KR20060014434A - 가려진 힌지를 갖는 높은 채움 비의 반사 공간 광 변조기 - Google Patents

가려진 힌지를 갖는 높은 채움 비의 반사 공간 광 변조기 Download PDF

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KR20060014434A
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미라디아 인크.
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Abstract

본 발명은 예를 들면 반사형 공간 광 변조기에 유용한 가려진 힌지를 구비하는 마이크로 거울 어레이에 관한 것이다. 일 실시예에서, 마이크로 거울 어레이는 스페이서 지지 벽, 힌지, 거울 판 및 거울 판의 상부면 상의 반사면을 포함하며, 반사면은 힌지 및 거울 판을 가린다. 마이크로 거울 어레이는 단일의 재료로 제작된다.
공간 광 변조기, 마이크로 거울 어레이, 힌지, 거울 판, 반사면

Description

가려진 힌지를 갖는 높은 채움 비의 반사 공간 광 변조기 {HIGH FILL RATIO REFLECTIVE SPATIAL LIGHT MODULATOR WITH HIDDEN HINGE}
본 발명은 공간 광 변조기(SLMs)에 관한 것이며, 특히 픽셀 채움 비를 최대화하고, 산란 및 회절을 최소화하고, 고 콘트라스트비 및 고 화질을 달성하도록 가려진 힌지를 갖는 마이크로 거울 구조체에 관한 것이다.
공간 광 변조기(SLMs)는 광학 정보 프로세싱, 프로젝션 디스플레이, 비디오 및 그래픽 모니터, 텔레비전 및 전자사진 프린팅의 영역에서 다수의 적용예를 갖는다. 반사 SLM은 전기 또는 광학 입력부에 상응하는 화상을 반사하도록 공간 패턴에서 입사광을 변조하는 장치이다. 입사광은 위상, 강도, 분극 또는 편향 방향으로 변조될 수 있다. 반사 SLM은 입사광을 반사시킬 수 있는 어드레서블(addressable) 화소(픽셀)의 영역 또는 2차원 배열체로 통상 구성된다. 특히 디스플레이 적용예에서의 SLM의 키이 파라미터는 픽셀 영역에 대한 광학 활성 영역의 부분이다[또한, SLM의 전체 표면적에 대해 반사하는 SLM의 표면적의 일부로서 측정되며, 또한 "채움 비(fill ratio)라고 함]. 높은 채움 비가 바람직하다.
종래 기술의 SLM은 다양한 결점이 있다. 이들 결점은 (1) 광효율을 감소시키는 최적보다 낮은 광학 활성 영역과, (2) 거울의 반사도를 감소시키는 거친 반사 면과, (3)디스플레이의 콘트라스트비를 낮추는 회절 및 산란과, (4) 장기간의 신뢰성 문제를 갖는 재료의 사용과, (5) 비용을 증가시키고 장치의 생산량을 낮추는 복잡한 제조 공정을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
많은 종래 기술 장치는 그들의 표면 상에 실질적으로 반사되지 않는 영역을 포함한다. 이는 낮은 채움 비를 제공하고, 최적 반사 효율보다 낮은 반사 효율을 제공한다. 예를 들어, 미국 특허 제4,229,732호는 거울 이외에 장치의 표면 상에 형성되는 MOSFET 장치를 개시하고 있다. 이들 MOSFET 장치는 표면 영역을 차지하여서, 광학적으로 활성인 장치의 일부를 감소시키고 반사 효율을 감소시킨다. 또한, 장치의 표면 상의 MOSFET 장치는 입사광을 회절시켜 디스플레이의 콘트라스트비를 낮춘다. 또한, 노출된 MOSFET 장치를 조사하는 강한 광은 MOSFET 장치를 대전시키고 회로를 과열시킴으로써, 장치의 적절한 동작을 방해한다.
몇몇의 SLM 설계는 입사광을 산란시키고 반사 효율을 감소시키는 거친 표면을 갖는다. 예를 들면, 몇몇의 SLM 설계에서, 반사면은 LPCVD 실리콘 질화물 층 상에 적층되는 알루미늄 필름이다. 얇은 필름으로 적층될 때 이들 반사 거울 표면의 평활도를 제어하는 것은 어렵다. 따라서, 최종 제품은 반사 효율을 감소시키는 거친 표면을 갖는다.
특히 몇몇 상부 현수 거울 설계에서 몇몇의 SLM 설계로 인해 반사 효율을 감소시키는 다른 문제는 큰 노출된 힌지 표면 영역이다. 이들 노출된 힌지 표면 영역은 힌지 구조체로 인해 산란과 회절을 가져오며, 다른 파라미터들 중에서 콘트라스트비에 부정적 영향을 미친다.
미국 특허 제4,566,935호에 개시된 SLM 등의 많은 종래의 SLM은 알루미늄 합금으로 제조된 힌지를 갖는다. 다른 재료와 함께, 알루미늄은 피로 및 소성 변형되기 쉬워서, 장기간의 사용에서 신뢰성 문제에 이를 수 있다. 또한, 알루미늄은 나머지 위치가 가장 빈번하게 점유되는 위치를 향해 기울어지기 시작하는 경우, "메모리"를 고립시키기 쉽다. 또한, 미국 특허 제4,566,935호에 개시된 거울은 거울 표면 아래의 희생 재료를 제거함으로써 분리된다. 이 기술은 분리 중에 정밀한 마이크로 거울 구조체의 파손을 종종 가져온다. 또한, 부식액이 거울 아래의 희생 재료를 제거하도록 거울들 사이에 큰 갭을 필요로 하여서, 광학적으로 활성화한 장치 영역의 일부를 감소시킨다.
다른 종래의 SLM은 거울, 힌지, 전극 및/또는 제어 회로를 위한 분리 층을 포함하는 다중 층을 필요로 한다. 이러한 다중 층 SLM의 제조는, 다중층 얇은 필름 적층 및 에칭 기술 및 공정의 이용을 필요로 한다. 이들 기술 및 공정의 이용은 고가이고, 낮은 생산량을 산출한다. 예를 들어, 이들 기술은 거울 판의 표면 아래의 희생 재료의 제거 및 광대한 적층을 종종 포함한다. 거울 판의 표면 아래의 다중 층 얇은 필름 증착 및 적층은 더욱 거친 거울 표면을 가져와서, 거울의 반사 효율을 감소시킨다. 또한, 상이한 층 또는 기판에서 거울 및 힌지를 가져서, 거울의 편향 시에 이동 변위를 가져온다. 이동 변위로 인해, 어레이에서의 거울은 인접 거울들 사이에 기계적 간섭을 피하기 위해 이격되어야 한다. 어레이의 거울들이 어레이의 다른 거울들에 너무 근접하여 위치될 수 없기 때문에, SLM은 최적보다 낮은 광학적 활성 영역 또는 낮은 채움 비를 갖는다.
바람직한 것은 향상된 반사 효율, SLM 장치의 장기간 신뢰성 및 단순화된 제조 공정을 갖는 SLM이다.
본 발명은 공간 광 변조기(SLM)이다. 일 실시예에서, SLM은 개별 어드레서블 전극을 갖는 제2 기판에 결합된 제1 기판으로 제조되는 선택적으로 편향 가능한 반사 마이크로 거울 어레이를 갖는다. 또한, 제2 기판은 마이크로 거울 어레이용 어드레싱 및 제어 회로를 가질 수 있다. 또한, 어드레싱 및 제어 회로의 일부는 별도의 기판 상에 있으며, 제2 기판 상에 회로 및 전극에 연결된다.
마이크로 거울 어레이는 입사광을 반사시키는 높은 반사면을 갖는 제어 가능하게 편향 가능한 거울판을 포함한다. 거울 판은 커넥터에 의해 힌지에 연결된다. 이어서, 힌지는 스페이서 지지 벽을 갖는 스페이서 지지 프레임에 연결된다. 힌지는 반사면 아래에 실질적으로 가려진다. 실질적으로 반사면 아래에 힌지를 가림으로써, 노출된 힌지 구조체의 광 조사 및 반사로 인한 산란 및 회절 양이 소멸되어서, 장치의 콘트라스트비를 최대화한다.
거울 판, 커넥터, 힌지, 스페이서 지지 프레임 및 스페이서 지지 벽은 제1 기판으로 형성된다. 이들 제1 기판은 일 실시예에서 단결정 실리콘, 단일 재료의 웨이퍼이다. 스페이서 지지 벽은 거울 판과 거울 판의 편향을 제어하도록 거울판과 결합된 전극 사이의 분리를 제공한다. 전극은 제2 기판 상에 위치되며, 제2 기판은 마이크로 거울 어레이에 결합된다.
힌지 및 거울 판이 동일한 기판(즉, 동일한 층)에 있기 때문에, 힌지의 종축을 중심으로 거울이 회전할 때 병진 이동 또는 변위가 없다. 이동 변위가 없어서, 거울와 지지 벽 사이의 갭은 제조 기술 및 공정에 의해서만 제한된다. 거울의 근접한 이격 및 실질적으로 반사면의 아래에 힌지를 위치시킴에 따른 가림은 마이크로 거울 어레이에 대한 높은 채움 비, 개선된 콘트라스트비, 광의 최소화된 산란 및 회절, 제2 기판 상의 회로를 조사하도록 마이크로 거울 어레이를 통과하는 광의 실재 소멸을 허용한다.
또한, 거울 판 및 힌지가 양호한 실시예에서 단결정 실리콘 재료로 제조되기 때문에, 얻어진 힌지는 더욱 강하고 신뢰성 있고, 실질적으로 메모리 효과, 결정 입자 경계를 따른 파괴 또는 피로가 없어진다. 단결정 실리콘 기판은 특히 적층된 얇은 필름인 다른 재료보다 상당히 더 적은 마이크로 결점 및 크랙을 갖는다. 그 결과, 장치 내에 결정 입자 경계를 따라 파손(또는 마이크로 파괴 성장)이 쉽지 않다. 또한, 본 발명에서와 같이 단일 기판의 이용은 다중층 얇은 필름 적층 및 에칭 공정 및 기술의 이용을 최소화한다.
최종 결과는 고화질 화상을 신뢰성 있고 비용 효과적으로 제조하도록 높은 광학 효율 및 성능을 달성할 수 있는 SLM을 가져온다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 광 변조기의 전체 구조를 도시한 개략적인 다이어그램이다.
도2a는 본 발명의 일 실시예의 단일 마이크로 거울의 사시도이다.
도2b는 도2a의 마이크로 거울의 코너의 사시도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예의 마이크로 거울 어레이의 거울 판의 상부 및 측부들을 도시하는 반사면 없는 단일 마이크로 거울의 사시도이다.
도4a는 본 발명의 일 실시예의 단일 마이크로 거울의 하부 및 측부들을 도시하는 사시도이다.
도4b는 도4b의 마이크로 거울의 코너의 사시도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예의 마이크로 거울 어레이의 상부 및 측부들을 도시하는 사시도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예의 마이크로 거울의 하부 및 측부들을 도시하는 사시도이다.
도7a는 오프셋 대각선 단면을 따라 도2a에 도시된 편향되지 않은 마이크로 거울의 단면도이다.
도7b는 본 발명의 일 실시예의 제2 기판에 형성되는 거울 판 아래의 전극 및 랜딩 팁(landing top)의 평면도이다.
도7c는 중앙 대각선 단면을 따라 도2a에 도시된 편향되지 않은 마이크로 거울의 단면도이다.
도8은 도2a에 도시된 편향된 마이크로 거울의 단면도이다.
도9a는 마이크로 거울의 다른 실시예의 상부 및 측부를 도시하는 사시도이다.
도9b는 도9a의 마이크로 거울의 코너의 사시도이다.
도10은 마이크로 거울의 다른 실시예의 하부 및 측부를 도시하는 사시도이 다.
도11은 마이크로 거울 어레이의 다른 실시예의 상부 및 측부들을 도시하는 사시도이다.
도12는 마이크로 거울 어레이의 다른 실시예의 하부 및 측부들을 도시하는 사시도이다.
도13은 제2 기판 상에 형성되는 전극의 일 실시예의 사시도이다.
반사 공간 광 변조기("SLM")(100)는 편향 가능한 거울(202)의 어레이(103)를 갖는다. 각각의 거울(202)은 거울(202)과 상응하는 전극(126) 사이의 전압 바이어스를 인가하여 선택적으로 편향될 수 있다. 각각의 거울(202)의 편향은 광원으로부터 비디오 디스플레이로 편향된 광을 제어한다. 따라서, 거울(202)의 편향 제어는 거울(202)에 충돌하는 광이 선택된 방향으로 반사되는 것을 가능케 하여, 비디오 디스플레이의 픽셀의 외관을 제어할 수 있다.
공간 광 변조기 개요
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 SLM(100)의 일반적인 구조를 도시하는 개략적인 다이어그램이다. 도시된 실시예는 3개의 층을 갖는다. 제1 층은 복수의 편향 가능한 마이크로 거울(202)을 갖는 거울 어레이(103)이다. 하나의 바람직한 실시예에서, 마이크로 거울 어레이(103)는 단결정 실리콘과 같은 단일 재료인 제1 기판(105)으로 제조된다.
제2 층은 마이크로 거울(202)을 제어하는 복수의 전극(126)을 갖는 전극 어 레이(104)이다. 각각의 전극(126)은 마이크로 거울(202)과 관련되어 마이크로 거울(202)의 편향을 제어한다. 어드레싱 회로는 전극(126)과 관련된 특정 마이크로 거울(202)의 제어를 위한 단일 전극(126)의 선택을 가능케 한다.
제3 층은 제어 회로(106)의 층이다. 이러한 제어 회로(106)는 어드레싱 회로를 가지며, 제어 회로(106)가 선택된 전극(126)에 인가된 전압을 제어할 수 있게 한다. 이는 제어 회로(106)가 전극(126)을 통해 거울 어레이(103) 내의 거울(202)의 편향을 제어할 수 있게 한다. 통상, 제어 회로(106)는 또한 디스플레이 제어부(108), 라인 메모리 버퍼(110), 펄스 폭 변조 어레이(112) 및 비디오 신호(120) 및 그래픽 신호(122)를 위한 입력부를 포함한다. 마이크로 제어기(114), 광학 제어 회로(116) 및 플래시 메모리(118)는 제어 회로(106)에 연결되는 외부 부품일 수 있고, 몇몇 실시예에서 제어 회로(106)에 포함될 수 있다. 다양한 실시예에서, 위에 나열한 제어 회로(106)의 부분 중 몇몇은 없을 수도 있고, 분리된 기판 상에 있어서 제어 회로(106)에 연결될 수 있으며, 또한 다른 추가 부품이 제어 회로(106)의 부품으로 존재하거나 제어 회로(106)에 연결될 수도 있다.
일 실시예에서, 제2 층(104) 및 제3 층(106) 모두는 단일의 제2 기판(107) 상에 반도체 제조 기술을 사용하여 제조된다. 즉, 제2 층(104)은 분리되어 제3 층(106) 상에 있을 필요는 없다. 반대로, "층"이라는 용어는 공간 광 변조기(100)의 다른 부분을 개념화하기 위한 보조 용어이다. 예를 들어, 일실시예에서, 전극(126)의 제2 층(104)은 모두 제어 회로(106)의 제3 층의 상부 상에 제조되고, 모두 단일 제2 기판(107) 상에 제조된다. 즉, 디스플레이 제어부(108), 라인 메모리 버 퍼(110) 및 펄스 폭 변조 어레이(112)는 물론 전극(126)은 일실시예에서 모두 단일한 기판 상에 제조된다. 동일한 기판 상에 제어 회로(106)의 여러 가지 기능적 부품을 통합하는 것은 디스플레이 제어부(108), 라인 메모리 버퍼(110) 및 펄스 폭 변조 어레이(112)가 분리된 기판 상에서 제조된 종래의 공간 광 변조기보다 데이터 전송비가 개선되는 장점을 제공한다. 또한, 단일 기판(107) 상에 전극 어레이(104)의 제2 층 및 제어 회로(106)의 제3 층을 제조하는 것은 제조가 간단하고 비용이 적게 들고 완성된 제품이 소형이라는 장점을 제공한다.
층(103, 107)이 제조된 후에, 이들은 SLM(100)을 형성하도록 함께 결합된다. 거울 어레이(103)를 갖는 제1 층은 제2 층 및 제3 층(104, 106)를 집합적으로(107) 덮는다. 거울 어레이(103) 내의 거울(202) 아래의 영역은 전극(126), 어드레싱 및 제어 회로(106)를 위해 제1 층(103) 아래의 방의 개수를 결정한다. 거울 어레이(103) 내의 마이크로 거울(202) 아래에는 전극(126)과, 디스플레이 제어부(108), 라인 메모리 버퍼(110) 및 펄스 폭 변조 어레이(112)를 형성하는 전기 부품을 끼우기 위해 제한된 방이 있다. 본 발명은 디스플레이 제어부(108), 라인 메모리 버퍼(110) 및 펄스 폭 변조 어레이(112)와 같은 더 많은 부품이 마이크로 거울 어레이(103) 내의 마이크로 거울 아래의 제한된 공간 내에 전극(126)으로 동일한 기판 상에 통합된다. 전극(126)과 같이 동일한 기판(107) 상에 그러한 제어 회로(106)를 포함하는 것은 SLM(100)의 기능을 향상시킨다. 다른 실시예에서, 전극(126) 및 제어 회로의 부품의 다양한 조합은 다른 기판 상에 제조되어 전기적으로 연결될 수 있다.
거울
도2a는 단일 마이크로 거울(202)의 일실시예의 사시도이고, 도2b는 도2a에 도시된 마이크로 거울(202)의 코너(236)의 더욱 상세한 사시도이다. 양호한 일실시예에서, 마이크로 거울(202)은 적어도 하나의 거울 판(204), 힌지(206), 커넥터(216) 및 반사면(203)을 포함한다. 다른 실시예에서, 마이크로 거울(202)은 거울 판(204), 힌지(206), 반사면(203) 및 커넥터(2126)를 지지하는 스페이서 지지 프레임(210)을 추가로 포함한다. 바람직하게는, 거울 판(204), 힌지(206), 커넥터(216) 및 스페이서 지지 프레임(210)은 단결정 실리콘과 같은 단일 재료의 웨이퍼로부터 제조된다. 따라서, 그러한 실시예에서 도1에 도시된 제1 기판(105)은 단결정 실리콘의 웨이퍼이다. 단일 재료 웨이퍼로 마이크로 거울(202)을 제조하는 것은 거울(202)의 제조를 매우 단순화시킨다. 또한, 단결정 실리콘은 증착된 필름의 거울면보다 더 부드러운 표면 거칠기 정도를 갖는 매끈한 거울면을 생성하도록 연마될 수 있다. 단결정 실리콘으로부터 제조된 거울(202)은 기계적으로 강성이어서 거울면의 바람직하지 않은 절곡 또는 비틀림을 방지하고, 단결정 실리콘으로부터 제조된 힌지는 더욱 강성이고 더욱 신뢰성 있으며, 메모리 효과, 알갱이 경계면을 따라 발생하는 파손 및 피로가 없으며, 이들 모두는 마이크로 거울 어레이에 사용되는 다른 여러 가지 재료로부터 제조된 힌지에서는 일반적인 것이다. 다른 실시예에서, 단결정 실리콘 대신에 다른 재료가 사용될 수 있다. 가능한 하나의 재료는 마이크로 거울(202)을 위해 다른 형태의 실리콘(예컨대, 폴리실리콘 또는 비결정 실리콘)을 사용하거나, 완전하게 금속(예컨대, 알루미늄 합금 또는 텅스텐 합 금)으로 거울을 제조한다. 또한, 본 발명과 같이 단일한 기판을 사용하는 것은 다중 박판 적층체, 에칭 공정 및 기술을 사용하는 것을 피할 수 있다.
도2a, 도2b, 도3, 도4a, 도4b, 도7a 및 도8에 도시되고 위에서 설명한 바와 같이, 마이크로 거울(202)은 거울 판(204)을 갖는다. 이러한 거울 판(204)은 커넥터(216)에 의해 힌지(206)에 결합되는 마이크로 거울(202)의 일부이고, 거울(202)과 상응하는 전극(126) 사이에 전압 바이어스를 인가함으로써 선택적으로 편향된다. 도3에 도시된 실시예에서 거울 판(204)은 삼각형부(204a, 204b)를 포함한다. 도9a, 도9b 및 도10에 도시된 실시예에서, 거울 판(204)은 대체로 사각형 형상이고, 대략 15미크론 ×15미크론이어서 대략 면적이 225 평방 미크론이지만, 다른 형태 및 크기도 가능하다. 거울 판(204)은 상부면(205) 및 하부면(201)을 갖는다. 상부면(205)은 바람직하게는 2 옹스트롱 평균 제곱근의 거칠기 크기를 갖는 매우 매끈한 표면이고, 바람직하게는 마이크로 거울(204)의 표면 영역의 높은 비율을 구성한다. 거울 판(204)의 상부면(205)과 힌지(206)의 부분 위에는 알루미늄 또는 임의의 다른 반사율이 높은 재료와 같은 반사 재료(203)가 적층된다. 바람직하게는 이러한 반사 재료(203)는 300 옹스트롱 이하의 두께를 갖는다. 반사 재료 또는 표면(203)의 두께는 상부면(205)의 평평하고 매끈한 표면을 유지하는 것을 보장한다. 이러한 반사면(203)은 거울 판(204)의 상부면(205)의 영역보다 큰 영역을 가지며, 광원으로부터 거울 판(204)의 편향에 의해 결정된 각도를 갖는 광을 반사시킨다. 비틀림 스프링 힌지(206)는 대체로 거울 판(204)의 상부면(205) 아래에 형성되고, 상부면(205) 및 힌지(206)의 부분 위에 적층된 반사면(203)에 의해 대체로 가려진다. 도2a와 도3의 차이는, 도2a는 상부면(205) 상에 추가된 반사면(203)을 갖는 거울 판(204)을 도시하고 대체로 힌지(206)를 가리는 반면, 도3은 반사면(203)이 없어서 힌지(206)가 노출되는 거울 판(204)을 도시한다. 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 힌지(206) 및 거울 판(204)이 동일한 기판(105)에 있고, 힌지(206)의 중심 높이(796)는 대체로 거울 판(204)의 중심 높이(795 또는 797)와 동일 평면(795)이므로, 거울(202)이 힌지(206)의 종축을 중심으로 회전할 때 병진 운동이나 변위가 없다. 병진 운동에 의한 변위가 없으므로, 거울 판(204)과 스페이서지지 프레임(210)의 지지 스페이서 벽 사이의 간극은 제조 기술 및 공정의 제한에 의해서 통상 0.1 미크론 미만으로 제한될 필요가 있다. 대체로 반사면(203) 아래의 거울 판(204)의 인접 간격 및 힌지(206)의 힌지 작동은 마이크로 거울 어레이(103)를 위한 높은 채움 비, 개선된 콘트라스트비, 최소화된 광의 산란 및 회절, 마이크로 거울 어레이(103)를 통해 제2 기판(107) 상의 회로에 충돌하는 광의 실질적인 제거를 가능케 한다.
도2a, 도2b, 도3, 도4a, 도4b, 도7a, 도8, 도9a, 도9b 및 도10에 도시된 바와 같이, 거울 판(204)은 커넥터(216)에 의해 비틀림 스프링 힌지(206)에 연결된다. 비틀림 스프링 힌지(206)는 스페이서 지지 프레임(210)에 연결되어 비틀림 스프링 힌지(206), 커넥터(216) 및 제 위치에 있는 거울 판(204)을 유지한다. 힌지(206)는 제1 아암(206a) 및 제2 아암(206b)을 포함한다. 각각의 아암(206a, 206b)은 도3 및 도10에 도시된 바와 같이 스페이서 지지 프레임(210)에 연결된 일단부 및 커넥터(216)에 연결된 타단부와 같은 2개의 단부를 갖는다. 거울 판(204), 힌 지(206) 및 스페이서 지지 프레임(210) 사이의 다른 스프링, 힌지 및 연결 수단이 다른 실시예에 사용될 수도 있다. 도3 및 도4a에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 비틀림 힌지(206)는 바람직하게는 스페이서 지지벽(210)에 대해 대각선으로 지향되고, 거울 판(204)을 2부분 또는 제1 측면(204a) 및 제2 측면(204b)의 2개의 측면으로 분할한다. 도7b에 도시된 바와 같이, 2개의 전극(126)은 거울(202)과 관련되고, 하나의 전극(126)은 제1 측면(204a)을 위한 것이고 하나의 전극(126)은 제2 측면(204b)을 위한 것이다. 이는 2개의 측면(204a, 204b) 중 하나가 전극(126)들 중 하나의 아래에 부착되고, 하향 피봇하여 광범위한 각도 이동을 제공한다. 비틀림 스프링 힌지(206)는 정전기력과 같은 힘이 거울(202)과 상응하는 전극(126) 사이에 전압을 인가함으로써 거울 판(204)에 인가될 때 스페이서 지지 프레임(210)에 대해 힌지(206)의 종축을 중심으로 회전하는 것을 가능케 한다. 이러한 회전은 선택된 방향으로 광을 반사시키는 각도를 갖는 편향을 생성한다. 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이 힌지(206) 및 거울 판(204)이 동일한 기판(105)에 있기 때문에, 힌지(206)의 중심 높이(796)는 대체로 거울 판(204)의 중심 높이(795 또는 797)와 대체로 동일한 평면(795)이고, 거울(202)은 병진 변위 없이 순수한 회전으로 힌지(206)를 중심으로 이동한다. 도7a 및 도8에 도시된 실시예에서, 비틀림 스프링 힌지(206)는 (거울 판(204)의 상부면(205)에 수직한) 힌지(206)의 깊이(223)보다 작은 폭(222)을 갖는다. 힌지(206)의 깊이(223)는 바람직하게는 약 0.12 미크론 내지 약 0.2 미크론 사이가 바람직하고, 깊이(223)는 바람직하게는 0.2 미크론 내지 약 0.3 미크론 사이가 바람직하다.
도2a, 도2b, 도3, 도4a, 도4b, 도6 또는 도7a에 도시된 바와 같이, 스페이서 지지 프레임(210)은 전극(126) 및 어드레싱 회로 위에서 소정의 거리로 거울 판(204)에 위치되어, 거울 판(204)이 소정의 각도로 하향 편향될 수 있다. 스페이서 지지 프레임(210)은 바람직하게는 동일한 제1 기판(105)으로부터 형성되고, 바람직하게는 도2a, 도4a, 도9a 및 도10에 도시된 바와 같이 수직으로 위치된다. 또한, 이 벽들은 스페이서 지지 프레임(210)의 높이를 형성하는 것을 돕는다. 스페이서 지지 프레임(210)의 높이는 거울 판(204)과 전극(126) 사이의 소정의 분리와 전극들의 형상 설계를 기초로 선택된다. 더 큰 높이는 거울 판(204)의 더 많은 편향과 더 높은 최대 편향 각을 가능하게 한다. 더 큰 편향 각은 통상 더 높은 콘트라스트 비를 제공한다. 일 실시예에서, 거울 판(204)의 편향 각은 12°이다. 양호한 실시예에서, 거울 판(204)은 충분한 공간 및 구동 전압이 주어지면 90°만큼 회전할 수 있다. 또한, 스페이서 지지 프레임(210)은 힌지(206)를 위한 지지부를 제공하고 거울 어레이(103) 내의 다른 거울 판(204)로부터 거울 판(204)을 이격시킨다. 스페이서 지지 프레임(210)은 거울 판(204)과 지지 프레임(210) 사이에 간극이 추가될 때 인접한 마이크로 거울(202)들의 인접한 거울 판(204)들 사이의 거리와 대체로 동일한 스페이서 벽 폭(212)을 갖는다. 일 실시예에서, 스페이서 벽 폭(212)은 1미크론 이하이다. 양호한 실시예에서, 스페이서 벽 폭(212)은 0.5미크론 이하이다. 이것은 거울 판(204)들을 함께 밀접하게 배치하여, 거울 어레이(103)의 채움 비를 증가시킨다.
몇몇 실시예에서, 마이크로 거울(202)은 거울 판(204)이 소정의 각도로 하향 편향되었을 때 거울 판(204)의 편향을 정지시키는 요소(405a, 405b)를 포함한다. 통상, 이 요소들은 동작 정지부(405a, 405b)와 랜딩 팁(710a, 710b)을 포함할 수 있다. 도4a, 도6, 도7a, 도7b, 도8, 도10 및 도12에 도시된 바와 같이, 거울 표면(204)이 편향될 때, 거울 판(204) 상의 정지부(405a, 405b)는 랜딩 팁(710)(710a 또는 710b)과 접촉한다. 이러한 접촉이 발생하면, 거울 판(204)은 더 이상 편향되지 못한다. 동작 정지부(405a, 405b) 및 랜딩 팁(710a, 710b)에 대한 몇 가지 가능한 구성이 존재한다. 도4a, 도6, 도7a, 도8, 도10 및 도12에 도시된 실시예에서, 동작 정지부는 거울 판(204)의 하부면(201)에 부착된 원통형 칼럼 또는 기계적 정지부(405a, 405b)이며, 랜딩 팁(710)은 제2 기판(107) 상의 상응하는 원형 영역이다. 도7a, 도7b 및 도8에 도시된 실시예에서, 랜딩 팁(710a, 710b)은 스페이서 지지 프레임(210)에 전기적으로 접속되어, 동작 정지부(405a, 405b)에 대해 제로 전압 전위차를 가져 동작 정지부(405a, 405b)가 각각 랜딩 팁(710a, 710b)에 접착 또는 용접되는 것을 방지한다. 따라서, 거울 판(204)이 스페이서 지지 프레임(210)에 대해 소정의 각도[기계적 정지부(405a, 405b)의 길이 및 위치에 의해 결정됨]를 넘어 회전될 때, 기계적 동작 정지부(405a, 405b)는 각각 랜딩 팁(710a, 710b)과 물리적으로 접촉되며, 거울 판(204)의 추가적인 회전을 방지한다.
양호한 실시예에서, 동작 정지부(405a, 405b)는 제1 기판(105)과, 거울 판(204), 힌지(206), 커넥터(216) 및 스페이서 지지 프레임(210)과 동일한 재료로 제조된다. 또한, 랜딩 팁(710a 또는 710b)은 동작 정지부(405a, 405b), 거울 판(204), 힌지(206), 커넥터(216) 및 스페이서 지지 프레임(210)과 동일한 재료로 이 루어지는 것이 바람직하다. 재료가 단결정 실리콘인 실시예에서, 동작 정지부(405a, 405b) 및 랜딩 팁(710a 또는 710b)은 긴 기능 수명을 갖는 단단한 재료로 이루어지며, 이는 거울 어레이(103)가 오래 지속할 수 있게 한다. 또한, 단결정 실리콘이 단단한 재료이므로, 동작 정지부(405a, 405b) 및 랜딩 팁(710a 또는 710b)은 동작 정지부(405a, 405b)가 랜딩 팁(710a 또는 710b)에 각각 접촉하는 작은 영역으로 제조될 수 있으며, 이는 접착력을 많이 감소시키고 거울 판(204)을 자유롭게 편향 가능하게 한다. 또한, 이것은 동작 정지부(405a, 405b) 및 랜딩 팁(710a 또는 710b)이 동일한 전위로 남아 있어, 용접 및 대전 주입 공정을 통해 발생하는 접착을 방지하고, 다른 전위에서 동작 정지부(405a, 405b) 및 랜딩 팁(710a 또는 710b)이 유지되는 것을 방지한다. 본 발명은 상술된 거울 판(204)의 편향을 정지하기 위한 요소 및 기술에 제한되지 않는다. 본 기술 분야에 공지된 임의의 요소 및 기술이 사용될 수도 있다.
도4a는 지지 벽(210), [측부(204a, 204b)를 포함하고 상부면(205) 및 하부면(201)을 갖는] 거울 판(204), 힌지(206), 커넥터(216) 및 기계적 정지부(405a, 405b)를 포함하는 단일 마이크로 거울(202)의 이면을 도시한 사시도이다. 도4b는 도4a에 도시된 마이크로 거울(202)의 모서리(237)의 더욱 상세한 사시도이다.
도5는 9개의 마이크로 거울(220-1 내지 202-9)을 갖는 마이크로 거울 어레이(103)의 상부 및 측면을 도시하는 사시도이다. 도5는 총 9개의 마이크로 거울(202)에 대한 3개의 열과 3개의 행을 도시하지만, 다른 크기의 마이크로 거울 어레이(103)도 가능하다. 통상적으로, 각각의 마이크로 거울(202)은 비디오 표시 장치 상의 픽셀에 상응한다. 따라서, 더 많은 마이크로 거울(202)을 갖는 더 큰 어레이(103)는 더 많은 픽셀을 갖는 비디오 표시 장치를 제공한다.
도5에 도시된 바와 같이, 마이크로 거울 어레이(103)의 표면은 큰 채움 비를 갖는다. 즉, 마이크로 거울 어레이(103)의 대부분의 표면은 마이크로 거울(2020의 반사면(203)으로 이루어진다. 마이크로 거울 어레이(103)의 매우 작은 표면은 반사적이지 않다. 도5에 도시된 바와 같이, 마이크로 거울(202)의 반사적이지 않은 부분은 마이크로 거울(202)의 반사면(203)들 사이의 영역이다. 예를 들어, 거울(202-1)과 거울(202-2) 사이의 영역의 폭은 스페이서 지지 벽 폭(212)과, 거울(202-1, 202-2)의 거울 판(204)과 스페이서 지지 벽(210) 사이의 간극의 폭의 합에 의해 결정된다. 도2a, 도2b, 도3, 도4a 및 도4b에 도시된 단일 거울(202)이 자신의 스페이서 지지 프레임(210)을 갖는 것으로 기술되었지만, 거울들(202-1, 202-2)과 같은 거울 사이에 일반적으로 두 개의 별도의 접촉 스페이서 벽(210)이 있지 않음을 알아야 한다. 오히려, 거울(202-1, 202-2) 사이에 지지 프레임(210)의 물리적 스페이서 벽이 통상적으로 존재한다. 거울 판(204)의 편향시 병진 변위가 존재하지 않기 때문에, 간극 및 스페이서 벽 폭(212)은 제조 기술에 의해 지지가 되는 구성 크기 만큼 작게 이루어질 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 간극은 0.2미크론이며, 다른 실시예에서, 간극은 0.13미크론 이하이다. 반도체 제조 기술이 더 작은 구성을 가능케 하기 때문에, 스페이서 벽(210) 및 간극의 크기는 더 높은 채움 비가 가능하도록 감소될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 높은 채움 비가 가능하다. 양호한 실시예에서, 채움 비는 96% 이상이다.
도6은 9개의 마이크로 거울을 갖는 마이크로 거울 어레이(103)의 바닥 및 측면을 도시하는 사시도이다. 도6에 도시된 바와 같이, 마이크로 거울(202)의 스페이서 지지 프레임(210)은 거울 판(204)의 아래 공동을 형성한다. 이 공동들은 거울 판(204)이 하향 편향될 공간을 제공하며, 또한 거울 판(204) 아래 큰 영역이 전극(126)을 갖는 제2 층(104) 및/또는 제어 회로(106)를 갖는 제3 층의 배치를 가능하게 한다. 도6은 또한 [측부(204a, 204b)를 포함하는] 거울 판(204)의 하부면과, 스페이서 지지 프레임(210)의 바닥부, 비틀림 스프링 힌지(206), 커넥터(216) 및 동작 정지부(405a, 405b)를 도시한다.
도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 거울 판에 수직인 매우 작은 광은 마이크로 거울 어레이(103) 아래 전극(126) 또는 제어 회로(106)에 도달하도록 마이크로 거울 어레이(103)를 넘어 통과할 수 있다. 이것은 힌지(206)의 일부 위와 거울 판(204)의 상부면(205) 상의 스페이서 지지 프레임(210)과 반사면(203)이 마이크로 거울 어레이(103) 아래 회로에 대한 거의 완전한 적용 범위를 제공한다. 또한, 스페이서 지지 프레임(210)이 마이크로 거울 어레이(103) 아래에서 회로로부터 거울 판(204)을 분리하기 때문에, 거울 판(204)에 수직하지 않은 각으로 이동하고 거울 판(204)을 넘어 통과하는 광은 스페이서 지지 프레임(210)의 벽을 조사할 수 있고 마이크로 거울 어레이(103) 아래의 회로에 도달하지 않을 수 있다. 거울 어레이(103) 상에 입사하는 매우 작은 강도의 광이 회로에 도달하기 때문에, SLM(100)은 회로를 조사하는 큰 강도의 광과 관련된 문제를 피할 수 있다. 이러한 문제들은 회로를 가열하는 입사광과, 회로 소자를 대전시키는 입사광 광자를 포함하며, 이 둘은 모두 회로의 고장을 유발할 수 있다.
도9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 거울(202)의 사시도이며, 도9b는 마이크로 거울(202)의 모서리(238)의 더욱 상세한 사시도이다. 이 실시예에서 비틀림 힌지(206)는 스페이서 지지 프레임(210)의 스페이서 지지 벽과 평행하다. 거울 판(204)은 거울 판(204)과 상응하는 전극(126) 사이에 전압 바이어스를 인가하여 전극을 향해 선택적으로 편향될 수 있다. 도9a에 도시된 실시예는 대각선 힌지(206)를 갖는 도2a 및 도2b에 도시된 거울(202)보다 작은, 동일한 지지 벽 높이로부터 각 동작의 총 범위를 제공한다. 그럼에도, 도2a 및 도2b에 도시된 실시예와 같이, 도9a 및 도9b에 도시된 실시예에서 힌지(206)는 거울 판(204)의 상부면(205) 아래에 위치되며 반사면(203)에 의해 가려져서, 높은 채움 비, 높은 광학 효율, 높은 콘트라스트 비, 낮은 회절 및 산란광을 갖는 SLM(100)과 합리적이고 비용적으로 효율적인 성능이 되게 한다. 도9b는 마이크로 거울(202)의 모서리의 더욱 상세한 사시도이며, 거울 판(204), 힌지(206), 스페이서 지지 프레임(210)의 지지 벽 및 반사면(203)을 도시한다. 도10은 힌지(206), 커넥터(216) 및 동작 정지부(405a)를 포함하는 단일 마이크로 거울(202)의 이면을 도시한다. 다른 실시예에서, 힌지(206)는 거울 판(204)의 측면들 중 하나에 대체로 평행하고, 두 부분(405a, 405b)으로 거울 판(204)을 분리하도록 위치된다. 도11 및 도12는 도9a, 도9b 및 도10에 도시된 바와 같은 다중 마이크로 거울(202)로 구성된 거울 어레이의 사시도를 제공한다.
도13은 제2 기판(107) 상에 형성된 전극(126)의 일 실시예의 사시도이다. 이 실시예에서, 각각의 마이크로 거울(202)은 대응 전극(126)을 갖는다. 이 도시된 실시예에서 전극(126)은 제2 기판(107) 상의 회로의 나머지 부분보다 높게 제조된다. 양호한 실시예에서, 전극(126)은 제2 기판(107) 상의 회로의 나머지 부분과 동일한 수준에 위치된다. 다른 실시예에서, 전극(126)은 회로 위로 확장된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전극(126)은 마이크로 거울 판 아래 끼워맞춤되는 개별적인 알루미늄 패드이다. 전극의 형상은 마이크로 거울(202)의 실시예에 따라 결정된다. 예를 들어, 도2a, 도2b 및 도3에 도시된 실시예에서는, 도7b에 도시된 바와 같은 삼각 형상을 갖는 전극(126)을 각각 갖는 거울(202) 아래 두 개의 전극(126)이 존재하는 것이 바람직하다. 도9a, 도9b 및 도10에 도시된 실시예에서는, 거울(202) 아래 단일의 사각 전극(126)이 존재하는 것이 바람직하다. 이들 전극(126)은 제2 기판(107)의 표면에 조립된다. 본 실시예에서, 전극(126)의 큰 표면적은 거울 판(204)을 기계적 정지부 상으로 끌어내려 거울 판(204)을 소정의 각도로 편향시키기 위해 필요한 어드레싱 전압을 비교적 낮게 한다.
작동:
작동에서, 개별의 반사 마이크로 거울(202)은 선택적으로 편향되고 거울(202)에 입사되어 반사되는 광을 공간적으로 조정하는 역할을 한다.
도7a 및 도8은 도2의 점선(251)을 따라 도시된 마이크로 거울(202)의 단면도를 도시한다. 이런 단면도는 마이크로 거울(202)의 중앙 대각선으로부터 오프셋되어, 힌지(206)의 아웃라인을 도시하고 있음을 알 것이다. 도7c는 도2a의 점선(250)을 따라 도시된 마이크로 거울(202)의 다른 단면도를 도시한다. 이런 단면도 는 힌지(206)에 수직인 중앙 대각선을 따르고 있음을 알 것이다. 도7c는 거울 판(204a, 204b)와 관련 있는 커넥터(216)를 도시한다. 도7a, 도7c 및 도8은 전극(126) 위에 있는 마이크로 거울(202)을 도시하고 있다. 작동시에, 전극(126) 위에 있는 거울 판(204)의 대응부(도8에서 측면(204a))의 편향을 제어하기 위하여, 전압이 거울(202)의 일 측면에 있는 전극(126)에 인가된다. 도8에 도시된 바와 같이, 전압이 전극(126)에 인가되면, 거울 판(204)의 강성 및 기판으로 인하여 거울 판(204a)의 반부는 전극(126)에 끌리게 되고, 거울 판(204b)의 다른 반부는 전극(126)으로부터 멀어지게 된다. 이로 인하여 거울 판(204)은 비틀림 스프링 힌지(206) 주위를 회전한다. 전압이 전극(126)으로부터 해제되면, 힌지(206)에 의해 거울 판(204)은 도7a에 도시된 바와 같이 바이어스되지 않은 위치로 다시 돌아간다. 다르게는, 도2a, 도2b 및 도3에 도시된 대각선 힌지(206)에 관한 본 실시예에서, 반대 방향으로 거울(202)을 편향시키기 위해 거울 판(204)의 다른 측면에 있는 전극(126)에 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 거울(202)을 비추는 광은 전극(126)에 전압을 인가함으로써 제어될 수 있는 방향으로 반사된다.
일 실시예는 다음과 같이 작동된다. 초기에 거울(202)은 도7a 및 도7c에 도시된 바와 같이 편향되지 않는다. 바이어스되지 않은 상태에서, 광원으로부터 진입하여 SLM(100)으로 비스듬하게 입사되는 광 빔은 평판 거울(202)에 의해 반사된다. 반사되어 나가는 광 빔은 예를 들면 광 덤프(dump)에 의해 수용될 수 있다. 편향되지 않은 거울(202)로부터 반사된 광은 비디오 디스플레이로는 반사되지 않는다.
전압 바이어스가 거울 판(204a)의 반부와 이의 하부에 있는 전극(126) 사이에 인가되면, 거울(202)은 정전기력에 의하여 편향된다. 일 실시예에서, 거울 판(204)이 도8에 도시된 바와 같이 하향으로 편향되면, Ve1은 12볼트, Vb는 10볼트, 그리고 Ve2는 0볼트가 양호하다. 유사하게(또는 역으로), 거울 판(204b)이 하향으로 편향되면, Ve1은 0볼트, Vb는 10볼트, 그리고 Ve2는 12볼트가 양호하다. 힌지(206)의 디자인 때문에, 거울 판(204a 또는 204b)의 일 측면(즉, 전압 바이어스를 가진 전극(206) 위에 있는 측면)은 (제2 기판(107) 쪽으로) 하향으로 편향되고, 거울 판(204a 또는 204b)의 다른 측면은 제2 기판(107)으로부터 멀어진다. 일 양호한 실시예에서, 사실상 모든 벤딩은 거울 판(204)이 아닌 힌지(206)에서 발생한다. 일 실시예에서, 이는 힌지의 폭(222)을 얇게 제조하고 힌지(206)를 양 단부의 지지 포스트에만 연결함으로써 달성될 수 있다. 거울 판(204)의 편향은 전술한 바와 같이 동작 정지부(405a, 405b)에 의해서 제한된다. 거울 판(204)의 완전한 편향은, 반사되어 나가는 광 빔을 영상 광학계 및 비디오 디스플레이로 편향시킨다.
거울 판(204)이 "스냅핑(snapping)" 또는 "풀링(pulling)" 전압(일 실시예에서 대략 12볼트 또는 그 이하의 볼트)을 지나서 편향시키면, 기계적 복원력 또는 힌지(206)의 토크는 정전기력 또는 토크의 균형을 더 이상 이룰 수 없고, 이의 아래쪽에 정전기력을 가지는 거울 판(204)의 반부(204a 또는 204b)는 이의 아래쪽에 있는 전극 쪽으로 "스냅"되어 완전한 편향을 달성하며, 가능한 바와 같이 동작 정지부(405a 또는 405b)에 의해서만 제한된다. 도9a, 도9b 및 도10에 도시된 바와 같이, 힌지(206)가 스페이서 지지 프레임(210)의 지지벽과 평행을 이루는 실시예에서, 완전히 편향된 위치로부터 거울 판(204)를 해제하기 위해서는 전압이 턴오프되어야 한다. 도2a, 도2b 및 도3에 도시된 바와 같이, 힌지(206)가 대각선을 이루는 실시예에서, 완전히 편향된 위치로부터 거울 판(204)을 해제하기 위해서는 전압이 턴오프되어야 하고, 반면에 다른 전극에는 전류가 흐르고 거울(202)은 다른 측면으로 끌려간다.
마이크로 거울(202)은 전기기계적으로 쌍안정(bistable) 장치이다. 해제 전압과 스냅핑 전압 사이의 특정 전압이 주어지면, 거울(202) 편향의 히스토리에 따라 2개의 가능한 거울 판(202)의 편향 각이 있을 수 있다. 따라서, 거울(202)의 편향은 래치로서 작용한다. 거울(202)의 편향에 필요한 기계력이 편향 각에 대해 선형인 반면, 대향 정전기력은 거울 판(204)와 전극(126) 사이의 거리에 반비례하기 때문에 이러한 쌍안정성 및 래치 특성이 존재한다.
거울 판(204)와 전극(126) 사이의 정전기력은 거울 판(204)와 전극(126) 사이의 총 전압차에 의해 결정되기 때문에, 거울 판(204)에 인가된 음전압은, 주어진 편향 정도를 달성하기 위해 전극(126)에 인가될 필요가 있는 양전압을 감소시킨다. 즉, 거울 어레이(103)에 전압을 인가하는 단계는 전극(126)의 전압 크기 조건을 감소시킬 수 있다. 이는 유용할 수 있는데, 예를 들면, 반도체 산업분야에서 5V 절환 능력이 가장 일반적이고 경제적이기 때문에, 전극(126)에 인가되어야만 하는 최대 전압을 12V 이하로 유지하는 것이 대부분의 분야에서 양호하기 때문이다.
거울(202)의 최대 편향이 고정되기 때문에, SLM이 스냅핑 전압을 지난 전압 으로 작동되면 디지털 방식으로 SLM(100)이 작동될 수 있다. 도2a, 도2b 및 도3에 도시된 바와 같이, 힌지(206)가 스페이서 지지 프레임(210)의 지지벽과 평행을 이루는 실시예에서, 거울 판(204)은 관련 전극(126)에 전압을 인가함으로써 완전히 하향으로 편향되거나, 관련 전극(126)에 전압을 인가하지 않음으로써 상향으로 튀어오르기 때문에, 상기 작동은 기본적으로 디지털 방식으로 작동한다. 도12a, 도12b 및 도13에 도시된 바와 같이, 힌지(206)가 대각선을 이루는 실시예에서, 거울 판(206)은 거울 판(204)의 측면에 있는 관련 전극(126)에 전압을 인가함으로써 하향으로 완전히 편향되거나, 거울 판(204)의 다른 측면에 있는 다른 전극(126)에 전류를 흐르게 하여 거울 판(204)의 다른 측면으로 하향 편향된다. 거울 판(204)의 편향을 정지시키는 물리적 요소에 의해 정지될 때까지 거울 판(204)을 하향으로 완전히 편향시키는 전압은 "스냅핑" 또는 "풀링" 전압으로 알려져 있다. 즉, 거울 판(204)을 하향으로 완전히 편향시키기 위해서 스냅핑 전압과 동등하거나 보다 큰 전압이 대응 전극(126)에 인가된다. 비디오 디스플레이 분야에서, 거울 판(204)이 하향으로 완전히 편향되면, 거울 판(204)에 입사되는 광은 비디오 디스플레이 스크린의 대응 픽셀에 반사되고, 픽셀은 밝게 보인다. 거울 판(204)이 상향으로 튀어오르게 되면, 광이 비디오 디스플레이 스크린을 비추지 못하도록 하는 방향으로 반사된다.
이러한 디지털 작동 동안, 관련 거울 판(204)이 완전히 편향된 후에는 전극(126)에 스냅핑 전압을 유지할 필요가 없다. "어드레싱 단계" 동안, 완전히 편향되는 거울 판(204)에 대응하는 선택된 전극(126)에 대한 전압은 거울 판(204)을 편 향시키기에 필요한 정도로 설정된다. 문제의 거울 판(204)이 전극(126)의 전압에 의해 편향된 후에, 편향된 위치로 거울 판(204)을 유지하기에 필요한 전압은 실제의 편향에 필요한 전압보다 낮다. 이것은 편향된 거울 판(204)과 어드레싱 전극(126) 사이의 갭이, 거울 판(204)이 편향되는 과정에 있을 때보다 작기 때문이다. 따라서, "유지 단계"에서, 어드레싱 단계 후에 선택된 전극(126)에 인가된 전압은, 거울 판(204)의 편향 상태에 사실상 영향을 미치지 않으면서 원래 필요한 정도로부터 감소될 수 있다. 낮은 유지 단계 전압이 가지는 한가지 장점은 거의 편향되지 않은 거울 판(204)이 적은 정전기력을 받게 되고, 이에 따라 이들은 편향되지 않은 위치에 가깝게 유지된다는 것이다. 이것은 편향된 거울 판(204)과 편향되지 않은 거울 판(204) 사이의 광학 콘트라스트비를 개선시킨다.
적절한 치수(일 실시예에서, 요구되는 편향각 및 거울 구조에 따라 거울 판(204)과 전극(126) 사이의 1 내지 5 미크론 스페이서 지지 프레임(210) 간격, 그리고 0.05 내지 0.45 미크론 두께의 힌지(206)) 및 재료(가령, 단결정 실리콘(100))의 선택에 따라, 반사형 SLM(100)은 약간의 볼트의 작동 전압을 가지도록 제조될 수 있다. 단결정 실리콘으로 제조된 비틀림 힌지(206)의 전단 모듈은 예컨대 5 × 1010 N/m2 일 수 있다. 전극(126)이 관련 거울 판(204)을 완전히 편향시키기 위해 작동할 때의 전압은, 거울 판(204)을 적당한 전압("음 바이어스")으로 유지함으로써 접지보다 더 낮을 수 있다. 이것은 전극(126)에 인가된 주어진 전압에 대해 보다 큰 편향 각을 가져온다. 최대 음 바이어스 전압은 해제 전압이고, 이에 따라 어드레싱 전압이 0으로 감소되면 거울 판(204)은 편향되지 않은 위치로 다시 돌아갈 수 있다.
"아날로그" 방식으로 거울 판(204)의 편향을 제어하는 것도 가능하다. 거울 판(204)을 편향시키고 입사광이 반사되는 방향으로 제어하기 위해 "스냅핑 전압"보다 낮은 전압이 인가된다.
다른 용도
비디오 디스플레이 외에, 공간 광 변조기(100)는 다른 용도에도 유용하다. 하나의 이러한 용도는 공간 광 변조기(100)가 광을 유도하여 증착된 포토레지스트를 현상하는 마스크리스 포토리소그래피(maskless photolithography)이다. 이것은 소정의 패턴으로 포토레지스트를 정확하게 현상하기 위한 마스크의 필요성을 배제시킨다.
본 발명이 다수의 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 가능함을 관련 기술분야의 당업자는 이해할 것이다. 예를 들면, 거울 판(204)은 정전기 인력 외의 방법들을 통해서 편향될 수 있다. 거울 판(204)은 자석, 열, 또는 압전식 작동기를 이용하여 편향될 수 있다.

Claims (38)

  1. 상부면 및 하부면을 구비하는 거울 판과,
    거울 판이 힌지의 종축에 대해 회전하게 할 수 있도록 거울 판에 결합된 힌지와,
    거울 판의 상부면상에서 힌지의 일부분 위에 존재하고, 거울 판의 상부면의 영역보다 더 큰 영역을 구비하는 반사면을 포함하는 마이크로 거울.
  2. 제1항에 있어서, 반사면은 힌지를 실질적으로 가리는 마이크로 거울.
  3. 제1항에 있어서, 힌지는 실질적으로 거울 판의 상부면 아래에 형성되고 반사면에 의해 실질적으로 가려지는 마이크로 거울.
  4. 제1항에 있어서, 힌지가 결합되어 있는 스페이서 지지 프레임을 더 포함하는 마이크로 거울.
  5. 제4항에 있어서, 힌지는 제1 아암 및 제2 아암을 구비하며, 각각의 아암은 2개의 단부를 구비하며, 하나의 단부는 스페이서 지지 프레임에 결합되고 다른 단부는 거울 판에 대한 커넥터에 결합되는 마이크로 거울.
  6. 제1항에 있어서, 거울 판 및 힌지는 단일편의 재료로 제작되는 마이크로 거울.
  7. 제4항에 있어서, 거울 판, 힌지 및 스페이서 지지 프레임은 단일편의 재료로 제작되는 마이크로 거울.
  8. 제6항에 있어서, 재료는 단결정 실리콘인 마이크로 거울.
  9. 제1항에 있어서, 힌지는 약 0.12 미크론 내지 약 0.2 미크론 사이의 폭 및 약 0.2 미크론 내지 약 0.3 미크론 사이의 깊이를 갖는 비틀림 스프링인 마이크로 거울.
  10. 제1항에 있어서, 거울 판이 힌지의 종축에 대해 미리 결정된 각도를 넘어 회전하는 것을 정지시키기 위해 거울 판의 하부면에 부착된 동작 정지부를 더 포함하는 마이크로 거울.
  11. 제4항에 있어서, 스페이서 지지 프레임은 거울 판을 지지하기 위한 적어도 하나의 벽을 포함하며, 상기 벽은 약 1 미크론 이하의 두께를 갖는 마이크로 거울.
  12. 제4항에 있어서, 스페이서 지지 프레임에 결합되고 전압을 수용하는 전극을 구비하는 제어 기판을 더 포함하며,
    상기 전압은 마이크로 거울의 거울 판을 제어 가능하게 편향시키도록 거울 판과 전극 사이에 바이어스를 인가하도록 사용되는 마이크로 거울.
  13. 제12항에 있어서, 힌지는 거울 판을 제1 부분 및 제2 부분으로 분리하여, 거울이 힌지에 의해 형성된 종축 주위로 회전함에 따라 거울 판의 제1 부분이 제어 기판쪽으로 이동할 때, 거울 판의 제2 부분은 제어 기판으로부터 멀리 이동하는 마이크로 거울.
  14. 제11항에 있어서, 스페이서 지지 프레임은 거울 판 및 힌지와 힌지에 의해 형성된 축에 대한 거울의 회전을 지지하도록 직각으로 위치된 4개의 벽을 구비하는 마이크로 거울.
  15. 제11항에 있어서, 힌지는 스페이서 지지 프레임의 벽에 평행한 마이크로 거울.
  16. 제11항에 있어서, 힌지는 스페이서 지지 프레임에 대해 비스듬하게 배향되는 마이크로 거울.
  17. 상부면 및 하부면을 구비하는 복수의 거울 판과,
    거울 판이 힌지에 의해 형성된 축 주위로 스페이서 지지 프레임에 대해 회전하게 할 수 있도록 거울 판에 결합된 복수의 힌지와,
    거울 판의 상부면 상에서 힌지의 일부분 위에 존재하고, 거울 판의 상부면의 영역보다 더 큰 영역을 갖는 복수의 반사면을 포함하는 마이크로 거울 어레이.
  18. 제17항에 있어서, 반사면은 힌지를 실질적으로 가리는 마이크로 거울 어레이.
  19. 제17항에 있어서, 힌지는 실질적으로 거울 판의 상부면 아래에 형성되고 반사면에 의해 실질적으로 가려지는 마이크로 거울 어레이.
  20. 제17항에 있어서, 복수의 공동을 형성하는 벽을 구비하는 스페이서 지지 프레임을 더 포함하며,
    각각의 공동은 마이크로 거울에 상응하는 마이크로 거울 어레이.
  21. 제20항에 있어서, 거울 판, 힌지 및 스페이서 지지 프레임은 단일편의 재료로 제작되는 마이크로 거울 어레이.
  22. 제21항에 있어서, 상기 재료는 단결정 실리콘인 마이크로 거울 어레이.
  23. 제17항에 있어서, 거울 판이 미리 결정된 각도로 회전될 때 거울 판이 스페이서 지지 프레임에 대해 회전하는 것을 정지시키기 위해 거울 판의 하부면에 부착된 복수의 동작 정지부를 더 포함하는 마이크로 거울 어레이.
  24. 제20항에 있어서, 스페이서 지지 프레임에 결합되고 전압을 수용하기 위해 복수의 거울 판 각각에 상응하는 적어도 하나의 전극을 구비하는 제어 기판을 더 포함하며,
    상기 전압은 마이크로 거울의 거울 판을 제어 가능하게 편향시키도록 거울 판과 전극 사이에 바이어스를 인가하도록 사용되는 마이크로 거울 어레이.
  25. 제24항에 있어서, 힌지는 거울 판을 제1 부분 및 제2 부분으로 분리하여, 거울이 힌지에 의해 형성된 축 주위로 회전함에 따라 거울 판의 제1 부분이 제어 기판쪽으로 이동할 때, 거울 판의 제2 부분은 제어 기판으로부터 멀리 이동하는 마이크로 거울 어레이.
  26. 제24항에 있어서, 제어 기판은 어레이의 거울 판을 선택적으로 제어 가능하게 편향시키도록 복수의 전극에 전압을 선택적으로 인가하기 위한 어드레싱 및 제어 회로를 더 포함하는 마이크로 거울 어레이.
  27. 제17항에 있어서, 어레이의 반사면은 어레이의 표면적의 94.5% 만큼을 형성 하는 마이크로 거울 어레이.
  28. 제1 상부면 및 제1 하부면을 구비하는 제1 거울 판과,
    제1 거울 판이 제1 힌지의 종축에 대해 회전하게 할 수 있도록 제1 거울 판에 결합된 제1 힌지와,
    제1 거울 판의 제1 상부면 상에서 제1 힌지 위에 존재하고, 제1 거울 판의 제1 상부면의 영역보다 큰 영역을 구비하는 제1 반사면을
    포함하는 제1 마이크로 거울과,
    제2 상부면 및 제2 하부면을 구비하는 제2 거울 판과,
    제2 거울 판이 제2 힌지의 종축에 대해 회전하게 할 수 있도록 제2 거울 판에 결합된 제2 힌지와,
    제2 거울 판의 제2 상부면 상에서 제2 힌지 위에 존재하고, 제1 거울 판의 제2 상부면의 영역보다 큰 영역을 구비하는 제2 반사면을
    포함하는 제2 마이크로 거울을 포함하는
    복수의 마이크로 거울 어레이.
  29. 제28항에 있어서, 제1 마이크로 거울 및 제2 마이크로 거울은 스페이서 지지 프레임을 더 포함하며, 제1 힌지는 제1 마이크로 거울용 스페이서 지지 프레임에 결합되고, 제2 힌지는 제2 마이크로 거울용 스페이서 지지 프레임에 결합되는 복수의 마이크로 거울 어레이.
  30. 제28항에 있어서, 제1 및 제2 거울 판은 실질적으로 정사각형 형상인 복수의 마이크로 거울 어레이.
  31. 제28항에 있어서, 제1 및 제2 거울 판은 실질적으로 삼각형 형상인 복수의 마이크로 거울 어레이.
  32. 제28항에 있어서, 제1 및 제2 상부면은 약 225 제곱 미크론의 면적을 갖는 복수의 마이크로 거울 어레이.
  33. 마이크로 거울 어레이의 작동 방법이며,
    어레이에서 편향되도록 마이크로 거울을 선택하는 단계와,
    선택된 마이크로 거울에 상응하는 전극에 전압을 인가하여, 마이크로 거울이 실질적으로 마이크로 거울의 상부면 아래에서 반사면 아래에 위치된 힌지 주위로 회전하게 하고, 마이크로 거울에 닿는 광이 원하는 방향으로 반사될 수 있게 하는 단계를 포함하며,
    마이크로 거울은 반사면이 적층되어 있는 거울 판 및 스페이서 지지 프레임을 더 구비하며,
    힌지, 거울 판 및 스페이서 지지 프레임의 각각은 단일편의 재료로 제작되는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 선택된 마이크로 거울에 상응하는 전극으로부터 전압을 제거하여 마이크로 거울이 바이어스되지 않은 위치로 복귀될 수 있게 하는 단계를 더 포함하는 마이크로 거울 어레이의 작동 방법.
  35. 제33항에 있어서, 동작 정지부를 사용하여 마이크로 거울이 힌지 주위로 회전하는 것을 정지시키는 단계를 더 포함하는 마이크로 거울 어레이의 작동 방법.
  36. 마이크로 거울 어레이에서 편향되도록 마이크로 거울을 선택하는 수단과,
    선택된 마이크로 거울에 상응하는 전극에 전압을 인가하여, 마이크로 거울이 실질적으로 마이크로 거울의 상부면 아래에서 반사면 아래에 위치된 힌지 주위로 회전하게 하고, 마이크로 거울에 닿는 광이 원하는 방향으로 반사될 수 있게 하는 수단을 포함하며,
    마이크로 거울은 반사면이 적층되어 있는 거울 판 및 스페이서 지지 프레임을 더 구비하며,
    힌지, 거울 판 및 스페이서 지지 프레임의 각각은 단일편의 재료로 제작되는 공간 광 변조기.
  37. 제36항에 있어서, 선택된 마이크로 거울에 상응하는 전극으로부터 전압을 제거하여 마이크로 거울이 바이어스되지 않은 위치로 복귀될 수 있게 하는 수단을 더 포함하는 공간 광 변조기.
  38. 상부면을 갖는 편향 수단과,
    상기 편향 수단을 축 주위로 회전시키는 회전 수단과,
    회전 수단을 실질적으로 가리도록 편향 수단의 상부면 상에서 회전 수단 위에 적층되는 광 반사 수단을 포함하는 공간 광 변조기.
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