KR20100103467A - 조절가능하게 투과성인 ｍｅｍｓ―기반 장치 - Google Patents

Abstract

변조기 장치는 특정 파장의 광의 투과 및/또는 반사가 변경되는 적어도 두 상태 사이에서 선택적으로 조절가능하다. 소정의 변조기 장치는 가시 파장과 적외 파장을 포함하는 광범위한 파장에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 조정가능하다. 다른 변조기 장치는 적외 파장에 상당한 영향을 미치는 일없이 가시 파장에 대해서 조절가능하다. 또한, 상기 변조기 장치들은 고정된 박막 반사 구조체와 함께 이용될 수 있다.

Description

조절가능하게 투과성인 ＭＥＭＳ―기반 장치{ADJUSTABLY TRANSMISSIVE MEMS-BASED DEVICES}

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 미국 가출원 제60/982,094호(출원일: 2007년 10월 23일)에 대한 우선권을 주장하며, 이 기초 출원의 개시내용은 그의 전문이 참조로 본원에 명백히 원용된다.

발명의 기술분야

본 발명은 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems)에 관한 것이다.

MEMS는 마이크로기계 소자, 작동기 및 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 소자는 기판 및/또는 증착(혹은 침착(deposition); 이하 본 명세서에서는 "증착"이라 표기함)된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 기타 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치의 한 유형은 간섭계 변조기(interferometric modulator)라 불린다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator)라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 있는데, 상기 1쌍의 도전판 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 전체 또는 부분적으로 투과형 및/또는 반사형일 수도 있고 적절한 전기 신호의 인가 시 상대 운동을 할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 하나의 도전판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 공기 간극(air gap)에 의해 고정층과는 분리된 금속막을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 보다 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도전판의 상대적 위치에 의해서 간섭계 변조기에 입사되는 광의 광학적 간섭은 변화될 수 있다. 이러한 장치들의 적용 범위는 광범위하며, 기존의 제품들을 개선시키는 데 있어서, 그리고 아직 개발되지 않은 새로운 제품들을 만들어내는 데 있어서 이러한 유형의 장치 특성들이 사용될 수 있도록 이들 장치의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유용할 것이다.

본 발명은 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 및 이를 구비하는 유리 패널, 그리고 이러한 MEMS 장치를 포함하는 MEMS 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에 있어서, MEMS 장치는 기판 위에 배치된 제1막 적층부(first film stack); 및 상기 제1막 적층부로부터 간극을 두고 떨어져서 이간되어 있고, 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 제2막 적층부를 포함하되, 상기 MEMS 장치는 상기 제2위치에서보다 상기 제1위치에서 실질적으로 많은 가시광을 투과하고, 상기 MEMS 장치는 해당 MEMS 장치가 상기 제1위치에 있을 경우 상기 제2위치에서와 실질적으로 동일한 양의 적외광을 투과한다.

다른 측면에 있어서, MEMS 장치는 기판 위에 배치된 제1막 적층부; 및 상기 제1막 적층부로부터 공기 간극을 두고 떨어져서 이간되어 있고, 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 제2막 적층부를 포함하되, 상기 MEMS 장치는 상기 제1위치에 있을 경우 상기 제2위치에서 투과되는 것보다 실질적으로 많은 가시광과 적외광을 투과한다.

또 다른 측면에 있어서, 유리 패널(glass pane)은 제1유리층; 상기 제1유리층과의 사이에 공동부(cavity)를 규정하도록 해당 제1유리층에 대해서 밀봉되어 있는 제2유리층; 및 상기 제2유리층과 대면하고 있는 상기 제1유리층의 면 위에 배치된 MEMS 장치를 포함하되, 상기 MEMS 장치는 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 이동식 층을 포함하며, 해당 MEMS 장치를 통해 투과된 적외선의 양은 상기 이동식 층의 위치에 좌우된다.

다른 측면에 있어서, MEMS 장치는 기판 위에 배치된 제1복합층; 및 상기 제1복합층으로부터 공기 간극을 개재해서 이간되어 있고, 또한 상기 제1복합층을 향하여 이동가능한 제2복합층을 포함하되, 상기 제1복합층은 제1전도성 층과 제1광학층을 포함하고, 상기 제2복합층은 제2전도성 층과 제2광학층을 포함하며, 상기 제1복합층을 향한 상기 제2복합층의 변위는 상기 MEMS 장치를 통한 적외광의 투과를 변화시킨다.

또 다른 측면에 있어서, MEMS 시스템은 투명 기판; 상기 투명 기판 위에 혹은 해당 투명 기판에 인접하여 배치된 MEMS 장치; 상기 기판 부근의 위치에서 입사광을 감지하도록 구성된 센서; 및 상기 센서와 전기 통신하는 제어회로를 포함하되, 상기 MEMS 장치는 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 이동식 층을 포함하고, 해당 장치는 입사광에 대해서 실질적으로 투과성인 제1상태와 입사광의 반사가 증가되는 제2상태 사이에 전환가능하며, 상기 제어회로는 상기 센서의 상태에 적어도 부분적으로 의거해서 상기 MEMS 장치의 상태를 제어한다.

도 1은 제1간섭계 변조기의 이동식 반사층이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동식 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태의 일부를 나타낸 등각 투상도;
도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 내장하는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도;
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대한 이동식 미러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;
도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하는 데 사용될 수 있는 한 세트의 행방향 전압(row voltage) 및 열방향 전압(column voltage)을 나타낸 도면;
도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 있어서의 표시 데이터의 하나의 예시적인 프레임을 예시한 도면;
도 5b는 도 5a의 프레임을 기록하는(write) 데 이용될 수 있는 행방향 신호 및 열방향 신호의 하나의 예시적인 타이밍 선도를 나타낸 도면;
도 6a는 도 1의 장치의 단면도;
도 6b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 6c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 6d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 6e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7a는 고도로 투과성인 상태와 고도로 반사성인 상태 간에 전환 가능한 변조기 장치(modulator device)의 개략 단면도;
도 7b는 도 7a의 변조기 장치에 이용되는 이상적인 이론적 재료의 굴절률을 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 7c는 도 7a의 변조기 장치의 반사를 파장 및 공기 간극 높이의 함수로서 표시한 그래프;
도 7d는 도 7a의 변조기 장치의 투과를 파장 및 공기 간극 높이의 함수로서 표시한 그래프;
도 8a는 고도로 투과성인 상태와 고도로 반사성인 상태 간에 전환 가능한 변조기 장치의 다른 실시형태의 개략 단면도;
도 8b는 도 8a의 변조기 장치의 반사를 파장 및 공기 간극 높이의 함수로서 표시한 그래프;
도 8c는 도 8a의 변조기 장치의 투과를 파장 및 공기 간극 높이의 함수로서 표시한 그래프;
도 8d는 도 8a의 변조기 장치의 반사를 15㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 8e는 도 8a의 변조기 장치의 투과를 15㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 8f는 도 8a의 변조기 장치의 반사를 170㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 8g는 도 8a의 변조기 장치의 투과를 170㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 9a는 SiC 광학층을 포함하는 변조기 장치의 또 다른 실시형태의 개략 단면도;
도 9b는 도 9a의 변조기 장치의 반사를 파장 및 공기 간극 높이의 함수로서 표시한 그래프;
도 9c는 도 9a의 변조기 장치의 투과를 파장 및 공기 간극 높이의 함수로서 표시한 그래프;
도 9d는 도 9a의 변조기 장치의 반사를 15㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 9e는 도 9a의 변조기 장치의 투과를 15㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 9f는 도 9a의 변조기 장치의 반사를 170㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 9g는 도 9a의 변조기 장치의 투과를 170㎚의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 10a는 2개 이상의 전도성 층을 포함하는 정전기적으로 작동가능한 변조기 장치의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 10b는 도 10a의 변조기 장치의 투과와 반사를 2개의 공기 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 11a는 다수의 공기 간극을 포함하는 정전기적으로 작동가능한 변조기 장치의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 11b는 도 11a의 변조기 장치의 투과를 2개의 간극 높이에 대해서 파장의 함수로서 표시한 그래프;
도 12a는 한 쌍의 유전체 미러를 포함하는 정전기적으로 작동가능한 변조기 장치의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 12b는 제1상태와 제2상태에서의 도 12a의 변조기 장치의 투과를 표시한 그래프;
도 13은 도 10a의 것과 같은 변조기 장치를 포함하는 이중 창 패널(double pane window)의 개략 단면도;
도 14는 도 13의 부분 제작된 변조기 장치의 개략 단면도;
도 15는 변조기 장치와 추가의 장치를 포함하는 이중 창 패널의 개략 단면도;
도 16은 제1상태와 제2상태에서 다수의 중간 유전체 층을 포함하는 변조기 장치의 투과를 표시한 그래프.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 임의의 특정 실시형태들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 이 설명에서는, 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 표기된 도면을 참조하여 설명을 행한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 각 실시형태는 동화상(예를 들어, 비디오)인지 또는 정지화상(예를 들어, 스틸 이미지(still image))인지, 그리고 문자인지 그림인지의 여부에 따라 화상을 표시하도록 구성되는 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수도 있다. 더욱 상세하게는, 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔(game console), 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 플랫 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 화상의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 구현되거나 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지의 구조체의 MEMS 장치는 또한 전자 전환(즉, 스위칭) 장치 등에서와 같은 디스플레이 장치(즉, 표시장치)가 아닌 용도에도 이용될 수 있다.

특정 파장의 광의 투과를 변경하는 데 이용되는 고정된 박막 적층부(fixed thin fim stack)가 특정 용도를 위해 적합할 수 있지만, 공기(혹은 기타 기체 혹은 유체) 간극에 의해 서로로부터 떨어져서 이간되어 있는 박막을 포함하는 MEMS-기반 변조기 장치는 2개 이상의 상태 간에 전환함으로써 투과 혹은 반사 특성의 적극적인 관리를 허용한다. 예를 들어, 태양으로부터 적외선에 대해 고도로 반사성인 창은 고온의 여름철 동안 바람직할 수 있지만, 겨울철이나 야간 동안에는 덜 바람직할 수 있다. 고정된 박막 적층부 대신에 변조기 장치를 설치함으로써, 상기 창은 필요한 경우 입사 적외광에 대해서 덜 반사성이 되도록 조절될 수 있다. 마찬가지로, 머물고 있는 동안 휘장이나 블라인드 대신에 혹은 함께 이용될 수 있는, 고도로 투과성인 상태로 용이하게 전환될 수 있는 예를 들어 프라이버시 유리(privacy glass)(즉, 썬팅 유리)를 설치함으로써, 가시광의 투과 혹은 반사도 변경될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 이동식 변조기 장치와 함께 상기 고정된 박막 적층부의 이용을 비롯하여, 원하는 투과 특성과 반사 특성을 제공하기 위하여 다수의 이러한 장치가 이용될 수 있다.

간섭계 MEMS 표시 소자를 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 명 상태(bright state) 또는 암 상태(dark state)이다. 명("온" 또는 "열린") 상태에서, 표시 소자는 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 암("오프" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 표시 소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은 실시형태에 따라서 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.

도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공명 광학적 간극(resonant optical gap)("공기 간극" 혹은 간단히 "간극")을 형성한다. 일 실시형태에 있어서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 지칭되는 제1위치에서, 이동식 반사층은 고정된 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된다. 여기서 작동 위치라고도 지칭되는 제2위치에서, 이동식 반사층은 상기 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치된다. 이들 두 층에서 반사된 입사광은 이동식 반사층의 위치에 따라서 보강(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.

도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학적 적층부(optical stack)(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동식 반사층(14a)이 예시되어 있다. 오른쪽에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학적 적층부(16b)에 인접한 작동 위치에 이동식 반사층(14b)이 예시되어 있다.

여기서 참조 기호로 표시되는 바와 같은 광학적 적층부(16a), (16b)(일괄해서 광학적 적층부(16)라 표기함)는 전형적으로 수 개의 융합층(fused layer)을 포함하는 데, 이들 융합층은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분 반사층, 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학적 적층부(16)는 전기 전도성이고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어 하나 이상의 상기 층들을 투명한(혹은 투과성) 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분적으로 반사성인 층(즉, 부분 반사층)은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등과 같이 부분적으로 반사성인 각종 재료로부터 형성될 수 있다. 이 부분 반사층은 하나 이상의 재료의 층으로 형성될 수 있고, 각 층은 단일 재료 혹은 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.

몇몇 실시형태에 있어서, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학적 적층체(16)의 층들은 평행 스트립들(strips)로 패턴화되고, 디스플레이 장치 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학적 적층부(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동식 반사층(14a), (14b)은 광학적 적층부(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리되게 된다. 알루미늄과 같은 고 전도성·반사성 재료가 반사층(14)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 디스플레이 장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다.

도 1에 있어서 화소(12a)로 예시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동식 반사층(14a)이 기계적으로 이완된 상태에서, 간극(혹은 공동부(cavity))(19)이 이동식 반사층(14a)과 광학적 적층부(16a) 사이에서 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위차가 인가될 경우, 대응하는 화소에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 이동식 반사층(14)은 변형이 일어나 광학적 적층부(16)에 대해서 힘을 가한다. 도 1의 오른쪽에 위치한 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학적 적층부(16) 내의 유전체 층(도 1에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다. 이와 같이 해서, 반사성 화소 상태 대 비반사성 화소 상태를 제어할 수 있는 행/열방향 작동은 종래의 LCD 및 기타 디스플레이 장치 기술에서 이용되는 것과 많은 방식에 있어서 유사하다.

도 2 내지 도 5b는 디스플레이 적용에 있어서 간섭계 변조기들의 어레이를 사용하기 위한 하나의 예시적 과정 및 시스템을 예시한다.

도 2는 본 발명의 양상들을 내포할 수도 있는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예시적인 실시형태에 있어서, 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM, 펜티엄(Pentium)(등록상표), 펜티엄 II(등록상표), 펜티엄 III(등록상표), 펜티엄 IV(등록상표), 펜티엄(등록상표) Pro, 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표)와 같은 범용 단일 칩 프로세서 또는 멀티 칩 마이크로 프로세서, 또는 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기와 같은 소정의 특수 목적의 마이크로프로세서, 또는 프로그래밍가능한 게이트 어레이일 수도 있다. 당업계에 있어서 통상적인 바와 같이, 상기 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템(operating system)의 실행과 더불어, 상기 프로세서는 웹 브라우저(web browser), 전화 애플리케이션(application), 이메일 프로그램 또는 기타 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 비롯한 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수도 있다.

일 실시형태에 있어서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이 혹은 패널(30)에 신호를 제공하는 행방향 드라이버 회로(24) 및 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1선에 의해 표시된다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열방향 작동 프로토콜은 도 3에 도시된 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 이완 상태에서 작동 상태로 이동식 층을 변형시키기 위해 10 볼트의 전위차가 필요할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10 볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시적 실시형태에 있어서, 전압이 2 볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7 V의 인가된 전압의 창이 존재하고, 이 범위 내에서 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적이다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창" 또는 "안정성 창"이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 가지는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10 볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0 볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 약 5 볼트의 정상 상태 전압차에 노출되므로, 이들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하게 된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 내지 7 볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전압 조건 하에서 도 1에 예시된 화소 설계가 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 화소는 작동 상태인지 혹은 이완 상태인지에 따라 본질적으로 고정식 반사층 및 이동식 반사층에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력 손실이 거의 없이 히스테리시스 창 내의 전압에서 유지될 수 있다. 인가된 전위가 고정되어 있다면 화소로 들어가는 전류 흐름은 실질적으로 없다.

전형적인 응용에 있어서, 제1행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 따라 열방향 전극 세트를 어서트(assert)함으로써 표시 프레임을 생성할 수도 있다. 다음에, 행방향 펄스가 제1행의 전극에 인가되어 어서트된 열방향 라인에 대응하는 화소를 작동시킨다. 그 후, 어서트된 세트의 열방향 전극은 제2행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 이어서, 펄스가 제2행의 전극에 인가되어, 어서트된 열방향 전극들에 따라서 제2행에 있는 적절한 화소들을 작동시킨다. 제1행의 화소들은 제2행의 펄스의 영향을 받지 않고 제1행의 펄스 동안 그들이 설정되었던 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 작성하기 위하여 일련의 전체 행들에 대해서 순차적으로 반복될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 과정을 초당 원하는 프레임 수만큼 계속적으로 반복함으로써 프레임들은 새로운 표시 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 더불어, 표시 프레임을 작성하는 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 매우 다양한 프로토콜은 잘 알려져 있고, 이것은 본 발명과 관련하여 사용될 수도 있다.

도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 어레이 위에 표시 프레임을 생성하기 위한 하나의 가능한 작동 프로토콜을 예시한다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 나타내는 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시형태에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -V_bias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, -V_bias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +V_bias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -V_bias이거나 +V_bias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +V_bias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -V_bias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.

도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 화소는 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.

도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 화소들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 화소들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 화소들이 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이 내의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 바와 같이 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 행 및 열 작동을 수행시키는 데 사용되는 타이밍, 수순 및 전압 레벨들은 상기의 일반적인 원리 범위 안에서 매우 다양할 수 있고, 상기 예는 다만 예시적인 것에 불과하며, 다른 작동 전압 방법이 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.

앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 6a 내지 도 6e(이하, 일괄해서 간단히 "도 6"이라 지칭할 경우도 있음)는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 다섯 개의 서로 다른 실시형태를 나타낸다. 도 6a는 도 1의 실시형태의 단면도인데, 여기서 금속 재료(14)의 스트립은 직교 방향으로 연장된 지지부(18) 상에 증착된다. 도 6b에 있어서, 이동식 반사층(14)은 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 6c에 있어서, 이동식 반사층(14)은 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(deformable layer)(34)으로부터 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34) 주변의 기판(20)에 직접적으로 혹은 간접적으로 접속된다. 이들 접속부(혹은 연결부)는 여기서는 지지 기둥부라고도 칭한다. 도 6d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 6a 내지 도 6c에 있어서와 마찬가지로 간극부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학적 적층부(16) 사이의 구멍들을 채움으로써 지지 기둥부를 형성하지 않는다. 오히려, 지지 기둥부는 평탄화 재료로 형성되고, 이것은 지지 기둥 플러그(42)를 형성하는 데 이용된다. 도 6e에 나타낸 실시형태는 도 6d에 나타낸 실시형태에 의거한 것이지만, 도 6a 내지 도 6c에 나타낸 실시형태뿐만 아니라 도시하지 않은 추가적인 실시형태의 어느 것과 함께 작용하도록 적합화될 수도 있다. 도 6e에 나타낸 실시형태에 있어서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 송신될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.

도 6에 나타낸 것과 같은 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 직시형(direct-view) 장치로서 기능하는 데, 여기서 화상들은 투명한 기판(20)의 앞면 쪽으로부터 보이고 그 반대편에는 변조기들이 배열되어 있다. 이들 실시형태에 있어서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)을 비롯한, 기판(20)의 반대편의 반사층 쪽에 있는 간섭계 변조기의 일부를 광학적으로 차단한다. 이것에 의해 상기 차단된 영역은 화질에 부정적으로 영향을 미치는 일없이 구성되고 작동될 수 있게 된다. 이러한 차단은 도 6e에서 버스 구조체(44)를 허용하며, 이것은 어드레싱 및 그 어드레싱으로부터 기인하는 이동 등과 같은, 상기 변조기의 전자기계 특성으로부터 해당 변조기의 광학적 특성을 분리시키는 능력을 제공한다. 이 분리가능한 변조기 구조체로 인해 해당 변조기의 광학적 측면들 및 전자기계적 측면들에 대해 사용되는 재질들 및 구조 설계가 선택되어 서로 독립적으로 기능하게 된다. 더욱이, 도 6c 내지 도 6e에 도시된 실시형태는 변형가능한 층(34)에 의해 수행되는, 기계적 특성들로부터 반사층(14)의 광학적 특성들을 분리함으로써 얻어지는 추가적인 장점들을 가진다. 이로 인해 반사층(14)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 광학적 특성에 대해서 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 대해서 최적화된다.

종래의 이중 창 패널은 해당 창의 반사 특성을 변경하기 위하여 고정된 박막 적층부의 간섭계측적 특성을 이용하도록 개조될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 거주지 내부에 시원한 환경을 유지하기 위하여 더운 기후에서 입사 태양광을 반사시키는 데 이용될 수 있다. 미국 에너지성(U.S. Department of Energy)은, 원하는 온도에서 건물을 유지하기 위하여, 창이 전세계적으로 소비되는 가열 및 냉각 에너지의 30%에 기여하는 것으로 추정하고 있다. 미국에서, 이것은 대략 매년 300억 달러에 상당하며 전력 발전소에서 발생되는 이산화탄소의 대략 30%를 차지한다. 차량에서, 에어컨이 작동 중인 경우 차량 내에서 소비되는 추가의 연료는 30% 정도로 많을 수 있다.

창을 통해 투과된 태양으로부터의 복사열의 대략 50%는 가시광의 형태이고 대략 50%는 적외광의 형태이므로, 창을 통해 투과된 적외광의 양의 저감은 거주지 내로의 열 전달량의 상당한 저감을 가져올 수 있다. 따라서, 예를 들어, 박막 적층부는, 가시광의 투과를 유의하게 변경하는 일없이, 바람직하지 않은 적외광을 간섭계측적으로 반사하도록 이중 창 패널 내에 설치될 수 있다. 다른 기후에서 이용하기 위한 창에서는, 해당 창의 반사율이 특정 기후에 대해서 최적화되어 있을 수 있다. 예를 들어, 추운 기후에서, 복사열은 겨울철 동안 열을 유지하기 위하여 저방사 코팅(low-emissivity coating)(저-e 코팅)을 개재해서 거주지 내로 도로 반사될 수 있고/있거나, 태양광의 적외 부분은 거주지에 대해서 열을 가하기 위하여 해당 거주지 내로 투과될 수 있다.

그러나, 고정된 박막 적층부 단독의 이용은 다양한 가열 및 조명 상황에 최적으로 대처하기 위하여 투과 특성과 반사 특성의 조절을 가능하게 할 수 없다. 태양의 적외선의 높은 반사율은 온화한 기후에서의 여름 동안 바람직할 수 있지만, 이러한 높은 반사율은 겨울철 동안이나 심지어 야간에는 덜 바람직할 수 있다. 또한, 이러한 창은 전형적으로 가시광에 대해서 높은 투과율을 지니므로, 가시광을 통해 투과되는 열량의 감소는 가능하지 않게 된다. 소정의 실시형태에 있어서, 이동식 층을 포함하는 창은 필요한 경우 창의 투과율 및/또는 반사율(혹은 반사력)을 선택적으로 변경하도록 이용될 수 있다. 창은 가시광의 일정한 높은 반사를 지니지 않을 수도 있지만, 창에 의해 반사된 광량에 대한 제어는 필요한 경우 가시광의 반사를 허용하는 한편 다른 때에는 가시광의 투과를 허용한다.

또, 적외광 및 가시광 범위 내의 특정 파장 영역이 관심 대상일 수도 있다. 예를 들어, 10 내지 20㎛의 파장을 지닌 열 적외선은 겨울철 동안이나 야간에 집이나 차량 내부에서 열을 유지하도록 반사될 수 있다. 1500㎚ 이하의 파장을 지닌 근적외선은 입사 태양광으로부터의 열투과량을 저감시키기 위하여 전술한 바와 같이 반사될 수 있다. 1.5 내지 10㎛의 파장을 지닌 대부분의 중간 정도의 적외선(IR)은 전형적으로 대기 중에서 이산화탄소와 수증기에 의해 흡수되지만, 소정의 실시형태에서는, 변조기 장치는 또한 이러한 파장을 반사하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 몇몇 실시형태에 있어서, 투과 및/또는 반사 특성은 파장 의존적인 방식으로 선택 혹은 조율될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에 있어서, 적외 에너지는 선택적으로 반사될 수 있는 한편, 가시광은 적은 정도의 변화에 의해 투과될 수 있다.

재료의 굴절률은 파장의 함수로서 변화될 수 있다. 이와 같이 해서, 간섭계 변조기에 대해 소정 각도로 입사하는 광에 대해서, 유효 광로는 광학 적층부 및 이동식 층에 이용되는 재료에 따라, 상이한 파장의 광에 대해서 변화될 수 있다. 도 7a는 서로에 대해서 이동가능하고 공기 간극(104)만큼 이간되어 있는 두 층(102a), (102b)을 지닌 간략화된 변조기 장치(100)를 예시하고 있다. 단, 도 7a와, 도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a 및 도 12a에서, 이들 층(102a), (102b)을 이간시키는 기둥부(18)(도 6a 참조) 등과 같은 특성부는 명료화를 위하여 도시생략되어 있다. 또한, 도 1 내지 도 6e에 도시된 바와 같은 다른 구조체들도 명료화를 위하여 생략되어 있지만, 이들 특성부는 장치에 내포될 수 있다. 도 7b는 파장에 의거해서 선형으로 변화되는 굴절률을 지닌 이상적인 이론상의 재료의 굴절률 대 파장 λ(㎚)을 도시하고 있다. 이러한 재료는, 도 7b에 나타낸 파장의 함수로서 굴절률의 변화로 인해, 제1공기 간극 높이에 대해서는 고도로 투과성이고 제2공기 간극 높이에 대해서 고도로 반사성인 시뮬레이션된 변조기 장치를 작성하는 데 이용될 수 있다.

층(100a), (100b)이 도 7b의 이론상의 재료로 형성되고 대략 43㎚의 두께를 지니는 시뮬레이션된 장치에 대해서, 공기 간극(104)의 크기(㎚) 및 파장 λ(㎚)의 함수로서의 그들의 예상되는 반사가 도 7c에 도시되어 있다. 마찬가지로, 공기 간극(104)의 크기(㎚) 및 파장 λ(㎚)의 함수로서의 투과는 도 7d에서 볼 수 있다. 이론상의 재료를 이용하는 이러한 시뮬레이션된 장치는 이와 같이 해서 광범위한 파장 영역에 대해서 고도로 투과성인 것에서 고도로 반사성인 것으로 이동될 수 있었다.

도 7c 및 도 7d에서의 투과 및 반사의 예상되는 그래프뿐만 아니라 본 출원 명세서의 어디엔가 표시된 것들은, 특정 재료와 두께뿐만 아니라 굴절률 등과 같은 그들 재료의 광학적 특성을 고려해서, 기재된 시스템의 광학 모델에 의거하고 있다.

다른 시뮬레이션된 장치에 있어서, 도 8a는 비교적 두꺼운 두 유리 기판(116a), (116b) 상에 지지되어 공기 간극(114)에 의해 서로로부터 떨어져서 이간되어 있는 도 7b의 이론상의 재료로 이루어진 층(112a), (112b)을 포함하는 간략화된 변조기 장치(110)를 예시하고 있다. 유리 기판(116a) 혹은 (116b)과 같은 층이 당해 파장의 광에 대해서 충분히 두껍다면, 더 이상 박막층으로서 기능하지 못하여, 시뮬레이션된 변조기 장치(110)의 광학 특성에 거의 영향을 미치지 않을 것이다. 예를 들어, 층이 입사광의 가간섭성 길이보다 두꺼운, 예를 들어, 10㎛ 이상이면, 해당 층은 박막으로서 더 이상 작용하지 못할 것이고, 해당 층의 반사율을 넘는 광학적 효과에 거의 영향을 미치지 않을 것이다. 상기 층이 비교적 얇다면, 시뮬레이션된 변조기 장치의 광학적 특성은 해당 층에 의해 영향받을 것이다. 도 8b는 파장 및 간극 크기의 함수로서의 투과를 도시하고 있고, 도 8c는 파장 및 간극 크기의 함수로서의 반사율을 도시하고 있다. 유리층의 내포는 도 7a의 시뮬레이션된 변조기 장치(100)의 광학적 특성과 비교할 경우 해당 시뮬레이션된 변조기 장치의 광학적 특성에 상당한 영향을 지니지 않을 것임을 알 수 있을 것이다.

도 8d 내지 도 8g는 시뮬레이션된 변조기 장치(110)의 모델화된 투과 및 반사를 특정 간극 크기에 대해서 파장 λ의 함수로서 도시하고 있다. 도 8d 및 도 8e는 각각 간극 크기가 15㎚와 동일할 경우 파장 λ의 함수로서의 반사와 투과를 도시하고 있다. 도 8f 및 도 8g는 각각 간극 크기가 120㎚와 동일할 경우 파장 λ의 함수로서의 반사와 투과를 도시하고 있다. 시뮬레이션된 변조기 장치(110)는 가시광의 대부분의 파장에 대해서 거의 완전히 투과성인 상태로부터 대략 80% 반사성인 상태로 이동될 수 있다는 것을 알 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 도 9a는 변조기 장치(110)의 것과 유사한 간략하게 실현가능한 변조기 장치(120)의 일 실시형태를 도시하고 있다. 해당 변조기 장치는 유리 기판(126b)에 의해 지지된 다른 층(122b)으로부터 공기 간극(124)에 의해 떨어져서 이간되어 있는 동시에 유리 기판(126a)에 의해 지지된 층(122a)을 포함한다. 이들 층(122a), (122b)은 대략 25㎚ 두께인 SiC의 층을 포함한다. 도 9b는 변조기 장치(120)의 반사를 파장 λ 및 공기 간극 두께의 함수로서 도시하고 있고, 도 9c는 변조기 장치(120)의 투과를 파장 λ 및 공기 간극 두께의 함수로서 도시하고 있다.

도 9d는 공기 간극이 20㎚일 경우의 파장 λ의 함수로서 모델화된 반사를 도시하고 있고, 도 9e는 동일한 상태에서 파장 λ의 함수로서 모델화된 투과를 도시하고 있다. 도 9f는 공기 간극이 180㎚일 경우의 파장 λ의 함수로서 모델화된 반사를 도시하고 있고, 도 9g는 동일한 상태에서 파장 λ의 함수로서 모델화된 투과를 도시하고 있다. 공기 간극이 20㎚일 경우, 변조기 장치(120)는 모든 가시 파장에 대해서 실질적으로 투과성이므로, 주목할 만한 색조 없이도 광을 투과할 것이라는 것을 알 수 있다. 실제로, 서로 접촉하게 되는 층들의 표면 조도로 인해, 대략 20㎚ 정도의 공기 간극은 소정의 실시형태에서 층들이 서로 접촉하게 될 경우 가장 작은 달성가능한 공기 간극일 수 있다. 마찬가지로, 공기 간극이 180㎚일 경우, 입사 가시광의 대략 50%가 반사될 것이며, 반사 정도는 일부 파장-의존성이 있더라도, 투과된 혹은 반사된 광에 대해서 주목할 만한 색조는 없을 것이다.

몇몇 실시형태에 있어서, 변조기 장치는 서로 간의 간격을 변경하기 위하여 서로에 대해서 층들의 일부의 변위를 허용하는 박막 적층부 내에 통합된 작동 소자를 포함할 수 있다. 도 10a는 정전기적으로 작동가능한 예시적인 변조기 장치(130)를 도시하고 있다. 해당 장치(130)는 기판(136a)에 의해 지지된 전도성 층(138a), 및 해당 전도성 층(138a) 위에 놓인 광학층(132a)을 포함한다. 다른 전도성 층(138b)은 기판(136b)에 의해 지지되고, 광학층(132b)은 전도성 층(138b) 위에 놓여있다. 광학층(132a), (132b)은 서로 공기 간극에 의해 이간되어 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 전도성 층(138a), (138b)에 대한 전압의 인가는 해당 층들 중 한쪽을 다른 쪽을 향해 변형시킬 것이다.

몇몇 실시형태에 있어서, 전도성 층(138a), (138b)은, 다른 적절한 재료도 이용될 수 있지만, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO) 등과 같은 투명 혹은 광투과성 재료를 포함할 수 있다. 광학층(132a), (132b)은 높은 굴절률을 지니는 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 특정 실시형태에 있어서, 광학층(132a), (132b)은 이산화티탄을 포함할 수 있지만, 예를 들어 산화납, 산화아연 및 이산화지르코늄 등과 같은 다른 재료도 이용될 수 있다. 기판은, 예를 들어, 유리를 포함할 수 있고, 기판들 중 적어도 하나는 층들 중 한쪽을 다른 쪽을 향해서 변형시킬 수 있도록 충분히 얇게 되어 있을 수 있다.

전도성 층(138a), (138b)이 ITO를 포함하고 80㎚의 두께인 실시형태에 있어서, 광학층(132a), (132b)은 이산화티탄을 포함하고, 40㎚의 두께이며, 공기 간극은 초기에 170㎚이다. 도 10b는 장치가 15㎚의 공기 간극을 지닌 채로 작동 상태에 있을 경우와 170㎚의 공기 간극을 지닌 채로 비작동 상태에 있을 경우의 양쪽 모두에 있어서 변조기 장치(130)의 파장 λ의 함수로서의 모델화된 투과 및 반사율의 가시광 및 적외 파장의 일부에 대한 그래프를 나타내고 있다. 이미 논의된 바와 같이, 15㎚의 공기 간극은 완전 작동 상태를 나타내지만, 표면 조도는 몇몇 실시예에서 공기 간극 크기의 더 한층의 저감을 방지한다. 특히, 선(142)은 장치가 비작동 위치에 있을 경우의 파장의 함수로서의 투과(T(170))를 나타내고, 선(144)은 동일한 상태에서의 반사율(R(170))을 나타낸다. 마찬가지로, 선(146)은 장치가 작동 위치에 있을 경우의 파장의 함수로서의 투과(T(15))를 나타내고, 선(148)은 동일한 상태에서의 반사율(R(15))을 나타낸다.

이들 그래프로부터, 변조기 장치(130)는 작은 공기 간극(15㎚)을 지닌 채 작동 상태에 있을 경우 가시 파장에 대해서, 특히 약 800㎚ 이하의 파장에 대해서 고도로 투과성이라는 것을 알 수 있다. 보다 큰 공기 간극(170㎚)을 지닌 채 비작동 상태에 있을 경우, 상기 장치는 동일 파장에 대해서 대략 70% 반사성으로 된다. 이에 대해서, 적외 파장과 같은 보다 높은 파장의 반사 및 투과는 해당 장치의 작동에 의해 유의하게 변하지 않는다. 이와 같이 해서, 변조기 장치(130)는, 적외 투과/반사를 유의하게 변경하는 일없이, 광범위한 가시 파장의 투과/반사를 선택적으로 변경하는 데 이용될 수 있다. 도 10b로부터 알 수 있는 바와 같이, 적외광의 투과율은 MEMS 장치가 작동되는 경우 유의하게 변하지 않는 데, 그 이유는 작동 상태와 비작동 상태 간의 투과율 차이가 입사 적외광의 대략 10% 내에서 유지되기 때문이다. 변조기 장치 내의 층들을 구성하는 재료의 두께 혹은 종류를 변경함으로써, 이 작은 투과도 차이를 유지하는 한편 적외광의 전체적인 투과도를 증감시킬 수 있었다.

다른 실시형태에 있어서, 다수의 공기 간극을 지닌 변조기 장치가 제공된다. 도 11a는 이러한 변조기 장치(150)를 도시하고 있다. 해당 변조기 장치(150)는 제1전도성 층(158a)이 상부에 형성되어 있는 베이스 기판(156a)을 포함하는 하부 복합층(160a)을 포함한다. 지지층(156b), 제1광학층(152a) 및 제2전도성 층(158b)을 포함하는 중간 복합층(160b)은 제1공기 간극(154a)을 개재해서 하부 복합층(160a)으로부터 이간되어 있다. 상기 중간 복합층(160b) 위쪽에는, 상부 복합층(160c)이 지지층(156c), 제2광학층(152b) 및 제3전도성 층(158c)을 포함한다. 상기 상부 복합층(160c)은 제2공기 간극(154b)을 개재해서 중간 복합층(160b)으로부터 떨어져서 이간되어 있다.

특정 실시형태에 있어서, 기판(156a)은 유리를 포함할 수 있고, 지지층(156b), (156c)은 대략 10㎚ 두께의 이산화규소층을 포함할 수 있다. 전도성 층(158a), (158b), (158c)은 대략 10㎚ 두께의 층을 포함할 수 있다. 광학층(152a), (152b)은 대략 30㎚ 두께의 이산화티탄층을 포함할 수 있다. 도 11b는 두 상태에서의 파장 λ의 함수로서 이러한 변조기 장치(150)의 모델화된 투과율을 도시하고 있다. 선(164)은 붕괴된 상태에서의 투과율을 나타내며, 이때 공기 간극(162a), (162b)은 대략 0㎚의 높이를 지니고 복합층은 실질적으로 서로 접촉하고 있다. 선(166)은 공기 간극이 170㎚인 경우의 미붕괴 상태에서의 투과율을 나타내고 있다.

전술한 도 10a의 변조기 장치(140)의 특정 실시형태와 마찬가지로, 도 11a의 변조기 장치(150)의 특정 실시형태는 넓은 범위의 가시광에 대해서 높은 투과율을 지니는 상태와 대체로 동일 범위의 가시광에 대해서 높은 반사율을 지니는 상태 간에 전환될 수 있다. 변조기 장치(150)는 특정 파장 범위의 특정 투과율을 부여하는 다소 녹색을 띤 금 색조를 지닐 것이다. 이것은 적외 투과율을 유의하게 변경하는 일없이 수행될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 유전체 미러들이 서로에 대해서 이동가능한 변조기 장치를 제공할 수 있고, 도 12a는 이러한 변조기 장치(170)의 일례를 도시하고 있다. 변조기 장치(170)는 기판(176a), 전도성 층(178a) 및 유전체 광학층(172a)을 포함하는 하부 복합층(180a)을 포함한다. 유전체 광학층(172a)은 유전체 서브층(182a), (184b)을 포함할 수 있다. 변조기 장치(170)는 또한 공기 간극(174)을 개재해서 하부 복합층(180a)으로부터 이간된 상부 복합층(180b)을 포함한다. 상부 복합층(180b)은 기판(176b), 전도성 층(178b) 및 유전체 광학층(172b)을 포함할 수 있고, 해당 유전체 광학층 자체는 유전체 서브층(184b), (186b)을 포함할 수 있다.

특정 실시형태에서, 기판(176a), (176b)은 이산화규소를 포함할 수 있고, 전도성 층(178a), (178b)은 ITO를 포함할 수 있다. 유전체 광학층(172a), (172b)은 이산화규소의 서브층(184a), (184a)과 이산화티탄의 서브층(186a), (186a)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서는, 대안적인 재료가 이용될 수 있고, 추가의 서브층도 유전체 층 내에 포함될 수 있다. 특히, 각 유형의 단일의 서브층만이 간략화를 위해 각 유전체 층에 도시되어 있지만, 각 유형의 다수의 서브층이 대안적인 방법에서 배열될 수도 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 각 유형의 20개의 이러한 서브층이 유전체 층에 포함될 수 있지만, 각 유형의 하나 이상의 서브층이 이용될 수도 있다. 또한, 예시된 실시형태는 서로에 대해서 특정 위치에 서브층을 도시하고 있지만, 서로에 대한 유전체 서브층의 위치는 변조기 장치의 전체적인 광학적 특성에 유의하게 영향을 미치는 일없이 하나 이상의 유전체 미러에서 역적되어 있을 수도 있다.

도 12b는 이산화티탄 서브층의 두께가 55㎚이고, 이산화규소 서브층의 두께가 20㎚이며, 유전체 광학층(172a), (172b)이 20개의 이산화티탄 서브층과 20개의 이산화규소 서브층이 교차 방식으로 배열되어 있는 전술한 변조기 장치(170)의 특정 실시형태의 모델화된 투과 특성을 파장 λ의 함수로서 예시하고 있다. 또, ITO 층의 두께는 10㎚이고, 공기 간극은 비작동 상태에서 180㎚이고 작동 상태에서 10㎚이다. 특히, 도 12b는 작동 상태에서의 모델화된 투과(192)(T(10)) 및 비작동 상태에서의 모델화된 투과(194)(T(180))를 도시하고 있다. 유전체 미러의 단파장 영역 특성에 걸친 편차의 유의한 양이 있지만, 제1영역의 전체적인 투과가 대략 500㎚ 이상의 넓은 범위의 가시 및 적외 파장 범위에 대해서 높다(대략 80%)는 것을 알 수 있다. 또한, 작은 파장 범위 내의 편차의 첨예도에도 불구하고, 전체적인 효과는 다소 오렌지-적색을 띤 색조만을 지닌 변조기 장치일 것이다. 변조기 장치가 제2상태에 있을 경우, 투과는 대략 50%까지 저감된다. 단, 도면은, 약 550㎚ 이하의 가시 파장에 대해서, 모델화된 변조기 장치가 거의 100% 반사 혹은 투과를 부여하는 것은 도시되어 있지 않다.

이와 같이 해서 변조기 장치(170)는 가시 및 적외에서 대략 80% 투과로부터 가시 및 적외에서 대략 50% 투과까지 변화하는 능력을 지닌 장치를 제공한다. 또한, 본질적으로 각도 의존성은 없는 데, 그 이유는 응답이 넓은 범위의 파장에 대해서 실질적으로 일정하기 때문이다. 이와 같이 해서 시야각이 변화될 경우 일어나는 광로의 길이의 변화는 장치의 외관에 거의 영향을 미치지 않을 것이다. 이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 특정 범위의 파장의 투과의 보다 큰 저감이 바람직할 경우, 변조기 장치(170)는 원하는 수준의 투과를 얻기 위하여 추가의 변조기 장치와 함께 제공될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 추가의 변조기 장치는 소정의 특성을 지니는 고정된 막일 수 있고, 다른 실시형태에서는, 추가의 변조기 장치는 공기 간극을 통해 이동가능한 층을 지닌, 전술한 바와 같은 변조기 장치일 수 있다.

또한, 변조기 장치(170) 내의 유의한 흡수의 부족은 예를 들어 1 - 반사와 대략 동일한 투과율을 수득하는 것을 알 수 있다. 흡수의 부족은, 변조기 장치가 창 내에 내장되어 있는 경우 등과 같은 소정의 용도에서 유용한 것으로 입증될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 흡수성 재료는, 예를 들어, 심미적 혹은 다른 이유 여부에 따라 원하는 색조를 지닌 변조기 장치를 제공하는 데 이용될 수 있다.

소정의 실시형태에 있어서, 전술한 것과 같은 변조기 장치는 MEMS 제조 기술을 이용해서 제조될 수 있고, 이것은 또한 주택, 상업적 건물 등에 이용하기 위한 이중 창 패널 등과 같은 구조체 내에 편입될 수 있다. 도 13은 이러한 방법으로 제작된 변조기 장치를 포함하는 이중 창 패널(200)의 일례를 개략적으로 도시하고 있다. 특히, 이중 창 패널(200)은 소정의 실시형태에서 도 10a의 변조기 장치(130)와 실질적으로 유사할 수 있는 변조기 장치(208)를 포함하는 것을 알 수 있다. 변조기 장치(208)는 해당 변조기 장치(208)가 비작동 상태에 있을 경우 바람직한 공기 간극 높이를 유지하도록 해당 변조기 장치를 통해 지지 구조체 혹은 스페이서(202)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 변조기 장치(208)는, 예를 들어, 화학적 기상 증착 혹은 물리적 기상 증착 등의 기술을 이용해서 층들의 순차적인 증착을 통해 형성될 수 있다. 공기 간극은 증착 및 바람직한 두께의 희생층의 후속의 제거를 통해 형성될 수 있거나, 혹은 공기 간극을 형성하도록 포함된 지지 구조체와 함께 적층 수법에 의해 형성될 수도 있다. 지지 구조체(202)는 변조기 장치의 제조를 용이하게 하기 위하여 증착되고 패턴화된 유전체 재료를 포함할 수 있고, 지지층들 중 하나는 미리 형성된 기판보다는 오히려 이산화규소 등의 적절한 재료의 증착된 층을 포함할 수 있다.

도 14는 이러한 과정에 의해 형성된 부분 제작된 변조기 장치(210)를 예시하고 있다. 예시된 실시형태에서, 기판(204a)은 충분히 두껍게 되어 있어 변조기의 광학 특성에 최소의 영향을 준다. 이산화규소 등과 같은 적절한 재료의 층(136b)이 기판(204a) 상에 증착되고, 이어서 ITO 등과 같은 전도성 재료의 층(138b)과, 이산화티탄 혹은 고굴절률을 지닌 다른 재료 등과 같은 광학층(132b)이 증착된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 약 1.8보다 큰 굴절률을 지니는 재료가 이용될 수 있지만, 다른 실시형태에서는 1.9 이상의 굴절률을 지닌 재료 등과 같이, 보다 높은 굴절률을 지닌 재료가 이용될 수 있다. 광학층(132b) 위쪽에는 희생층(212)이 있고 해당 희생층을 통해 지지 구조체(202)가 연장되어 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 지지 구조체(202)는 희생층(212)의 증착 전에 형성될 수 있고, 해당 희생층은 지지 구조체(202) 위에 증착될 수 있고, 평탄화 재료를 포함할 수 있거나 혹은 원하는 높이까지 도로 에칭될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 희생층(212)은 지지 구조체보다 전에 형성되고, 패턴화되어 개구부를 형성하며, 나중에 이 개구부 내에 지지 구조체(202)가 형성된다. 공기 간극의 높이는 지지 구조체(202) 및 희생층(212)의 높이에 의해 영향받을 것이다.

이어서, 희생층(212)과 지지 구조체(202) 위에 광학층(132a), 전도성 층(138a) 및 지지층(136a)이 형성된다. 예시된 실시형태에서, 두꺼운 기판(204a)을 제외하고 하부층(136b), (138b), (132b)이 상부층(136a), (138a), (132a)의 거울상인 것을 알 수 있다. 상부의 전도성 층(138a)과 임의의 필요한 드라이버 혹은 작동 회로(도시 생략) 간의 전기 접속부는, 다수의 화소가 있을 경우, 변조기 장치의 주변부, 혹은 화소의 주변부에 형성될 수 있다. 희생층(212)은 변조기 장치(210)를 해방시키기 위하여, 이어서 에칭 공정 등에 의해 제거될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 작은 에칭 구멍이, 노출된 주변부뿐만 아니라 오히려 장치 전체에 걸쳐 희생층(212)에 대해서 에칭제에 의한 접근이 허용되도록 상부층(136a), (138a), (132a) 내에 형성될 수 있다.

대안적인 제조 수법이 이용될 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 각종 층이 기판 위에 미리 형성된 적층부를 적층함으로써 형성될 수도 있다. 스페이서는, 예를 들어, 소정의 직경의 유리 구체를 포함할 수 있고, 이들 구체는 변조기 장치 전체에 걸쳐서 이간되어 있다. 다른 실시형태에 있어서, 박막 증착과 적층의 조합을 이용해서 변조기 장치를 형성할 수 있다.

도 14의 변조기 장치(210)가 일단 도 13의 두 유리 패널(204a), (204b) 중 한쪽 상에 형성되면, 두 패널은 밀봉부(seal)(206)를 개재해서 서로 밀봉되어 도 13에 도시된 이중 창 패널(200)를 형성할 수 있다. 변조기 장치(130)와 대향 패널(204b) 사이의 공기 간극은 변조기 장치(130)의 높이보다 실질적으로 클 수 있고, 이와 같이 해서, 상기 대향 패널은 보호성 배면판으로서 역할하여, 변조기 장치(130)를 기계적 혹은 기타 간섭으로부터 보호할 것이다.

상기 설명한 바와 같이, 다수의 투과-개변 혹은 반사-개변 구조체가 서로 함께 제공되므로, 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 변조기 장치가 이중 창 패널(200)의 내부면의 각각에 형성될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 고정된 박막 적층부는 변조기 장치와 지지 기판 사이에 혹은 이중 창 패널의 또 다른 면 상에 설치될 수 있다. 임의의 적절한 변조기 장치가 상기 변조기 장치 대신에 형성될 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.

도 15는 제1변조기 장치(230)가 제1유리 패널(204a) 상에 형성되고, 제2장치(240)가 제2유리 패널 상에 형성되어 있는 창(220)의 이러한 실시형태를 도시하고 있다. 일 실시형태에 있어서, 제1변조기 장치(230)는 여기에 개시된 변조기 장치를 포함한다. 특정 실시형태에 있어서, 제1변조기 장치(230)는 도 12a의 변조기 장치(170)를 포함하고, 넓은 범위의 가시 및 적외선에 대해서 실질적으로 투과성인 상태와 넓은 범위의 가시 및 적외선에 대한 반사율이 증가되는 다른 상태 간에 전환될 수 있다.

제2장치(240)는 특정 실시형태에서 소정량의 입사광을 투과하는 장치를 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 상기 장치(240)는 소정량의 입사광을 흡수하는 장치를 포함할 수 있다. 특별한 실시형태에 있어서, 상기 장치(240)는 입사광에 대해서 실질적으로 투과성인 제1상태와 적어도 소정의 파장의 흡수가 증가되는 제2상태 간에 전환가능할 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 장치(240)는 바람직한 투과성, 반사성 혹은 흡수성 특성을 지닌 고정된 박막 적층부를 포함할 수 있다.

소정의 실시형태에 있어서, 부유입자장치(suspended particle device; SPD)는 투과 상태와 흡수 상태 간에 변경하는 데 이용될 수 있다. 이들 장치는, 광을 흡수 및/또는 확산시켜 "흐릿함"을 나타내도록, 인가된 전계의 부재시 랜덤하게 위치되어 있는 부유입자를 포함한다. 전계의 인가 시, 이들 부유 입자는 광을 통과시키는 구성으로 정렬된다. 다른 장치(240)는 유사한 기능을 지닐 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 유사한 기능을 지닌 간섭계 변조기 장치가 이용될 수도 있다.

이와 같이 해서, 장치(240)가 SPD 혹은 유사한 기능을 지닌 장치를 포함할 경우, 창(220)은 3개의 개별의 상태, 즉, 두 장치(230), (240)가 반사 상태인 반사 상태와, 장치(240)가 흡수 상태인 흡수 상태 간에 전환될 수 있다. 입사광에 대한 창(220)의 배향에 따라서, 장치(230)는 창(220)이 흡수 상태인 투과 상태에 있을 수 있고, 마찬가지로, 장치(240)는 창(220)이 흡수 상태에 있는 투과 상태에 있을 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 장치(240), (230)는 공기 간극에 의해 서로 이간된 다수의 이동식 층을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 상기 장치는 이동식 공기 간극에 의해 서로로부터 떨어져서 이간된 복수개의 유전체층을 포함할 수 있다. 상기 장치는 기판 상에 위치된 제1전도성 층, 및 유전체층 위에 놓인 제2전도성 층을 포함하는 상부 이동식 층을 포함할 수 있다. 제1전도성 층과 제2전도성 층 사이에는, 상기 장치가 비작동 상태에 있을 경우 균일한 거리만큼 서로 떨어져서 이간된 복수개의 이동식 유전체층이 있다. 제1전도성 층과 제2전도성 층 사이에 전압의 인가 시, 이동식 층은 붕괴되어 해당 이동식 층들 사이의 공간을 상당히 저감시킬 수 있다.

도 16에서 파장 λ(㎚)의 함수로서 도시된 광학 응답을 지닌 창(220)의 구체적인 실시형태에서, 장치(230), (240)는 약 20㎚의 두께를 지닌 ITO로 형성된 제1 및 제2전도성 층을 포함할 수 있다. 상부 이동식 층은 제2전도성 층과 약 52㎚의 두께를 지닌 하부의 이산화티탄층을 포함한다. 약 52㎚의 두께를 지닌 9개의 중간 이산화티탄층은 공기 간극에 의해 인접한 층들로부터 떨어져서 이간되어 있다. 비작동 상태에서, 장치(230)의 공기 간극은 약 500㎚이고, 장치(240)의 공기 간극은 약 330㎚이다. 최상부의 이동식 층을 기판 쪽으로 당기기 위하여 전압이 인가되는 경우, 두 장치(230), (240)의 공기 간극은 인접한 표면의 표면 조도로 인해 약 20㎚까지 붕괴된다.

도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 장치(230), (240)가 비작동 상태에 있을 경우, 입사 가시 및 적외광의 대략 50%가 장치를 통해 투과된다. 상기 두 장치가 비작동 상태인 경우 투과된 광은 (252)로 표시되어 있다. 장치가 해제되면, 해당 장치는 거의 완전한 광대역 미러로서 기능하여, 입사 가시 및 적외광의 거의 모두를 반사한다. 두 장치가 비작동 상태인 경우 광의 투과율은 (254)로 표시되어 있다. 이 실시형태는 장치(230), (240)가 개별의 패널 상에 있는 창(220)에 대해서 설명되어 있지만, 충분히 두꺼운 기판을 이용해서 단일 기판의 대향하는 측면 상에 장치(230), (240)를 지지하는 것도 가능하다.

변조기 장치가 정전기적으로 작동가능한 실시형태에 있어서, 공기 간극의 크기는 전술한 바와 같이 전도성 층에 전압을 인가함으로써 변경될 수 있으므로, 이들 층 중 하나 혹은 양쪽 모두가 이들 통해 이동하여 공기 간극을 붕괴시킬 수 있다. 변조기 장치를 작동시키는 데 필요로 하는 전압은, 이들로 제한되지는 않지만, 변조기 장치의 총 면적, 공기 간극의 높이 및 이동식 층의 유효 스프링 상수를 포함하는 각종 인자에 의존한다. 이동식 층의 유효 스프링 상수는 특히 층들 내의 잔류 인장 응력, 층들의 두께 및 조성, 그리고 변조기 장치 전체에 걸친 소정의 지지 구조체의 간격 등의 인자에 의존한다. 변조기 장치는 장치를 작동하는 데 필요한 전압이 전도성 층 사이에 위치된 재료의 유전체 파괴 강도보다 작게 되도록 구성될 수 있다. 이 수치는 이용된 특정 재료 및 층들의 두께에 유의하게 의존하여 변화될 수 있지만, 소정의 실시형태에 있어서, 작동 전압은 100V 이하이다.

소정의 실시형태에서 그의 표면을 가로질러 균일한 작용을 지닐 수 있기 때문에, 해당 변조기 장치는 디스플레이 장치로서 기능하는 데 필요한 해상도를 필요로 하지 않을 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 이중 창 패널은 단지 단일의 화소만을 효율적으로 포함할 수 있고, 이때 이동식 층 내의 전도성 층은 연속된 층(contiguous layer)을 포함하지만, 이것은 소정의 형상으로 패턴화될 수도 있다. 다른 실시형태에서 다수의 화소 유사 영역이 이용될 수 있지만, 이동식 전도성 층은 모든 부분의 작동 없이도 하나의 부분의 작동을 허용하는 다수의 개별 부분을 포함할 수도 있다. 작동 전압은 변조기의 면적에 무관하므로, 잔류 응력, 지지 간격 및 공기 간극 높이 등과 같은 주어진 파라미터에 대해서, 작동 전압은 소정 크기의 창이나 "화소"에 대해 실질적으로 일정할 것이다.

화소, 심지어 건축 상의 창 혹은 다른 물리적으로 커다란 제품의 전체적인 크기가 매우 클 수 있기 때문에, 지지 구조체는 디스플레이 장치에서처럼 단단히 포장될 필요는 없고, 여기서 지지 구조체는 화소를 규정하는 것을 도울 수 있고, 또한 200㎛ 이하의 정도로 서로 떨어져서 이간되어 있을 수 있다. 변조기 장치(130)의 일 실시형태에서, 예를 들어, 스페이서는 수 ㎜ 정도로 떨어져 있을 수 있으므로, 유효 스프링 상수, 따라서, 장치를 작동시키는데 요구되는 전압을 저감시킬 수 있다.

소정의 실시형태에 있어서, 변조기 장치는 두 가지의 개별적인 작동 상태와 비작동 상태에 의해 제공되는 것들 간의 반사율 혹은 투과율 수준을 지니는 그레이스케일 유사 효과(grayscale-like effect)를 제공하는 데 이용될 수 있다. 이러한 그레이스케일 유사 효과는 적어도 두 방식으로 제공될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 이러한 그레이스케일 효과를 제공하기 위하여 변조기 장치의 단지 일부분만이 주어진 시간에 작동되도록 공간 디터링이 이용될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 변조기 장치는 복수개의 독립적으로 제어가능한 영역을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 이들 영역은, 균일 혹은 반규칙적인 타일방식, 예를 들어, 바둑판, 삼각형, 육각형 혹은 기타 기하학적 패턴 등과 같이 복수개의 영역의 작동이 창의 전체 반사율 및/또는 투과율이 현저한 패턴을 생성하는 일없이 변경되는 것처럼 보이는 시각적 효과를 생성할 정도로 충분히 작은 크기를 지닐 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 이들 영역은 사용자-인식가능한 패턴을 수득, 예를 들어, "비쳐 보이는"(see through) 사이니지(signage)를 생성하거나 커다란 창을 위하여 "가상 멀리언"(virtual mullion)(분할기)을 제공하거나 하도록 작동될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 장치의 작동 및 비작동을 반복함으로써 시간 디터링(temporal dithering)이 이용되므로, 변조기 장치는 시간의 특정 퍼센트에만 투과성 및/또는 반사성이어서 유사한 그레이스케일 효과가 얻어진다. 이것은 또한 작은 영역의 이용과 함께 행해질 수도 있고, 소정의 실시형태에서는 영역의 바둑판 형상 패턴을 작동시키고 나서 비작동 영역을 작동 영역으로 전환시키거나 그 역으로 하거나 하는 등과 같이, 공간 디터링(temporal dithering)과 함께 행해질 수 있다..

소정 영역의 선택적인 작동도 다른 이유를 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 충분히 큰 창에 있어서, 입사광에 현재 노출되고 있는 부분 등과 같이, 창의 일부만을 작동시키는 한편, 차양이나 다른 구조체에 의해 그늘진 부분 등과 같은 다른 부분은 작동시키지 않는 것이 바람직할 수 있다.

소정의 실시형태에 있어서, 변조기 장치의 작동은 스위치를 통하는 등과 같이 사용자에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 해당 작동은 자동화되어 있을 수 있고, 시간에 의거할 수도 있다. 예를 들어, 상기 변조기는 여름철 동안 혹은 낮 동안 작동 위치에 있을 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 제어 회로에 접속된 센서는 변조기 장치가 작동될 때를 결정하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 입사광량 및/또는 입사광의 파장은 적외 반사율이 예를 들어 적외-감지 센서에 의거해서 필요한지의 여부, 또는 프라이버시 유리가 반사성으로 되는지 불투명으로 되는지의 여부를 결정할 수 있다. 상기 센서의 감도는, 예를 들어, 위에 놓인 필터의 이용을 통해 제어될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 예를 들어, 건물 내에서 발견되는 가시 및/또는 적외 에너지에 대해서 건물 외부에서의 가시 및/또는 적외 에너지를 비교하기 위하여 하나 이상의 센서가 창의 양쪽 상에 배치될 수 있다. 파장 의존성 혹은 선택성 등과 같은, 창 내의 변조기 장치(들)의 특성을 제어하기 위하여 적절한 제어 논리가 회로 내에 포함될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 센서는 창의 일부의 현재의 점등 조건을 결정하는데 이용될 수 있고, 이것은 따라서 그 부분의 상태를 독립적으로 제어할 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 본 명세서에 기재된 실시형태는 광범위한 구조체 혹은 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 장치는 주택 혹은 오피스 건물 등에서의 건축상의 창뿐만 아니라, 차창 및 투과도의 변경이 요망되는 기타 창, 예컨대, 안경 등을 비롯한, 임의의 크기의 창 내에 포함될 수 있다. 본 명세서에 기재된 소정의 실시형태의 박막 특성 때문에, 이러한 실시형태는 또한 소정량의 곡률을 지니는 창 혹은 기타 구조체 혹은 장치에 포함될 수도 있다.

이상의 상세한 설명은 다양한 실시예에 적용되는 본 발명의 새로운 특징들을 도시하고, 묘사하며, 지적하고 있지만, 예시된 장치 또는 방법의 형태나 상세한 설명에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변화들이 본 발명의 정신으로부터 벗어나는 일 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또, 인식하고 있는 바와 같이, 몇몇 특징들은 다른 것들과 분리되어 사용되거나 실행될 수도 있으므로, 본 발명은 여기에서 설명된 모든 특징들과 장점들을 제공하지 않는 형태 내에서 구현될 수도 있다.

100, 110, 120, 130, 140, 150, 170, 208, 210, 230: 변조기 장치
104, 114, 124, 154a, 154b, 162a, 162b, 174: 공기 간극
116a, 116b, 126a, 126b: 유리 기판
160a, 180a: 하부 복합층 160b: 중간 복합층
160c, 180b: 상부 복합층 200: 이중 창 패널
202: 스페이서(지지 구조체) 206: 밀봉부
212: 희생층

Claims (34)

1. 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 장치에 있어서,
   기판 위에 배치된 제1막 적층부(first film stack); 및
   상기 제1막 적층부로부터 간극을 두고 떨어져서 이간되어 있고, 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 제2막 적층부를 포함하되,
   상기 MEMS 장치는 상기 제2위치에서보다 상기 제1위치에서 실질적으로 많은 가시광을 투과하고, 상기 MEMS 장치는 해당 MEMS 장치가 상기 제1위치에 있을 경우 상기 제2위치에서와 실질적으로 동일한 양의 적외광을 투과하는 것인 MEMS 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 상기 제2위치에서보다 상기 제1위치에 있을 경우 입사 가시광의 적어도 약 50% 이상을 투과하는 것인 MEMS 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1위치에서 투과된 적외광과 상기 제2위치에서 투과된 적외광 간의 차이는 입사 적외광의 10% 이하인 것인 MEMS 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 적외광은 1.5 ㎛ 이하의 파장을 지닌 적외광을 포함하는 것인 MEMS 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1막 적층부는 제1전도성 층과 제1광학층을 포함하고, 상기 제2막 적층부는 제2전도성 층과 제2광학층을 포함하는 것인 MEMS 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학층은 약 1.8 이상의 굴절률을 지닌 재료를 포함하는 것인 MEMS 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학층은 약 1.9 이상의 굴절률을 지닌 재료를 포함하는 것인 MEMS 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학층은 이산화티탄, 산화납, 산화아연 및 이산화지르코늄의 1종 이상을 포함하는 것인 MEMS 장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2전도성 층은 연속된 층(contiguous layers)을 포함하는 것인 MEMS 장치.
10. 제1항에 있어서, 입사광의 실질적인 부분을 반사하도록 구성된 고정된 박막 적층부(fixed thin fim stack)를 추가로 포함하는 MEMS 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 고정된 박막 적층부는 입사 적외광의 실질적인 부분을 반사하도록 구성된 것인 MEMS 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 제1막 적층부와 상기 제2막 적층부 사이에 위치된 지지 구조체를 추가로 포함하는 MEMS 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 지지 구조체는 유리 구체(glass sphere)를 포함하는 것인 MEMS 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 상기 제2막 적층부의 일부가 상기 제1막 적층부를 향하여 독립적으로 이동가능한 적어도 하나의 영역을 포함하는 것인 MEMS 장치.
15. MEMS 장치에 있어서,
    기판 위에 배치된 제1막 적층부; 및
    상기 제1막 적층부로부터 공기 간극을 두고 떨어져서 이간되어 있고, 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 제2막 적층부를 포함하되,
    상기 MEMS 장치는 상기 제1위치에 있을 경우 상기 제2위치에서 투과되는 것보다 실질적으로 많은 가시광과 적외광을 투과하는 것인 MEMS 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2막 적층부는 유전체 미러(dielectic mirror)들을 포함하는 것인 MEMS 장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 상기 제1위치에 있을 경우 입사 적외광의 약 80% 이상을 투과하고, 상기 제2위치에 있을 경우 입사 적외광의 약 55% 이하를 투과하는 것인 MEMS 장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 상기 제1위치에 있을 경우 입사 가시광 및 적외광의 대략 20%를 반사하고 상기 제2위치에 있을 경우 입사 가시광 및 적외광의 대략 50%를 반사하는 부분적으로 반사성인 광대역 미러로서 기능하는 것인 MEMS 장치.
19. 제15항에 있어서, 상기 제1막 적층부와 상기 제2막 적층부 사이에 배치된 복수개의 중간층을 추가로 포함하는 MEMS 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1막 적층부는 ITO 층을 포함하고;
    상기 제2막 적층부는 이산화티탄층 위에 놓인 ITO 층을 포함하며;
    상기 복수개의 중간층은 복수개의 이산화티탄층을 포함하는 것인 MEMS 장치.
21. 제1유리층;
    상기 제1유리층과의 사이에 공동부(cavity)를 규정하도록 해당 제1유리층에 대해서 밀봉되어 있는 제2유리층; 및
    상기 제2유리층과 대면하고 있는 상기 제1유리층의 면 위에 배치된 MEMS 장치를 포함하되,
    상기 MEMS 장치는 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 이동식 층을 포함하며, 해당 MEMS 장치를 통해 투과된 적외선의 양은 상기 이동식 층의 위치에 좌우되는 것인 유리 패널(glass pane).
22. 제21항에 있어서, 상기 MEMS 장치에 입사되는 1.5㎛ 이하의 파장을 지닌 적외선의 실질적으로 모두가 반사되거나 투과되는 것인 유리 패널.
23. 제21항에 있어서, 상기 MEMS 장치는 상기 제1위치에서 적외광에 대해서 실질적으로 투과성인 것인 유리 패널.
24. 제23항에 있어서, 상기 MEMS 장치가 상기 제2위치에 있을 경우, 실질적으로 많은 입사 적외광이 상기 MEMS 장치에 의해 반사되는 것인 유리 패널.
25. 제21항에 있어서, 상기 유리층들 중 하나의 면 위에 혹은 당해 면에 인접해서 배치된 제2장치를 추가로 포함하고, 상기 장치는 입사광에 대해서 실질적으로 투과성인 제1상태와 입사광의 흡수가 증가되는 제2상태 사이에서 전환가능한 것인 유리 패널.
26. 제25항에 있어서, 상기 제2장치는 부유입자장치(suspended particle device; SPD)를 포함하는 것인 유리 패널.
27. 제21항에 있어서, 상기 MEMS 장치는
    상기 기판 위에 배치된 제1전도성 층; 및
    상기 제1전도성 층과 상기 이동식 층 사이에 배치된 복수개의 중간층을 포함하는 것인 유리 패널.
28. 제27항에 있어서, 상기 제1유리층에 대면하고 있는 상기 제2유리층의 면 위에 배치된 제2MEMS 장치를 추가로 포함하고, 해당 제2MEMS 장치는
    상기 기판 위에 배치된 제2전도성 층;
    제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 제2이동식 층; 및
    상기 제2이동식 층과 상기 제2전도성 층 사이에 배치된 복수개의 중간층을 포함하되,
    상기 MEMS 장치를 통해 투과된 적외선의 양이 상기 이동식 층의 위치에 좌우되는 것인 유리 패널.
29. 제28항에 있어서, 상기 유리 패널은 입사 가시광 및 적외광의 대략 50%가 반사되는 제1상태와 입사 가시광 및 적외광의 실질적으로 모두가 반사되는 제2상태 사이에서 전환가능한 것인 유리 패널.
30. 기판 위에 배치된 제1복합층; 및
    상기 제1복합층으로부터 공기 간극을 개재해서 이간되어 있고, 또한 상기 제1복합층을 향하여 이동가능한 제2복합층을 포함하되,
    상기 제1복합층은 제1전도성 층과 제1광학층을 포함하고,
    상기 제2복합층은 제2전도성 층과 제2광학층을 포함하며,
    상기 제1복합층을 향한 상기 제2복합층의 변위는 상기 MEMS 장치를 통한 적외광의 투과를 변화시키는 것인 MEMS 장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 제1복합층을 향한 상기 제2복합층의 이동은 또한 상기 MEMS 장치를 통한 가시광의 투과를 변화시키는 것인 MEMS 장치.
32. 제30항에 있어서, 상기 제2복합층은 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능하며, 상기 MEMS 장치는 상기 제1위치에 있을 경우 입사 적외광의 약 80% 이상을 투과하고 상기 제2위치에 있을 경우 입사 적외광의 약 55% 이하를 투과하는 것인 MEMS 장치.
33. 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학층은 유전체 미러를 포함하는 것인 MEMS 장치.
34. 투명 기판;
    상기 투명 기판 위에 혹은 해당 투명 기판에 인접하여 배치된 MEMS 장치;
    상기 기판 부근의 위치에서 입사광을 감지하도록 구성된 센서; 및
    상기 센서와 전기 통신하는 제어회로를 포함하되,
    상기 MEMS 장치는 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능한 이동식 층을 포함하고, 해당 장치는 입사광에 대해서 실질적으로 투과성인 제1상태와 입사광의 반사가 증가되는 제2상태 사이에 전환가능하며,
    상기 제어회로는 상기 센서의 상태에 적어도 부분적으로 의거해서 상기 MEMS 장치의 상태를 제어하는 것인 MEMS 시스템.

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