KR20040071163A

KR20040071163A - 표시 장치

Info

Publication number: KR20040071163A
Application number: KR10-2004-7008506A
Authority: KR
Inventors: 하이네스아미차이; 카티아디엘; 코헨알론
Original assignee: 플릭셀 리미티드
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-08-11
Also published as: WO2003048836A8; JP2005512119A; AU2002353483A8; IL162194A0; AU2002353483A1; WO2003048836A2; WO2003048836A3; US20050088404A1; EP1454178A2; CN1608221A; CA2469290A1

Abstract

기판 표면을 가지며 적어도 일부가 투명하거나 개공(aperture)이 형성된 기판과; 1 mm 이하의 최대 치수를 각각 가지며 기판에 부착되어 있고 물체가 주위에서 회전할 수 있는 축을 가진 물체들의 어레이를 포함하고, 상기 물체는, 물체가 기판의 투명한 부분 또는 개공이 형성된 부분을 덮는 제1의 안정된 위치 및 상기 투명한 부분이 적어도 부분적으로 덮이지 않는 제2의 안정된 위치의, 2개의 안정된 위치를 갖는 장치를 제공한다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICES}

일부 마이크로 표시 장치는 표시를 위해 광학적으로 투영되는 이미지를 생성한다. 현재의 마이크로 표시 장치는 투명 LCD 장치, 반사 LCD(LCOS) 장치 또는 반사 마이크로 미러 장치를 사용한다. 상기 각각의 장치는 특히 스크린상에서의 광도(light intensity)와 관련해서 및 밝은 상태와 어두운 상태 사이의 콘트라스트와 관련해서 비용 및 성능에 제한을 갖는다. 마이크로 표시 장치는 공간 광 변조(spatial light modulation)의 이미징 이외의 응용에서 또한 사용된다. 콘트라스트 요구는 제조 비용이 더 낮고 더 효율적인 마이크로 표시 장치를 위해 존재한다.

이러한 요구에 응하여, 새로운 유형의 마이크로 표시 장치가 MEMS 기술에 기초하여 개발되었다. MEMS 기술은 적당한 실리콘 기판 또는 다른 기판상에 수 미크론 정도의 외형(feature)을 가진 미세구조체(microstructure)를 형성할 수 있다. 그러므로, 이 기술을 이용하여 광을 조작할 수 있는 실리콘상에서 픽셀(pixel) 어레이 장치들을 생성할 수 있다. 이 장치들의 어레이는 고품질 이미지를 제공하는 마이크로 표시 장치를 형성하기 위해 사용할 수 있다.

MEMS 기술을 이용하여 현재 생산되고 있는 대부분의 마이크로 표시 장치는 하기 요소 중의 어느 하나를 가진 반사성 장치이다.

A. 마이크로 미러가 스위칭되는 위치에 따라 광을 약간 다른 각으로 반사하는 마이크로 미러; 또는,

B. 회절 격자를 생성함으로써 광반사를 제어하는 반사성 리본.

상기 두가지 기술의 반사 특성은 투과식 투영 광학부재(transmissive projection optics)와 관련하여 불편하고 값이 비싼 투영 광학부재를 강요한다. 이러한 장치에서는 또한 수집 광학부재 엔듀(collection optics endue)와 마이크로 표시 장치의 엔듀의 고유한 불일치 때문에 수집 손실(collection loss)이 발생된다. 더 나아가서, 이러한 장치들의 대부분은 빔이 어레이에 임의의 각도로 입사하여 이미지를 왜곡시킨다.

관련 출원

이 출원은 2001년 12월 3일자 출원한 미국 가출원 제60/334,589호 및 2002년 3월 4일자 출원한 미국 가출원 제60/361,321호를 우선권 주장한다. 본 출원은 1999년 9월 8일자 출원되고 WO 00/52674호로 공개된 PCT 출원 번호 제PCT/IL99/00488호, 1999년 3월 4일자 출원되고 WO 99/45423호로 공개된 PCT 출원 번호 제PCT/IL99/00130호, 2000년 8월 6일자 출원되고 WO 02/13168호로 공개된 PCT 출원 번호 제PCT/IL00/00475호, 및 2001년 11월 22일자 출원되고 WO 02/42826호로 공개된 PCT 출원 번호 제PCT/01/01076호와 일반적으로 관련이 있고, 이 출원들 모두의 내용은 인용함으로써 여기에 통합된다.

이 출원들의 일부 주제는 발명을 실행하는 최상 모드와 관련된다. 이것은 이 주제의 전부 또는 일부를 활용하는 실시예에 대하여 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 아니된다.

발명의 분야

본 발명은 미세 기계가공(micro-machining)에 의해 생성된 표시 장치 및 미세-기계가공된 셔터들 및 셔터 어레이들의 기타 응용에 대하여 특수한 적용가능성을 가진 미세-기계가공된 장치(micro-machined device) 및 미세-형성된장치(micro-formed device)의 분야에 관한 것이다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명된다. 도면에 있어서, 하나의 도면 이상에서 나타나는 동일하거나 유사한구조, 요소 또는 부분들은 이들이 나타나는 도면에서 동일하거나 유사한 참조 부호로 표시되어 있다. 도면에서 나타나는 성분 및 모양들의 치수는 주로 설명의 편리성 및 명확성을 위해 선택되었고 일반적으로 정확한 비율을 갖는 것이 아니다. 첨부 도면에 있어서:

도 1A는 본 발명의 일실시예에 따른 표시 장치에서 픽셀의 개관을 도시한 것이고;

도 1B는 도 1A에서 패널을 제거한 픽셀의 개관을 도시한 것이고;

도 1C는 본 발명의 실시예에 따라, 표시 장치의 패널이 그 주위를 회전하는 굴대의 상세도로서, 내부에서 굴대가 회전하는 소켓을 제거한 상태의 도면이고;

도 1D는 본 발명의 실시예에 따른 굴대와 소켓의 횡단면도이고;

도 1E는 본 발명의 실시예에 따른 폐쇄 전극과 개방 전극의 단순화한 횡단면 및 패널의 꼬리를 표시한 도면이고;

도 2A-2C는 본 발명의 실시예에 따른 개방 방법을 나타내는 도면이고;

도 3A 및 도 3B는 본 발명의 실시예에 따라, 구속부재와 관련한 패널의 위치를 나타내는 도면이고;

도 4A-4C는 본 발명의 실시예에 따른 폐쇄 방법을 나타내는 도면이고;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플리핑용 전압의 타이밍도이고;

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 픽셀의 형성에서 초기 과정 동작의 결과를 나타내는 도면이고;

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 패널의 다른 구조의 개략도이고;

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스토핑 너브를 생성하는 다른 방법을 나타내는 도면이고;

도 9A 및 도 9B는 본 발명의 실시예에 따라, 너브의 설치를 제거하여 더 큰 유효 개방 면적을 형성하는 다른 패널 구조를 나타내는 도면이고;

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 어드레스 및 잠금 라인(locking line)의 배치를 나타내는 도면이고;

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 부양 및 접지 라인의 배치를 나타내는 도면이며;

도 12와 도 13은 본 발명의 마이크로 표시 장치를 이용하는 2개의 투과식 투영 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 몇몇 실시예의 양태는 매우 작은 표시 요소들을 가진 전기 기계 표시 장치와 관련이 있다.

발명의 실시예에 있어서, 표시 장치는 픽셀들을 포함하고, 이 픽셀들은 각각 위에 패널(panel)이 형성되는 표면과 평행한 폐쇄 위치(CLOSED position)에 있거나, 상기 표면과 관련하여 수직 방위에 근접한 개방 위치(OPEN position)에 있도록 기계적으로 플립(flip)되는 패널을 포함한다. 발명의 실시예에서, 패널은 광학적으로 둥근(그러나 반드시 둥글 필요는 없다) 굴대(axle)가 형성되는 축(axis) 주위에서 회전한다. 발명의 예시적인 실시예에서 상기 굴대는 수평축이다. 선택적으로, 패널은 표시 장치의 뷰잉 페이스(viewing face)에 실질적으로 평행인(또는 뷰잉 페이스에 대하여 비교적 작은 예각을 이루는) 하나의 위치(폐쇄 위치)로부터, 상기 뷰잉 페이스에 실질적으로 수직한(또는 뷰잉 페이스에 대하여 비교적 큰 둔각을 이루는 다른 하나의 위치(개방 위치)로 플립한다. 패널이 기판에 실질적으로 평행한때 그 패널 아래의 영역은 투명하여 패널이 광밸브로서 작용한다.

이 명세서에서 사용하는 용어 "둥근"(rounded)은 대략적으로 둥근 형상의 원통(cylinder) 또는 에지(edge)를 의미한다. 이 용어는 대략적인 원형 모양을 포함한다. 이 용어는 또한 대략적인 타원 모양, 또는 6면체, 5면체, 8면체 또는 더 많은 면을 가진 형상의 전부 또는 일부를 포함한다. 이 용어는 또한 대략적으로 둥근 외형(outline)을 가진 계층적 층들의 형태로 된 형상을 포함한다.

여기에서 사용하는 용어 '실질적으로 수직한'은 기판 표면에 대하여 90°±10°의 각도로 있는 것을 의미하고, '실질적으로 평행한'은 기판 표면에 대하여 15° 이하의 각도로 있는 것을 의미한다.

발명의 실시예에 있어서, 패널은 이 패널이 회전하는 축을 따라 굴대를 갖도록 형성된다. 굴대는 둥글게 될 수도 있지만 사각형으로 될 수도 있다. 축은 기판 표면에 대하여 실질적으로 수평하다. 선택적으로, 굴대는 기판 표면에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 롤링 표면을 따라서 회전한다. 발명의 예시적인 실시예에서, 축과 롤링 표면은 MEMS 기술에 의해 생성된다.

발명의 몇몇 실시예의 양태는 미세 기계 표시 장치(micro-mechanical display)에서 패널을 플립하는 방법과 관련된다. 발명의 실시예에서, 패널은 선택적으로 코팅되고 2개의 안정된 위치를 갖도록 구속된다. 패널은 (비록 어떤 측방향 이동이 또한 있을 수 있다 하더라도) 이 패널이 일반적으로 주변을 회전하는 굴대와 함께 형성된다. 굴대는 패널의 에지로부터 이격되어 있고, 패널의 주요 부분으로부터 축의 타측에 전기 전도성의 "꼬리"(tail)를 남긴다. 패널을 플립하기 위하여, 꼬리 아래의 전극에 전압이 인가되고, 이 전압은 꼬리를 끌어당기며, 지레 작용에 의해 패널을 굴대의 주변에서 회전시킴으로써 플립 동작을 시작한다. 패널이 수직 위치에 도달한 때(즉, 패널이 장착된 표면에 수직하게 된 때), 전압이 차단되고 패널은 기계적 스토퍼로서 작용하는 표면에 부딪친다.

선택적으로, 부양 전극(levitation electrode)은 표면과 평행한 안정된 위치에 있는 패널의 에지와 떨어져서(outboard) 상기 표면 위에 설치된다. 부양 전극은 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 플립 동작을 행할 때(이하, 개방이라고 함), (1) 패널이 플립 동작을 행하기 전에 스틱션(stiction)을 무시하고 놓여 있는 베이스로부터 패널을 상승시키는 동작과 (2) 플립 동작을 금지시키는 동작 중의 하나 또는 둘 다의 동작을 행하는 기능을 갖는다. 이 기능들은 부양 전극에 전압을 인가하여 부양 전극이 패널을 끌어 당겨 패널을 들어 올리게 하고, 동시에 플리핑 전극에 의한 패널의 회전을 금지시킴으로써 달성된다. 부양 전극의 전압이 차단될 때, 플리핑 전극은 패널을 플립한다. 선택적으로, 부양 전극은 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 플립 동작을 행할 때(이하, 폐쇄라고 함), 패널을 수직 위치로부터 평행 위치로 이동시키는 것을 돕기 위해 대전된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따라, 기판 표면을 가지며 적어도 일부가 투명하거나 개공(aperture)이 형성된 기판과;

1 mm 이하의 최대 치수를 각각 가지며 기판에 부착되어 있고 물체가 주위에서 회전할 수 있는 축을 가진 물체들의 어레이를 포함하고,

상기 물체는, 물체가 기판의 투명한 부분 또는 개공이 형성된 부분을 덮는제1의 안정된 위치 및 상기 투명한 부분이 적어도 부분적으로 덮이지 않는 제2의 안정된 위치의, 2개의 안정된 위치를 갖는 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에서, 기판은 제1의 안정된 위치에서 물체에 의해 덮여지고 제2의 안정된 위치에서 물체에 의해 덮여지지 않는 영역의 적어도 일부가 투명하다. 선택적으로, 기판은 투명 물질로 제조된다. 선택적으로, 제1의 안정된 위치에서 물체에 의해 덮여지지 않는 기판의 영역은 실질적으로 불투명한 물질로 덮여진다.

본 발명의 실시예에 따라서, 기판은 불투명한 물질로 덮여지고 제1의 안정된 위치에서 덮여지는 영역의 적어도 일부는 개공으로 형성된다.

선택적으로, 물체의 최대 크기는 200 마이크로미터 미만, 90 마이크로미터 미만, 50 마이크로미터 미만, 20 마이크로미터 미만 또는 약 10 마이크로미터이다.

발명의 실시예에 있어서, 물체는 물체 본체, 즉, 선택적으로 제1의 안정된 위치에서 투명 영역을 덮는 패널을 포함한다. 선택적으로, 패널은 제1의 안정된 위치에서 기판의 표면에 실질적으로 평행하고, 제2의 안정된 위치에서 기판에 실질적으로 수직하다.

선택적으로, 물체 본체는 적어도 소정의 파장 대역에 대하여 실질적으로 불투명하다. 선택적으로, 상기 소정의 파장 대역은 가시 대역(visible band)을 포함한다.

발명의 실시예에 있어서, 물체는,

물체 본체에 부착된 굴대와;

기판에 부착되고 지지 표면을 가진 굴대 지지체를 포함하고, 여기에서:

상기 굴대는 제조될 때 둥근 횡단면을 갖고;

상기 굴대는 표면에 대한 수직면과 비제로 각(non-zero angle)을 형성하며;

상기 굴대는 물체가 축 주위에서 회전하도록 회전 가능하다.

선택적으로, 굴대는 상기 회전축을 따라 형성된다. 선택적으로, 굴대는 축에 대하여 소정의 각도로 형성된다.

선택적으로, 굴대는 물체가 회전할 때 굴대 지지 표면을 따라 구른다. 선택적으로, 상기 장치는 굴대가 내부에서 회전하는 적어도 하나의 소켓을 포함한다. 선택적으로, 소켓은 굴대 지지 표면 위에 놓이고, 굴대는 상기 지지 표면과 에지 구속부재들과 상부 구속부재 사이에서 구속된다. 선택적으로, 측면 구속부재들 사이의 거리는 굴대의 직경보다 더 크고, 굴대는 측면 지지 표면들 사이에서 소켓에 의해 구속되지 않는다.

선택적으로, 굴대는 축방향으로 분리된 2개의 부분으로 구성되고, 물체는 상기 2개의 부분 사이에서 굴대에 부착된다. 선택적으로, 물체는 굴대의 양 측면상에서 연장한다. 선택적으로, 굴대 지지 표면은 기판 표면에 대략 평행하다. 선택적으로, 굴대의 축은 기판 표면에 실질적으로 평행하다. 선택적으로, 물체는 굴대에 평행한 평평한 표면을 갖는다. 선택적으로, 평평한 물체는 축의 일측에서 제1 범위까지 연장하고 제2측에서 더 작은 범위까지 연장한다.

선택적으로, 평평한 물체는 그 범위의 적어도 일부에 대하여 전기적으로 전도성을 갖는다. 선택적으로, 평평한 물체는 상기 더 작은 범위의 적어도 일부에 대하여 전도성을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따라서, 적어도 일부가 소정의 파장 대역에 대하여 투명하거나 개공이 형성되어 있는 기판과;

기판에 부착되어 있으며, 기판의 투명 부분 또는 개공이 형성된 부분이 덮여지는 제1 위치로부터 상기 투명 부분이 덮여지지 않는 제2 위치로 회전 가능한 패널 형상 물체의 어레이와;

패널에 부착되어 있으며, 패널이 축 주위에서 회전하도록 회전 가능한 굴대와;

회전 범위를 실질적으로 90도로 제한하는 구속부재를 포함하는 장치가 더 제공된다.

선택적으로, 회전축은 굴대의 축이다. 선택적으로, 패널은 기판의 투명 부분을 덮는 굴대의 일측상의 제1 부분과 축의 타측상의 제2, 꼬리 부분을 포함한다. 선택적으로, 구속부재는 기판의 표면으로부터 돌출하여 패널이 약 90도로 회전할 때 상기 꼬리 부분과 결합하는 물체를 포함한다.

선택적으로, 구속부재는 굴대에 인접한 패널의 평면 위에 있으면서 패널이 약 90도로 회전할 때 패널과 결합하는 물체를 포함한다.

기판의 투명 부분 또는 개공이 형성된 부분이 덮여지는 제1 위치로부터 상기 투명 부분이 덮여지지 않는 제2 위치로 회전 가능한 패널 형상 물체의 어레이와;

패널에 부착되어 있으며, 패널이 축 주위에서 회전하도록 회전 가능한 굴대-상기 패널은 기판의 투명 부분을 덮는 굴대의 일측상의 제1 부분과 축의 타측상의 제2, 꼬리 부분을 포함하는 것임-와;

제2 부분의 일부 및 축의 아래에 있는 기판상의 제1, 개방, 전극과;

패널이 제1 위치에 있을 때 제2 부분의 외부의 기판상의 제2, 폐쇄, 전극과;

상기 제1 전극과 제2 전극을 대전시키는 전원 장치를 포함하는 장치가 추가로 제공된다.

선택적으로, 회전축은 굴대의 축이다.

선택적으로, 상기 장치는, 개방 전극을 대전시켜서, 패널이 제1 위치에 있을 때 상기 꼬리 부분을 끌어당기고, 이것에 의해 상기 꼬리를 상기 제2 위치로 플립시키도록 동작하는 제어기를 포함한다.

선택적으로, 상기 장치는 패널의 회전을 약 90도로 제한하는 구속부재를 포함한다. 선택적으로, 구속부재는 패널이 약 90도 회전할 때 패널과 결합하는 물체를 포함한다. 선택적으로, 물체와 패널 사이의 스틱션은 패널을 제2 위치에 유지한다.

선택적으로, 상기 제어기는 폐쇄 전극을 대전시켜서, 패널이 제2 위치에 있을 때 상기 꼬리를 폐쇄 전극쪽으로 끌어당기고, 이것에 의해 전극을 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키도록 동작한다.

발명의 실시예에 있어서, 상기 장치는 제1 위치에 있는 패널의 레벨 위에 위치된 부양 전극을 더 포함하고, 상기 제어기는 제1 위치로부터 제2 위치로 및 제2위치로부터 제1 위치로의 패널의 이동의 적어도 하나를 돕도록 상기 부양 전극을 선택적으로 대전시킨다.

발명의 실시예에 있어서, 상기 장치는 제1 위치에 있는 패널 부근에 위치된 적어도 하나의 유지 전극을 더 포함하고, 적어도 하나의 유지 전극의 대전에 의해 제1 위치로부터 제2 위치로의 패널의 이동을 금지시킨다. 선택적으로, 어레이는 패널의 행과 열로 이루어진 직사각형 어레이이고, 각 패널은 2개의 유지 전극을 가지며, 하나의 유지 전극은 패널의 열에 있는 다른 전극과 전기적으로 접속되고, 유지 전극들이 패널의 행에 있는 다른 전극들에 접속되어 각각의 픽셀이 패널과 관련된 열 전극 및 행 전극을 둘 다 대전하지 않음으로써 제1 위치로부터 제2 위치로의 변화를 분리적으로 가능하게 할 수 있다.

발명의 실시예에 있어서, 패널의 최대 크기는 1 mm 미만, 200 마이크로미터 미만, 90 마이크로미터 미만, 50 마이크로미터 미만, 20 마이크로미터 미만 또는 10 마이크로미터이다.

투영 표시 장치가 또한 제공되는데, 이 투영 표시 장치는,

본 발명에 따른 장치와;

상기 장치를 조명하는 광원과;

상기 물체들을 상기 제1 위치와 제2 위치에 선택적으로 위치시켜서 상기 장치를 통과하는 광으로 이미지를 형성하는 제어기를 포함한다.

선택적으로, 상기 제어기는 정해진 물체에 대응하는 픽셀을 통과한 상기 광의 명도(brightness)를, 그 명도에 상응하는 시간동안 상기 물체를 상기 제2 위치에 위치시킴으로써 제어하도록 동작한다. 선택적으로, 상기 제어기는 화상 프레임 중의 상이한 시간에서 상기 물체를 제2 위치에 위치시키고, 동일한 시간에 상기 물체들을 모두 제1 위치에 위치시킨다.

본 발명의 실시예에 따라서, 다색 표시 장치(multicolor display)가 추가로 제공되는데, 이 다색 표시 장치는,

본 발명에 따른 표시 장치로서, 상이한 색의 별도의 광원에 의해 각각 조명되는 복수의 표시 장치와;

어레이를 통과한 광을 결합하는 결합기를 포함한다.

선택적으로, 표시 장치는 장치가 상이한 색의 광에 의해 성공적으로 조명되도록, 광원으로부터 나오는 광의 색을 주기적으로 변화시키는, 예를 들면 색바퀴(color wheel)와 같은 수단을 포함한다.

바람직하게, 상기 물체를 위치시키는 것과 색을 변화시키는 수단은 동기화된다.

선택적으로, 표시 장치는 장치를 통과한 광을 표면상에 투영하기 위한 투영 렌즈를 포함한다.

선택적으로, 물체들의 위치는 동영상 이미지를 제공하도록 주기적으로 변화된다.

패널의 일반적 구조

도 1A 내지 도 1D는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 픽셀(10)의 개관(overview)을 도시한 것이다. 비록 이 구성이 예로서 제시되지만, 도시된 요소들의 많은 부분을 다르게 구성할 수도 있고 일부를 일괄하여 제거할 수도 있다.

픽셀(10)은 그 주요 성분으로서 플리핑 패널(flipping panel)(12), 폐쇄 전극(101), 개방 전극(102), 클러치 전극(103), 스토핑 너브(stopping nub)(104), 행(row) 잠금 전극(105), 열(column) 잠금 전극(106), 부양(levitation) 전극(18) 및 한 쌍의 소켓(21)을 포함한다. 패널은 둥근 형상을 갖는 것이 바람직한 굴대(26)와 함께 형성되고, 상기 굴대(26)는 소켓(21)에 조화되게 구성된다. 소켓은 관련된 굴대가 위에서 구를 수 있는 상부 에지를 구비하고 선택적으로 쐐기 형상을 가진 하부 요소(30)(이 명세서에서 가끔은 "나이프(30)"라고도 인용한다), 한 쌍의 측면 이동 구속부재(constraint)(22) 및 상부 구속부재(24)를 포함한다. 각 전극은 패널과 그 하부 구조물간의 접촉 면적을 최소화시키는 선택적으로 절연된 너브(28)와 함께 선택적으로 형성된다.

도 1A는 하나의 위치에서 픽셀의 등척도(isometric view)이고, 도 1B는 패널(12) 아래의 구조물을 보이기 위해 패널(12)을 제거한 상태의 등척도이며, 도 1C는 상부 구속부재(24)를 제거한 상태의 소켓(21)을 도시한 것이고, 도 1D는 나이프(30)가 상부에 위치된 폴리 0 층(34) 및 부품들을 함께 기계적으로 및 전기적으로 접속하는 비아(via)(36, 40)를 포함하는 소켓(21)의 횡단면도이다.

이하에서 설명하는 구성 방법에 있어서, 베이스 구조물은 본질적으로, 석영 용융 실리카 또는 유리 기판(8) 위에서 상호 접속(어드레싱) 층들인 금속 1(M1) 및 금속 2(M2)로 구성된다. 몇몇 실시예에 있어서는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 설명하는 구조물에 있어서, 열 및 행 어드레스는 금속 1 및 금속 2 내에 있고, 전극(101, 102)의 어드레싱 라인들도 또한 열 어드레싱 층 내에 있으며, 상기 라인들은 열 어드레스 라인들 사이에 위치된다. 행 어드레싱 라인과 열 어드레싱 라인은 산화 규소 및 질화 규소로 피복되어 있다. 개입(intervening) 라인들 또는 층들을 이용하는 차폐(shielding)는 선택적으로 제공된다.

비아 홀들은 어드레싱 라인들(및 전극(101, 102)에 대한 전압)을 폴리실리콘 구조물 위에 접속한다. 3개의 층으로 형성된 폴리실리콘 구조물은 폴리 0, 폴리 1및 폴리 2로 지정된다. 다른 실시예에서, 상기 구조물들은 금속으로 형성될 수도 있고 플라스틱(금속화된 것 또는 다른 수단에 의해 도전성을 갖도록 된 것)으로 형성될 수도 있다. 쉽게 눈에 띄게 하기 위하여, 층들은 동일한 형태의 대각선 빗금으로 표시되어 있는데, 층 0과 층 2는 우측으로 경사지는 대각선으로 표시되어 있고 층 1은 좌측으로 경사지는 대각선으로 표시되어 있다. 일반적으로, 모든 폴리실리콘은 도전성을 갖는다.

본 발명의 실시예에 있어서, 전극(101, 102, 103, 105, 106)[너브(28), 나이프(30) 및 스토핑 너브(104)를 포함함]과 측면 이동 구속부재의 베이스는 폴리 1 및 부양 전극(18) 아래에 위치하고, 상부 구속부재(24)는 폴리 2 아래에 위치한다. 부양 전극의 대전 라인(electrification line) 및 힌지의 접지는 또한 폴리 2에서 제공된다.

폴리실리콘 물질로 피복되지 않은 영역은 투명하여 패널(12)이 기판의 표면에 실질적으로 수직한 때(개방 위치) 픽셀(또는, 보다 더 정확히 말하면, 폐쇄 위치에서 패널 아래의 부분)은 투명하고, 패널이 기판 표면에 실질적으로 평행한 때(폐쇄 위치) 픽셀은 투명하지 않도록 되어야 한다는 것을 알아야 한다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 패널의 일면 또는 양면은 광의 반사 및 투과를 감소시키기 위해 흡광 코팅재로 코팅된다. 추가로 또는 다른 방식으로, 모든 노출된 표면(폐쇄 위치에서 패널(12) 바로 아래의 부분을 제외함)은 광 반사재로 코팅된다. 선택적으로, 반사광은 시스템 내의 다른 어딘가에서 흡수된다. 흡수재가 또한 사용될 수 있다. 그러나, 흡수된 광은 마이크로 표시 장치를 과도하게 발열시킬 수 있다.

예시적인 실시예에서, 패널은 85×85 마이크로미터이고 굴대는 2 마이크로미터의 치수를 갖는다. 패널이 40×85 마이크로미터(따라서 40×85의 직사각형 픽셀이 됨) 또는 더 큰 사이즈(0.2×0.2 mm는 계획중에 있지만 1mm×1mm는 가능하다)와 10×10 마이크로미터 또는 더 작은 것으로 구성하는 다른 실시예도 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 더 작은 사이즈를 위하여, 굴대의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 매우 큰 패널을 위하여, 굴대의 사이즈를 증가시키는 것이 가능하다.

패널의 개방

본 발명의 실시예에 있어서, 선택적인 클러치 전극(103)들은 함께 여기되어(energized) 굴대를 잡아당기고 굴대(26)와 나이프(30) 사이의 전기적 접축을 좋게 한다. 굴대(26)는 나이프(30)(이것은 접지됨)의 상부 에지와 접촉하고, 또한 너브(28)와 접속하여(도시 생략한 폴리 0의 라인에 의해) 패널(12)이 이들과 함께 접지된다. 선택적인 부양 전극(18)은 (열 내의 모든 부양 전극들을 함께 접속하는 폴리 2의 상승 라인(elevated line)을 통해) 별도로 대전된다. 개방 전극(102)도 또한 별도로 대전된다. 한쪽 어드레싱 전극 또는 양쪽 어드레싱 전극이 양극이면 부양 전극도 개방 전극도 패널을 개방 위치로 플립하도록 동작하지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 개방 동작의 이해를 쉽게 하기 위하여, 도 1E에는 전극(101, 102)에 수직하게 자른 면을 따라 힌지들 사이의 픽셀 구조물의 횡단면도가 도시되어 있다. 이 횡단면도에서는 단지 개방 전극(102)과 폐쇄 전극(101)과 패널(12)만이 절단되어 있다. 스토핑 너브(14)는 도시되어 있지만 절단되지 않았다.

도시되어 있는 바와 같이, 패널(12)은 굴대(26)를 넘어서 연장하는 꼬리 단부(13)를 갖도록 형성된다(도 1E에는 그 위치를 표시하기 위해 백색으로 표시되어 있다). 긴 슬롯 또는 일련의 슬롯(15)들은 꼬리로부터 굴대의 반대측에서 패널(12)에 선택적으로 형성된다. 꼬리(13) 및 슬롯(15)의 기능은 이후의 설명에서 알게 될 것이고 또한 WO 02/42826호에 개시되어 있다.

도 2A-2C는 패널을 개방하는 방법을 도시한다. 제1 동작(도 2A)으로서, 부양 전극(18)이 대전된다. 부양 전극이 폴리 2이고 패널(12)이 폴리 1이며 나이프(30)와 너브(18)가 폴리 0이기 때문에, 부양 전극의 대전은 패널을 너브로부터 떼어서(스틱션을 극복하고) 들어 올리려고 할 것이다. 패널과 나이프와 너브는 모두 동일한 전위를 갖는다(이 경우에는 접지됨). 행 잠금 전극(105)과 열 잠금 전극(106)은 둘 다 임의의 선택된 픽셀 또는 선택된 픽셀의 그룹에 대하여 역시 접지되고, 따라서 패널과 잠금 전극들 사이에는 전기적 인력(attraction)이 없다. 반면에, 개방 전극(102)은 대전되어 꼬리(13)가 그 방향(하향)으로 끌어당겨진다. 슬롯(15)들은 패널에서 절단되어 개방 전극(102)쪽으로 실질적으로 끌어당겨지는 굴대(12)의 우측에 대한 패널의 부분을 감소시킨다. 패널(12)을 전극(18)쪽으로 끌어당기는 것의 추가적인 효과는 나이프(30)와 구속 요소(22, 24)에 의해 형성된 슬롯의 우측에 굴대(26)를 위치시키는 것이다.

도 2B에서, 부양 전극(18)에 인가된 전압이 차단되고, 꼬리(13)와 개방 전극(102)간의 인력의 효과는 꼬리(13)를 끌어내려서, 도면에 표시되어 있는 바와 같이, 패널(12)의 나머지 부분을 들어 올리는 지레 작용을 제공한다. 이러한 들어올림 동작 중에 발생된 힘(momentum)은 패널을 수직하게 함과 동시에(도 2C) 스토핑 너브(104)쪽으로 이동시킨다. 선택적으로, 개방 전극(102)에서의 전압은 운동이 시작된 후에 감소될 수 있고, 패널(12)은 꼬리(13)가 스토핑 너브에 접촉할 때까지 관성에 의해 계속하여 회전한다.

패널의 폐쇄

도 4A-4C는 패널을 폐쇄하는 과정을 도시한 것이다. 패널(12)을 폐쇄하기 위해, 폐쇄 전극(101)이 짧은 시간동안 대전되어, 현재 접지되어 있는 패널(12)의 꼬리(13)를 잡아당긴다. 이것은 스틱션에 의해 부착되어 있는 스토핑 너브(104)로부터 패널(12)의 꼬리(13)를 분리시키기에 충분하다(도 4A). 이와 동시에, 또는 그보다 짧은 시간 전 또는 후에, 부양 전극(18)이 대전되어 패널(12)을 끌어당기고, 패널(12)은 굴대(26) 위에서 계속하여 굴러서 너브(28)쪽으로 회전된다(도 4B). 패널이 부양 전극(18)에 근접하였을 때, 부양 전극으로부터 전압이 제거되어 패널이 너브(28)를 향해 계속적으로 떨어질 수 있게 한다(도 4C).

비록 도면에는 전압이 양극으로 표시되어 있지만, 만일 패널이 접지 전위에 있다면 플립 동작은 전압이 양극이거나 음극이거나 상관없이 동일한 방식으로 정확하게 이루어진다는 것을 이해하여야 한다. 또한, (전압을 공급함에 있어서 어떤 추가적인 복잡한 구성을 채용하여) 다른 전극에 대해 전압 레벨을 다르게 할 수 있고, AC 전압을 이용하는 것도 가능하다.

도 5는 패널을 개방하고 폐쇄하기 위한 가능한 타이밍도를 나타낸다. 도 5에 있어서, 시간 t0에서, 시스템은 휴지(休止) 상태에 있고 부양 전극이 대전된다. 클러치 전극(103)은 항상 대전 상태에 있다. 개방 전극이 턴온된다(도 2A). 시간 t1에서, 부양 전극(18)이 턴오프된다(도 2B). 시간 t3에서, 개방 전극(102)이 턴오프된다(도 2C). 패널은 스토핑 너브(104)에 부딪칠 때까지 계속하여 회전한다(도 2C). 선택된 패널에 대하여, 잠금 전극은 둘 다 제로 전압에 있기 때문에 플립 동작을 방해하지 않는다. 그러나, 잠금 전극들은 부양 전극에 의해 패널로부터 차폐되어 있기 때문에, 플리퍼(flipper)가 부양 전극을 통과한 후에 다시 턴온될 수 있다.

다른 방식으로 또는 부가적으로, 패널의 꼬리 부분과 반대쪽 에지 부분만을 (이 부분들을 둘 다 굴대에 접속하는 도전성 스트립에 의해) 도전성있게 만들 수 있다. 이 경우에는 절단부(15)가 필요없게 된다.

본 발명의 예시적인 실시예를 실시함에 있어서, 픽셀들은 도 1A의 행 잠금 전극(105)과 도 1A의 열 잠금 전극에 각각 접속된 도 6의 어드레싱 라인(107, 109)에 의해 행과 열로 배열된다. 모든 부양 전극(18)들은 함께 접속되어 있고, 따라서 함께 대전된다. 모든 폐쇄 전극(101)들은 함께 접속되어 있고, 따라서 함께 대전된다. 모든 개방 전극(102)들은 함께 접속되어 있고, 따라서 함께 대전되며, 이것은 모든 클러치 전극(103)들도 마찬가지이다. 위에서 설명한 개방 순서가 실행될 때, 행 잠금 전극과 열 잠금 전극이 둘 다 접지되어 있는 그러한 픽셀들만이 개방될 수 있다. 다르게 대전된 잠금 전극을 가진 임의의 픽셀은 그 위치에서 유지될 것이다.

개방 픽셀의 안정성

잠금 전극들은 그들의 영향이 돌출된(overhanging) 부양 전극에 의해 차폐되기 때문에 개방 픽셀을 폐쇄할 수 없다. 부양 전극들은 개방 위치에서 패널로부터이격된 거리 때문에 그들의 영향이 스토핑 너브(104)의 스틱션 힘에 비하여 약하므로 개방 픽셀을 폐쇄할 수 없다.

실용상의 목적을 위하여, 패널(12)과 너브(28) 사이의 스틱션은 패널을 제위치에 유지하기에 충분하다는 것이 확인되었다. 추가적인 영향으로서, 패널을 폐쇄 전극(101)으로 끌어당기는 인력은 나이프 위의 패널을 폐쇄 준비가 되는 위치로 위치시키도록 작용한다.

구성 및 플립 동작 방법의 변형예들은 이 기술에 숙련된 사람에게 자명할 것이다. 플립 동작의 몇가지 방법은 위에서 설명한 원리(꼬리를 전극쪽으로 끌어당김으로써 플립 동작을 수행하는 것 및 부양 전극을 이용하여 플립 동작을 제어하는 것)를 이용한다. 그러나, 관련된 출원의 공보에서 설명된 것과 같은 다른 방법들을 플립 동작을 위해 사용할 수 있다.

또한, 비록 둥근 굴대가 양호하기는 하지만, 사각형의 굴대가 위에서 설명한 방법을 이용하여 역시 플립될 수 있다. 다만, 이 경우에는 더 높은 전압을 인가하여야 하고, 일반적으로 스위칭 속도가 더 낮으며 신뢰성을 저하시킬 가능성이 있다.

픽셀의 제조

도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 도 1A 내지 도 1D에 도시한 픽셀의 제조를 위한 예시적인 방법의 제1 단계를 나타낸 것이다. 물론, 도 10과 도 11에 부분적으로 도시한 것과 같은 픽셀의 전체 어레이는 이 방법에 의해 단일 기판상에서 제조될 수 있다.

이하에 기재된 내용은 그 과정에서의 동작을 나타낸다. 일반적으로, 산화물층 또는 유리층의 각각의 증착은 그 후에 어닐링 처리가 이어진다. 여기에서 설명한 방법은 특수한 공장에서 이용된 처리 기술에 기초를 둔 것이고, 그 상세한 내용은 비록 동일한 처리 방법이라 할지라도 변경될 수 있다는 것에 주목한다. 또한, 일부 산화물 에칭을 위해 상부의 질화물층이 마스크로서 이용되고, 적어도 일부의 폴리실리콘 에칭을 위해 질화물층 및/또는 산화물층이 마스크로서 이용된다는 것을 주목해야 한다.

A - 기판 개시;

B - 제1 금속층 증착;

C - 금속을 에칭하여 어드레싱 라인 형성;

D - 산화물 증착;

E - 제2 금속층 증착;

F - 금속을 에칭하여 어드레싱 라인 형성;

G - 산화물 증착 및 (선택적) 연마;

H - 질화 규소 증착;

I - 질화물과 산화물을 에칭하여 비아 형성;

J - 폴리 0(폴리실리콘) 증착;

K - 폴리를 에칭하여 너브, 나이프 및 스토핑 너브 생성;

L - 폴리 도핑;

M - 폴리를 에칭하여 전극 형성;

N - 산화물 증착;

O - 선택적 연마;

P - 산화물을 에칭하여 앵커 형성;

Q - 폴리 1(폴리실리콘) 증착;

R - 인광 규소 유리(phosphor silicon glass) 증착 및 어닐링;

S - 버퍼된 산화물을 에칭하여 유리 제거;

T - 저온 산화물 증착;

U - 질화 규소 증착;

V - 폴리 1을 에칭하여 패널과 측면 이동 구속부재 형성;

W - 버퍼된 산화물을 500 옹스트롱까지 에칭;

X - 저온 산화물 증착;

Y - 질화 규소 증착;

Z - 수평 질화물의 반응성 이온 에칭;

AA - 버퍼된 산화물을 3200 옹스트롱까지 에칭;

BB - 습성 폴리(wet poly)를 800 옹스트롱까지 에칭;

CC - 버퍼된 산화물을 500 옹스트롱까지 에칭;

DD - 습성 폴리를 800 옹스트롱까지 에칭;

EE - 버퍼된 산화물을 1000 옹스트롱까지 에칭;

FF - 폴리 산화;

GG - 버퍼된 산화물 에칭;

HH - 습성 질화물 에칭;

II - 희생 산화물 2 증착;

JJ - 어닐링;

KK - 화학 기계 연마;

LL - 소켓 및 부양 전극을 위해 앵커 2 에칭(산화물 에칭);

MM - 폴리 2(폴리실리콘) 증착;

NN - 인광 규소 유리 증착 및 어닐링;

OO - 버퍼된 산화물을 에칭하여 인광 규소 유리 증착 제거;

PP - 폴리 2를 에칭하여 상부 굴대 구속부재 및 부양 전극 형성;

QQ - 희생 산화물 제거.

동작 A-J의 과정을 제외하면, 상기 과정은 WO 02/42826호에 개시된 것과 매우 유사하므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다. 유일한 주요 차이점은 이하에서 설명하는 바와 같이 폴리 2로 어드레스 라인을 구성하는 것이다.

도 6은 과정 A-J 이후의 기판을 도시한다. 기판은 52라고 표시되어 있다(A). 금속 1(M1) 층(TiW 또는 다른 열저항 금속 또는 금속 실리사이드가 가능함)은 107이라고 표시되어 있다. 이 금속층은 두께가 전형적으로 0.25 미크론이다(B). 이 층은 제1 세트의 어드레싱 라인을 형성하기 위해 에칭된다(C). 제2 금속층(M2)(TiW 또는 다른 열저항 금속이 가능함)은 109라고 표시되어 있다. 이 금속층은 두께가 전형적으로 0.25 미크론이다(E). 2개의 금속층 사이에는 108이라고 표시된 절연 산화물층이 있다(D). 이 산화물층은 두께가 전형적으로 0.25 미크론이다. 그 다음에제2 세트의 어드레싱 라인을 형성하기 위해 M2를 에칭한다(F). 전형적으로 한 세트의 라인은 열 어드레스 라인이고, 제2 세트의 라인은 행 어드레스 라인이다. 제2 금속층은 전형적으로 두께가 1 마이크로미터인 (선택적으로 연마된) 산화물층에 의해 덮여진다(G). 산(acid) 보호성 및 절연성의 질화 규소층(H)은 54라고 표시되어 있으며, 두께가 전형적으로 0.6 마이크로미터이다. 내열 도체(heat resistant conductor)는 그 아래에 놓인 폴리실리콘의 도핑 및 어닐링이 고온 처리이기 때문에 사용된다.

비아(111)는 산화물층에 형성되어(I) 금속층들을 질화물층(54) 위에 형성된 선택된 요소들과 접촉시킨다. 바람직하게는 이온 에칭 또는 플라즈마 에칭이 사용된다. 그 다음에, 두께가 전형적으로 2 마이크로미터이고 부호 56으로 표시된 폴리 0 증착(J)이 행하여진다. 폴리 0 물질은 비아를 채워서 금속층들을 선택적으로 폴리 0 층에 부착시킨다.

그 다음에, 폴리 0 증착물이 에칭되고 너브(18), 나이프(30), 스토핑 너브(104) 및 전극(101, 102, 103, 105, 106)을 형성한다(K). 폴리 0 층은 과정 L에 의해 도전성을 갖는다. 이 에칭 동작의 상세한 내용은 전술한 WO 02/42826호에서 찾아볼 수 있다.

선택적으로, 굴대는 WO 02/42826호의 도 8A-8D와 관련하여 설명한 바와 같이 둥글게 되어 있다. 독자는 그 상세한 내용을 상기 공보에서 참조할 수 있으므로 여기에서 반복하여 설명하지 않겠다.

픽셀이 폴리실리콘 이외의 물질로 제조될 수 있다는 것은 명확할 것이다. 특히, 폴리층 대신에 금속층을 증착할 수 있고, 적당한 희생 중합체층 및 부식액이 사용된다. 관련된 모든 과정들이 비교적 저온에서 이루어질 수 있기 때문에, 비내화 금속(non-refractory metal) 또는 저온에서 판금(plate)되는 금속들을 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써, 어드레싱 금속층과 패널 및 전극등을 Cu, Ni, Co, Cr, Al 또는 적당한 합금 또는 기타 적당한 금속으로 구성할 수 있다. 또한, 희생층용의 산화물층이 필요없기 때문에, 플루오르화 수소산의 사용이 생략되고, 석영 또는 유리 기판을 손상시키는 위험을 회피할 수 있다. 마지막으로, 선택적으로 금속 및/또는 폴리실리콘 물질과 함께 적당한 플라스틱 물질을 과정에서 사용할 수 있다.

도 7은 굴대(26)와 나이프(30)의 다른 구성을 도시한다. 도시되어 있는 바와 같이, 굴대는 패널의 중심선에 수직하지 않다. 회전축에 대한 굴대의 각은 명확성을 높이기 위해 과장되어 표시되어 있지만, 일반적으로 도 1에 도시된 정상적인 것으로부터 -10도 내지 +10도 사이에 있다. 이 구성은, 굴대가 둥글지 않고 나이프가 예리하지 않은 경우에도 굴대와 나이프 사이의 접촉이 점으로 감소되도록, 개방 위치에서 굴대와 나이프간의 접촉 면적을 최소화시킨다.

비록 도 7에서는 나이프가 굴대에 수직한 것으로 나타나 있지만, 나이프는 수직으로부터 20도 정도 편향될 수 있다.

스토핑 너브(104)의 다른 실시예로서, 소켓(21)의 상부들 사이에 폴리 2의 브리지가 형성될 수 있다. 이 브리지는 패널이 수직면을 통과하는 것을 방지한다. 이러한 브리지가 제공되면 스토핑 너브(104)는 제거될 수 있다.

도 8은 스토핑 너브(104)를 형성하는 다른 방법을 도시한다. 위에서 설명한바와 같이, 스토핑 너브(14)는 폴리 0으로 형성되고, 플리퍼 패널은 폴리 1로 형성된다. 따라서, 두 층간의 부정합(misalignment)은 스토핑 에지에서 그 자체를 축에 더 가깝게 또는 축으로부터 더 멀게 한다는 것이 명백하다. 그러나, 만일 스토핑 너브가 굴대에 너무 가깝게 있으면 플리퍼가 단지 더 작은 각으로 개방될 것이고 스토핑 너브가 굴대로부터 너무 멀리 있으면 패널의 꼬리가 스토링 너브에 부딪치지 못하기 때문에, 스토핑 너브의 위치는 매우 중요하다.

상기 구성에서, 플리퍼(폴리 1)는 산화물 아래를 노출시키기 위하여 홀(80)을 갖도록 에칭된다. 윈도우(90)는 포토레지스트 물질로 형성된다. 산화물 및 폴리 에칭 단계가 이어지고, 그에 따라 에지(81)에서 정밀하게 절단된 스토핑 너브를 형성하며, 이것은 스토핑 너브(104)의 최종 스토핑 표면을 형성한다. 이 방법은 스토핑 전극을 스토핑을 위해 플리퍼 패널 및 평평하고 정밀한 에지와 관련하여 정확히 위치시킬 수 있게 한다.

도 9A는 너브(28)의 필요성을 제거한 패널(12)의 구조를 도시한 것이다. 명세서 서두의 '관련 출원' 부분에서 언급한 출원들에서 설명되어 있는 바와 같이, 너브는 폐쇄 위치에서 스틱션의 크기를 줄이기 위해 존재한다. 패널의 에지가 기판에 접촉되는 것을 허용하면, 접촉 면적은 높아져서 패널을 들어 올리기 위해 과도한 전압이 필요하게 된다. 작은 너브(28)를 사용하면 스틱션이 감소한다. 그러나, 상기 공보들에 개시된 반사 패널에 대해서는 너브가 문제되지 않지만, 본 발명에서는 최대 개방 면적을 제공하기 위해 깨끗해야 하는 지역에 너브가 위치하고 있다. 더 나아가서, 최적 동작을 위해 너브는 접지되어야 하고, 이것은 힌지/소켓으로부터 너브까지 라인(불투명한 것도 가능함)을 필요로 한다.

도 9A의 구조에서는 패널(12)의 단부에 2개의 부속물(92)이 제공되어 있다. 이 부속물들은 패널과 기판 사이의 접촉이 최소로 되도록 작은 첨두부(93)를 갖는다. 이것은 스틱션을 감소시키고 너브(28)의 필요성을 제거하며, 반면에 더 큰 개방 면적을 제공한다.

도 9B는 도 9A의 실시예의 변형예로서, 분리를 쉽게하기 위해 경사진 에지(94)를 가진 단일 부속물(92)를 구비하고 있다. 이것은 기판의 분리가 벗김 동작(peeling action)에 의해 이루어지기 때문에 스틱션을 더 작게 할 수 있다.

도 9A와 도 9B의 실시예에 있어서, 패널(12)은, 폐쇄 위치에 있을 때, 패널이 너브(28) 위에 있을 때보다 더 낮기 때문에, 부양 전극은 폴리 2가 아니라 폴리 1로 생성할 수 있다. 이것은 전극을 패널과 관련하여 더 정확히 위치시킬 수 있는 장점을 갖는다. 추가적인 폴리 2의 부양 전극은 폴리 1의 부양 전극 위에 제조되어 전극의 효과를 증가시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 어드레스 및 잠금 라인의 배치를 도시한다. 명확성을 높이기 위해 소켓(21)은 도시를 생략하였고 패널(12)은 참고로 도시되어 있다.

금속층들 중의 하나(M1 또는 M2)는 (도시된 바와 같은) 행 라인들을 포함하고, 다른 금속층은 열 라인들을 포함한다. 어느 금속층에 열 또는 행을 제공할 것인지 선정하는 것은 선택사항이다. 도 10에 도시된 것처럼, 픽셀들은 인접하는 열들과 관련된 패널들이 반대 방향으로 개방하도록 선택적으로 구성된다. 이것은 2개의 열에서 모든 근접한 전극들에 대하여 단일 라인을 사용할 수 있기 때문에, 필요로 하는 라인의 수를 감소시킨다. 동일한 라인은 클러치 전극(103)을 대전시킨다. 도시된 실시예에 있어서, 각 열의 개방 전극(102)들은 공통 열 라인(1002)에 의해 공급된다. (간단히 하기 위하여, 개방 전극은 도 1에서처럼 분리하지 않고 단일 전극으로서 도시되어 있다.) 인접하는 열에서 폐쇄 전극(101)과 클러치 전극(103)은 이들이 도시되어 있는 구성에서 인접하기 때문에 공통 라인(1004)로부터 공급된다. 각 열의 모든 열 잠금 전극(106)들은 공통 라인(1008)에 의해 공급되고, 각 행의 모든 행 잠금 전극(105)들은 공통 라인(1006)에 의해 공급된다.

다시 도 5로 돌아가서, 상부의 4개의 그래프의 개방 사이클에 도시된 전압은 도시된 것처럼 각 개방 사이클에서 각 전극에 인가된다. 만일 잠금 전극들(행과 열 중의 어느 하나 또는 둘 다) 중의 하나가 대전되면, 특수한 픽셀이 개방되지 않을 것이다. 따라서, 픽셀들은 특수한 사이클에서 개방되어야 할 픽셀들을 선택하기 위해 행을 스캔하고 열 전극들을 선택함으로써 스캔된다.

실제로, 본 발명의 실시예에 따르면, 프레임 타임은 표시될 명도(brightness) 레벨의 수와 동일한 다수의 사이클 타임으로 분할된다. 각 사이클에 있어서, 각 픽셀들이 개방되는 시간의 비율은 표시될 명도 레벨의 수에 따라 결정된다. 프레임의 시작점에서 모든 픽셀들은 폐쇄 위치에 있다. 그 다음에, 제1 사이클 동안, 최고 명도 레벨을 가진 모든 픽셀들이 개방된다. 이들은 전체 프레임 동안에 개방된 채로 유지된다. 다음 사이클에서, 더 낮은 하나의 명도 레벨을 기진 픽셀들이 개방된다. 이들은 또한 나머지 프레임 동안에 개방된 채로 유지된다. 이과정은 모든 명도 레벨이 스캔될 때까지 계속된다. 프레임의 종점에서, 단일의 폐쇄 사이클이 수행된다. 이 방법은 과도한 에너지를 사용함이 없이 및 픽셀들에 대한 과도한 소모(wear)없이 다수의 명도 레벨에 대하여 수행할 수 있다.

도 11은 하나의 예시적인 실시예에서 소켓(21)들이 [및 이에 따라 나이프(30)와 패널(12)과 너브(28)들이] 어떻게 접지되고 또한 부양 전극(18)들이 어떻게 대전되는지를 개략적으로 도시한다. 도시되어 있는 바와 같이, 부양 라인(1102)들과 힌지 라인(1104)들이 제공된다. 본질적으로, 인접하는 열에서의 모든 소켓(21)은 폴리 2의 공통 라인(1104)을 이용하여 접지되고, 임의의 열의 모든 부양 전극(18)들은 폴리 2의 부양 라인(1002)을 이용하여 함께 접속된다. 사실, 부양 전극들은 폴리 2의 단일의 긴 바(bar)로서 형성될 수 있고, 상기 바는 부양 전압을 제공하고 패널을 들어 올리기 위해 사용된다. 설명의 간편성을 위해, 인접 픽셀의 부양 전극들과 소켓들은 분리되고 도시하지 않은 어떤 수단에 의해 여기되고 접지된다고 위에서 설명하였다.

2가지 주요 유형의 투과형 표시 장치가 공지되어 있다. 이들 중의 하나에 있어서, 광원은 3개의 별도의 마이크로 표시 장치를 조명하는데, 각 표시 장치는 적색광, 녹색광 및 청색광 중의 하나를 갖는다. 그 다음에, 3개의 마이크로 표시 장치로부터의 피변조광은 결합되어 투영되거나 또는 스크린에 오버레이 이미지로서 투영된다. 공통 광원을 사용하여 3개의 색으로 분리할 수도 있고, 또는 각 채널에 대하여 별도의 광원을 사용할 수도 있다. 도 12는 광을 변조하기 위해 위에서 설명한 셔터 어레이 마이크로 표시 장치를 LCD 대신에 사용하는 것을 제외하고, 종래의것(예를 들면, http://www/projector people.com/news_info/lcd-view.asp를 참조)과 유사한 투영 장치(1200)를 도시한 것이다.

이 표시 장치(1200)에 있어서, 백색 광원(1202)로부터의 광은 적색 색선별 미러(red dichroic mirror)(1204)에 부딪쳐서 광빔이 적색빔(1206)과 청색 및 녹색빔(1208)으로 분할된다. 청색 및 녹색빔(1208)은 청색 색선별 미러(1210)에 부딪쳐서 녹색빔(1212)과 청색빔(1214)으로 분할된다. 빔(1206, 1212, 1214)은 본 발명에 따른 3개의 투과형 마이크로 표시장치(1216, 1218, 1220)에 (미러 1215를 통해) 공급되고, 여기에서 광이 공간적으로 변조되어 각각 적색 이미지, 녹색 이미지 및 청색 이미지를 형성하며, 상기 이미지들은 마이크로 표시 장치를 통해 전송된다. 마이크로 표시 장치로부터의 광은 색선별 결합기 큐브(1222)에서 결합되고 투영 렌즈(1224)에 의해 스크린상에 투영된다.

다른 유형의 공통 투영 표시 장치는 광의 색을 주기적으로 변화시켜 상이한 색 분리 이미지들이 공간적으로 생성되게 하기 위해 색바퀴(color wheel)를 사용하는 표시 장치이다. 이 장치는 본 발명의 마이크로 표시 장치에서 또한 유용하다. 도 13은 광원(1302)이 렌즈 시스템(1306)에 의해 색바퀴(1304)에 포커싱되는 투영 시스템(1300)을 도시한다. 광원의 포커싱은 전체 이미지가 임의의 하나의 시간에서 동일한 색을 갖도록 하기 위해 바람직하다. 색바퀴로부터의 광은 광학 부재(1308)에 의해 평행하게(collimate) 된 다음, 본 발명에 따른 마이크로 표시 장치에 부딪친다. 마이크로 표시 장치를 통과한 광은 투영 광학 부재(1312)에 의해 스크린상에 투영된다.

일반적으로, 여기에서 설명하는 셔터 어레이는 다른 공지의 이미지 발생 방식 또는 LCD를 이용하는 광학 스위치(또는 다른 투과형 마이크로 표시 장치)와 호환되고, 상기 광학 스위치에서 LCD는 셔터 어레이로 교체될 수 있다.

도 12와 도 13에서, 마이크로 표시 장치의 운용자, 전원 장치 및 도 13에서 동기화 시스템은 도시를 생략하였지만, 이들은 물론 존재하는 것들이다. 도 12와 도 13의 표시 장치는 정지 화상과 동화상을 둘 다 투영할 수 있다.

투명한 어레이 면적의 퍼센트는 전체 면적의 60, 70, 75 또는 80%까지도 높아질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 물론 각 도면들은 정확한 축척으로 도시한 것이 아니고, 본 발명의 원리를 설명하는데 편리하도록 도시한 것이다.

또한, MEMS 기술을 이용하여 작은 사이즈의 구성이 가능하기 때문에, 수천개, 백만개 또는 수백만개의 어드레스가능한 픽셀들을 가진 어레이가 가능하고, 그 결과 고해상도의 표시 장치를 구성할 수 있다. 그러나, 만일 많은 명도 레벨이 표시되어야 한다면, 큰 어레이에 대하여 어드레싱 속도가 문제될 수 있다. 속도를 증가시키기 위하여, 추가의 어드레스 라인들을 제공하여 어레이를 병렬로 어드레스되는 복수의 서브 어레이로 분할할 수 있다.

위에서 설명한 것과 유사한 구조물을 이미징 시스템 또는 기타 수신 시스템에 들어가는 광을 필터링하기 위한 필터로서 사용할 수 있다. 구조적 변형예로서 패널들은 불투명한 것이 아니라 특수한 파장 대역에 대하여 투명할 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 어레이가 이미징 시스템 앞에 위치되고 패널들이 가시광에 대하여 불투명하고 IR에 대하여 투명하면, 패널들이 개방 위치에 있을 때 모든 광은통과되고, 가시광 이미지는 이미징 장치(imager)에 의해 생성될 것이다. 만일 모든 패널이 폐쇄 위치에 있으면, 어레이는 IR만을 통과시키고, 이미징 장치에 의해 생성된 이미지는 IR 이미지이다. 필터는 가시광으로부터 IR로 매우 신속하게 변화될 수 있고, 만일 필요하다면, 개공의 일부가 IR을 통과시키고 다른 일부가 가시광을 통과시키게 할 수 있다. 만일 전체 어레이가 함께 스위칭되어야 한다면, 행 잠금 전극과 열 잠금 전극 (및 어드레스 라인)은 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 스위칭가능 필터는 그 사이즈가 종래의 기계적 장치의 사이즈에 비하여 작고, 더 고속이다.

본 출원은 특히 둥근 수평 굴대(또는 기타 요소), 롤링 굴대, 위치를 신속하게 바꾸는 및/또는 저전압을 사용하는 패널을 가진 픽셀, 패널을 플립하는 방법 및 제조 방법을 포함하여, 다수의 상이한 요소들을 설명하고 있다. 비록 이 요소들이 발명자가 알고 있는 발명을 실시하기 위한 최상의 모드를 가르치기 위해 표시 장치와 관련하여 설명되었지만, 위에서 설명한 각각의 요소는 다른 장치에서 더 넓은 유용성(utility)을 갖는다고 믿어진다. 또한, 비록 상기 요소들을 단일 장치에서 함께 동작하는 것과 관련하여 설명하였지만, 이러한 신규의 많은 요소들은 임의의 다른 요소없이 (및 확실히 다른 요소가 전혀 없이) 본 발명의 일부 실시예에서 사용될 수 있다는 것은 명확하다. 예를 들어, 위에서 설명한 플리핑 방법은 굴대가 둥글지 않거나 일부만 둥글게 되어 있는 픽셀과 함께 동작할 것이다. 둥근 굴대는 종래 기술 및 관련 출원 부분에서 언급한 참조 문헌에서 설명된 플리핑 방법으로 사용될 수 있다.

더 나아가서, 위에서 설명한 요소들은 또한 패널이 폐쇄 위치에 있을 때 기판 위의 2개의 접점(RF 단자) 사이를 접속하는 RF(또는 다른) 스위치를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이 구조는 패널이 개방 위치에 있을 때, 패널이 이 위치에 있는 접점들로부터 비교적 멀리 떨어져 있기 때문에 매우 낮은 RF 경로를 제공한다.

본 발명은 예로서 제공되고 발명의 범위를 제한하는 의도가 없는 대표적인 실시예의 비제한적 상세한 설명을 이용하여 설명되었다는 것이 또한 명확할 것이다. 여러 실시예로부터의 특징들을 결합한 것을 비롯하여 본 발명의 실시예의 여러가지 변형예는 이 기술에 숙련된 사람에게 자명하다. 예를 들면, 픽셀들을 투명 기판상에 제공하지 않고, 개공이 형성된 불투명 기판상에 제공하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해서만 제한된다. 또한, 용어 "포함하다"(comprise), "포함하는"(comprising), "구비하다"(include), "구비하는"(including) 등이 청구 범위에서 사용되고 있는, 청구 범위와 관련한 어떤 질문도 회피하기 위하여, 상기 용어들은 "구비하지만 반드시 ...로 제한되는 것이 아닌"(including but not necessarily limited to)의 의미로 사용되는 것으로 한다.

Claims

기판 표면을 가지며 적어도 일부가 투명하거나 개공(aperture)이 형성된 기판과;

1 mm 이하의 최대 치수를 각각 가지며 기판에 부착되어 있고 물체가 주위에서 회전할 수 있는 축을 가진 물체들의 어레이를 포함하고,

상기 물체는, 물체가 기판의 투명한 부분 또는 개공이 형성된 부분을 덮는 제1의 안정된 위치 및 상기 투명한 부분이 적어도 부분적으로 덮이지 않는 제2의 안정된 위치의, 2개의 안정된 위치를 갖는 것인 장치.
제1항에 있어서, 기판은 제1의 안정된 위치에서 물체에 의해 덮여지고 제2의 안정된 위치에서 물체에 의해 덮여지지 않는 영역의 적어도 일부가 투명한 것인 장치.
제2항에 있어서, 기판은 투명한 물질로 제조되는 것인 장치.
제3항에 있어서, 제1의 안정된 위치에서 물체에 의해 덮여지지 않는 기판의 영역은 실질적으로 불투명한 물질로 덮여지는 것인 장치.
제3항에 있어서, 기판은 불투명한 물질로 덮여지고, 제1의 안정된 위치에서덮여지는 영역의 적어도 일부는 개공으로 형성되는 것인 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 물체의 최대 크기가 200 마이크로미터 미만인 장치.
제6항에 있어서, 물체의 최대 크기가 90 마이크로미터 미만인 장치.
제7항에 있어서, 물체의 최대 크기가 50 마이크로미터 미만인 장치.
제8항에 있어서, 물체의 최대 크기가 20 마이크로미터 미만인 장치.
제9항에 있어서, 물체의 최대 크기가 10 마이크로미터인 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 물체는 물체 본체를 포함하는 것인 장치.
제11항에 있어서, 물체 본체는 제1의 안정된 위치에서 투명 영역을 덮는 패널을 포함하는 것인 장치.
제12항에 있어서, 패널은 제1의 안정된 위치에서 기판의 표면에 실질적으로평행하고 제2의 안정된 위치에서 기판에 실질적으로 수직한 것인 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 물체 본체는 적어도 소정의 파장 대역에 대하여 불투명인 것인 장치.
제14항에 있어서, 상기 소정의 파장 대역은 가시 대역을 포함하는 것인 장치.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체는,

물체 본체에 부착된 굴대와;

기판에 부착되고 지지 표면을 가진 굴대 지지체를 포함하고, 여기에서:

상기 굴대는 제조될 때 둥근 횡단면을 갖고;

상기 굴대는 표면에 대한 수직면과 비제로 각(non-zero angle)을 형성하며;

상기 굴대는 물체가 축 주위에서 회전하도록 회전 가능한 것인 장치.
제16항에 있어서, 굴대는 상기 회전축을 따라 형성된 것인 장치.
제16항에 있어서, 굴대는 축에 대하여 소정의 각도로 형성된 것인 장치.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 굴대는 물체가 회전할 때 굴대지지 표면을 따라 구르는 것인 장치.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 굴대가 내부에서 회전하는 적어도 하나의 소켓을 더 포함하는 장치.
제20항에 있어서, 소켓은 굴대 지지 표면 위에 놓이고, 굴대는 상기 지지 표면과 에지 구속부재들과 상부 구속부재 사이에서 구속되는 것인 장치.
제21항에 있어서, 측면 구속부재들 사이의 거리는 굴대의 직경보다 더 크고, 굴대는 측면 지지 표면들 사이에서 소켓에 의해 구속되지 않는 것인 장치.
제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 굴대는 축방향으로 분리된 2개의 부분으로 구성되고, 물체는 상기 2개의 부분 사이에서 굴대에 부착되는 것인 장치.
제23항에 있어서, 물체는 굴대의 양 측면상에서 연장하는 것인 장치.
제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 굴대 지지 표면은 기판 표면에 대략 평행한 것인 장치.
제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 굴대의 축은 기판 표면에 실질적으로 평행한 것인 장치.
제26항에 있어서, 물체는 굴대에 평행한 평평한 표면을 갖는 것인 장치.
제27항에 있어서, 평평한 물체는 축의 일측에서 제1 범위까지 연장하고 제2측에서 더 작은 범위까지 연장하는 것인 장치.
제28항에 있어서, 평평한 물체는 그 범위의 적어도 일부가 전기적으로 전도성을 갖는 것인 장치.
제29항에 있어서, 평평한 물체는 상기 더 작은 범위의 적어도 일부가 전도성을 갖는 것인 장치.
적어도 일부가 소정의 파장 대역에 대하여 투명하거나 개공이 형성되어 있는 기판과;

기판에 부착되어 있으며, 기판의 투명 부분 또는 개공이 형성된 부분이 덮여지는 제1 위치로부터 상기 투명 부분이 덮여지지 않는 제2 위치로 회전 가능한 패널 형상 물체의 어레이와;

패널에 부착되어 있으며, 패널이 축 주위에서 회전하도록 회전 가능한 굴대와;

회전 범위를 실질적으로 90도로 제한하는 구속부재를 포함하는 장치.
제31항에 있어서, 회전축이 굴대의 축인 장치.
제32항에 있어서, 패널은 기판의 투명 부분을 덮는 굴대의 일측상의 제1 부분과 축의 타측상의 제2, 꼬리 부분을 포함하는 것인 장치.
제33항에 있어서, 구속부재는 기판의 표면으로부터 돌출하여 패널이 약 90도로 회전할 때 상기 꼬리 부분과 결합하는 물체를 포함하는 것인 장치.
제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 구속부재는 굴대에 인접한 패널의 평면 위에 있으면서 패널이 약 90도로 회전할 때 패널과 결합하는 물체를 포함하는 것인 장치.
적어도 일부가 소정의 파장 대역에 대하여 투명하거나 개공이 형성되어 있는 기판과;

기판의 투명 부분 또는 개공이 형성된 부분이 덮여지는 제1 위치로부터 상기 투명 부분이 덮여지지 않는 제2 위치로 회전 가능한 패널 형상 물체의 어레이와;

패널에 부착되어 있으며, 패널이 축 주위에서 회전하도록 회전 가능한 굴대-상기 패널은 기판의 투명 부분을 덮는 굴대의 일측상의 제1 부분과 축의 타측상의 제2, 꼬리 부분을 포함하는 것임-와;

제2 부분의 일부 및 축의 아래에 있는 기판상의 제1, 개방, 전극과;

패널이 제1 위치에 있을 때 제2 부분의 외부의 기판상의 제2, 폐쇄, 전극과;

상기 제1 전극과 제2 전극을 대전시키는 전원 장치를 포함하는 장치.
제36항에 있어서, 회전축이 굴대의 축인 장치.
제36항 또는 제37항에 있어서, 개방 전극을 대전시켜서, 패널이 제1 위치에 있을 때 상기 꼬리 부분을 끌어당기고, 이것에 의해 상기 꼬리를 상기 제2 위치로 플립시키도록 동작하는 제어기를 더 포함하는 장치.
제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 회전을 약 90도로 제한하는 구속부재를 더 포함하는 장치.
제39항에 있어서, 구속부재는 패널이 약 90도 회전할 때 패널과 결합하는 물체를 포함하는 것인 장치.
제40항에 있어서, 물체와 패널 사이의 스틱션에 의해 패널을 제2 위치에 유지하는 장치.
제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 폐쇄 전극을 대전시켜서, 패널이 제2 위치에 있을 때 상기 꼬리를 폐쇄 전극쪽으로 끌어당기고, 이것에 의해 전극을 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키도록 동작하는 것인 장치.
제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 위치에 있는 패널의 레벨 위에 위치된 부양 전극을 더 포함하고, 상기 제어기는 제1 위치로부터 제2 위치로 및 제2 위치로부터 제1 위치로의 패널의 이동의 적어도 하나를 돕도록 상기 부양 전극을 선택적으로 대전시키는 것인 장치.
제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 위치에 있는 패널 부근에 위치된 적어도 하나의 유지 전극을 더 포함하고, 적어도 하나의 유지 전극의 대전에 의해 제1 위치로부터 제2 위치로의 패널의 이동을 금지시키는 장치.
제44항에 있어서, 상기 어레이는 패널의 행과 열로 이루어진 직사각형 어레이이고, 각 패널은 2개의 유지 전극을 가지며, 하나의 유지 전극은 패널의 열에 있는 다른 전극과 전기적으로 접속되고, 유지 전극들이 패널의 행에 있는 다른 전극들에 접속되어 각각의 픽셀이 패널과 관련된 열 전극 및 행 전극을 둘 다 대전하지 않음으로써 제1 위치로부터 제2 위치로의 변화를 분리적으로 가능하게 하는 장치.
제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 최대 크기가 1 mm 미만인 장치.
제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 최대 크기가 200 마이크로미터 미만인 장치.
제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 최대 크기가 90 마이크로미터 미만인 장치.
제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 최대 크기가 50 마이크로미터 미만인 장치.
제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 최대 크기가 20 마이크로미터 미만인 장치.
제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 최대 크기가 10 마이크로미터인 장치.
제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 기재된 장치와;

상기 장치를 조명하는 광원과;

상기 물체들을 상기 제1 위치와 제2 위치에 선택적으로 위치시켜서 상기 장치를 통과하는 광으로 이미지를 형성하는 제어기를 포함하는 투영 표시 장치.
제52항에 있어서, 상기 제어기는 정해진 물체에 대응하는 픽셀을 통과한 광의 명도를, 그 명도에 상응하는 시간동안 상기 물체를 상기 제2 위치에 위치시킴으로써 제어하는 것인 투영 표시 장치.
제53항에 있어서, 정해진 프레임에 대하여, 상기 제어기는 화상 프레임 중의 상이한 시간에서 상기 물체를 제2 위치에 위치시키고, 동일한 시간에 상기 물체들을 모두 제1 위치에 위치시키는 것인 투영 표시 장치.
제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치로서, 상이한 색의 별도의 광원에 의해 각각 조명되는 복수의 표시 장치와;

어레이를 통과한 광을 결합하는 결합기를 포함하는 다색 표시 장치.
제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 상이한 색의 광에 의해 성공적으로 조명되도록, 광원으로부터 나오는 광의 색을 주기적으로 변화시키는 수단을 더 포함하는 투영 표시 장치.
제56항에 있어서, 상기 주기적으로 변화시키는 수단은 색바퀴를 포함하는 것인 투영 표시 장치.
제56항 또는 제57항에 있어서, 물체를 위치시키는 것과 색을 변화시키는 수단은 동기되는 것인 투영 표시 장치.
제52항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 장치를 통과한 광을 표면상에 투영하기 위한 투영 렌즈를 더 포함하는 표시 장치.
제52항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 물체들의 위치는 동영상 이미지를 제공하도록 주기적으로 변화하는 것인 표시 장치.