 유리를 가진 유리 기판 상의 마이크로스피커 어레이를 포함하는 유리-캡슐화 마이크로스피커의 예들을 도시한다. 도 9a는 유리-캡슐화 마이크로스피커의 확대도의 예를 도시한다. 도 9b는 도 9a에 도시된 유리-캡슐화 마이크로스피커의 간략화된 등각 투상도의 예를 도시한다. 명확화를 위하여, 도 9a에 도시된 일부 컴포넌트들은 도 9b에 도시되지 않는다.
도 9a 및 도 9b의 예에 도시된 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)는 커버 유리(102), 집적 회로 디바이스(104), 유리 기판(106), 마이크로스피커 어레이(108), 및 연결 링(110)을 포함한다. 커버 유리(102) 및 유리 기판(106)이 도 9a 및 도 9b뿐만 아니라 몇몇의 다른 도면들에서 투명한 것으로 도시되지만, 커버 유리 및 유리 기판은 투명 또는 불투명일 수 있다. 예를 들어, 커버 유리 및 유리 기판은 반투명(frosted)이거나, 코팅되거나 페인팅되거나 또는 그렇지 않은 경우에 불투명하게 될 수 있다.
커버 유리는 2개의 주요한 실질적으로 평행인 표면들 및 하나 이상의 리세스들을 가진 평면 기판일 수 있다. 커버 유리(102)는 도 9a에 도시된 바와 같이 리세스(112)를 포함한다. 커버 유리(102)가 유리 기판(106)에 결합될 때, 캐비티(113)는 도 9b에 도시된 바와 같이 형성된다. 캐비티(113)는 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)의 상이한 컴포넌트들을 수용할 수 있는 볼륨이다. 도 9a 및 도 9b의 예에서 캐비티(113)는 집적 회로 디바이스(104) 및 마이크로스피커 어레이(108)를 수용한다.
일부 구현들에서, 커버 유리(102)의 길이 및 폭은 유리 기판(106)의 길이 및 폭과 동일하거나 또는 대략 동일할 수 있다. 예를 들어, 커버 유리의 길이는 약 1 내지 5 밀리미터일 수 있으며, 커버 유리의 폭은 약 1 내지 5 밀리미터일 수 있다. 일부 구현들에서, 커버 유리 및 유리 기판은 대략 동일한 치수들을 가질 수 있으며 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 일부 구현들에서, 커버 유리 및 유리 기판은 대략 동일한 치수들을 가질 수 있으며, 원형, 타원형 또는 다른 형상일 수 있다. 다양한 구현들에서, 커버 유리는 약 50 내지 700 마이크로미터 두께, 예를 들면, 약 100 내지 300 마이크로미터 두께, 약 300 또는 500 마이크로미터 두께, 또는 약 500 마이크로미터 두께일 수 있다.
집적 회로 디바이스(104)는 마이크로스피커 어레이(108)에 입력을 제공하도록 구성될 수 있으며, 유리 기판(106) 상에 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 집적 회로 디바이스(104)는 주문형 집적 회로(ASIC)일 수 있다. 도 9a 및 도 9b의 예에서 집적 회로 디바이스(104)는 유리 기판(106) 상의 상부측 본드 패드들(127a)에 결합된 플립-칩이다. 일부 구현들에서, 집적 회로 디바이스(104)는 유리 기판(106)의 표면 상에서 제조되거나 본드 패드들에 와이어-본딩될 수 있다.
유리 기판(106)은 일반적으로 2개의 실질적으로 평행한 표면들, 즉, 상부 표면(126a) 및 하부 표면(126b)을 가진 평면 기판이다. 관통-유리 비아(through-glass via)들(122)은 유리 기판(106)을 통해 상부 표면(126a) 및 하부 표면(126b)의 부분들 사이에 도전성 경로들을 제공한다. 상부 표면(126a) 상의 도전성 상부측 트레이스들(124)은 상부측 본드 패드들(127a)에 관통-유리 비아들(122)을 접속하며, 상부측 본드 패드들(127a)은 집적 회로 디바이스(104)에 전기적 접속들을 제공한다. 하부 표면(126b) 상의 하부측 본드 패드들(127b)은 관통-유리 비아들(122)에 하부측 전기 접속들을 제공한다. 마이크로스피커 어레이(108) 및 집적 회로 디바이스(104)는 유리 기판(106) 상의 도전성 상부측 트레이스들(124)에 의해 간접적으로 또는 직접적으로 관통-유리 비아들(122) 중 하나 이상의 비아들에 전기적으로 접속될 수 있다. 도시된 예에서, 도전성 상부측 트레이스들(128)은 마이크로스피커 어레이(108)를 본드 패드들(129)에 접속하며, 본드 패드들(129)은 집적 회로 디바이스(104)로의 접속들을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 관통-유리 비아들(122)은 유리 기판(106)의 한 면 상의, 하나 이상의 트레이스들, 본드 패드들, 집적 회로 디바이스들, 마이크로스피커 엘리먼트들 및/또는 다른 컴포넌트들로부터 반대 면 상의 하나 이상의 트레이스들, 본드 패드들 및/또는 다른 컴포넌트들로의 직접적인 전기 접속을 제공한다. 유리 기판(106)과 연관된 상부측 및 하부측 본드 패드들(127a 및 127b), 도전성 상부측 트레이스들(124) 및 관통-유리 비아들(122)의 특정 배열은 하나의 가능한 배열의 예이고, 원하는 구현에 따라 다른 배열들이 가능하다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 예에서, 연결 링(110)은 관통-유리 비아들(122), 도전성 상부측 트레이스들(124) 및 상부측 본드 패드들(127a)을 둘러싼다. 일부 구현들에서, 연결 링(110)은 도전성 상부측 트레이스들(124)의 일부 및/또는 관통-유리 비아들(122)의 일부 위에 놓일 수 있다. 유리 기판들 및 전기 도전성 관통-유리 비아들의 추가 설명은 "THIN FILM THROUGH-GLASS VIA AND METHODS FOR FORMING SAME"라는 명칭으로 2011년 3월 15일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/048,768 호 및 "DIE-CUT THROUGH-GLASS VIA AND METHODS FOR FORMING SAME"라는 명칭으로 2011년 8월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제 13/221,677 호에서 발견될 수 있으며, 그로 인해 상기 출원들이 인용에 의해 통합된다.
일부 구현들에서, 외부 환경에 노출되는 상부 표면(126a) 상의 도전성 상부측 트레이스들(124)의 부분들은 패시베이팅될 수 있다. 예를 들어, 도전성 상부측 트레이스들은 산화물 또는 질화물의 코팅과 같은 패시베이션 층으로 패시베이팅될 수 있다. 패시베이션 층은 도전성 상부측 트레이스들이 산화되어 가능한 경우에 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)의 실패를 유발하게 하는 것을 방지할 수 있다. 패시베이션 층은 CVD 프로세스 또는 PVD 프로세스 또는 다른 적절한 증착 기술들로 증착될 수 있다. 게다가, 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)의 다른 노출된 금속 표면들이 또한 패시베이팅될 수 있다.
일부 구현들에서, 유리 기판(106)의 길이는 약 1 내지 5 밀리미터일 수 있으며, 유리 기판(106)의 폭은 약 1 내지 5 밀리미터일 수 있다. 다양한 구현들에서, 유리 기판(106)은 약 50 내지 700 마이크로미터의 두께, 예를 들면, 약 100 내지 300 마이크로미터의 두께, 약 300 내지 500 마이크로미터의 두께 또는 약 500 마이크로미터의 두께일 수 있다.
연결 링(110)은 커버 유리(102)를 유리 기판(106)에 결합한다. 연결 링(110)은 임의의 적절한 방식으로 형상화될 수 있으며, 일반적으로 연결될 커버 유리(102) 및 유리 기판(106)에 대응하도록 형상화 및 크기 설정된다. 연결 링(110)은 임의의 수의 상이한 본딩 물질들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 연결 링(110)은 접착제일 수 있다. 예를 들어, 연결 링(110)은 자외선(UV) 경화가능 에폭시 또는 열-경화 가능 에폭시를 포함하는 에폭시일 수 있다. 일부 구현들에서, 연결 링(110)은 유리 프리트 본드 링(glass frit bond ring)일 수 있다. 일부 구현들에서, 연결 링(110)은 금속 본드 링일 수 있다. 금속 본드 링은 납땜가능 야금술, 공융 야금술, 납땜 페이스트 등을 포함할 수 있다. 납땜 가능 야금술들의 예들은 니켈/금(Ni/Au), 니켈/팔라듐(Ni/Pd), 니켈/팔라듐/금(Ni/Pd/Au), 구리(Cu), 및 금(Au)을 포함한다. 공융 금속 본딩은 커버 유리(102)와 유리 기판(106) 사이에 공융 합금층을 형성하는 것을 수반한다. 사용될 수 있는 공융 합금들의 예들은 인듐/비스무스(InBi), 구리/주석(CuSn) 및 금/주석(AuSn)을 포함한다. 이들 공융 합금들의 용해 온도들은 InBi 공융 합금에 대하여 약 150℃이며, CuSn 공융 합금에 대해 약 225℃이며, 그리고 AuSn 공융 합금에 대하여 약 305℃이다.
마이크로스피커 어레이(108)는 유리 기판(106) 상에 형성되거나 유리 기판(106)에 부착될 수 있다. 마이크로스피커 어레이(108)는 임의의 수의 별개의 마이크로스피커 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 마이크로스피커 어레이(108)는 별개의 마이크로스피커 엘리먼트들의 1x1, 1x2, 2x2, 10x10, 또는 10x20 어레이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 각각의 마이크로스피커 엘리먼트는, 예를 들면, 집적 회로 디바이스(104)로부터 구동 신호를 수신할 때 편향시키는 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함한다. 마이크로스피커 엘리먼트들의 구현들의 추가적인 세부 사항들은 도 12a 내지 도 17에 관련하여 아래에 설명된다. 변형된 멤브레인은 커버 유리(102) 내의 스피커 그릴(115)을 통해 방출되는 음파들을 생성한다. 스피커 그릴(115)은 커버 유리(102)를 통해 연장되는 다수의 음향 포트들(114)을 포함하고, 음파들은 음향 포트들(114)을 통해, 예를 들면, 사용자에게 전달될 수 있다. 일부 구현들에서, 변형된 멤브레인은 약 20 Hz 내지 20,000 Hz의 주파수, 또는 이들의 일부를 갖는 사운드를 생성할 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 또는 마이크로스피커 어레이는 40,000 Hz 이상까지의 초음파들을 생성하도록 크기 설정 및 구동될 수 있다.
스피커 그릴(115)은, 커버 유리(102)가 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)의 내부 컴포넌트들을 보호하도록 여전히 허용하면서, 음파들이 마이크로스피커 어레이(108)로부터 전달되도록 허용한다. 스피커 그릴(115) 내의 음향 포트들(114)은, 예를 들면, 육각형, 원형, 또는 정사각형 어레이로 배열된 다수의 홀들 또는 단일 홀을 포함하여 다수의 상이한 구성들로 이루어질 수 있다. 음향 포트들(114)은 또한, 예를 들면, 원형, 직사각형 또는 삼각형 형상들을 포함하여 다수의 상이한 형상들 중 임의의 것으로 이루어질 수 있다. 일부 구현들에서, 음향 포트들(114)은, 자신들이 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)에 의해 방출될 주파수 범위 내의 음파에 대한 음향 컷오프로서 작동하지 않도록 설계된다. 예를 들면, 저주파수들에서 음파들을 감쇠(roll off)하면서, 적당한 저, 중, 고 주파수 사운드가 전달되도록 허용하기 위해, 음향 포트들(114) 각각의 지름은 충분히 클 수 있고, 음향 포트들(114) 각각의 깊이는 충분히 얇을 수 있다. 홀들의 예시적인 지름들은 하측 상에서 약 10 내지 30 마이크로미터에서 상측 상에서 500 마이크로미터 이상에 이른다. 일부 구현들에서, 음향 포트들(114)은 소수성 물질로 코팅될 수 있다. 소수성 코팅들의 예들은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluorethylene) 및 다른 불소 중합체들(fluoropolymers)을 포함한다.
도 10a 및 도 10b는 커버 유리를 가진 유리 기판 상의 마이크로스피커 어레이를 포함하는 유리-캡슐화 마이크로스피커의 또 다른 예들을 도시한다. 도 10a는 유리-캡슐화 마이크로스피커의 분해도의 예를 도시한다. 도 10b는 도 10a에 도시된 유리-캡슐화 마이크로스피커의 등각 투상도의 예를 도시한다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)는 커버 유리(102), 집적 회로 디바이스(104), 유리 기판(106), 마이크로스피커 어레이(108) 및 연결 링(110)을 포함한다. 커버 유리(102)는 관통-유리 음향 포트들(114)을 포함하는 스피커 그릴(115) 및 리세스(112)를 포함한다. 커버 유리(102)가 유리 기판(106)에 결합될 때, 캐비티(113)가 리세스(112)에 의해 형성된다.
유리 기판(106)은 2 개의 실질적으로 평행한 표면들, 즉, 상부 표면(126a) 및 하부 표면(126b)을 갖는 실질적으로 평면인 기판이다. 레지(ledge)(132)는 커버 유리(102)에 의해 둘러싸인 상부 표면(126a)의 부분들로의 전기적 접속들을 허용한다. 상부 표면(126a) 상의 도전성 상부측 트레이스들(124)은 상부측 본드 패드들(127a)을 레지 패드들(127c)에 접속한다. 상부측 본드 패드들(127a)은 집적 회로 디바이스(104)로의 접속들에 사용될 수 있다. 마이크로스피커 어레이(108) 및 집적 회로 디바이스(104)는 유리 기판(106) 상의 도전서 상부측 트레이스들(124)에 의해 간접적으로 또는 직접적으로 레지 패드들(127c) 중 하나 이상에 전기적으로 접속될 수 있다. 도시된 예에서, 도전성 상부측 트레이스들(128)은 마이크로스피커 어레이(108)를 본드 패드들(129)에 접속하고, 본드 패드들(129)은 마이크로스피커 어레이(108)를 집적 회로 디바이스(104)에 접속한다. 따라서, 도전성 상부측 트레이스들(124 및 128)은 하나 이상의 본드 패드들(127a 및 129), 집적 회로 디바이스(104), 마이크로스피커 어레이(108), 또는 커버 유리(102)에 의해 둘러싸일 수 있는 다른 컴포넌트들로부터 하나 이상의 레지 패드들(127c) 또는 다른 컴포넌트들로의 전기 접속을 제공한다. 유리 기판(106)과 연관된 도전성 트레이스들, 본드 패드들 및 레지 패드들의 특정 배열은 하나의 가능한 배열의 예이고, 다른 배열들이 원하는 구현에 따라 가능하다.
일부 구현들에서, 외부 환경에 노출된 상부 표면(126a) 상의 도전성 상부측 트레이스들(124 및/또는 128)의 부분들이 패시베이팅될 수 있다. 예를 들면, 도전성 상부측 트레이스들(124 및/또는 128)은 산화물 또는 질화물의 코팅과 같은 패시베이션 층으로 패시베이팅될 수 있다.
연결 링(110)은 커버 유리(102)를 유리 기판(106)에 결합한다. 도 9a 및 도 9b에 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 연결 링(110)은 임의의 수의 상이한 본딩 물질들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 연결 링(110)이 유리 기판(106)에 커버 유리(102)를 결합하는 금속 본드 링일 때, 상부측 본드 패드들(127a)을 레지 패드들(127c)에 전기적으로 접속하는 도전성 상부측 트레이스들(124)은 금속 본드 링으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 도전성 상부측 트레이스들(124)은 패시베이션 층에 의해 전기적으로 절연될 수 있다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)는 리본 케이블, 유연한 플랫 케이블 또는 플렉스 테이프로 또한 지칭되는 유연한 접속기(140)를 더 포함할 수 있다. 유연한 접속기(140)는 동일한 플랫 평면 상에서 서로 평행하게 진행하는, 도전성 와이어들 또는 트레이스들과 같은 전기 접속부들이 매립된 폴리머 막을 포함할 수 있다. 유연한 접속기(140)는 또한 한 단부에서 플렉스 패드들을 포함하고 다른 단부에서 접촉들을 포함할 수 있으며, 도전성 와이어들 또는 트레이스들은 개별 접촉들과 개별 플렉스 패드들을 전기적으로 접속한다. 플렉스 패드들은 유연한 접속기(140)의 하부 표면 상에 있을 수 있으며, 도 10a 또는 도 10b에 도시되지 않는다. 플렉스 패드들은 레지 패드들(127c)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 유연한 접속기(140)의 플렉스 패드들은 이방성 도전막(ACF)으로 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)의 레지 패드들(127c)에 결합될 수 있다. 일부 구현들에서, 유연한 접속기(140)의 플렉스 패드들은 납땜으로 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)의 레지 패드들(127c)에 결합될 수 있다. 유연한 접속기(140)의 접촉들은 예를 들어 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 다른 전자 컴포넌트로의 접속을 위하여 소켓 또는 다른 접속기에 조립될 수 있다.
일부 구현들에서, 유연한 접속기(140)로의 접속을 위하여 레지(132)를 가진 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)는 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)가 PCB 또는 다른 전자 컴포넌트로부터 멀리 위치되도록 허용할 수 있다. 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)가 PCB 또는 다른 전자 컴포넌트로부터 멀리 위치될 때, PCB는 방수 밀폐부 내에 밀폐되어, 유리-캡슐화 마이크로스피커 및 PCB를 통합한 전자 디바이스의 신뢰성을 개선할 수 있다. 게다가, 유연한 접속기(140)는 셀 디바이스과 같은 모바일 폰의 주변장치에서 또는 인-이어(in-ear) 헤드폰들에서와 같이, 사운드 생성이 요구되는 곳 근처에 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)가 장착되도록 허용할 수 있다. 예를 들면, 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)는 사용자의 인-이어 헤드폰에 위치될 수 있고, IC 디바이스의 연관된 제어 전자기기들 중 일부 또는 모두가 이어 외부에 위치된다. 유연한 접속기의 사용은 또한 유리 기판을 통한 전기 비아들에 대한 필요성을 제거할 수 있고, 이는 유리-캡슐화 마이크로스피커(100)에 대한 제조 프로세스들을 단순화할 수 있다.
도 9a 내지 도 10b를 참조하여 설명된 유리-캡슐화 마이크로스피커들의 예들에 대한 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 일부 구현들에서, 예를 들면, 유리-캡슐화 마이크로스피커의 커버 유리는, 커버 유리가 유리 기판에 결합될 때, 2 개의 캐비티들이 형성되도록 2 개의 리세스들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 이러한 2 개의 캐비티들 중 하나는 집적 회로 디바이스를 수용할 수 있고, 다른 하나는 마이크로스피커 어레이를 수용한다. 일부 구현들에서, 연결 링은 마이크로스피커 어레이로부터 집적 회로 디바이스를 분리할 수 있다. 일부 구현들에서, 유리-캡슐화 마이크로스피커는 커버 유리와 유리 기판 사이에 배치된 집적 회로 디바이스를 포함하지 않을 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 어레이는, 예를 들면, 유연한 접속기 또는 PCB 상에 장착된 외부 집적 회로 디바이스에 의해 구동될 수 있다. 일부 구현들에서, 관통-유리 비아들, 도전성 트레이스들 및 패드들과 같은 컴포넌트들은 유리 기판 상의 또는 유리 기판을 통한 그러한 컴포넌트들 대신에 또는 이에 부가하여 커버 유리 상에 또는 커버 유리를 통해 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 유리-캡슐화 마이크로스피커는 스피커 그릴 대신에 커버 유리에 큰 측면 포트를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 유리-캡슐화 마이크로스피커들로 구현될 수 있는 유리 패키지들의 추가적인 특징들은 2011년 8월 30일자로 출원된 "GLASS AS A SUBSTRATE MATERIAL AND A FINAL PACKAGE FOR MEMS AND IC DEVICES"란 각각의 명칭의 공동-계류중인 미국 특허 출원들 제 13/221,701 호, 제 13/221,717 호 및 제 13/221,744 호에 제공되고, 그로 인해 상기 특허 출원들은 인용에 의해 본원에 통합된다.
도 11은 유리-캡슐화 마이크로스피커에 대한 제조 프로세스를 예시하는 흐름도의 예를 도시한다. 프로세스(200)의 블록(202)에서, 유리 기판의 표면 상에서 전기기계 마이크로스피커 어레이를 가진 유리 기판이 제공된다. 마이크로스피커 어레이에 부가하여, 연결 링들, 도전성 트레이스들, 패드들, 비아들, 레지 패드들 등과 같은 임의의 수의 다른 컴포넌트들이 유리 기판의 임의의 표면 상에 또는 유리 기판을 통해 존재할 수 있다. 유리 기판의 표면 상에 마이크로스피커 엘리먼트들을 형성하기 위한 제조 프로세스의 예는 도 18에 관련하여 아래에 논의된다. 유리 기판은 또한 유리 기판의 표면 상에 배치된 집적 회로 디바이스를 가질 수 있다. 예를 들면, 집적 회로 디바이스는 유리 기판의 표면 상에서 직접적으로 제조되거나 별개의 컴포넌트로서 유리 기판에 부가되고, 유리 기판에 부착될 수 있다. 존재한다면, 집적 회로 디바이스는 마이크로스피커 어레이를 구동하도록 구성될 수 있다. 블록(204)에서, 리세스 및 스피커 그릴을 포함하는 커버 유리는 유리 기판의 표면에 결합된다. 리세스 및 스피커 그릴은, 예를 들면, 화학 에칭 프로세스, 반응 이온 에칭 프로세스 또는 샌드블라스팅 프로세스(sandblasting process)로 이전에 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 스피커 그릴의 포트들은, 예를 들면, 자외선 또는 엑시머 레이저를 사용하는 레이저 드릴링 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 음향 포트들은 리세스가 형성된 후에 형성될 수 있다. 예를 들면, 리세스는 에칭 프로세스에 의해 커버 유리에 형성될 수 있고, 커버 유리의 에칭된 부분의 결과적인 두께의 예들은 약 200 내지 300 마이크로미터이다. 커버 유리의 에칭된 부분을 통해 연장되는 포트들은 레이저 드릴링에 의해 형성될 수 있다. 레이저 드릴링된 포트들의 예시적인 지름들은 약 10 내지 30 마이크로미터일 수 있다. 상술된 바와 같이, 커버 유리는, 임의의 수의 상이한 본딩 물질들을 포함할 수 있는 연결 링을 사용하여 유리 기판에 결합될 수 있다. 일부 구현들에서, 커버 유리는 접착제로 유리 기판에 결합된다. 일부 구현들에서, 커버 유리는 UV 경화 가능 에폭시 또는 열 경화 가능 에폭시를 통해 유리 기판에 결합된다. 에폭시가 커버 유리를 유리 기판에 결합하는데 사용될 때, 에폭시는 유리 기판 또는 커버 유리의 에지들 둘레에서 스크린(screen)되거나 분배될 수 있다. 이어서, 커버 유리 및 유리 기판은 함께 정렬되어 압착될 수 있으며, UV 광 또는 열이 에폭시를 경화시키기 위하여 에폭시에 인가될 수 있다.
일부 구현들에서, 커버 유리는 유리 프리트 본드 링으로 유리 기판에 결합된다. 유리 프리트는 디스펜싱(dispensing), 새도우 마스킹(shadow masking) 또는 다른 적절한 기술들을 사용하여 유리 기판 또는 커버 유리 또는 이들 둘다에 인가될 수 있다. 유리 프리트 본드 링이 유리 기판에 커버 유리를 결합하기 위하여 사용되는 경우에, 유리 프리트 본드 링이 용해되어 2개의 유리 조각들을 결합하도록 커버 유리, 유리 기판 및 유리 프리트 본드 링이 서로 접촉할 때 이들 컴포넌트들에 열 및 압력이 가해질 수 있다.
일부 구현들에서, 커버 유리는 금속 본딩 링으로 유리 기판에 결합된다. 금속 본드 링이 유리 기판에 커버 유리를 결합하기 위하여 사용되는 경우에, 금속 본드 링이 용해되어 2개의 유리 조각들을 함께 결합하도록 커버 유리, 유리 기판 및 금속 본드 링이 서로 접촉할 때, 이들 컴포넌트들에 열이 가해질 수 있다.
프로세스(200)가 유리-캡슐화 마이크로스피커에 대한 제조 프로세스의 예를 설명하지만, 복수의 유리-캡슐화 마이크로스피커들은 변형들이 있건 없건 간에 프로세스(200)로 제조될 수 있다. 예를 들면, 수십, 수백, 수천 또는 그 초과의 마이크로스피커 어레이들이 단일 유리 기판 패널 상에 제공될 수 있다. 마찬가지로, 수십, 수백, 수천 또는 그 초과의 리세스들 및 스피커 그릴들이 단일 커버 유리 패널에 제공될 수 있다. 커버 유리 패널은 유리 기판 패널의 표면에 결합되어, 별개의 패키징된 유리-캡슐화 마이크로스피커들의 시트를 형성할 수 있다. 이어서, 유리-캡슐화 마이크로스피커들은, 예를 들면, 다이아몬드 블레이드 또는 레이저를 사용한 다이싱(dicing)에 의해, 스크라이브 및 브레이크 프로세스에 의해, 또는 연결된 커버 유리 및 유리 기판 패널들을 절단하기 위한 다른 적절한 기술에 의해 서로 분리될 수 있다.
앞서 유의된 바와 같이, 마이크로스피커 어레이는 임의의 수의 별개의 마이크로스피커 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 어레이 내의 별개의 마이크로스피커 엘리먼트들은, 전체 어레이가 다각형, 원형, 프레임, 환형의 형상 또는 다른 형상이 되도록 행들 및 열들로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다. 일부 구현들에서, 각각의 마이크로스피커 엘리먼트는 구동 전압 신호를 수신할 때 편향할 수 있는 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함한다. 도 12a 내지 도 17은 변형 가능한 유전체 멤브레인을 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트들의 예들을 도시한다. 도 12a 및 도 12b는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트의 예들을 도시한다. 도 12a는 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 평면도(top down view)의 예를 도시한다. 도 12b는 도 12a의 라인 1-1을 통한 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 간략한 단면도의 예를 도시한다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 기판(305) 및 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)을 포함하고, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 유전체 층(325) 및 하나 이상의 압전 액추에이터들(330)을 포함한다. 압전 액추에이터(330)는 제 1 전극(320)과 제 2 전극(340) 사이에 샌드위치된 압전 물질(350)을 포함할 수 있다. 스피커 캐비티(304)는 기판(305)과 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 사이에 배치된다. 동작 시에, 압전 물질(350)을 편향시키기 위해 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(340)에 걸쳐 구동 전압이 인가될 수 있다. 유전체 층(325)은 결국 편향되어, 사운드를 생성한다. 도전성 트레이스들(335)은 제 1 및 제 2 전극들(320 및 340)을 드라이버 회로(도시되지 않음)에 접속할 수 있고, 드라이버 회로는 기판(305) 상에 또는 외부에 위치될 수 있다. 마이크로스피커 엘리먼트(300)가 다수의 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이 중 하나인 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 어레이의 다른 마이크로스피커 엘리먼트들과 병렬로 접속될 수 있고, 예를 들면, 제 1 전극(320)은 하위 전극들에 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(340)은 다른 마이크로스피커 엘리먼트들의 압전 액추에이터들의 상위 전극들에 전기적으로 접속된다. 또한, 마이크로스피커 엘리먼트(300)가 다수의 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이 중 하나인 구현들에서, 각각의 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 동위상 또는 위상 지연으로 및 동일한 진폭 또는 상이한 진폭으로 구동될 수 있다.
일부 구현들에서, 기판(305)은 도 9a 내지 도 10b를 참조하여 상술된 바와 같은 유리 기판(106)일 수 있다. 즉, 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 상술된 바와 같은 유리-캡슐화 마이크로스피커의 부분을 형성하는 유리 기판 상에 제조될 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 유리 기판 상에서 제조될 수 있고, 그 유리 기판은 상술된 바와 같은 유리-캡슐화 마이크로스피커에 통합되거나 그렇지 않다면 패키징된다. 일부 구현들에서, 기판(305)은 플라스틱, 세라믹, 실리콘과 같은 비-유리 기판, 또는 도전성 기판일 수 있고, 비-유리 기판은 상술된 바와 같은 유리-캡슐화 마이크로스피커에 통합되거나 그렇지 않다면 패키징된다. 일부 구현들에서, 스피커 캐비티(304)를 정의하는 기판(305)의 적어도 일부는 실질적으로 평면이고 에칭되지 않을 수 있다. 대안적으로, 기판(305)의 부분은 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 아래에 음향 캐비티를 형성하도록 에칭되거나 그렇지 않다면 형상화될 수 있다.
도 12a에 도시된 예에서, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 원형이지만, 일부 다른 구현들에서, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 직사각형, 삼각형, 정사각형 형상 또는 타원형 형상을 포함하는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 사용될 수 있는 유전체 물질들의 예들은 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물들, 실리콘 산질화물들, 알루미늄 질화물들, 및 알루미늄 산화물들을 포함한다. 유전체 층(325)의 두께는, 예를 들면, 1 내지 10 마이크로미터일 수 있다. 스피커 캐비티(304)는, 예를 들면, 약 1 내지 5 마이크로미터일 수 있다. 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)이 스피커 캐비티(304) 위에서 연장되는 거리(변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 폭으로 또한 지칭됨)는 일부 구현들에서 약 100 내지 3000 마이크로미터일 수 있다. 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 주변 환형 영역(336)은 기판(305)에 앵커링될 수 있다. 일부 구현들에서, 주변 환형 영역(336)은 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 둘레에서 전면적으로 앵커링된다. 일부 구현들에서, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 자신의 둘레 주변에서 이격된 위치들에서 앵커링될 수 있다.
스피커 캐비티(304)는 원하는 구현에 따라 밀봉되거나 주변 조건들에 개방될 수 있다. 일부 구현들에서, 스피커 캐비티(304)는 점성 감쇠(viscous damping)를 방지하도록 밀봉된다. 스피커 캐비티(304)는 원하는 구현에 따라 진공, 부기압 또는 대기압에 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 스피커 캐비티(304)는, 자신이 실질적으로 폐쇄된 볼륨이 되도록 모든 면들 상에서 실질적으로 밀폐된다. 예를 들면, 밀봉된 스피커 캐비티(304)는, 자신이 모든 면들 상에서 실질적으로 밀폐되도록 기판(305) 및 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)에 의해 정의될 수 있다. 다른 예에서, 주변에 개방되는 스피커 캐비티(304)는 자신이 모든 면들 상에서 실질적으로 밀폐되도록 기판(305) 및 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)에 의해 정의될 수 있다. 예를 들면, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)과 기판(305) 사이의 하나 이상의 통풍구들(vent holes)은, 모든 면들 상에서 실질적으로 밀폐되는 스피커 캐비티(304)의 압력 평형을 허용하도록 제공될 수 있다. 통풍구들은 또한 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 및/또는 기판(305)에 형성될 수 있다.
제 1 전극(320) 및 제 2 전극(340)은 다수의 상이한 전기적으로 도전성 물질들 중 하나 이상, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다양한 구현들에서, 제 1 및 제 2 전극(320 및 340)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및/또는 금(Au)과 같은 금속들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(340)은 각각 약 100 내지 3000 옹스트롬 두께일 수 있다. 도전성 트레이스들(335)은 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(340)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 압전 물질(350)은 알루미늄 질화물(AlN), 아연 산화물(ZnO) 또는 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 압전 물질의 예시적인 두께는 약 1 내지 3 마이크로미터일 수 있다.
도 12a의 예에서, 압전 액추에이터(330)는, 스피커 캐비티(304)에 스패닝하는 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 부분의 주변 영역에서 또는 근처에서 환형 링으로서 도시된다. 일부 구현들에서, 압전 액추에이터는, 예를 들면, 직사각형, 삼각형, 정사각형 형상 또는 타원형 형상 링들을 포함하는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 도 12b의 예에서, 스피커 캐비티(304)의 에지에서 압전 액추에이터(330)의 내부 지름까지의 거리를 나타내는 치수(D1)와 같이, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 폭을 나타내는 치수(S)가 도시된다. 일부 구현들에서, D1은 치수(S)의 약 1/6과 동일할 수 있지만, 예를 들면, 다른 비율들, 즉, 더 큰 것 및 더 작은 것 둘 다가 또한 사용될 수 있다. 압전 액추에이터(330)의 폭은 원하는 구현에 의존하여 대략 D1과 동일할 수 있거나 동일하지 않을 수 있다. 압전 액추에이터(330)의 예시적인 폭들은 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터 또는 그 초과에 이른다. 압전 액추에이터(330)는 압전 물질(350) 및 연관된 전극들(320 및 340)의 하나 이상의 세그먼트들을 포함할 수 있다.
도 12b 및 다른 도면들에 도시된 압전 액추에이터(330)가 유니모프(unimorph) 압전 액추에이터이지만, 본원에 설명된 마이크로스피커 엘리먼트들의 압전 액추에이터들은 대안적으로 바이모프(bimorph) 압전 액추에이터일 수 있다. 바이모프 압전 액추에이터들은 탄성층에 의해 분리되는 2 개의 전극/압전기/전극 스택들을 포함할 수 있다. 탄성층들의 예들은 실리콘 질화물들, 실리콘 산질화물들, 실리콘 산화물들, 및 알루미늄 질화물들을 포함한다.
일부 구현들에서, 본원에 설명된 마이크로스피커 엘리먼트들은 유전체 층이 구동 신호에 응답하여 접촉하고 연장되도록 허용하기 위해 유전체 층의 영역이 노출된 채로 있게 한다. 예를 들면, 도 12a 및 도 12b에 도시된 압전 액추에이터(330)와 같은 환형 압전 액추에이터들은 유전체 층(325)의 중심 영역이 노출된 채로 있게 한다. 도 13a 및 도 13b는 변형 가능한 유전체 멤브레인의 중심 영역을 차지하는 압전 액추에이터를 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트의 예들을 도시한다. 도 13a는 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 평면도의 예를 도시한다. 도 13b는 도 13a의 라인 1-1을 통한 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 간략한 단면도의 예를 도시한다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 마이크로스피커 엘리먼트(300)는, 도 12a 및 도 12b에 관련하여 상술된 바와 같이, 기판(305), 스피커 캐비티(304), 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 및 하나 이상의 도전성 트레이스들(335)을 포함한다. 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 압전 액추에이터(330) 및 유전체 층(325)을 포함한다. 압전 액추에이터(330)는 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 중심 영역을 차지하여, 유전체 층(325)의 주변 영역이 압전 액추에이터(330)에 의해 커버되지 않은 채로 있게 한다. 압전 액추에이터(330)는 제 1 전극(320)과 제 2 전극(340) 사이에 샌드위치된 압전 물질(350)을 포함한다.
도 13a에 도시된 예에서, 압전 액추에이터(330)는 원형이지만, 일부 다른 구현들에서, 압전 액추에이터(330)는 직사각형, 삼각형, 정사각형 형상 또는 타원형 형상을 포함하는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 도 13b의 예에서, 스피커 캐비티(304)의 에지에서 압전 액추에이터(330)의 외부 지름까지의 거리를 나타내는 치수(D2)와 같이, 변형 가능한 유전체 멤브레인의 폭을 나타내는 치수(S)가 도시된다. 일부 구현들에서, D2는 치수(S)의 약 1/6과 동일할 수 있지만, 예를 들면, 다른 비율들, 즉, 더 큰 것 및 더 작은 것 둘 다가 또한 사용될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 "매립된(buried)" 압전 액추에이터를 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트의 예들을 도시한다. 도 14a는 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 평면도의 예를 도시한다. 도 14b는 도 14a의 라인 1-1을 통한 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 간략한 단면도의 예를 도시한다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 마이크로스피커 엘리먼트(300)는, 도 12a 및 도 12b에 관련하여 상술된 바와 같이, 기판(305), 스피커 캐비티(304), 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 및 하나 이상의 도전성 트레이스들(335)을 포함한다. 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 중심에 위치된 압전 액추에이터(330) 및 유전체 층(325)을 포함한다. 압전 액추에이터(330)는 제 1 전극(320)과 제 2 전극(340) 사이에 샌드위치된 압전 물질(350)을 포함한다. 도 14a 및 도 14b의 예에서, 압전 액추에이터(330)는 스피커 캐비티(304)와 유전체 층(325) 사이에 배치된다. 일부 구현들에서, 압전 액추에이터(330)를 매립하는 것은 유전체 층(325)이 습기 및 다른 환경적 조건들로부터 압전 액추에이터(330)를 보호하도록 허용할 수 있다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 것과 같이, 캐비티의 주변에 또는 주변 근처에 위치된 압전 액추에이터가 또한 매립될 수 있다.
일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트는 특히 저주파수들에서 구동 신호에 대한 스피커 응답을 개선할 수 있는 음향 캐비티를 포함할 수 있다. 도 15는 음향 캐비티에 접속된 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트의 예를 도시한다. 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 기판(305), 변형 가능한 유전체 멤브레인(310) 및 스피커 캐비티(304)를 포함하고, 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 유전체 층(325) 및 압전 액추에이터(330)를 포함한다. 스피커 캐비티(304)는, 기판(305)에서 형성되고 기판(305)을 통해 연장되는 음향 캐비티(311)에 접속된다.
일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트는 유전체 층의 양쪽 면들 상에 압전 액추에이터들을 포함할 수 있다. 도 16a 내지 도 16c는 변형 가능한 유전체 층의 유전체 층의 양쪽 면들 상에 압전 액추에이터들을 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트의 예들을 도시한다. 도 16a는 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 평면도의 예를 도시한다. 도 16b 및 도 16c는 도 16a의 라인 1-1을 통한 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 간략한 단면도들의 예들을 도시한다. 도 16a 내지 도 16c에 도시된 마이크로스피커 엘리먼트(300)는 기판(305), 스피커 캐비티(304) 및 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)을 포함한다. 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)은 유전체 층(325), 제 1 압전 액추에이터(330a) 및 제 2 압전 액추에이터(330b)를 포함한다. 제 1 압전 액추에이터(330a)는 제 1 전극(320a), 제 1 압전층(350a), 및 제 2 전극(340a)을 포함한다. 제 2 압전 액추에이터(330b)는 제 3 전극(320b), 제 2 압전층(350b) 및 제 4 전극(340b)을 포함한다. 도전성 트레이스들(335a 및 335b)은 제 1 압전 액추에이터(330a) 및 제 2 압전 액추에이터(330b)를 드라이버 회로(도시되지 않음)에 각각 접속할 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 압전 액추에이터(330a) 및 제 2 압전 액추에이터(330b)는 개별적으로 구동될 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 압전 액추에이터(330a) 및 제 2 압전 액추에이터(330b)는 구동 신호에 대한 동일 및 반대 응답들로 푸시/풀 모드에 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 전극들이 접지에 접속된다. 예를 들면, 내부 전극들, 즉, 제 1 전극(320a) 및 제 4 전극(340b)이 접지에 접속될 수 있다.
제 1 및 제 2 압전 액추에이터들은 변형 가능한 유전체 멤브레인의 중심 또는 주변에 독립적으로 위치될 수 있다. 도 16b의 예에서, 제 1 압전 액추에이터(330a) 및 제 2 압전 액추에이터(330b) 둘 모두는 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 중심 영역들을 차지한다. 도 16c의 예에서, 제 1 압전 액추에이터(330a)가 중심에 있고, 반면에 제 2 압전 액추에이터(330b)는 스피커 캐비티(304)에 스패닝하는 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 부분의 주변에 또는 주변 근처에 위치된다.
일부 구현들에서, 마이크로스피커는 마이크로스피커의 캐비티에 스패닝하는 압전 액추에이터를 포함할 수 있다. 도 17은 기판(305) 상의 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)을 포함하는 전기 기계 마이크로스피커 엘리먼트(300)의 예를 도시한다. 변형 가능한 유전체 멤브레인은 유전체 층(325) 및 압전 액추에이터(330)를 포함한다. 압전 액추에이터(330)는 제 1 전극(320), 압전층(350) 및 제 2 전극(340)을 포함한다. 유전체 층(325) 및 압전 액추에이터(330)의 부분들 둘 모두는 스피커 캐비티(304)에 스패닝한다. 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(340)은 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 주변 둘레에서 연장된다. 대안적으로, 제 1 전극(320) 및 제 2 전극(340)은 변형 가능한 유전체 멤브레인(310)의 중심에 위치될 수 있고, 하나는 압전층(350)의 상부 상에 있고, 다른 하나는 압전층(350)의 하부 상에 있다. 도 17의 압전 액추에이터(330)는 유전체 층(325) 아래에 매립된다. 다른 구현들에서, 압전 액추에이터는, 유전체 층이 스피커 캐비티와 압전 액추에이터 사이에 배치되도록 유전체 층의 상부 상에 있을 수 있다.
도 18은 마이크로스피커 엘리먼트에 대한 제조 프로세스를 예시한 흐름도의 예를 도시한다. 방법(400)의 동작들이 본원에 개시된 마이크로스피커 엘리먼트들 중 임의의 것을 형성하도록 조합 및/또는 재배열될 수 있다는 것을 유의하라. 아래에 설명되는 바와 같이, 상이한 층들의 패터닝 및 에칭이 마이크로스피커 엘리먼트의 상이한 영역들에서 층들의 상이한 패턴들을 달성하도록 수행될 수 있다는 것을 또한 유의하라. 방법(400)의 동작들이 약 실온 내지 400 ℃에서 수행될 수 있기 때문에(즉, 방법의 프로세스들이 약 400 ℃ 이하에서 수행될 수 있음), 방법(400)은 유리 및 평판 패널 디스플레이 유리 기술들과 호환 가능하다.
블록(402)에서, 희생층이 기판 상에 형성된다. 상술된 바와 같이, 기판은 유리-캡슐화 마이크로스피커 또는 유리를 형성하는 유리 기판, 또는 유리-캡슐화 마이크로스피커를 형성하거나 그렇지 않다면 패키징되는 유리 기판에 결합될 수 있는 비-유리 기판일 수 있다. 유리 기판 상에 희생층을 형성하기 전에, 기판은 관통-유리 비아들, 도전성 트레이스들, 본드 패드들, 레지 패드들 등을 형성하도록 금속화될 수 있다. 일부 구현들에서, 산화물 또는 질화물은 금속을 패시베이팅하도록 증착될 수 있다.
희생층의 형성은 스퍼터링, 증착, 또는 CVD와 같은 적절한 증착 기술에 의한 희생 물질의 증착을 포함할 수 있다. 희생 물질들의 예들은 Mo, MoCr, 비정질 Si, 또는 다결정질 Si와 같은 가스-에칭 가능한 물질들을 포함한다. 희생층은 도 14b의 스피커 캐비티(304)와 같은 스피커 캐비티를 형성하기 위한 후속 프로세싱에서 제거되고, 이에 따라 희생층은 약 1 내지 5 마이크로미터일 수 있는, 스피커 캐비티의 원하는 크기의 두께로 증착될 수 있다. 희생층의 형성은 원하는 형상의 캐비티를 형성하기 위해 증착 후에 희생 물질을 패터닝하는 것을 더 포함할 수 있다. 도 14b의 마이크로스피커 엘리먼트(300)를 형성하기 위해, 예를 들면, 희생 물질은 원형 형상을 형성하도록 패터닝될 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이 또는 마이크로스피커 엘리먼트들의 복수의 어레이들에 대한 희생층들의 형성은, 기판 또는 그의 부분에 걸쳐 희생 물질의 막을 증착 및 패터닝함으로써 동시에 수행될 수 있다. 희생 물질은 당업자에 의해 알려진 바와 같이 집적 회로 제조에서 사용되는 리소그래피 및 에칭 프로세스들을 사용하여 패터닝될 수 있다.
블록(404)에서, 압전 액추에이터가 희생층 위에 형성된다. 일부 구현들에서, 압전 액추에이터의 형성은 원하는 형상의 압전 액추에이터를 형성하기 위해 희생층 위의 제 1 전극층/압전층/제 2 전극층 스택의 증착 및 패터닝을 수반할 수 있다. 도 14b에 도시된 바와 같은 압전 액추에이터(330)를 형성하기 위해, 예를 들면, 제 1 전극/압전층/제 2 전극 스택은 원형 형상을 형성하도록 패터닝될 수 있다. 제 1 및 제 2 전극 각각에 대한 하나의 도전성 트레이스 또는 도전성 트레이스들은 연관된 전극의 증착 및 패터닝 동안에 증착 및 패터닝될 수 있다. 당업자에게 알려진 바와 같은 리소그래피 및 에칭을 비롯해서, 패터닝은 원하는 구현에 따라 제 1 전극층/압전층/제 2 전극층 스택이 증착 후에만 또는 각각의 층의 증착 후에 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 전극 및 제 2 전극 층들의 형성은 스퍼터링 또는 증착과 같은 적절한 증착 프로세스에 의한 Cu, Ni, Ru, W, Pt, Mo, Al, Ti 및/또는 Au와 같은 금속의 증착을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 압전층의 형성은 반응 이온 스퍼터링 프로세스, DC(direct current) 스퍼터링 프로세스 또는 다른 적절한 프로세스에 의한 PVDF(polyvinylidene fluoride), AlN(aluminum nitride), 티탄산 지르콘산 연(lead zirconate titanate)
, GaAs(gallium arsenide), ZnO(zinc oxide), 또는 다른 적절한 물질의 증착을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이 또는 마이크로스피커 엘리먼트들의 복수의 어레이들에 대한 압전 액추에이터들의 형성은 기판 또는 그의 부분에 걸쳐 희생 물질의 막을 증착 및 패터닝함으로써 동시에 수행될 수 있다.
블록(406)에서, 유전체 층이 희생층 위에 형성된다. 유전체 물질들의 예들은 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물들, 실리콘 산질화물들, 알루미늄 질화물들 및 알루미늄 산화물들을 포함한다. 유전체 층의 형성은 열 CVD, PECVD 기술, 또는 다른 적절한 증착 기술에 의한 유전체 물질의 증착을 포함할 수 있다. 유전체 층의 형성은 증착된 유전체 물질의 패터닝을 더 포함할 수 있다. 유전체 층의 일부분은 희생층 위에 형성된 유전체 층의 일부분에 대한 지지부를 제공하기 위해 유리 기판 상에 형성될 수 있다. 희생층 및 압전 액추에이터와 같이, 마이크로스피커 엘리먼트들의 어레이 또는 마이크로스피커 엘리먼트들의 복수의 어레이들에 대한 유전체 층들의 형성은 동시에 수행될 수 있다.
다양한 구현들에 따라, 블록(404)은 블록(406) 전에 또는 후에 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 12b의 예에 도시된 바와 같이 마이크로스피커 엘리먼트(300)를 형성하기 위해, 블록(404)이 블록(406) 후에 수행될 수 있어서, 압전 액추에이터가 유전체 층 상에 형성된다. 일부 구현들에서, 블록(404)은 블록(406) 전에 또는 후에 수행될 수 있다.
블록(408)에서, 희생층이 제거된다. 일부 구현들에서, 희생층을 제거하는 것은 희생층을 에천트에 노출시키는 것을 수반한다. 예를 들면, Mo 또는 비정질 Si와 같은 가스-에칭 가능한 물질은 고체 XeF2로부터 유도된 증기들 또는 다른 플루오르-기반 에천트를 통한 건식 화학 에칭에 의해 제거될 수 있다. 에칭 가능한 희생 물질 및 에칭 방법들(가령, 습식 에칭 및/또는 플라즈마 에칭)의 다른 조합들이 또한 사용될 수 있다.
위에 표시된 바와 같이, 본원에 설명된 마이크로스피커 엘리먼트들 중 임의의 것을 형성하는 방법(400)에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 비압전 탄성층을 포함하는 마이크로스피커 엘리먼트들의 구현들에서, 예를 들면, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘(Si), 알루미늄 질화물(AlN), 금속 또는 폴리머를 포함하는 탄성층은 당업자에 의해 알려진 바와 같은 적절한 프로세싱 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 탄성층은 스퍼터링 프로세스, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스, PVD(physical vapor deposition) 프로세스, 또는 전기 도금 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다.
위에 표시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 본원에 설명된 유리 패키지는 디스플레이 디바이스의 부분일 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 유리 기판들 상에 제조된 비-디스플레이 디바이스들은 유리 기판들 상에서 또한 제조되는 디스플레이들 및 다른 디바이스들과 호환 가능할 수 있고, 비-디스플레이 디바이스들은 디스플레이 디바이스와 공동으로 제조되거나 별개의 디바이스로서 부착되고, 이들의 결합은 잘 매칭된 열 팽창 특성들을 갖는다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 마이크로스피커 엘리먼트들은 텔레비전, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어들 또는 다른 디스플레이 디바이스들과 같은 오디오-시각 장치에서 구현될 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 복수의 IMOD들을 포함하는 디스플레이 디바이스(40)를 예시하는 시스템 블록도들의 예들을 도시한다. 디스플레이 디바이스(40)는, 예를 들어, 스마트 폰, 셀룰러 또는 모바일 전화기일 수 있다. 그러나, 디스플레이 디바이스(40)의 동일한 컴포넌트들 또는 그들의 다소간의 변동들은 또한 다양한 타입들의 디스플레이 디바이스들, 가령, 텔레비전들, 태블릿들, e-리더기들, 핸드-헬드 디바이스들 및 휴대용 미디어 플레이어들을 예시한다.
디스플레이 디바이스(40)는 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 디바이스(48), 및 마이크로폰(46)을 포함한다. 하우징(41)은 사출 성형(injection molding), 및 진공 형성(vacuum forming)을 비롯해서 다양한 제조 프로세스들 중 임의의 것으로부터 형성될 수 있다. 또한, 하우징(41)은: 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 다양한 재료들 중 임의의 것으로부터 제조될 수 있다. 하우징(41)은, 다른 컬러의 다른 제거 가능 부분들로 교체될 수 있거나 또는 상이한 로고들, 화상들, 또는 심볼들을 포함할 수 있는 제거 가능 부분들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
디스플레이(30)는, 본원에서 설명된 바와 같이, 쌍안정(bi-stable) 또는 아날로그 디스플레이를 비롯해서 다양한 디스플레이들 중의 임의의 것일 수 있다. 디스플레이(30)는 또한 평판 패널 디스플레이, 가령, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD, 또는 비-평판 패널 디스플레이, 가령 CRT 또는 다른 튜브 디바이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 디스플레이(30)는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 IMOD 디스플레이를 포함할 수 있다.
디스플레이 디바이스(40)의 컴포넌트들이 도 19b에서 개략적으로 예시된다. 디스플레이 디바이스(40)는 하우징(41)을 포함하고, 그 내부에 적어도 부분적으로 밀폐되는 추가적 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스(40)는 트랜시버(47)에 연결된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜시버(47)는 프로세서(21)로 접속되고, 프로세서(21)는 컨디셔닝 하드웨어(52)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 컨디셔닝(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크로폰(46)에 접속된다. 프로세서(21)는 또한 입력 디바이스(48) 및 드라이버 제어기(29)에 접속된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(28) 및 어레이 드라이버(22)에 연결되며, 이어서, 그 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(30)에 연결된다. 일부 구현들에서, 파워 서플라이(50)는 특정 디스플레이 디바이스(40) 설계에서 실질적으로 모든 컴포넌트들에 전력을 제공할 수 있다. 스피커(45)는 본원에 설명된 바와 같은 전기 기계 마이크로스피커 또는 전기 기계 마이크로스피커들의 어레이일 수 있다.
네트워크 인터페이스(27)는 안테나(43) 및 트랜시버(47)를 포함하여, 디스플레이 디바이스(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 디바이스들과 통신할 수 있도록 한다. 네트워크 인터페이스(27)는 또한, 예를 들어, 프로세서(21)의 데이터 프로세싱 요건들을 완화시키기 위한 일부 프로세싱 능력들을 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호들을 전송 및 수신할 수 있다. 일부 구현들에서, 안테나(43)는 IEEE 16.11(a),(b), 또는 (g)를 포함하는 IEEE 16.11 표준, 또는 IEEE 802.11a, b, g, n 및 이들의 추가적인 구현들을 포함하는 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 일부 다른 구현들에서, 안테나(43)는 블루투스 표준에 따라 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 셀룰러 전화기의 경우에서, 안테나(43)는 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), GPRS(GSM/General Packet Radio Service), EDGE(Enhanced Data GSM Environment), TETRA(Terrestrial Trunked Radio), W-CDMA(Wideband-CDMA), EV-DO(Evolution-Data Optimized), 1xEV-DO, EV-DO Rev A, EV-DO Rev B, HSPA(High Speed Packet Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), HSPA+(Evolved High Speed Packet Access), LTE(Long Term Evolution), AMPS, 또는 3G 또는 4G 기술을 사용하는 시스템과 같은 무선 네트워크 내에서 통신하기 위하여 이용되는 다른 공지된 신호들을 수신하도록 설계된다. 트랜시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호들을 미리-프로세싱하여, 그들이 프로세서(21)에 의하여 수신되고 추가로 조작될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 트랜시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호들을 프로세싱할 수 있어, 신호들이 디스플레이 디바이스(40)로부터 안테나(43)를 통하여 전송될 수 있도록 할 수 있다.
일부 구현들에서, 트랜시버(47)는 수신기에 의하여 대체될 수 있다. 또한, 일부 구현들에서, 네트워크 인터페이스(27)는 이미지 소스에 의하여 대체될 수 있는데, 이것은 프로세서(21)로 전송될 이미지 데이터를 저장 또는 생성할 수 있다. 프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(21)는 데이터, 가령 네트워크 인터페이스(27) 또는 이미지 소스로부터의 압축된 이미지 데이터를 수신하고, 그 데이터를 원시(raw) 이미지 데이터로, 또는 원시 이미지 데이터로 용이하게 프로세싱되는 포맷으로 프로세싱한다. 프로세서(21)는 프로세싱된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위하여 프레임 버퍼(28)로 전송할 수 있다. 원시 데이터는 이미지 내의 각각의 위치에서의 이미지 특성들을 식별하는 정보를 통상적으로 지칭한다. 예를 들어, 이러한 이미지 특성들은 컬러, 채도, 및 그레이-스케일(gray-scale) 레벨을 포함할 수 있다.
프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하기 위한 마이크로제어기, CPU, 또는 로직 유닛을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호들을 스피커(45)로 전송하고 신호들을 마이크로폰(46)으로부터 수신하기 위한 증폭기들 및 필터들을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 디스플레이 디바이스(40) 내의 이산 컴포넌트들 일 수 있거나, 프로세서(21) 또는 다른 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에 의하여 생성된 원시 이미지 데이터를 프로세서(21)로부터 직접적으로 또는 프레임 버퍼(28)로부터 취할 수 있고, 원시 이미지 데이터를 어레이 드라이버(22)로의 고속 송신을 위하여 적절하게 재포매팅(reformat)할 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 원시 이미지 데이터를 래스터형 포맷을 가지는 데이터 흐름으로 재포매팅하여, 이것이 디스플레이 어레이(30)에 걸친 주사를 위하여 적절한 시간 순서를 가지도록 할 수 있다. 이어서, 드라이버 제어기(29)는 포매팅된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 비록 드라이버 제어기(29), 가령 LCD 제어기가 종종 독립형 집적 회로(IC)로서 시스템 프로세서(21)와 연관되지만, 이러한 제어기들은 많은 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 포함되거나, 프로세서(21) 내에 소프트웨어로서 포함되거나, 또는 하드웨어로 어레이 드라이버(22)와 완전히 집적될 수 있다.
어레이 드라이버(22)는 포매팅된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신할 수 있고, 비디오 데이터를, 디스플레이의 픽셀들의 x-y 매트릭스로부터 오는 수백 개들, 및 가끔은 수천 개들(또는 그 이상)의 리드들(leads)에 초당 여러 번 인가되는 파형들의 병렬 세트로 재포매팅할 수 있다.
일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레이 어레이(30)는 본 명세서에서 설명된 디스플레이들의 타입들 중 임의의 것에 대하여 적합하다. 예를 들어, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(가령, IMOD 제어기)일 수 있다. 부가적으로, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(가령, IMOD 디스플레이 드라이버)일 수 있다. 더욱이, 디스플레이 어레이(30)는 종래의 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(가령, IMOD들의 어레이를 포함하는 디스플레이)일 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 집적될 수 있다. 이러한 구현은 고 집적된 시스템들, 예를 들면, 모바일 폰들, 휴대용-전자 디바이스들, 시계들 또는 작은 영역 디스플레이들에서 유용할 수 있다.
일부 구현들에서, 입력 디바이스(48)는, 예를 들어, 사용자가 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하게 허용하도록 구성될 수 있다. 입력 디바이스(48)는 키패드, 가령, QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드, 버튼, 스위치, 로커(rocker), 터치-감지 스크린, 디스플레이 어레이(30)와 통합된 터치-감지 스크린 또는 압력-감지 또는 열-감지 멤브레인을 포함할 수 있다. 마이크로폰(46)은 디스플레이 디바이스(40)에 대한 입력 디바이스로서 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로폰(46)을 통한 음성 커맨드들이 디스플레이 디바이스(40)의 동작들을 제어하기 위하여 이용될 수 있다.
파워 서플라이(50)는 다양한 에너지 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파워 서플라이(50)는 재충전 가능한 배터리, 가령, 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬-이온 배터리일 수 있다. 재충전 가능한 배터리를 사용하는 구현들에서, 재충전 가능한 배터리는, 예를 들면, 벽 콘센트 또는 광전지 디바이스 또는 어레이로부터 나오는 전력을 사용하여 충전 가능할 수 있다. 대안적으로, 재충전 가능한 배터리는 무선으로 충전 가능할 수 있다. 파워 서플라이(50)는 또한 재생 가능(renewable) 에너지 소스, 커패시터, 또는 플라스틱 솔라 셀 또는 솔라-셀 페인트(solar-cell paint)를 포함하는 솔라 셀일 수 있다. 또한, 파워 서플라이(50)는 전력을 벽 콘센트부터 수신하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 제어 프로그램 가능성(control programmability)은 전자 디스플레이 시스템 내의 수 개의 장소들에 위치될 수 있는 드라이버 제어기(29) 내에 상주한다. 일부 다른 구현들에서, 제어 프로그램 가능성은 어레이 드라이버(22) 내에서 상주한다. 위에서 설명된 최적화는 임의의 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들로 그리고 다양한 구성들로 구현될 수 있다.
본원에서 개시된 구현들과 관련하여 설명되는 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 그것 둘의 조합들로서 구현될 수 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 교환 가능성은 일반적으로 기능성의 측면에서 설명되어 있고, 위에서 설명된 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들로 예시되어 있다. 이러한 기능성이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 설계 제약들 및 특정 애플리케이션에 의존한다.
본원에서 개시된 양상들에 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 및 회로들을 구현하는데 사용되는 하드웨어 및 데이터 프로세싱 장치는 본원에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 범용 단일-칩 또는 다중-칩 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램 가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서 또는, 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 가령, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 특정한 단계들 및 방법들이 주어진 기능에 대해 특정한 회로에 의하여 수행될 수 있다.
하나 이상의 양상들에서, 설명된 기능들은 본 명세서에서 개시된 구조들 및 본 명세서의 그것들의 구조적 균등물들을 비롯해서 하드웨어, 디지털 전자 회로, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어로, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 요지의 구현들은 또한, 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해, 또는 그 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체들 상에 인코딩된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들, 즉, 컴퓨터 프로그램 명령들의 하나 이상의 모듈들로서 구현될 수 있다.
소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기능들은 컴퓨터-판독 가능 매체 상의 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 또는 이를 통해 전송될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 컴퓨터-판독 가능 매체 상에 상주할 수 있는 프로세서-실행 가능 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 컴퓨터-판독 가능 매체들은 컴퓨터 저장 매체들 및 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램을 이동시키도록 인에이블될 수 있는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체들 모두를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 사용 가능한 매체들일 수 있다. 비제한적인 예로서, 그러한 컴퓨터-판독 가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하기 위해 사용될 수 있으며 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속 수단이 적절하게 컴퓨터-판독 가능 매체로 칭해질 수 있다. 본원에서 사용되는 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 콤팩트 디스크(CD: compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), 디지털 다기능 디스크(DVD: digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루-레이 디스크(Blu-ray disc)를 포함하며, 여기서 디스크(disk)들은 통상적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 반면에, 디스크(disc)들은 레이저들을 통해 데이터를 광학적으로 재생한다. 위의 것들의 결합들은 또한 컴퓨터-판독 가능 매체들의 범위 내에 포함될 수 있다. 부가적으로, 방법 또는 알고리즘의 동작들은, 컴퓨터 프로그램 물건에 통합될 수 있는 컴퓨터-판독 가능 매체 및 머신 판독 가능 매체 상에서 코드들 및 명령들 중 하나 또는 코드들 및 명령들의 임의의 조합 또는 세트로서 상주할 수 있다.
본 개시물에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 용이하게 명백할 수 있고, 본 개시물의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본원에 정의된 포괄적인 원리들이 다른 구현들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구항들은 본원에 도시된 구현들로 제한되도록 의도되지 않고, 본원에 개시된 본 개시물, 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위에 부합될 것이다. 단어 "예시적인(exemplary)"은 "일 예, 실례, 또는 예시로서 역할을 하는"을 의미하도록 본 명세서에서 배타적으로 이용된다. 본 명세서에서 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 구현은 반드시 다른 가능성들 또는 구현들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지는 않는다. 부가적으로, 당업자는 용어들 "상부" 및 "하부"가 때때로 도면들의 설명을 용이하게 하기 위해 이용되며, 적합하게 배향된 페이지 상의 도면의 배향에 대응하는 상대적인 위치들을 표시하고, 구현된 바와 같은 IMOD의 적합한 배향을 반영하지 않을 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
개별적인 구현들의 상황에서 본 명세서에서 설명되는 특정 특징들은 또한 결합되어 단일 구현으로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 상황에서 설명되는 다양한 특징들은 또한 개별적으로 다수의 구현으로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 구현될 수 있다. 아울러, 특징들이 특정한 조합들로 동작하는 것으로 앞서 설명되고 심지어 초기에 이와 같이 청구될 수 있을지라도, 몇몇 경우들에서, 청구된 조합으로부터의 하나 또는 그 초과의 특징들은 그 조합으로부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 서브-조합 또는 서브-조합의 변화에 관련될 수 있다.
유사하게, 동작들은 도면들에서 특정한 순서로 도시되지만, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 이러한 동작들이 도시된 특정한 순서 또는 순차적 순서로 수행되거나 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것을 당업자는 용이하게 인식할 것이다. 추가로, 도면들은 하나 또는 그 초과의 예시적인 프로세스들을 흐름도의 형태로 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이, 개략적으로 예시된 예시적인 프로세스들에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 추가적인 동작들이, 예시된 동작들 중 임의의 동작 이전에, 이후에, 동시에, 또는 그들 사이에서 수행될 수 있다. 특정한 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬적 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 앞서 설명된 구현들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 구현들에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 단일 소프트웨어 물건에서 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 물건들로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다. 추가적으로, 다른 구현들은 하기 청구항들의 범위 내에 있다. 몇몇 경우들에서, 청구항들에서 언급되는 동작들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 바람직한 결과들을 여전히 달성할 수 있다.
Claims (27)
- 전기 기계 마이크로스피커(electromechanical microspeaker)로서,
단일 기판(305) ― 상기 기판은 평면임(planar) ―;
변형 가능한 멤브레인(deformable membrane)(310); 및
상기 변형 가능한 멤브레인(310)이 스피커 캐비티(speaker cavity)(304)에 스패닝(span)하도록 상기 기판(305)과 상기 변형 가능한 멤브레인(310) 사이에 배치된 상기 스피커 캐비티(304) ― 상기 스피커 캐비티(304)는 상기 스피커 캐비티(304)가 모든 면들 상에서 둘러싸이도록 상기 기판(305) 및 상기 변형 가능한 멤브레인(310)에 의해 정의된 밀봉된 스피커 캐비티임 ― 를 포함하고,
상기 변형 가능한 멤브레인(310)은 제 1 도전층(320)과 제 2 도전층(340) 사이에 샌드위치된 압전층(piezoelectric layer)(350)을 포함하고 그리고 유전체 층(325)을 포함하고, 상기 변형 가능한 멤브레인(310)은 상기 압전층(350)에 걸친 구동 전압의 인가 시에 변형되도록 구성되는,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 1 항에 있어서,
상기 압전층(350)은, 상기 스피커 캐비티(304)에 스패닝하거나, 또는 상기 스피커 캐비티(304)에 걸쳐 중심에 있거나, 또는 상기 스피커 캐비티(304)의 주변 영역 위에 놓이거나, 또는 상기 유전체 층(325)과 상기 기판(305) 사이에 배치되는,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 1 항에 있어서,
상기 압전층(350)은 제 1 압전층(350a)이고, 그리고
상기 변형 가능한 멤브레인(310)은 제 3 도전층(320b)과 제 4 도전층(340b) 사이에 샌드위치된 제 2 압전층(350b)을 더 포함하는,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 압전층(350a) 및 상기 제 2 압전층(350b)은 상기 유전체 층(325)의 반대 면들 상에 위치되는,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 압전층(350a)은 알루미늄 질화물을 포함하거나, 또는 상기 기판(305)은 유리 기판인,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 기계 마이크로스피커의 치수들은: 1 내지 5 마이크로미터(micron)의 스피커 캐비티 두께, 1 내지 10 마이크로미터의 유전체 층 두께, 또는 1 내지 3 마이크로미터의 제 1 압전층 두께 중 하나 이상을 포함하는,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도전층(320) 및 상기 제 2 도전층(340) 각각은 100 내지 3000 옹스트롬(Angstrom) 두께인,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 기계 마이크로스피커는 상기 기판(305)에 형성된 음향 캐비티(acoustic cavity)(311)를 더 포함하고,
상기 음향 캐비티(311)는 상기 스피커 캐비티(304)에 접속되는,
전기 기계 마이크로스피커. - 제 1 항에 있어서,
상기 변형 가능한 멤브레인(310)은 오디오 주파수에서 발진하는 구동 전압의 상기 압전층(350)에 걸친 인가 시에 사운드를 생성하도록 구성되는,
전기 기계 마이크로스피커. - 오디오-시각 장치로서,
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 적어도 하나의 전기 기계 마이크로스피커;
디스플레이(30);
상기 디스플레이(30)와 통신하도록 구성된 프로세서(21) ― 상기 프로세서(21)는 이미지 데이터를 프로세싱하도록 구성됨 ―; 및
상기 프로세서(21)와 통신하도록 구성된 메모리 디바이스를 포함하는,
오디오-시각 장치. - 장치로서,
서로 연결된(joined) 제 1 유리 기판(102)과 제 2 유리 기판(106) 사이에 형성된, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 전기 기계 마이크로스피커들의 어레이(array)(108)를 포함하고,
상기 제 2 유리 기판(102)은 상기 어레이 위에 배치된 하나 이상의 음향 포트들(114)을 포함하는,
장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 장치는 상기 제 1 유리 기판(102)과 상기 제 2 유리 기판(106) 사이의 캐비티에 위치된 집적 회로 디바이스(104)를 더 포함하고, 상기 집적 회로 디바이스(104)는 압전 작동되는(piezoactuated) 마이크로스피커 엘리먼트들을 구동하도록 구성되고, 또는 상기 어레이(108)는 외부 집적 회로 디바이스에 접속하도록 구성되는,
장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 연결된 유리 기판들(102, 106)은 유연한 접속기(flexible connector)(140)에 부착하도록 구성되는,
장치. - 마이크로스피커를 형성하는 방법으로서,
평면 기판(305) 상에 희생층(sacrificial layer)을 형성하는 단계;
상기 희생층 위에 제 1 압전 액추에이터(piezoactuator)를 형성하는 단계;
상기 희생층 및 상기 기판(305) 위에 변형 가능한 유전체 층(325)을 형성하는 단계; 및
상기 변형 가능한 유전체 층(325)이 스피커 캐비티(304)에 스패닝하도록 상기 기판(305)과 상기 변형 가능한 유전체 층(325) 사이에 밀봉된 스피커 캐비티(304)를 형성하기 위해 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는,
마이크로스피커를 형성하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 희생층 위에 제 2 압전 액추에이터를 형성하는 단계를 더 포함하는,
마이크로스피커를 형성하는 방법. - 삭제
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