KR20060014384A

KR20060014384A - 전자 장치

Info

Publication number: KR20060014384A
Application number: KR1020057020438A
Authority: KR
Inventors: 아더 피엘; 제임스 알 프리지빌라; 아담 엘 고제일; 에릭 티 마틴
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘 피
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2006-02-15
Also published as: WO2004099861A3; CN100359361C; WO2004099861A2; EP1618427A2; US20070020948A1; CN1781050A; US7370185B2; JP2006525554A; US7441134B2; TWI300875B; US20040217919A1; TW200500771A

Abstract

본 발명의 실시예의 전자 장치(100)는 디스플레이 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 디스플레이하는 것으로 개시되어 있다. 이 장치는 제 1 반사기(102) 및 제 2 반사기(104)를 포함하여 그들 사이에 광학 공동을 정의하며 이 공동은 강도에 있어서의 가시적 파장에 따라 선택적이다. 이 장치는 가시적 파장 및/또는 강도가 디스플레이가능 이미지의 픽셀에 대응하여 가변적으로 선택가능하도록 공동의 광학 특성이 달라지는 것을 허용하는 메카니즘(112)을 포함한다. 이 장치는 또한 하나 이상의 투명 증착 막(710), 하나 이상의 흡수 층(722), 필수 마이크로-렌즈(804), 및/또는 하나 이상의 점착 방지 범프를 포함한다. 증착된 막은 전자 장치의 셀프-패키징을 위해, 반사기 중 하나 위에 존재한다. 흡수 층은 반사기 중 하나 위에 존재하여, 원치 않는 반사를 줄인다. 필수 마이크로-렌즈는 반사기 중 하나 위에 존재하고, 점착 방지 범프는 반사기 사이에 존재한다.

Description

전자 장치{SELF-PACKAGED OPTICAL INTERFERENCE DISPLAY DEVICE HAVING ANTI-STICTION BUMPS, INTEGRAL MICRO-LENS, AND REFLECTION-ABSORBING LAYERS}

거의 모든 종래의 디스플레이는 사실상 능동적이다. 이것은 이들 디스플레이가 디스플레이하는 이미지를 유지하기 위해 디스플레이에 전력을 지속적으로 제공해야 한다는 것을 의미한다. 이러한 종래의 디스플레이는 특히 다이렉트 뷰 및 프로젝션 음극선관(CRT) 디스플레이, 다이렉트 뷰 및 프로젝션 액정 디스플레이(LCD), 다이렉트 뷰 플라즈마 디스플레이, 프로젝션 디지털 광 프로세싱(DLP) 디스플레이, 및 다이렉트 뷰 전장발광(EL) 디스플레이를 포함한다.

이러한 유형의 디스플레이에 전력을 지속적으로 공급해야 하기 때문에, 랩탑 및 노트북 컴퓨터, 개인 보조 단말기(PDA) 장치, 무선 전화기와 같은 휴대용 장치, 및 다른 유형의 휴대용 장치와 같이 공급된 전력의 소비가 많은 장치에 있어서 이러한 디스플레이는 전력 소모의 주된 원인이 될 수 있다. 그 결과, 이러한 장치의 설계자는 보통 이러한 장치에 포함된 배터리 크기를 증가시켜, 중량 및 비용을 증가시키도록 선택하거나, 또는 배터리 충전 사이에 이들 장치의 실행 시간을 줄이도록 선택한다.

따라서, 이들 및 다른 이유로 인해, 본 발명이 필요하다.

본 발명의 일 실시예의 전자 장치는 디스플레이 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 디스플레이한다. 이 장치는 제 1 반사기 및 제 2 반사기를 포함하여 그들 사이에 광학 공동을 정의하며 이 공동은 강도에 있어서의 가시적 파장에 따라 선택적이다. 이 장치는 가시적 파장 및/또는 강도가 디스플레이가능 이미지의 픽셀에 대응하여 가변적으로 선택가능하도록 공동의 광학 특성이 달라지는 것을 허용하는 메카니즘을 포함한다. 이 장치는 또한 하나 이상의 투명 증착 막, 하나 이상의 흡수 층, 필수 마이크로-렌즈, 및/또는 하나 이상의 점착 방지 범프(anti-stiction bumps)를 포함한다. 증착된 막은 전자 장치의 셀프-패키징을 위해, 반사기 중 하나 위에 존재한다. 흡수 층은 반사기 중 하나 위에 존재하여, 원치 않는 반사를 줄인다. 필수 마이크로-렌즈는 반사기 중 하나 위에 존재하고, 점착 방지 범프는 반사기 사이에 존재한다.

본 명세서에서 참조한 도면들은 상세한 설명의 일부를 형성한다. 도면에 도시되는 피쳐는 본 발명의 전부가 아닌 일부 실시예들을 예시한 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른, 디스플레이가능 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 디스플레이하는 전자 장치의 블록도,

도 1b,1c 및 1d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치 상에 저장된 전하를 제어하기 위한 여러 접근 방식을 도시하는 도면,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치의 대표적인 스펙트럼 응답을 나타내는 그래프,

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른, 수동 픽셀 메카니즘의 어레이에 대한 도면,

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른, 디스플레이 장치의 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 사용 방법을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치보다 상세하나 이와 일치하는 전자 장치를 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법을 도시하는 도면.

도 7a, 7b 및 7c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치보다는 더 구체적이나 그와 일치하는 전자 장치를 도시하는 도면,

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치보다는 더 구체적이나 그와 일치하는 전자 장치를 도시하는 도면,

도 9a, 9b 및 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치 내에서 점착 방지 범프가 제조되는 방식을 예시적으로 설명하는 도면,

도 10a, 10b 및 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1a의 전자 장치 내에서 점착 방지 범프가 제조되는 방식을 예시적으로 설명하는 도면.

본 발명의 예시적인 실시예에 대한 후속하는 상세한 설명에 있어서, 예시적 인 실시예의 일부를 형성하는 첨부한 도면을 참조하며, 이 도면은 본 발명이 실행될 수 있는 특정 예시적인 실시예에 대한 예시로서 도시되어 있다. 이들 실시예는 당업자라면 본 발명을 실현할 수 있을 만큼 충분히 상세히 설명되어 있다. 다른 실시예가 이용될 수 있고, 논리적, 기계적 및 다른 변경이 본 발명의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고서 가해질 수 있다. 따라서, 후속하는 상세한 설명은 제한적인 의미로 여겨져서는 안되고, 본 발명의 범주는 첨부된 청구항에 의해서만 정의되다.

개요

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이가능 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 디스플레이하는 전자 장치(100)를 도시한다. 이 장치(100)는 상단 반사기(102)와 하단 반사기(104), 또한 만곡부(flexure)(100) 및 탄성 메카니즘(112)을 포함한다. 공진 광학 공동(106)은 반사기(102 및 104)에 의해 정의되며, 가변 두께, 또는 폭(108)을 갖는다. 상단 반사기(102)는 일 실시예에서 완벽한 반사율과 같은 높은 반사율을 갖는다. 하단 반사기(104)는 일 실시예에서 반-투과성을 갖는다. 즉, 하단 반사기(104)는 일 실시예에서 반-반사성을 갖는다. 탄성 메카니즘(112)은 본 발명의 일 실시예에서 폴리머와 같은 가요성 물질일 수 있으며, 선형 또는 비-선형 탄성 기능을 갖는다.

광학 공동(106)은 광학 간섭에 의해 강도에서의 가시적 파장에 따라 가변적으로 선택된다. 전자 장치(100)의 필요로 하는 구성에 따라, 광학 공동(106)은 강도에서의 파장을 반사 또는 투과시킬 수 있다. 즉, 공동(106)은 특성상 반사성 또는 투과성을 가질 수 있다. 광학 공동(106)에 의해 광은 생성되지 않기 때문에, 장치(100)는 공동(106)에 의해 반사 또는 투과되는 주변 광 또는 장치(100)에 의해 제공되는 광에 의존한다. 광학 공동(106)에 의해 선택된 가시적 파장 및 광학 공동(106)에 의해 선택되는 그의 강도는 공동(106)의 두께(108)에 따라 달라진다. 즉, 광학 공동(106)은 그의 두께(108)를 제어함으로써 필요로 하는 강도의 필요로 하는 파장에 튜닝될 수 있다.

만곡부(110) 및 탄성 메카니즘(112)은 하단 반사기(104)를 이동시킴으로써 공동(106)의 두께(108)를 변경할 수 있다. 보다 일반적으로, 만곡부(110) 및 탄성 메카니즘(112)은 광학 공동(106)의 광학 특성을 변경을 통해 강도에서의 가시적 파장을 가변적으로 선택할 수 있는 메카니즘을 구성한다. 이 광학 특성은 공동(106)의 광학 인덱스, 및/또는 공동(106)의 광학 두께를 포함한다. 반사기(102 및 104) 사이에 인가된 전압, 또는 반사기(102 및 104) 상에 저장된 전하는 공동(106)의 두께(108)가 달라지게 하는데, 그 이유는 만곡부(110) 및 탄성 메카니즘(112)이 반사기(104)의 이동을 허용하기 때문이다. 따라서, 만곡부(110)는 강성도(stiffness)를 갖고, 탄성 메카니즘(112)은 탄성 복원력을 갖기 때문에, 반사기(102 및 104)에 인가된 전압 또는 반사기(102 및 104) 상에 저장된 전하는 만곡부(110) 및 탄성 메카니즘(112)으로 하여금 반사기(104)의 이동을 야기 및 허용하여, 원하는 두께(108)를 달성한다. 주어진 두께(108)를 유지하기 위해 전력은 소비되지 않는다.

일 실시예에서, 하단 반사기(104)는 고정된 전압으로 유지되고, 상단 반사기(102)는 만곡부(110)의 강성도로 조정된 바와 같이 필요로 하는 가시적 파장 및 필요로 하는 강도에 의존하는 전압으로 설정된다. 만곡부(110)는 도 1a의 실시예에 서 하단 반사기(104) 밑에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 하단 반사기(104) 위에 위치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 만곡부(110)는 마찬가지로 상단 반사기(102) 위 또는 밑에 위치할 수 있기 때문에, 상단 반사기(102) 대신에 하단 반사기(104)를 이동시켜 광학 공동(106)의 두께(108)를 조정할 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에서, 둘 이상의 광학 공동이 있을 수 있기 때문에, 광학 공동(106)은 이러한 공동을 둘 이상 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 하단 반사기(104) 및 상단 반사기(102)는 캐패시터의 극판으로서 여겨질 수 있으며, 여기서 광학 공동(106)은 그들 사이의 유전체를 나타낸다. 하단 반사기(104)와 상단 반사기(102) 사이에 인가된 전위는 만곡부(110) 및 탄성 메카니즘(112)으로 인해, 하단 반사기(104)를 이동시키지만, 또한 전하가 캐패시터 내에 저장되게 한다. 이 전하는 하단 반사기(104)와 상단 반사기(102) 위에 임의의 또 다른 전압 인가없이 주어진 두께(108)의 유지를 허용하는 정전 전하이다.

광학 공동(108)에 의해 선택된 파장 및 강도는 디스플레이가능 이미지의 픽셀에 대응한다. 따라서, 전자 장치(100)는 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 디스플레이한다. 전자 장치(100)는 아날로그 또는 디지털 식으로 동작할 수 있다. 아날로그 장치로서, 이 전자 장치(100)는 픽셀의 컬러 및 컬러의 강도에 대응하는 광의 가시적 파장 및 강도를 선택한다. 또 다른 실시예에서, 전자 장치(100)는 컬러 대신에 흑백 또는 그레이 스케일의 아날로그 방식으로 픽셀을 디스플레이하는데 사용될 수 있다.

디지털 장치로서, 전자 장치(100)는 픽셀의 적색, 녹색 또는 청색 성분을 담 당한다. 전자 장치(100)는 정적인 가시적 파장, 적색, 녹색 또는 청색을 유지 관리하고, 픽셀의 적색, 녹색, 또는 청색 성분에 대응하는 이러한 파장의 강도를 변경시킨다. 따라서, 픽셀을 디지털 식으로 디스플레이 하기 위해 세 개의 장치(100)가 필요한데, 하나의 장치(100)는 적색 파장을 선택하고, 또 다른 장치(100)는 녹색 파장을 선택하며, 세 번째 장치(100)는 청색 파장을 선택한다. 보다 일반적으로, 이미지의 픽셀의 각 컬러 성분 또는 일부분을 담당하는 장치(100)가 존재한다. 더 나아가, 또 다른 실시예에서, 전자 장치(100)는 컬러 대신에 흑백, 또는 그레이 스케일의 디지털 방식으로 픽셀을 디스플레이하는데 사용될 수 있다.

파장 및 강도를 다양하게 선택하는 광학적 간섭

전자 장치(100)의 광학 공동(106)은 강도에서의 파장을 투과적으로 또는 반사적으로 선택하는 광학 간섭을 이용한다. 일 실시예에서, 광학 공동(106)은 두께(108)와 동일한 광 경로 길이를 갖는 박막이다. 광은 공동(106)의 한 측면 상의 반사기(102 및 104)의 경계로부터 반사되어 그 자신에 간섭을 일으킨다. 입사 빔과 그의 반사되는 이미지 사이의 위상 차이는 k(2d)이며, 여기서 d는 두께(108)인데, 그 이유는 반사된 빔은 공동(106) 내에서 거리(2d)를 진행하기 때문이다.

이기 때문에,

인 경우, 입사 및 반사 간의 위상 차이는 k2d=2π이며, 구조적인 간섭을 제공한다. 광학 공동(106)의 모드인

의 모든 배수는 투과된다. 광학 간섭으로 인해, 광학 공동(106)은 대부분의 광을

의 정수배에서 전달하며,

의 우수의 정수배에서는 최소량의 광을 전달한다. 위의 계산은 간섭 기반 광 변조에 대한 주요 메카니즘을 포착하지만, 실제 장치 성능을 보다 정확하게 설명하기 위해 보다 엄격한 전자기 시뮬레이션이 필요할 수 있다.

일 실시예에서, 상단 반사기(102)는 얇은, 부분적으로 투과적인 금속 막을 포함하며, 여기서 n-ik=2.5-2.5i 티타늄이며, n은 공동(106)의 실제 광학 인덱스를 나타내며, k는 공동(106)의 허수적인 광학 인덱스를 나타낸다. 이 실시예에서, 흡수 및 간섭은 출력의 컬러 및 강도를 변조하는 역할을 한다. 광학 공동(106)은 조정가능한 스페이서이고, 하단 반사기(104)는 알루미늄과 같이 높은 반사율을 갖는 금속 기판이다. 장치(100)가 디지털인 일 실시예에서, 광학 공동(106)은 6100 옹스트롬(Å)의 적색 파장, 5500Å의 녹색 파장, 또는 4500Å의 청색 파장을, 디스플레이되는 픽셀의 대응 컬러 성분에 따라 선택할 수 있다. 또한, 광학 공동(106)은 낮은 반사 및 투과를 달성할 수 있다. 후자의 경우에서, 광학 공동(106)은 소위 "다크 미러"이고 5 퍼센트 반사 또는 투과보다 작게 최적화될 수 있다.

예를 들어, 이 실시예에서, 하단 반사기(104), 광학 공동(106) 및 상단 반사기(102)의 박막 스택 시퀀스는 후속하는 표에 따라 하단 반사기(104)에서 1.5의 입사(n) 및 상단 반사기(102)에서 1.52의 기판(n)을 갖는, 6100Å의 적색 파장을 달성할 수 있다.

유사하게, 이러한 박막 스택 시퀀스는 후속하는 표에 따라 상단 반사기(102)에서 1.5의 입사(n) 및 하단 반사기(104)에서 1.52의 기판(n)을 갖는 5500Å의 녹색 파장을 달성할 수 있다.

또한, 박막 스택 시퀀스는 후속하는 표에 따라 상단 반사기(102)에서 1.5의 입사(n) 및 하단 반사기(104)에서 1.52의 기판(n)을 갖는 4500Å의 청색 파장을 달성할 수 있다.

따라서, 박막 스택 시퀀스는 광학 공동(106)의 두께가 제각각 2750Å, 2500Å, 또는 2000Å 에 따라 6100Å의 적색 파장, 5500Å의 녹색 파장 또는 4500Å의 청색 파장을 달성한다.

마지막으로, 박막 스택 시퀀스는 후속하는 표에 따라 상단 반사기(102)에서 1.5의 입사(n) 및 하단 반사기(104)에서 1.52의 기판(n)을 갖는 낮은 반사 또는 낮은 투과를 달성할 수 있다.

이것은 어두운 회색, 거의 검은색 출력을 야기하며, 여기서 광학 공동(106)의 두께는 400Å이다. 픽셀이 컬러 또는 검정 상태로 유지되는 시간의 양에 비율을 부여함으로써, 넓은 범위의 평균적인 색조 또는 강도가 얻어질 수 있다.

광학 공동의 두께 제어

앞서 설명한 바와 같이, 만곡부(110) 및 탄성 메카니즘(112)은 반사기(102 및 104) 양단에 적절한 전압이 인가되는 경우 광학 공동(106)의 두께(108)를 변경함으로써, 원하는 강도에서의 원하는 파장이 선택된다. 이 전압은 후속하는 수학식에 따라 결정되며, 평행한 극판 캐패시터의 극판으로서 작용하는 반사기(102 및 104) 사이의 인력이며, 주변 전계는 고려하지 않는다.

(1)

여기서, ε₀는 자유 공간의 유전율이며, V는 반사기(102 및 104) 양단의 전압이며, A는 반사기(102 및 104) 각각의 면적이며, d는 두께(108)이다. 따라서, 100 마이크론 평방 픽셀 양단에 인가된 일 볼트 전압과 0.25 마이크론의 두께(108)는 7×10^-7 뉴톤(N)의 정전력을 산출한다.

따라서, 반사기(102 및 104) 상의 작은 전압은 하단 반사기(104)를 이동시키기에 충분한 힘을 제공하며 그것을 중력 및 충격에 반대하여 유지한다. 전압이 일단 인가되면, 반사기(102 및 104)로 생성되며, 공동(106)을 정의하는 캐패시터 내에 저장된 정전 전하는 부가적인 힘을 필요로 하지 않고도 하단 반사기(104)를 적소에 유지하기에 충분하다. 그러나, 전하 누설은 때때로 전하의 리프레시를 요구할 수 있다.

수학식(1)에서 정의된 힘은 탄성 메카니즘(112)에 의해 제공되는 선형 탄성력과 균형을 이룬다.

F=k(d₀-d), (2)

여기서, k는 선형 탄성 상수이고, d₀는 두께(108)의 초기 값이다. 수학식(1 및 2)의 힘이 안정적인 평형을 이루는 범위는 값(d₀-d)이 0과

사이에 존재하는 경우 일어난다.

에서, 수학식(1)의 끌어당기는 정전력은 수학식(2)의 탄성력을 압도하기 때문에, 반사기(104)는 반사기(102)에 접촉하게 되는데, 이는 바람직하지 못하다. 이것은 반사기(104)가

위치 뒤에 있는 경우, 과도한 전하가 증가된 캐패시턴스로 인해 반사기(102 및 104) 상으로 유인되고, 그런 다음 반사기(102 및 104) 사이의 수학식(1)의 인력을 증가시켜 반사기(104)를 반사기(102)쪽으로 잡아당기기 때문이다.

이러한 한계를 극복하기 위해, 수학식(1)의 반사기(102 및 104) 사이의 힘은 대신 전하의 함수로서 기록될 수 있다. 즉,

(3)

여기서, Q는 캐패시터 상의 전하이다. 따라서, 힘(F)은 이제 거리(d)의 함수가 아니고, 반사기(104)의 안정성은 0 내지 d₀의 전체 범위에 걸쳐 존재할 수 있다. 달리 말하면, 반사기(102 및 104) 상의 전하량을 제한함으로써, 반사기(104)의 위치는 전체 진행 범위에 걸쳐 설정될 수 있다.

앞 단락의 설명은 이상적인 평행-극판 캐패시터 및 이상적인 선형 탄성 복원력에 관련된 것이지만, 당업자라면 설명되어 있는 원리는 다른 구성, 예를 들어, 비선형 탄성 및 다른 유형의 캐패시터에 적응될 수 있다. 반사기(102)에 대한 반사기(104)의 스냅 다운(snap down)이 발생하는 동작 범위를 제거 또는 줄임으로써, 컬러 수를 제한하지 않고도 보다 실용적인 아날로그 동작 또는 비-콘택트의 이산 동작을 가능하게 하는데, 이렇게 하지 않으면 스냅 다운이 발생하는 경우 컬러의 수를 제한할 수 있다. 즉, 사용가능한 범위가 증가하기 때문에, 보다 많은 컬러, 포화 레벨, 및 강도가 달성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 비-콘택트 동작이 스냅 다운없이 발생할 수 있는 범위는 만곡부(110)를 특정 방식으로 구성함으로써 증가될 수 있다. 이 특정 방식은 탄성 메카니즘(112)의 복원력이 만곡부(110)의 변위의 비-선형 함수이고 변위보다 빠른 속도로 증가하도록 하는 것이다. 이것은 만곡부(110)의 두께를 증가시킴으로써, 또는 "휨과 뻗침(bend and stretch)"으로 알려져 있는, 먼저 휘어지고 그런 다음 뻗어지는 만곡부를 사용함으로써 달성될 수 있다.

또한, 장치(100)는 보다 작은 값의 두께(108)로 동작되어 반사기(102 및 104)의 임의의 부분이 서로 접촉하지 않고도 검정 상태가 달성될 수 있도록 한다. 이것은 반사기(102 및 104)가 서로 접촉하는 경우에 발생하는 접착 및 동반되는 히스테리시스를 방지한다. 반사기(102 및 104)가 서로 접촉되는 것이 허용되는 경우라도, 반사기(102 및 104) 간의 전압 차이는 반사기(102 및 104) 사이의 전압이 구체적으로 제어되는 경우와 대조적으로, 반사기(102 및 104) 상의 전하량이 구체적으로 제어되는 경우(즉, 고정된 전하의 사전결정된 양이 제어되는 경우)에서 더 적을 것이다. 이것은 바람직하게 광학 공동(106)을 정의하는 반사기(102 및 104)를 분리하며, 또한 접착력을 증가시킬 수 있는 반사기(102 및 104) 간의 정전력을 감소시키는 유전체에서의 정전 브레이크다운, 및 반사기(102 및 104) 간의 표면적을 줄이는데 사용되는 임의의 점착 방지 스탠드오프(any anti-stiction standoff)를 감소시킨다.

반사기 상의 전하 제어

도 1b, 1c 및 1d는 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 반사기(102 및 104) 간의 전압을 구체적으로 제어하기보다는, 전자 장치(100)의 반사기(102 및 104) 상의 전하량을 제어하는 또 다른 접근법을 도시한다. 상세한 설명의 앞선 단락에서 설명되어 있는 바와 같이, 반사기(102 및 104) 간의 두께(108)는 반사기(102 및 104) 상에 저장된 전하를 제어함으로써 조정될 수 있다. 따라서, 반사기(102 및 104)는 평행 극판 캐패시터의 극판으로서 동작한다.

도 1b에서, 반사기(102 및 104)에 전기적으로 결합된 전류 통합 메카니즘(120)을 사용하여 공지된 시간에 대한 공지된 전류를 통합함으로써 제어된, 또는 사전결정된 양의 전하가 반사기(102 및 104) 상에 주입된다. 따라서, 전류(I), 시간(t), 또는 전류와 시간 모두는 필요로 하는 양의 전하를 산출하도록 조작될 수 있다. 메카니즘(120)은 전류원, 디지털-아날로그 전류원, 및/또는 원하는 레벨의 전하를 생성하는 시분할 회로를 포함할 수 있다.

도 1c에서, 반사기(102 및 104)에 이용가능한 전하는 반사기(102 및 104)의 스냅 다운을 방지하도록 제한된다. 구체적으로, 이것은 본 발명의 일 실시예에서 전압 분배 회로(129)를 사용하여 달성된다. 회로(129)는 캐패시터(134)와 직렬로 배치된 전압원(130)을 포함한다. 스위치(132)는 회로(129)의 온-오프 동작을 제어한다. 전압원(130) 및 캐패시터(134)와 병렬로 배치된 스위치(136)는 전하 누설로 인하여 시간에 따른 전압 또는 전하 표류를 피하기 위해 사용될 수 있는 리셋 스위치로서 동작한다. 이 리셋은 바람직하게 회로(129)의 기계적 응답보다 신속하게 수행된다.

만곡부(110)가 선형적인 경우, 안정된 진행 범위는

인 경우 광학 공동(106)의 전체 초기 두께(108)를 통과하며 연장될 수 있으며, 여기서 C는 캐패시터(134)의 캐패시턴스이고, C'_init는 반사기(102 및 104) 및 광학 공동(106)에 의해 형성된 가변 캐패시터의 초기 캐패시턴스이다. 전압원(130)의 전압이 증가함에 따라, 결과적인 전하는 가변 캐패시터와 캐패시터(134) 사이에 공유되어 적어도 실질적으로 스냅 다운을 제거한다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 이러한 원리는 평행 극판 캐패시터 이외의 다른 구성 및 비-선형 탄성과 같은 선형 탄성 복원력, 및 평행 극판 캐패시터 이외의 캐패시터에 적용될 수 있다.

도 1d에서, 반사기(102 및 104) 상의 전하는 충전과 방전(fill-and-spill)으로 지칭되는 접근법을 사용함으로써, 즉 충전과 방전 회로(131)를 사용하여 제어된다. 스위치(136)는 반사기(102 및 104)와 광학 공동(106)에 의해 형성된 가변 캐패시터를 방전시키기 위해 폐쇄 및 개방된다. 회로(131)의 스위치(138)는 개방되고 스위치(132)는 폐쇄되어 고정된 캐패시터(134)를 충전한다. 즉, 캐패시터(134)는 "충전된다". 다음으로, 스위치(132)는 개방되고 스위치(138)는 폐쇄되어, 캐패 시터(134)는 그의 전하를 가변 캐패시터와 공유한다. 즉, 캐패시터(134)는 그의 전하를 "방전한다". 반사기(102 및 104) 상의 전하는 광학 공동(106)의 두께(108)에 의존할지라도 안정적인 값에 도달한다. 따라서, 전압원(130)은 필요로 하는 두께(108)를 유지하기 위해 제어된 전압을 제공한다.

보다 높은 차수의 갭

상세한 설명의 앞 단락에서 설명한 바와 같이, 필요로 하는 강도에서의 파장을 투과식으로 또는 반사식으로 선택하는 광학 간섭은 본 발명의 일 실시예에서 1차 갭에 의존한다. 즉, 광학 공동(106)의 두께(108)인 광학 공동(106)의 갭은 광에 대한 간섭 1차 파장을 제어하도록 조정된다. 그러나, 광학 공동(106)의 두께(108)가 증가함에 따라, 반사율 피크치는 보다 긴 파장으로 이동하고, 부가적인, 높은 차수의 피크치는 스펙트럼 영역으로 이동한다.

전자 장치(100)의 스펙트럼 대역폭은 반사기(102 및 104)용으로 사용되는 박막의 광학 상수, 그들의 두께, 및 반사기(102 및 104) 사이의 광학 공동(106)의 두께(108)에 의해 결정된다. 반사된 광의 스펙트럼 순도, 또는 포화는 장치(100)의 스펙트럼 대역폭에 의해 결정되며, 피크 반사율, 스펙트럼 대역폭, 검정 상태의 반사율, 및 백색 상태의 광학 효율 사이에서 거래가 이루어져야 한다.

2nd=mλ (4)

인 경우, 반사성의 Fabry-Perot 변조기에 대해 피크 반사율이 발생하는데, 여기서, 앞서와 같이, n은 갭 인덱스이고, d는 광학 공동(106)의 두께(108)이고, m은 간섭 차수를 지정하는 음이 아닌 정수이고, λ는 광의 파장이다. 따라서, 수학 식(4)은 간단한 모델의 간섭을 나타낸다. 실제의 반사율 스펙트럼은 박막 기술 분야의 업자라면, 장치(100) 내의 모든 물질 상수 및 인터페이스를 포함하여, 엄격한 전자기 시뮬레이션을 수행함으로써 보다 정확하게 모델링될 수 있다는 것을 알아야 한다.

보다 높은 차수의 피크는 보다 협소한 스펙트럼 대역폭을 나타내고 따라서 증가된 포화를 나타낸다. 녹색 상태의 스펙트럼 대역폭은 포화를 결정하는데 있어서 특히 중요한데, 그 이유는 녹색 파장 내 및 주변의 파장이 인간의 눈의 청색 및 적색 감도 곡선을 오버래핑하기 때문이다. 적색 및 청색 포화는 피크 스펙트럼 파장을 인접 컬러 응답 곡선으로부터 멀리 이동시키고 녹색으로 가능하지 않은 스펙트럼의 비교적 무감각적인 부분 내로 이동시킴으로써 개선될 수 있다. 따라서 녹색 포화를 증가시키기 위해 스펙트럼 대역폭을 협소하게 하면 디스플레이의 밝기를 제한하는 문제점이 있는데, 그 이유는 사람의 눈의 피크 민감도는 녹색 영역 내에 있어, 감소된 백색 레벨 및 보다 낮은 전체 콘트라스트를 야기하기 때문이다.

이러한 한계를 극복하기 위해, 두께(108)는 제 2차의, 또는 보다 일반적으로는 1차 컬러보다는 높은 차수의 컬러를 생성하도록 증가될 수 있다. 도 2a는 대표적인 1차 녹색 스펙트럼 응답(226) 및 대표적인 녹색 2차 스펙트럼 응답(228)을 본 발명의 일 실시예에 따라 나타내는 그래프(220)를 도시한다. y-축(224)은 x축(222) 상의 파장의 함수로서 반사율을 나타낸다. 2차 응답(228)은 보다 협소한 스펙트럼 대역폭 및 개선된 컬러 포화를 갖는다. 따라서, 2차 응답(228)은 본 발명의 일 실시예에서 1차 응답(226) 대신에 사용되어 포화 및 컬러 성분을 증가시킬 수 있다. 또 다른 실시예에서, 2차 응답(228)은 증가된 포화용으로 사용되는 반면, 1차 응답(226)은 증가된 밝기 및 백색 레벨용으로 사용된다.

컬러 포화는 전형적으로 청색에서 녹색까지의 2차 응답에 대해 개선된다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차 청색 스펙트럼 응답(242)의 그래프(240)를 도시한다. 그래프(240)는 앞서와 같이 x축(222) 상의 파장의 함수로서 반사율을 나타내는 y축(224)을 갖는다. 2차 청색 응답(242)은 1차 청색 스펙트럼 응답을 사용하는 것과 비교해 증가된 포화를 제공한다. 그러나, 2차 적색 응답(224)은 보다 덜 유용한데, 그 이유는 3차 청색 스펙트럼 응답(246)은 가시적 스펙트럼 범위에 들어가기 시작하기 때문이다.

디스플레이 장치 및 이들의 사용 방법

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 픽셀 메카니즘(200)의 어레이를 도시한다. 수동 픽셀 메카니즘(200)은 행(202) 및 행(204)으로 조직된 메카니즘(200A,200B,...,200N)을 포함한다. 각각의 픽셀 메카니즘(200)은 디스플레이가능 이미지에 대응하여, 광학 간섭 및 흡수를 통해 하나의 강도에서의 하나의 가시적 파장을 가변적으로 선택할 수 있다. 픽셀 메카니즘(200)은 본 발명의 일 실시예에서 이러한 기능을 수행하는 장치로서 여겨질 수 있다. 메카니즘(200)은 그들 자신 스스로 광을 생성하기보다는 주변 및/또는 보충 광을 반사 또는 투과한다는 점에서 수동적이다.

일 실시예에서, 각각의 수동 픽셀 메카니즘(200)은 하나 이상의 전자 장치(100)를 포함한다. 따라서, 하나의 픽셀은 하나 이상의 장치(100)를 포함할 수 있 다. 수동 픽셀 메카니즘(200)이 디스플레이가능 이미지에 대한 그들의 대응 픽셀을 아날로그식으로 디스플레이하는 경우, 각각의 메카니즘은 하나의 전자 장치(100)만을 포함할 수 있는데, 그 이유는 단일 장치(100)가 임의의 강도의 임의의 컬러를 실질적으로 디스플레이할 수 있기 때문이다. 수동 픽셀 메카니즘(200)이 그들의 대응 픽셀을 디지털식으로 디스플레이하는 경우, 각각의 메카니즘(200)은 세 개의 전자 장치(100), 즉 적색 성분, 녹색 성분 및 청색 성분마다 하나의 전자 장치(100)를 포함할 수 있다.

도 3b는 수동 픽셀 메카니즘(200) 어레이를 통합하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(300)의 단면도를 도시한다. 선택사항인 보충 광원(304)은 메카니즘(300)에 의해 반사용의 광을 출력한다. 광원(304)이 제공되는 경우, 메카니즘(200)은 광원(304)에 의해 제공되는 광과 및 임의의 주변 광 모두를 반사한다. 광원(304)이 부재하는 경우, 메카니즘(200)은 주변광을 반사한다. 광원(304)은 도 3b의 실시예에서 메카니즘(200)에 의한 반사용의 광을 출력하도록 표시되어 있다. 또 다른 실시예에서, 광원(304)은 메카니즘(200) 뒤에 존재하여, 이 메카니즘(200)이 광원(304)에 의해 출력된 광을 투과시킬 수 있다.

제어기(302)는 픽셀형태의 디스플레이가능 이미지를 픽셀 메카니즘(200)에 실질적으로 제공하도록 픽셀 메카니즘(200)을 제어한다. 즉, 각각의 메카니즘(200)이 하나 이상의 전자 장치(100)를 포함하는 실시예에서, 제어기(302)는 각 장치(100)의 공동(106)의 두께(108)를 변경함으로써, 이미지가 픽셀 메카니즘(200)에 의해 적절히 렌더링되어 사용자(308)에 디스플레이될 수 있다. 따라서, 제어기 (302)는 광학 공동(106)의 두께(108)를 전기적으로 또는 다른 식으로 조정하고, 일단 조정되면, 두께(108)는 만곡부(110)에 의해 유지된다.

제어기(302)는 픽셀식으로 또는 비-픽셀식으로 이미지 소스(306)로부터 디스플레이가능 이미지를 수신할 수 있다. 픽셀형태가 아닌 경우, 즉, 수동 픽셀 메카니즘(200)의 어레이에 일대일 대응하지 않는 방식의 픽셀형태인 경우, 제어기(302)는 스스로 이미지를 수동 픽셀 메카니즘(200)의 어레이에 대응하는 픽셀로 분할한다. 이미지 소스(306)는 그 자체가 도 3b의 실시예에서와 같이 디스플레이 장치(300)의 외부에 존재할 수 있고, 또는 그에 대해 내부에 존재할 수 있다. 따라서, 이미지 소스(306)는 디스플레이 장치(300)의 외부적인 데스크톱 컴퓨터일 수 있고 또는 랩탑 또는 노트북 컴퓨터, 개인 보조 단말기(PDA) 장치, 무선 전화기, 또는 디스플레이 장치(300)가 일부를 형성하는 다른 장치일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3b의 디스플레이 장치(300)와 같은 디스플레이 장치에 대한 사용 방법(300)을 도시한다. 먼저, 디스플레이가능 이미지가 픽셀로 분할되어(402), 픽셀형태의 디스플레이가능 이미지를 생성한다. 임의의 주변 광을 보충하는 광이 선택적으로 제공된다(404). 이미지의 각 픽셀마다, 설명한 바와 같이 광학 간섭 및 흡수에 의해 대응 강도의 대응 가시적 파장이 선택된다(406). 대응 강도에서의 대응 파장은 또한 설명되어 있는 바와 같이 디지털 또는 아닐로그 식으로 선택될 수 있다.

특정 전자 장치 및 이들의 제조 방법

도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 디스플레이가능 이미지의 픽셀의 대응 쌍 을 적어도 부분적으로 디스플레이하는 한 쌍의 전자 장치(500A 및 500B)를 도시한다. 각각의 전자 장치(500A 및 500B)는 도 1a의 전자 장치(100)의 특정 실시예이고, 따라서 도 1a의 설명은 또한 도 5에 동일하게 적용될 수 있다. 더 나아가, 각각의 전자 장치(500A 및 500B)는 본 발명의 일 실시예에서 도 3a의 각각의 수동 픽셀 메카니즘(200)을 구현하는데 사용될 수 있다. 도 5의 후속하는 설명은 전자 장치(500A)를 특별히 참조하여 설명되지만, 전자 장치(500B)에도 동일하게 적용될 수 있다. 더 나아가, 도 5는 명료한 도시를 위해 실제 크기대로 도시되어 있지 않다.

하단 반사기(104)는 실리콘 기판(502) 상에 위치하고, 보다 일반적으로는 도전성의 반사 층이다. 얇은 유전체(504)가 하단 반사기(104) 위에 제공되어 반사기(102)의 단락(shorting)을 방지한다. 상단 반사기(102)와 하단 반사기(104) 사이에 광학 공동(106)이 정의되며, 상단 반사기(102)는 보다 일반적으로 도전성의 반사 층이다. 상단 반사기(102) 위에 배치된 만곡부(110)는 또한 만곡부 층으로 지칭되고, 상단 반사기(102)용의 가요성 전극으로서 동작하고, 또한, 상단 반사기(102)에 대한 장력을 유지하고 반사기(102)를 이동시킨다. 광학 공동(106)의 공간은 만곡부(110)의 강성도에 대해 전압을 아날로그 모드에서 조정함으로써, 또는 적색, 녹색 및 청색 픽셀에 대한 가변 두께의 정지를 디지털 모드에서 제공함으로써 제어될 수 있다.

산화물일 수 있는 유전체의 픽셀 극판(506)은 만곡부(110) 및 상단 반사기(102)를 부분적으로 커버한다. 일 실시예에서, 유전체 픽셀 극판(506)은 40 내지 100 마이크론의 폭(508)을 가질 수 있고, 3 내지 5 마이크론의 높이(510)를 가질 수 있다. 공기 공동(514)은 유전체 픽셀 극판(506)을 둘러싸고, 광학 공동(106)의 코히어런스 길이보다 더 커서 부가적인 간섭 영향을 방지한다. 공기 공동(514)은 일 실시예에서 3 내지 5 마이크론의 높이(520)를 가질 수 있다. 산화물(512 및 518)은 공기 공동(514)을 정의하는데 사용되는 부가적인 층을 나타내고, 일 실시예에서, 산화물(518)은 3 내지 5 마이크론의 높이(522)를 가질 수 있다.

비아 홀(516)은 공기 공동(514) 및 광학 공동(106)으로부터의 물질 제거를 위해 사용된다. 예를 들어, 폴리실리콘 또는 다른 필러 물질이 증착되어 공기 공동(514) 및 광학 공동(106)을 위한 공간을 남겨두지만, 그런 다음 공동(514 및 106)을 실제로 형성하기 위해 제거된다. 보호 층(524)은 산화물(518)을 커버하고, 반사 방지 코팅(ARC)(526)은 이 보호 층(524)을 커버한다. ARC(526)는 광학 공동(106) 내에서 그와의 원치 않는 코히어런트 상호작용을 피하는 것이 바람직하다.

도 6은 도 5의 전자 장치(500A 또는 500B)와 같은 전자 장치, 또는 이러한 전자 장치를 다수 개 갖는 디스플레이 장치를 본 발명의 일 실시예에 따라 제조하는 방법(600)을 도시한다. 먼저, 하단 금속 반사기 층이 실리콘 기판 층 상에 제공된다(602). 이것은 하단 금속 반사기 층을 증착 및 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 도 5에서, 하단 금속 반사기 층은 하단 반사기(104)이다. 다음으로, 도 5에서 얇은 유전체(504)인 산화물 유전체 층이 증착된다(604).

폴리실리콘 또는 상이한 필러 물질이 증착 및 패터닝된다(604). 폴리실리콘은 형성될 공진 광학 공동에 대한 위치보유자(palceholder)로서 동작한다. 도 5에서, 따라서, 폴리실리콘은 광학 공동(106)의 공간을 점유한다. 만곡부 층 및 상단 금속 반사기 층은 폴리실리콘 상에 제공된다(608). 이것은 먼저 만곡부 층을 그런 다음 상단 금속 반사기 층, 또는 그 반대로 증착하는 단계, 및 만곡부 층 및 상단 금속 반사기 층을 패터닝하는 단계를 포함한다. 도 5에서, 만곡부 층은 만곡부(110)인 반면, 상단 금속 반사기 층은 상단 반사기(102)이다.

산화물 픽셀 극판 층이 만곡부 층 및 상단 금속 반사기 층 상에 제공된다(610). 이것은 산화물을 증착하는 단계 및 이 산화물을 패터닝하는 단계를 포함한다. 도 5에서, 산화물 픽셀 극판 층은 유전체 픽셀 극판(506)이다. 부가적인 폴리실리콘 또는 부가적인 필러 물질이 산화물 픽셀 극판 층 상에 증착되고 패터닝되어(612), 형성될 공기 공동에 대한 위치보유자로서 동작한다. 도 5에서, 따라서 폴리실리콘은 공기 공동(514)의 공간을 점유한다. 도 5에서, 산화물(518 및 512)인 산화물 층이 이 폴리실리콘 상에 증착된다(614).

다음, 도 5에서 비아 홀(616)로 표시되어 있는 비아 홀이 폴리실리콘을 통과하며 정의된다(616). 앞서 증착된 폴리실리콘이 제거되어 공진 광학 공동 및 공기 공동을 정의한다(618). 예를 들어, 등방성 폴리실리콘 세척 에칭을 수행함으로써 제거가 이루어질 수 있다. 도 5에서, 이것은 광학 공동(106) 및 공기 공동(514)의 형성을 야기한다. 마지막으로, 산화물 층 상에 보호 층이 제공되고(620), 반사 방지 코팅이 보호 층 위에 제공된다(622). 도 5에서, 보호 층은 보호 층(524)이고, 반사 방지 코팅은 반사 방지 코팅(526)이다.

부가적인 특정 전자 장치

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 도 1a의 전자 장치(100)를 도시한다. 따라서, 도 1a의 설명은 도 7a 및 도 b에도 적용가능하다. 도 7a 및 도 7b의 실시예의 전자 장치(100)는 보다 일반적으로 Fabry-Perot-기반 장치이다. 광학 마이크로-전자 기계적 시스템(MEMS) 장치, 예를 들어 마이크로-미러, Fabry-Perot 장치, 및 회절 기반 장치의 절단 및 패키징은 이 MEMS 성분의 유약성 및 투명 패키지의 필요성으로 인해 어려울 수 있다. MEMS는 일반적으로 미러, 유체 센서 등과 같은 기계적 장치의 상단 층을 갖는 반도체 칩이다. 웨이퍼 절단은 방출시 정밀한 장치를 손상 및/또는 오염시킬 수 있는 습식 공정이다. 절단 이후 희생 층으로부터 장치를 방출하는 것은 다이식으로(die-by-die basis) 수행되는 경우 어렵고 비용이 든다. 이러한 장치의 패키징은 보통 세라믹 또는 다른 기판 상에서 유리창을 패키지에 접착시키는 단계를 포함하는데, 이는 수행함에 있어 비용이 들고 어려울 수 있으며, 또한 상당한 크기를 장치에 부여할 수 있다. 도 7a 및 도 7b의 실시예의 전자 장치(100)는 이들 문제를 극복한다.

도 7a를 참조하면, 만곡부(110), 광학 공동(106)을 정의하는 반사 층(102 및 104), 및 앞서 설명한 탄성 메카니즘(112)을 포함하는 장치(100)의 이동가능 성분 위에 희생 물질(704)이 증착된다. 참조 번호(108)로 나타낸 위치에서 층(702)이 이러한 기판 위에 증착되고 이와 접촉한다. 층(702) 내에 개구부(706)가 패터닝되고 에칭된다. 장치(100)는 건식 또는 습식 공정일 수 있는 당업계에 알려져 있는 선택적 방출 화학작용을 사용하여 희생 물질(704)을 등방적으로 에칭함으로써 방출된다.

다음으로, 도 7b를 참조하면, 물질(710)은 개구부, 즉 비아(706) 내로 증착 되어 장치(100)에 시일링된 환경을 제공한다. 층(702) 및 물질(710)은 투명한 유전체, 또는 다층 박막일 수 있다. 물질(710)은 반사 방지 코팅 및 시일링 층으로서의 이중 역할을 수행한다. 물리적 기상 증착(PVD) 또는 화학적 기상 증착(CVD)과 같은 기법이 사용되는 경우, 진공 또는 밀폐된 환경이 달성될 수 있다. 보다 높은 압력 환경이 사용되는 경우 보다 높은 압력에서의 CVD 이용이 사용될 수 있다.

그러나, 밀폐 시일링이 필요로 하지 않는 경우 물질(710)은 선택사항이다. 물질(710)이 없는 경우에도, 장치(100)에 대한 일부 보호가 달성되는데, 그 이유는 비-밀폐 시일링도 물, 오염, 및 미립자로부터 장치(100)를 보호할 수 있기 때문이다. 물질(710)이 개구부(706)를 시일링하는데 사용되지만, 전체 표면에 걸쳐 필요로 하지 않는 경우, 이것은 종래 기술에 알려져 있는 리소그래피 기법을 사용하여 패터닝 및 에칭될 수 있다.

또한, 도 7a 및 도 7b에 대하여 설명된 공정은 종래의 패키징없이 청정실 환경 내에서 캡슐화를 가능함으로써, 이 공정은 셀프-패키징으로서 설명될 수 있다. 이 공정은 바람직하게 청정실 환경에서 수행되고, 방출 동작은 보호 공동 내에서 발생하기 때문에, 수율이 증가될 수 있다. 공동이 시일링되면, 다이는 절단될 수 있으며, 이는 종래 기술에서 알려져 있는 바와 같이, 장치(100)의 손상없이 이루어질 수 있다.

도 7c는 본 발명의 또 다른 특정 실시예에 따른 도 1a의 전자 장치(100)를 도시한다. 따라서, 도 1a의 설명은 또한 도 7c에도 적용될 수 있다. 비-활성 영 역에 대한 활성 광 변조기 영역의 비율은 개구 비율로 지칭된다. 비-활성 영역은 픽셀, 지탱 기둥, 만곡부 영역 등의 사이의 공간을 포함한다. 비-활성 영역으로부터 반사되는 광은 검정 상태 반사율을 증가시켜, 전체적인 시스템 콘트라스트를 감소시킬 수 있다. 도 7c의 실시예의 전자 장치(100)는 이러한 영향을, 흡수 층 또는 경계 마스크(722)를 포함하여 이러한 비-활성 영역을 커버함으로써 줄인다. 도 7b와 관련하여 설명된 셀프-패키징 물질(710)은 경계 마스크(722)용 기판을 제공한다. 도 7a 및 도 7b에 관련된 도 7c의 다른 유사 번호의 성분은 도 7a 및 도 7b에서의 그들의 대응 부분과 동일하고, 도 7c에서는 다시 설명하지 않는다.

경계 마스크(722)는 흡수성 폴리머, 포토-이미지가능 흡수성 폴리머, 금속 및/또는 유전체 합성물, 및/또는 간섭 기반 유도 흡수재를 포함한, 다양하고 상이한 물질로 구성될 수 있다. 흡수성 폴리머는 전형적으로 포토레지스트 마스크 상에서 회전되고 이와 함께 이미지화되며 공정을 진전시킨다. 포토-이미지가능 폴리머는 종래 기술에서 알려져 있는 리소그래피 기법을 통해 직접 패터닝될 수 있다. 도성 합금(cermets)으로 알려져 있는 금속 및/또는 유전체 합성물은 사용될 수 있는 다른 물질이며, 전형적으로 태양 흡수재로서 사용되도록 발전되었다. 이러한 물질은 검정 몰리브덴, 검정 텅스텐 및 검정 크롬을 포함하며, 매우 높은 흡수율을 갖는다. 더 나아가, 이들 물질은 종래 기술에서 알려져 있는 스퍼터링 또는 증발 기법으로 증착될 수 있다. 유도 흡수재는 방산 층 내에서 층 두께를 튜닝함으로써 흡수율을 최대화한다. 유도 흡수재는 예를 들어 1000Å 미만과 같이 비교적 얇다.

도 7c의 실시예의 전자 장치(100)는 정밀한 픽셀 유형을 갖는 3-상태 동작에 알맞다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 검정색의 컬러 상태를 갖는 유형-1의 3 상태 픽셀, 또는 적색, 청색 및 검정색의 컬러 상태를 갖는 유형-2의 3 상태 픽셀이 존재할 수 있다. 또한, 녹색, 청색 및 검정색의 컬러 상태를 갖는 유형-3의 3 상태 픽셀이 존재할 수 있다. 따라서, 이러한 동작의 구성은 3 상태 픽셀의 그룹을 포함한다. 그룹 내의 상이한 픽셀은 상이한 상태로 동작하도록 설계된다. 상이한 컬러 상태는 희생 물질(704)의 두께에 의해 제어된다. 이러한 구성은 디지털 모드로 동작할 수 있는데, 하나의 픽셀 극판, 또는 반사기는 비-콘택트 위치에서의 상태를 갖고, 다른 두 상태는 하단 또는 상단 캐패시터 극판 또는 반사기와 접촉한다. 이것은 단일 갭의, 2-상태보다 장점을 가지고 있는데, 그 이유는 세 개의 픽셀 중 하나 대신에 세 개의 픽셀 중 두 개에 의해 컬러가 생성되도록 하는 구성을 가져 보다 밝은 컬러를 생성하기 때문이다.

도 7c의 실시예의 전자 장치(100)는 이제 설명되는 바와 같이 두 개의 가변 캐패시터를 형성하는 반사기(102) 이동에 의해 특징지어지는 이중-갭, 이중-캐패시터 픽셀 설계에 알맞다. 층(720)은 층(702)의 밑면 상에 있는 부분적인 반사기이고, 반사기(102) 위에 존재한다. 층(720)은 부분적 반사기 및 캐피시터 극판 모두로서 동작한다. 반사기(102)는 정전기적으로 층(720) 쪽으로 향해질 수 있고, 또는 반사기 또는 캐패시터 극판 쪽으로 향해질 수 있다. 따라서, 탄성 메카니즘(112)은 두 방향으로 굴절되고, 그의 평형 위치로부터 떨어져 있는 대략 절반에서만 이동하여 하나의 방향으로 굴절되는 경우에서와 같은 동일한 총 진행 범위를 커버할 필요가 있다. 이러한 증가된 진행 범위는 픽셀이 다수의 컬러, 다수의 포화 및 검정을 생성할 수 있는 동작 모드를 가능하게 한다. 희생 물질(106)을 제거함으로써 만들어진 공동은 하나의 갭으로서 역할을 하고, 광학 공동(704)은 이 설계에서 또 다른 갭으로서 역할을 한다.

이러한 설계는 적어도 두 개의 상이한 동작 모드로 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 동작 모드에서, 개개의 픽셀은 컬러 디스플레이에 필요한 다수의 컬러 및 강도를 생성할 수 있다. 픽셀은 갭 극단 중 하나 또는 양 극단에서 접촉 모드로 동작하고, 그렇지 않으면 온-콘택트 모드로 동작한다. 또 다른 예로서, 또 다른 모드의 동작에서, 다수의 색조 및 강도는 접촉 모드로의 동작없이 달성될 수 있다.

또한, 도 7a, 7b 및 도 7c의 임의의 실시예의 전자 장치(100)는 단일 갭, 이중-모드(또는 다중 레벨) 동작에 적절하고, 이 모드는 반사기(102 및 104) 사이의 접촉, 및 반사기(102 및 104) 사이의 비접촉을 포함한다. 각 픽셀은 컬러 디스플레이에 필요로 하는 다수의 컬러 및 강도를 생성할 수 있다. 픽셀은 하나의 갭 극단에서 콘택트 모드로 동작하고, 나머지 상태에 대해서는 비-콘택트 모드로 동작한다.

픽셀이 특정 색조, 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 전용인 경우, 광학 효율은 줄어들 수 있는데, 그 이유는 잘못된 컬러의 픽셀이 원하는 컬러를 생성하는데 사용될 수 없기 때문이다. 따라서, 앞서 설명된 도 1a의 두께(108)인 픽셀 갭을 비-콘택트 모드, 예를 들어 아날로그 모드, 멀티-레벨 디지털 모드, 또는 아날로그 및 디지털 모드의 조합으로 제어하는 것이 바람직하다. 장치(100)는 검정색을 생 성하기 위해서는 1000Å 미만의, 청색을 생성하기 위해서는 약 1800Å의, 또한 적색을 생성하기 위해서는 약 2800Å의 두께를 필요로 할 수 있다. 이러한 상이한 두께를 제공하기 위해, 사용될 수 있는 동작의 단일-갭, 전압 제어 모드는 적색과 청색 사이에서 비-콘택트 모드로 동작할 것이고 그런 다음 픽셀이 디지털 모드에서 검정 상태로 스냅(snap)되도록 허용한다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이가능 이미지의 픽셀의 대응 쌍을 적어도 부분적으로 디스플레이하는 한 쌍의 전자 장치(800A 및 800B)를 도시한다. 각각의 전자 장치(800A 및 800B)는 도 1a의 전자 장치(100)의 특정 실시예이고, 따라서 도 1a의 설명은 또한 도 8a 및 도 8b에도 동일하게 적용될 수 있다. 픽셀 크기가 감소됨에 따라, 보다 작은 개구 비율이 보통 야기된다. 도 1a 및 도 7a-7c에 대한 도 8a 및 도 8b의 유사한 번호의 성분은 동일하고, 그와 달리 도 8a 및 도 8b에 대해서는 설명하지 않는다. 더 나아가, 단지 명료한 예시를 위해, 도 1a 및 도 7a-7c의 성분을 도 8a 및 도 8b에 모두 도시하지는 않는다.

도 8a에서, 감소된 개구 비율의 단점은 코팅 또는 증착 기법을 사용하여 단일 결정의 MEMS 장치(800A 및 800B)에 직접 적용되는 필수 렌즈(804A 및 804B)를 이용함으로써 전자 장치(800A 및 800B)에의 의해 극복된다. 셀프-패키징 층(702)은 초기 층(802)이 증착된 후 이들 마이크로 렌즈(804A 및 804B)에 대한 기판을 제공한다. 렌즈(804A 및 804B)는 알려져 있는 리소그래피 기법을 사용하여 포토레지스트 또는 다른 포토-이미지가능 폴리머를 패터닝하고, 그런 다음 이 패턴을 열 처리를 통해 원하는 렌즈 프로파일로 구성함으로써 형성될 수 있다. 폴리머는 최종 렌즈로서 남겨지고, 또는 렌즈 패턴을 기저 층(802)에 플라즈마 또는 반응성 이온 에칭을 통해 전달하는 경우 마스크로서 사용될 수 있다. 렌즈(804A 및 804B)는 이들의 형상을 기저 픽셀에 매칭시킴으로써 보다 효율적으로 만들어질 수 있다.

도 8b에서, 셀프-패키징 층(702)은 그 자체가 간단한 형태의 마이크로-렌즈로서 사용된다. 이러한 기술은 필요로 하는 픽셀의 비-활성 영역에 걸쳐 렌즈 동작을 하기 위해 반사기(102)에 걸쳐 증착되는 커버리지에 의존한다. 실질적으로 렌즈로서 동작하는 층(702)에 대해, 증착 두께, 픽셀 갭 간격, 및 픽셀 극판 또는 반사기, 두께 및 프로파일은 바람직하게 최적화된다. 도 8b의 접근방식의 장점은 부가적인 렌즈가 불필요하다는 것과, 렌즈 동작이 필요로 하는 경우에만 픽셀의 비-활성 영역 주위에 제공된다는 점이다.

점착 방지 범프

두 개의 표면이 접촉하려 하는 경우, 반데르 발스 인력, 화학적 접착력, 모세관력 및 카시미르 힘과 같은 다양하고 상이한 힘에 의해 서로 자주 이끌려진다. 이들 힘은 일단 접촉하게 되면 표면이 분리될 수 없게 한다. 따라서, 전자 장치(100)의 반사기(102 및 104)가 서로 접촉하지 않도록 하기 위해, 본 발명이 일 실시예에서, 점착 방지 범프가 상단 반사기(102)의 제조 전에 하단 반사기(104) 상에 놓여진다.

도 9a, 9b 및 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따라 하단 반사기(104) 상에 점착 방지 범프를 제조하는 방식을 예시적으로 도시한다. 도 9a에서, 전자 장치(100)의 만곡부(110) 및 하단 반사기(104)는 이미 제공되어 있다. 희생 물질(902) 이 증착되고, 그런 다음 도 9b에서 패터닝되고 부분적으로 에칭되어 리세스(904)를 형성한다. 도 9c에서의 층(906)과 같은 후속하는 층이 이어서 리세스(904) 내로 증착되어 레세스(904) 내에 범프(908)를 형성한다.

도 10a, 10b 및 도 10c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 하단 반사기(104) 상에 점착 방지 범프가 제조되는 방식을 예시적으로 설명한다. 도 10a에서, 전자 장치(100)의 만곡부(110) 및 하단 반사기(104)는 앞서와 같이 이미 제공되었다. 필요로 하는 점착 방지 범프 높이의 동일한 두께를 갖는 제 1 희생 물질(910)이 증착된다. 물질(910)은 패터닝 및 에칭되어 리세스(912)를 형성한다. 도 10b에서, 제 2 희생 물질(914)이 증착되어 총 희생 층 두께를 달성한다. 마지막으로, 도 10c에서, 층(916)과 같은 후속하는 층이 리세스(912) 내에 증착되어 리세스(912) 내에 범프(918)를 형성한다.

결론

본 명세서에서는 특정 실시예가 예시되고 설명되었지만, 당업자라면 동일한 목적을 달성하기 위해 임의의 배열이 추정될 수 있고 도시되어 있는 특정 실시예를 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 애플리케이션은 본 발명의 임의의 적응 또는 변형을 커버하려 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 주로 직접적인 디스플레이 장치에 대해여 설명되어 있지만, 다른 실시예도 프로젝션 디스플레이 장치에 적용가능함으로써, 픽셀을 디스플레이하는 용어는 이들 및 부가적인 이러한 디스플레이 시나리오를 참조한다. 예를 들어, 프로젝션 애플리케이션에 있어서, 픽셀 크기는 10 대 20 마이크론 정도일 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구항 및 이 들의 등가물에 의해서만 제한된다는 것은 자명하다.

Claims

디스플레이가능 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 디스플레이하는 전자 장치(100)에 있어서,

제 1 반사기(102) 및 제 2 반사기(104)로서, 이들 반사기 사이에 광학 공동(106)을 정의하며, 상기 광학 공동은 강도에서의 가시 파장에 따라 선택적인 제 1 반사기(102) 및 제 2 반사기(104)와,

상기 가시 파장 및 상기 강도 중 적어도 하나가 상기 디스플레이가능 이미지의 상기 픽셀에 대응하여 가변적으로 선택가능하도록 상기 광학 공동의 광학 특성을 변경시키는 메카니즘(112)과,

상기 전자 장치의 셀프-패키징을 위한, 상기 제 1 및 제 2 반사기 중 하나 위의 하나 이상의 투명 증착 박막(710)과,

원치 않는 반사를 줄이기 위해 상기 제 1 반사기 및 상기 제 2 반사기 위에 있는 하나 이상의 흡수 층(722)과,

상기 제 1 및 제 2 반사기 중 하나의 위에 있는 필수 마이크로 렌즈(804)와,

상기 제 1 및 제 2 반사기 사이에 있는 하나 이상의 점착 방지 범프(908)

중 적어도 하나

를 포함하는 전자 장치(100).
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 반사기 및 상기 제 2 반사기에 대한 전압이 상기 반사기들 사이의 상기 광학 공동의 두께에 의존하도록 상기 전압을 제어하는 회로(120)를 더 포함하는 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 반사기 및 상기 제 2 반사기 상의 사전결정된 양의 전하를 제어하는 회로(120)를 더 포함하되, 상기 회로는 전하-공유 캐패시터를 포함하는 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

제어된 전류원 및 상기 전류원이 상기 제 1 반사기 및 상기 제 2 반사기에 인가되는 시간 간격을 제어하는 회로(120)를 더 포함하는 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 반사기는 상단의, 반-반사성(semi-reflective)의 반사기이고, 상 기 제 2 반사기는 하단의, 높은 반사성의 반사기인 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 메카니즘은 상기 광학 공동의 두께를 변경시킬 수 있는 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 메카니즘은 제 1 및 제 2 반사기 중의 하나를 이동시켜 상기 광학 공동의 두께를 변경시키는 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 메카니즘은 상기 제 1 및 제 2 반사기 중 하나에 동작가능하게 결합된 만곡부(flexure)를 포함하는 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학 공동을 선택하는 상기 가시 파장은 컬러 성분의 파장으로 고정되고, 컬러 성분 파장의 상기 강도는 상기 디스플레이가능 이미지의 상기 픽셀의 대 응 컬러 성분에 따라 가변적으로 선택가능하기 때문에, 상기 공동은 디지털인 전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학 공동은 반사 선택적이거나 투과 선택적인 전자 장치.