KR20150048848A - 전기기계 시스템 디바이스 - Google Patents

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KR20150048848A
KR20150048848A KR1020157007949A KR20157007949A KR20150048848A KR 20150048848 A KR20150048848 A KR 20150048848A KR 1020157007949 A KR1020157007949 A KR 1020157007949A KR 20157007949 A KR20157007949 A KR 20157007949A KR 20150048848 A KR20150048848 A KR 20150048848A
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KR1020157007949A
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에드워드 케이. 찬
빙 웬
천홍 김
존 에이치. 홍
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퀄컴 엠이엠에스 테크놀로지스, 인크.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity

Abstract

본 개시물은, 하나 또는 그 초과의 저장 커패시터들을 포함하는 전기기계 시스템 디바이스들에 대한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 일 양상에서, 디바이스는, 기판 구조, 기판 구조에 대하여 이동가능하도록 구성된 이동가능 엘리먼트, 및 적어도 하나의 스위치를 포함한다. 이동가능 엘리먼트는, 저장 커패시터를 형성하는, 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층을 포함한다. 스위치는 소스와 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하도록 구성된다.

Description

전기기계 시스템 디바이스{ELECTROMECHANICAL SYSTEMS DEVICE}
본 개시물은 전기기계 시스템(electromechanical system)들에 관한 것이다.
[0002] 전기기계 시스템들(EMS)은 전기 및 기계 엘리먼트들, 액추에이터들, 트랜스듀서들, 센서들, 광학 컴포넌트들 이를테면, 미러들 및 광학 필름들, 및 전자 기기들을 가지는 디바이스들을 포함한다. EMS 디바이스들 또는 엘리먼트들은 마이크로스케일(microscale)들 및 나노스케일(nanoscale)들을 포함하는 (그러나, 이에 제한되지 않음) 다양한 스케일들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 마이크로전기기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 디바이스들은 약 1 마이크론 내지 수백 마이크론 또는 그 초과의 범위의 크기들을 가지는 구조들을 포함할 수 있다. 나노전기기계 시스템(NEMS: nanoelectromechanical system) 디바이스들은, 예를 들어, 수백 나노미터들보다 더 작은 크기들을 포함하는, 1마이크론보다 더 작은 크기들을 가지는 구조들을 포함할 수 있다. 전기기계 엘리먼트들은 증착, 에칭, 리소그래피, 및/또는 증착된 재료 층들 및/또는 기판들의 일부들을 에칭하거나, 또는 층들을 추가하여 전기 및 전기기계 디바이스들을 형성하는 다른 마이크로머시닝 프로세스들을 사용하여 생성될 수 있다.
[0003] EMS 디바이스 중 한 타입이 간섭계 변조기(IMOD: interferometric modulator)로 칭해진다. IMOD 또는 간섭계 광 변조기라는 용어는 광학적 간섭의 원리들을 사용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 디바이스를 지칭한다. 일부 구현들에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트는 한 쌍의 도전성 플레이트들을 포함할 수 있는데, 이들 중 하나 또는 둘 다는, 완전히 또는 부분적으로, 투과성이며 그리고/또는 반사성일 수 있으며, 적절한 전기 신호의 인가 시에 상대적 운동(relative motion)이 가능할 수 있다. 예를 들어, 하나의 플레이트는 기판 위에 증착된, 기판 상에 증착된 또는 기판에 의해 지지되는 고정(stationary) 층을 포함할 수 있고, 다른 플레이트는 에어 갭에 의해 고정 층으로부터 분리되는 반사성 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있다. 다른 플레이트에 대한 하나의 플레이트의 위치는 IMOD 디스플레이 엘리먼트 상에 입사하는 광의 광학적 간섭을 변경시킬 수 있다. IMOD 기반 디스플레이 디바이스들은 광범위한 애플리케이션들을 가지며, 기존의 제품들을 개선하고, 새로운 제품들, 특히, 디스플레이 능력들을 가지는 제품들을 제조하는데 이용될 것으로 예상된다.
[0004] EMS 디바이스에서, 반사성 멤브레인은, 그 반사성 멤브레인에 커플링된 전극과 고정 전극 사이에 전압을 인가함으로써 작동 위치(actuated position)와 릴렉싱 위치(relaxed position) 사이에서 이동될 수 있다. 그러나, 이동가능 반사성 멤브레인으로부터의 전하 누설은 EMS 디바이스의 성능에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 디바이스의 리프레시 속도가 전하 누설에 의해 영향을 받을 수 있다. 이에 따라, 전하 누설의 임팩트를 감소시키고 EMS 디바이스들의 동작 성능을 개선시키기 위한 필요성이 존재한다.
[0005] 본 개시물의 시스템들, 방법들 및 디바이스들은 각각 몇몇 혁신적인 양상들을 가지며, 이들 중 어떠한 단일의 것도 본 명세서에 개시된 바람직한 속성들에 대해서 오로지 책임이 있는 것은 아니다.
[0006] 본 개시물에 설명된 요지의 하나의 혁신적인 양상은, 기판 구조, 이동가능 엘리먼트, 및 적어도 하나의 스위치를 포함하는 디바이스에서 구현될 수 있다. 이동가능 엘리먼트는 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층을 포함하고, 이동가능 엘리먼트는 기판에 일반적으로 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 도전 층들은 저장 커패시터를 형성한다. 적어도 하나의 스위치는 소스와 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하도록 구성된다.
[0007] 몇몇 구현들에서, 디바이스는, 저장 커패시터가 이동가능 엘리먼트에 전기적으로 커플링되고 그리고 적어도 이동가능 엘리먼트가 작동될 때 이동가능 엘리먼트에 전압을 제공하도록, 구성될 수 있다. 몇몇 구현들에서, 디바이스는 이동가능 엘리먼트와 기판 구조 사이에 배치된 광학 스택을 포함할 수 있다. 광학 스택은 부분적으로는 반사성이고 부분적으로는 투과성인 층을 포함할 수 있다. 광학 스택 및 이동가능 엘리먼트는 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 엘리먼트를 형성할 수 있다.
[0008] 몇몇 구현들에서, 적어도 하나의 스위치는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이동가능 엘리먼트는, 제 1 도전 층과 제 2 도전 층 사이에 배치된 유전체 층, 예를 들어, 20㎚와 4000㎚ 사이의 두께 치수를 갖는 실리콘 산화-질화물을 포함할 수 있다.
[0009] 본 개시물에 설명된 요지의 다른 혁신적인 양상은 디바이스를 형성하는 방법으로 구현될 수 있다. 이 방법은, 기판 구조를 형성하는 단계, 이동가능 엘리먼트를 형성하는 단계, 및 적어도 하나의 스위치를 형성하는 단계를 포함한다. 이동가능 엘리먼트는, 기판 구조에 일반적으로 수직인 방향으로 이동하도록 구성되고, 저장 커패시터를 형성하는 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층을 포함한다. 스위치는, 소스와 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하도록 구성된다.
[0010] 일부 구현들에서, 방법은 광학 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 이 광학 스택은 이동가능 엘리먼트와 기판 구조 사이에 배치된다. 적어도 하나의 스위치를 형성하는 단계는, 몇몇 양상들에서 박막 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0011] 본 개시물에서 설명된 요지의 다른 혁신적인 양상은, 전하를 저장하고 광을 반사시키기 위한 이동가능 수단을 포함하는 디스플레이 엘리먼트 및 기판 구조를 포함하는 전기기계 시스템을 포함하는 디바이스에서 구현될 수 있다. 광 반사 전하 저장 수단은, 기판 구조에 일반적으로 수직인 방향으로 적어도 제 1 작동 위치 및 릴렉싱 위치로 구동되도록 구성된다. 광 반사 전하 저장 수단은, 이동가능 수단이 작동되고 있는 동안 이동가능 수단의 적어도 하나의 도전 층에 전압을 제공하도록 구성된다. 이 디바이스는 또한 소스와 저장 커패시터 사이에서 전하의 흐름을 제어하기 위한 수단을 포함한다.
[0012] 일부 구현들에서, 전하를 저장하고 광을 반사시키기 위한 이동가능 수단은, 제 1 도전 층, 제 2 도전 층, 및 제 1 도전 층과 제 2 도전 층 사이의 유전체 층을 포함할 수 있다. 제 1 도전 층, 제 2 도전 층 및 유전체 층은 이동가능 저장 커패시터를 형성할 수 있다. 일부 구현들에서, 전하 제어 수단은, 적어도 하나의 스위치, 예를 들어, 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
[0013] 본 개시물에 설명된 요지의 하나 또는 그 초과의 구현들의 세부사항들은 첨부된 도면들 및 이하의 상세한 설명에서 설명된다. 본 개시물에 제공된 예시들은 EMS 및 MEMS-기반 디스플레이들에 관하여 주로 설명되지만, 본 명세서에 제공된 개념들은 액정 디스플레이들, 유기 발광 다이오드("OLED") 디스플레이들, 및 전계 방출 디스플레이들과 같은 다른 타입들의 디스플레이들에 적용할 수 있다. 다른 특징들, 양상들, 및 장점들은, 상세한 설명, 도면들, 및 청구항들로부터 명백하게 될 것이다. 후속하는 도면들의 상대적 치수들이 실척대로 도시되지 않을 수 있다는 점에 유의한다.
도 1은, 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 디스플레이 엘리먼트들의 시리즈들 또는 어레이에서 2개의 인접한 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 도시하는 등각도이다.
도 2는, IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3×3 엘리먼트 어레이들을 포함하는 IMOD 기반 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 나타내는 시스템 블록도이다.
도 3은, IMOD 디스플레이 엘리먼트에 대한 이동가능 반사 층 위치 대 인가된 전압을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가될 때 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 다양한 상태들을 나타내는 표이다.
도 5a 내지 도 5e는, IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 여러(varying) 구현들의 단면도들이다.
도 6은, IMOD 디스플레이 또는 디스플레이 엘리먼트에 대한 제조 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7e는, IMOD 디스플레이 또는 디스플레이 엘리먼트를 형성하는 프로세스에서 다양한 스테이지들의 단면도들이다.
도 8은, 액티브-매트릭스 IMOD 어레이의 일례에 대한 회로도를 도시한다.
도 9는, 디스플레이 엘리먼트들의 액티브-매트릭스 어레이의 일례의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10p는, 라인 10-10을 따라 취해진 도 9의 액티브-매트릭스 어레이를 형성하는 방법으로 다양한 스테이지들의 개략적인 단면들의 예시들을 도시한다.
도 11은, 디바이스를 형성하는 방법을 예시하는 흐름도의 일례를 도시한다.
도 12a는, 저장 커패시터를 포함하는 이동가능 엘리먼트들에 대한 그리고 저장 커패시터를 갖지 않는 이동 엘리먼트들에 대한 시간이 경과함에 따른 전압의 일례를 도시한다.
도 12b는, 고정 전극에 대해 측정된 위치를 갖는 도 12a의 이동가능 엘리먼트들에 대해 시간 경과에 따른 위치의 일례를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는, 복수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 나타내는 시스템 블록도들이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 부호들 및 표기들은 동일한 엘리먼트들을 표시한다.
[0029] 아래의 상세한 설명은 본 개시물의 혁신적인 양상들을 설명하기 위한 특정한 구현들에 관한 것이다. 그러나 당업자는 본원의 교시들이 다수의 상이한 방식들로 적용될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 설명된 구현들은, 동화상(이를테면, 비디오) 또는 정지 화상(이를테면, 스틸 이미지들)이든지 간에, 그리고 텍스트, 그래픽 또는 그림이든지 간에, 이미지를 디스플레이하도록 구성될 수 있는 임의의 디바이스, 장치 또는 시스템에서 구현될 수 있다. 더 구체적으로, 설명된 구현들이, 모바일 전화들, 멀티미디어 인터넷 인에이블 셀룰러 전화들, 모바일 텔레비전 수신기들, 무선 디바이스들, 스마트폰들, 블루투스
Figure pct00001
디바이스들, 휴대 보조 단말기(PDA)들, 무선 전자 메일 수신기들, 핸드-헬드 또는 휴대용 컴퓨터들, 넷북들, 노트북들, 스마트북들, 태블릿들, 프린터들, 복사기들, 스캐너들, 팩시밀리 디바이스들, GPS(global positioning system) 수신기들/네비게이터들, 카메라들, 디지털 미디어 플레이어들(이를테면, MP3 플레이어들), 캠코더들, 게임 콘솔들, 손목 시계들, 시계들, 계산기들, 텔레비전 모니터들, 플랫 패널 디스플레이들, 전자 판독 디바이스들(예를 들어, e-리더들), 컴퓨터 모니터들, 오토 디스플레이들(주행기록계 및 속도계 디스플레이들 등을 포함함), 조종석 컨트롤들 및/또는 디스플레이들, 카메라 뷰 디스플레이들(예컨대, 차량의 후방 뷰 카메라의 디스플레이), 전자 사진들, 전자 게시판들 또는 간판(sign)들, 프로젝터들, 건축(architectural) 구조들, 마이크로파들, 냉장고들, 스테레오 시스템들, 카세트 레코더들 또는 플레이어들, DVD 플레이어들, CD 플레이어들, VCR들, 라디오들, 휴대용 메모리 칩들, 세탁기들, 건조기들, 세탁기/건조기들, 주차요금 징수기들(parking meters), (이를테면, 비-전자기계 시스템(EMS) 애플리케이션들은 물론, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 애플리케이션들을 비롯한 전자기계 시스템(EMS) 애플리케이션들에서의) 패키징, 심미적 구조들(이를테면, 한점의 보석 또는 의류 상의 이미지들의 디스플레이) 및 다양한 EMS 디바이스들과 같은, (그러나, 이들에 제한되지 않음) 다양한 전자 디바이스들에 포함되거나 또는 이들과 연관될 수 있다는 점이 참작된다. 본원에서의 교시들은 또한, 전자 스위칭 디바이스들, 무선 주파수 필터들, 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 움직임-감지 디바이스들, 자력계들, 가전제품에 대한 관성 컴포넌트들, 가전제품 물건들의 부품들, 버랙터들, 액정 디바이스들, 전기영동 디바이스들, 구동 방식들, 제조 프로세스들, 및 전자 테스트 장비와 같은 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 비-디스플레이 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 따라서, 교시들은 도면들에 단독으로 도시한 구현들로 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 대신에, 당업자에게 쉽게 명백할 바와 같이, 넓은 응용가능성을 가진다.
[0030] 특정 구현들에서, 액티브-매트릭스 EMS 디바이스들은 적어도 하나의 저장 커패시터를 포함한다. 본 명세서에 이용된 바와 같이, 용어 "액티브-매트릭스(active-matrix)"는, 디바이스의 각각의 픽셀, 서브-픽셀, 또는 엘리먼트가 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 액티브 스위치를 이용하여 개별적으로 제어되는(또는 구동되는) EMS 디바이스를 지칭할 수 있다. 다시 말해서, 각각의 픽셀, 서브-픽셀, 또는 엘리먼트의 작동 상태는, 액티브 스위치를 이용하여 개별적으로 제어될 수 있다. EMS 디바이스는, 갭을 정의하기 위해, 기판 위에 배치된 광학 스택 및 광학 스택 위에 위치된 이동가능한 반사성 멤브레인(또한, 기계 층 또는 이동가능 엘리먼트로 본원에 지칭됨)을 포함할 수 있다. 광학 스택은, 고정 전극 및 하나 또는 그 초과의 유전체 층들을 포함할 수 있다. 이동가능 엘리먼트는, 전극을 포함할 수 있고, 이동가능 엘리먼트와 고정 전극 사이에 인가된 전압에 응답하여 갭 내에서 이동가능하다. 예를 들어, 이동가능 엘리먼트의 하나 또는 그 초과의 도전성 부분들은 이동가능 전극을 형성할 수 있다. 이동가능 전극은 도전 층의 이동가능 부분을 포함할 수 있고, 이 도전 층은 또한 이동가능 엘리먼트를 다른 이동불가(non-movable) 전기 컴포넌트에 전기적으로 커플링하는 이동불가 부분을 갖는다. 이동가능 전극과 고정 전극 사이의 전압차는, 이동가능 엘리먼트를 이동시킬 수 있는 정전기력을 발생시키도록 이용될 수 있다. 일부 구현들에서, 이동가능 엘리먼트는 제 2 도전 층으로부터 오프셋된 제 1 도전 층을 포함한다. 이러한 구현들에서, 제 1 또는 제 2 도전 층들은 이동가능 전극을 형성할 수 있다.
[0031] 일부 구현들에서, 전기적 및/또는 광학적 성능을 개선시키기 위해, EMS 디바이스는 디바이스의 광학적 비-액티브(non-active) 영역에 적어도 부분적으로 형성된 하나 또는 그 초과의 저장 커패시터들 및 액티브 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 비-액티브 영역들은, 광을 제공하는데 이용되지 않은, 디바이스 내 디스플레이 엘리먼트의 영역들, 예를 들어, 광을 수신하는 것으로부터 마스킹된 영역들 및 반사성 구조들 뒤에 있는 영역들을 포함할 수 있다. 통합된 저장 커패시터를 포함하는 EMS 디바이스는, 픽셀과 연관된 커패시턴스를 증가시킬 수 있고, 이에 의해 픽셀 누설을 감소시키고, 구동 전압을 감소시키고 그리고/또는 디스플레이의 이미지 리프레시를 개선시킬 수 있다. 이러한 저장 커패시터들은, 제 1 플레이트 또는 층, 제 2 플레이트 또는 층, 및 스페이서 층(예를 들어, 제 1 층과 제 2 층 사이에 배치된 유전체 층일 수 있음)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 이동가능 엘리먼트는 저장 커패시터의 제 1 및 제 2 층들 및 스페이서 층을 포함한다. 일부 구현들에서, 이동가능 층의 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층 중 하나는 저장 커패시터의 일 단부 및 이동가능 전극을 형성할 수 있고, 제 1 도전 층과 제 2 도전 층 중 다른 하나는 스위치에 전기적으로 커플링될 수 있는, 저장 커패시터의 제 2 단부를 형성할 수 있다. 저장 커패시터를 형성하기 위해 이동가능 엘리먼트의 층들을 이용하는 것은, 다수의 광학적 및/또는 전기적 기능들을 수행하기 위해 EMS 디바이스의 이전의 기존의 컴포넌트들을 활용함으로써 픽셀 어레이의 통합을 개선시킬 수 있으며, 이에 의해 픽셀 어레이 풋프린트를 감소시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 디스플레이 통합을 더 강화시키기 위해 액티브 스위치가 광학적 마스크 구조 위에 또한 형성된다.
[0032] 본 개시물에 설명된 요지의 특정 구현들은, 하나 또는 그 초과의 후술하는 잠재적인 이점들을 실현하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시물에 설명된 몇몇 구현들은, 디스플레이의 구동 전압을 감소시키고 그리고/또는 저장 커패시터를 생략하는 다른 액티브-매트릭스 디스플레이들과 같은 특정한 다른 구성들의 디스플레이들에 비해 픽셀 전류 누설의 임팩트들을 감소시킨다. 게다가, 일부 구현들은, 저장 커패시터를 갖지 않는 액티브-매트릭스 디스플레이들과 비교하여, 디스플레이의 이미지 리프레시 속도를 개선시킨다(즉, 디스플레이 상의 이미지가 저하하기 시작하기 전에 리프레시되어야만 하기 전의 시간의 길이를 증가시킨다). 즉, 누설을 감소시킴으로써, 저장 커패시터는 리프레시를 요구하지 않고 디스플레이 엘리먼트에 기록된 컬러 또는 이미지 데이터를 디스플레이 엘리먼트로 하여금 유지하는 것을 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 일부 구현들은 디스플레이의 컴포넌트들의 통합을 개선시키며, 이에 의해 자신의 구조에 대해 기존의 층들 중 어떠한 층도 이용하지 않는 별도의 컴포넌트로서 저장 커패시터가 부가되는 설계들과 비교하여 더 작은 다이 면적을 이용하여 디스플레이가 제조되도록 허용한다. 추가적으로, 일부 구현들은 디스플레이의 픽셀과 연관된 커패시턴스를 증가시키도록 이용될 수 있다. 일부 구현들은 저장 커패시터를 형성하기 위해 픽셀들을 형성하는데 이미 이용된 층들을 이용함으로써 제조 복잡도를 감소시키도록 이용될 수 있다. 일부 구현들은 어레이의 전력 소모를 감소시키고 그리고/또는 그렇지 않으면 어레이의 성능을 개선시키는데 이용될 수 있다. 게다가, 이동가능 엘리먼트의 일부로서 형성된 저장 커패시터를 구동 전압과 직렬로 놓음으로써, 이동가능 엘리먼트와 고정 전극 사이의 전기 갭은 이동가능 전극과 고정 전극 사이의 광학적 또는 물리적 갭 너머까지 확대될 수 있다. EMS 디바이스의 안정적인 범위의 움직임이 이 전기 갭의 1/3으로 제한될 수 있기 때문에, 일부 구현들에서, 광학적 또는 물리적 갭을 통한 안정적인 범위의 움직임은 확대될 수 있다. 이러한 방식으로, 본원에 설명된 구현들은, 전하 누설 영향들을 오프셋하기 위한 저장 커패시터를 포함하지 않는 다른 디바이스들, 또는 픽셀의 액티브 영역을 감소시키는 별도의 저장 커패시터를 포함하는 다른 디바이스들과 비교하여, 디바이스의 충전율(fill factor)에 부정적으로 영향을 주지 않으면서, 디스플레이 디바이스의 리프레시 속도, 전력 소모, 및 컬러 변화에 대한 전하 누설의 영향들을 개선시킬 수 있다.
[0033] 설명된 구현들이 적용될 수 있는 적합한 EMS 또는 MEMS 디바이스 또는 장치의 예로 반사성 디스플레이 디바이스가 있다. 반사성 디스플레이 디바이스는 광 간섭의 원리들을 사용하여 입사된 광을 선택적으로 흡수하고 그리고/또는 반사하기 위해 구현될 수 있는 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있다. IMOD 디스플레이 엘리먼트들은 부분 광 흡수기, 흡수기에 대하여 이동가능 반사기, 및 흡수기와 반사기 사이에 한정된 광학 공진 공동을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사기는 2개 또는 그 초과의 상이한 위치들로 이동될 수 있고, 이는 광학 공진 공동의 사이즈를 변화시켜, IMOD의 반사율에 영향을 미칠 수 있다. IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 반사 스펙트럼들(reflectance spectrums)은 가시 파장들에 걸쳐 시프트되어 상이한 컬러들을 생성할 수 있는 상당히 광범위한 스펙트럼 대역들을 생성할 수 있다. 스펙트럼 대역의 위치는 광학 공진 공동의 두께를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 광학 공진 공동을 변화시키는 일 방식은 흡수기에 대해 반사기의 위치를 변화시킴으로써 이루어진다.
[0034] 도 1은 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 디스플레이 엘리먼트들의 시리즈 또는 어레이의 두 인접한 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 도시한 등각도이다. IMOD 디스플레이 디바이스는 하나 또는 그 초과의 간섭계 EMS, 이를테면, MEMS 디스플레이 엘리먼트들을 포함한다. 이들 디바이스들에서, 간섭계 MEMS 디스플레이 엘리먼트들은 밝은(bright) 상태 또는 어두운(dark) 상태로 구성될 수 있다. 밝은("릴렉스(relaxed)", "개방(open)" 또는 "온(on)" 등) 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시광의 상당 부분을 반사한다. 반대로, 어두운("작동(actuated)", "폐쇄(closed)" 또는 "오프(off)" 등) 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시광을 거의 반사하지 않는다. MEMS 디스플레이 엘리먼트들은 블랙 앤 화이트(black 및 white) 이외에도 컬러 디스플레이를 가능하게 하는 특정한 광의 파장들에서 대부분 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 다수의 디스플레이 엘리먼트들을 사용함으로써, 회색 색조 및 원색들의 다양한 강도들이 달성될 수 있다.
[0035] IMOD 디스플레이 디바이스는 로우(row) 및 컬럼(column)으로 배열될 수 있는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이의 각 디스플레이 엘리먼트는, 에어 갭(또한 광학 갭, 공동 또는 광학 공진 공동으로 지칭됨)을 형성하기 위해, 서로로부터 가변적이고 제어가능한 거리에 위치된 적어도 한 쌍의 반사 및 부분 반사 층들, 이를테면, 이동가능 반사 층(즉, 기계적 층으로도 지칭되는 이동가능 층) 및 고정된 부분적 반사 층(즉, 고정 층)을 포함할 수 있다. 이동가능 반사 층은 적어도 2개의 위치들 사이에서 이동될 수 있다. 예를 들어, 제 1 위치에서, 즉, 릴렉스 위치에서, 이동가능 반사 층은 고정된 부분적 반사 층으로부터 떨어져서 위치될 수 있다. 제 2 위치, 즉, 작동 위치에서, 이동가능 반사 층은 부분적 반사 층에 더 가깝게 위치될 수 있다. 2개의 층들로부터 반사되는 입사광이 입사광의 파장(들) 및 이동가능 반사 층의 위치에 따라 보강적으로(constructively) 및/또는 상쇄적으로(destructively) 간섭할 수 있어, 각 디스플레이 엘리먼트에 대한 전반사(overall reflective) 또는 무반사(non-reflective) 상태를 생성한다. 일부 구현들에서, 디스플레이 엘리먼트는 비작동일 때 반사 상태에 있을 수 있어 가시 스펙트럼내의 광을 반사하며, 작동일 때 어두운 상태에 있을 수 있어, 가시 범위 내의 광을 흡수하고 그리고/또는 상쇄적으로 간섭한다. 그러나, 일부 다른 구현들에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트는 비작동일 때 어두운 상태에 있을 수 있고, 작동일 때 반사 상태에 있을 수도 있다. 일부 구현들에서, 인가 전압의 도입이 디스플레이 엘리먼트들을 구동하여 상태들을 변화시킬 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 인가 전하가 디스플레이 엘리먼트들을 구동하여 상태들을 변화시킬 수 있다.
[0036] 도 1의 어레이의 도시된 부분은 IMOD 디스플레이 엘리먼트들(12)의 형태인 2개의 인접한 간섭계 MEMS 디스플레이 엘리먼트들을 포함한다. (도시된 바와 같이) 우측의 디스플레이 엘리먼트(12)에서, 이동가능 반사 층(14)은 광학 스택(16) 근처의, 이에 인접한 또는 이에 접촉한 작동 위치에 도시된다. 우측의 디스플레이 엘리먼트(12)에 걸리게 인가된 전압(Vbias)은 작동 위치로 이동가능 반사 층(14)을 이동 및 또한 유지하기에 충분하다. (도시된 바와 같이) 좌측의 디스플레이 엘리먼트(12)에서, 이동가능 반사 층(14)은, 부분적 반사 층을 포함하는 광학 스택(16)으로부터 떨어진 (떨어진 거리는 설계 파라미터에 기반하여 미리결정될 수 있음) 릴렉스 위치에 도시되어 있다. 좌측의 디스플레이 엘리먼트(12)에 걸리게 인가된 전압(V0)은 우측의 디스플레이 엘리먼트(12)의 이동가능 반사 층(14)과 같이 이동가능 반사 층(14)이 작동 위치로 작동하게 하기에는 불충분하다.
[0037] 도 1에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트(12)의 반사 특성들은 일반적으로, IMOD 디스플레이 엘리먼트들(12) 상에 입사하는 광(13), 및 좌측의 디스플레이 엘리먼트(12)로부터 반사하는 광(15)을 나타내는 화살표들로 예시된다. 디스플레이 엘리먼트들(12)상에 입사하는 대부분의 광(13)이 투명 기판(20)을 투과해서 광학 스택(16) 쪽으로 향할 수 있다. 광학 스택(16) 상에 입사하는 광의 일부가 광학 스택(16)의 부분적 반사 층을 투과할 것이고, 일부는 투명 기판(20)을 통해 다시 반사될 수 있다. 광학 스택(16)을 투과한 광(13)의 일부는 다시 투명 기판(20)을 향해 (그리고 이를 통해) 이동가능 반사 층(14)으로부터 반사될 수 있다. 광학 스택(16)의 부분적 반사 층으로부터 반사되는 광과 이동가능 반사 층(14)으로부터 반사되는 광 사이의 간섭(보강 및/또는 상쇄)은 디바이스의 뷰잉 또는 기판 측 상의 디스플레이 엘리먼트(12)로부터 반사된 광(15)의 파장(들)의 강도를 부분적으로 결정할 것이다. 일부 구현들에서, 투명 기판(20)은 유리 기판(때때로 유리 플레이트 또는 패널로 지칭됨)일 수 있다. 유리기판은 예를 들어, 붕규산 유리, 소다 석회 유리, 석영, 파이렉스(Pyrex) 또는 다른 적절한 유리 재료이거나 이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 유리 기판은 0.3, 0.5 또는 0.7 밀리미터의 두께를 가질 수 있지만, 일부 구현들에서 유리 기판은 (수 십 밀리미터 같이) 더 두껍거나 (0.3 밀리미터 미만과 같이) 더 얇을 수 있다. 일부 구현들에서, 비유리 기판, 이를테면 폴리 카보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 기판이 사용될 수 있다. 이러한 구현에서, 비유리 기판은 아마도 0.7 밀리미터 미만의 두께를 가질 수 있지만, 기판은 설계 고려사항들에 따라 더 두꺼울 수 있다. 일부 구현들에서, 불투명 기판, 이를테면, 금속 호일 또는 스테인리스 스틸계 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 부분적으로 투과적이고 부분적으로 반사적인 이동가능 층 및 고정 반사 층을 포함하는 리버스-IMOD 기반 디스플레이가 도 1의 디스플레이 엘리먼트들(12)로서 기판의 대향 측으로부터 뷰잉되도록 구성될 수 있고 불투명 기판에 의해 지지될 수 있다.
[0038] 광학 스택(16)은 단일 층 또는 여러 층들을 포함할 수 있다. 층(들)은 전극 층, 부분적 반사 및 부분적 투과 층 및 투명 유전체 층 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은 전기적으로 도전성이고, 부분적으로 투명하고, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어, 상기 층들 중 하나 또는 그 초과를 투명 기판(20)상에 증착함으로써 제조될 수 있다. 전극 층은 다양한 재료들, 예컨대 다양한 금속들, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)로부터 형성될 수 있다. 부분적 반사 층은, 다양한 금속들(예를 들어, 크롬 및/또는 몰리브덴), 반도체들 및 유전체들과 같이 부분적으로 반사성인 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 부분적 반사 층은 재료들의 하나 또는 그 초과의 층들로 형성될 수 있고, 층들 각각은 단일 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)의 특정 부분들은 부분적 광 흡수기(optical absorber) 및 전기 도체 둘 다로서 역할을 하는 금속 또는 반도체의 단일 반투명 두께를 포함할 수 있지만, (예를 들어, 광학 스택(16) 또는 디스플레이 엘리먼트의 다른 구조들의) 서로 다른, 전기적으로 더욱 도전성인 층들 또는 부분들이 IMOD 디스플레이 엘리먼트들 사이에서 신호들을 버싱(bus)하는 역할을 할 수 있다. 광학 스택(16)은 또한 하나 또는 그 초과의 도전 층들 또는 전기적으로 도전성/부분적으로 흡수성인 층을 커버하는 하나 또는 그 초과의 절연 또는 유전체 층들을 포함할 수 있다.
[0039] 일부 구현들에서, 광학 스택(16)의 층(들) 중 적어도 일부는 병렬 스트립들로 패터닝될 수 있고, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 디스플레이 디바이스에서 로우 전극들을 형성할 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 용어 "패터닝(patterned)"은 에칭 프로세스들 뿐만 아니라 마스킹을 지칭하는 것으로 본원에서 사용된다. 일부 구현들에서, 알루미늄(Al)과 같은 높은 도전성 및 반사성 재료가 이동가능 반사 층(14)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 디스플레이 디바이스에서 컬럼 전극들을 형성할 수 있다. 이동가능 반사 층(14)은 증착된 금속 층 또는 금속 층들의 일련의 평행한 스트립들(광학 스택(16)의 로우 전극들에 직교함)로서 형성되어, 지지부들, 이를테면, 도시된 포스트들(18)의 상부에 증착된 컬럼들 및 포스트들(18) 사이에 위치된 중간 희생 재료를 형성할 수 있다. 희생 재료가 에칭될 때, 이동가능 반사 층(14)과 광학 스택(16) 사이에, 한정된 갭(19), 또는 광학 공동이 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 포스트들(18) 사이의 간격(spacing)은 대략 1 내지 1000㎛일 수 있지만, 대략적으로 갭(19)은 10,000 옹스트롬(Å) 미만일 수 있다.
[0040] 일부 구현들에서, 작동 상태이든 또는 릴렉스 상태이든 간에, 각각의 IMOD 디스플레이 엘리먼트는 고정 및 이동 반사 층들에 의해 형성된 커패시터로 간주될 수 있다. 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 이동가능 반사 층(14)은 이동가능 반사 층(14)과 광학 스택(16) 사이에 갭(19)을 가진 채로, 도 1의 좌측의 디스플레이 엘리먼트(12)에 의해 예시되어 있는 바와 같이, 기계적으로 릴렉스 상태로 유지된다. 그러나, 전위차, 즉, 전압이 선택된 로우 및 컬럼 중 적어도 하나에 인가될 때, 대응하는 디스플레이 엘리먼트에서 로우 및 컬럼 전극들의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력들은 전극들을 서로 끌어당긴다. 인가 전압이 임계치를 초과하면, 이동가능 반사 층(14)은 변형되어 광학 스택(16) 근처로 또는 광학 스택(16)과 맞닿게 이동할 수 있다. 광학 스택(16)내의 유전체 층(미도시)은, 도 1의 우측의 작동된 디스플레이 엘리먼트(12)에 의해 예시된 바와 같이, 층들(14 및 16) 간의 단락을 방지하고 이들 간의 분리 거리를 제어할 수 있다. 이 작동(behavior)은 인가된 전위차의 극성에 관계없이 동일할 수 있다. 일부 경우들에서, 어레이에서의 일련의 디스플레이 엘리먼트들을 "로우" 또는 컬럼"으로 칭할 수 있지만, 당업자는 일 방향을 "로우"로 칭하고 다른 방향을 "컬럼"으로 칭하는 것이 임의적이라는 것을 쉽게 이해할 것이다. 다시 말해, 일부 배향들에서, 로우들은 컬럼들로 고려될 수 있고, 컬럼들은 로우들로 고려될 수 있다. 일부 구현들에서, 로우들이 "공통" 라인들로 지칭될 수 있고 컬럼들이 "세그먼트" 라인들로 지칭될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 디스플레이 엘리먼트들은 직교 로우들 및 컬럼들("어레이")로 균일하게 배열될 수 있거나, 예를 들어, 서로에 관하여 특정한 위치 오프셋들을 갖는 비선형 구성들("모자이크")로 배열될 수 있다. 용어들 "어레이" 및 "모자이크"는 각 구성을 지칭할 수 있다. 따라서, 디스플레이가 "어레이" 또는 "모자이크"를 포함하는 것으로 지칭되더라도, 엘리먼트들 자체가, 어느 경우에 있어서는, 서로 직교로 배열되거나 균일한 분포로 배치될 필요가 없지만, 비대칭 형상들 및 불균일하게 분포된 엘리먼트들을 갖는 배열들을 포함할 수 있다.
[0041] 도 2는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3 엘리먼트 × 3 엘리먼트 어레이를 갖는 IMOD 기반 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 나타내는 시스템 블록도이다. 전자 디바이스는 하나 또는 그 초과의 소프트웨어 모듈들을 실행하도록 구성될 수 있는 프로세서(21)를 포함한다. 운영 시스템의 실행에 부가하여, 프로세서(21)는 웹 브라우저, 전화 애플리케이션, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 애플리케이션을 포함하는 하나 또는 그 초과의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수 있다.
[0042] 프로세서(21)는 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성될 수 있다. 어레이 드라이버(22)는 신호들을 예를 들어, 디스플레이 어레이 또는 패널(30)에 제공하는 로우 드라이버 회로(24) 및 컬럼 드라이버 회로(26)를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 IMOD 디스플레이 디바이스의 단면이 도 2의 라인 1-1에 의해 도시된다. 도 2가 명확화를 위해 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 3×3 어레이를 도시하지만, 디스플레이 어레이(30)는 매우 많은 수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 컬럼들에서와는 상이한 수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 로우들에서 가질 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
[0043] 도 3은 IMOD 디스플레이 엘리먼트에 대한 이동가능 반사 층 위치 대 인가 전압을 나타내는 그래프이다. IMOD들의 경우, 로우/컬럼(즉, 공통/세그먼트) 기록 절차는 도 3에 도시된 바와 같이 디스플레이 엘리먼트들의 이력 특성을 이용할 수 있다. 하나의 예시적인 구현에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트는 이동가능 반사 층 또는 미러로 하여금 릴렉스 상태로부터 작동 상태로 변화되게 하기 위해 약 10-볼트의 전위차를 사용할 수 있다. 전압이 그 값으로부터 감소될 때, 이동가능 반사 층은 전압이 다시, 이 예에서는, 10 볼트 미만으로 강하되는 경우 자신의 상태를 유지하지만, 이동가능 반사 층은 전압이 2 볼트 미만으로 강하할 때까지는 완전히 릴렉스하지 않는다. 따라서, 엘리먼트가 릴렉스 상태 또는 작동 상태 중 어느 하나에서 안정한 인가 전압의 윈도우가 있는 전압 범위가 존재하며, 도 3의 예에서는 대략 3 - 7 볼트이다. 이를 본원에서는, "이력 윈도우(hysteresis window)" 또는 "안정성 윈도우(stability window)"로 지칭한다. 도 3의 이력 특징들을 갖는 디스플레이 어레이(30)에 대해, 로우/컬럼 기록 절차는 한번에 하나 또는 그 초과의 로우들을 어드레싱하도록 설계될 수 있다. 따라서, 이러한 예에서, 주어진 로우의 어드레싱 동안, 어드레싱된 로우에서 작동될 디스플레이 엘리먼트들은 약 10 볼트의 전압차에 노출될 수 있고, 릴렉스될 디스플레이 엘리먼트들은 거의 제로 볼트의 전압차에 노출될 수 있다. 어드레싱 이후에, 디스플레이 엘리먼트들은, 이 예에서는 대략 5 볼트의 바이어스 전압차 또는 정상 상태에 노출될 수 있어서, 이들은 이전에 스트로빙된(strobed) 또는 기록된 상태를 유지하게 된다. 본 예에서, 어드레싱된 이후에, 각 디스플레이 엘리먼트는 약 3 내지 7 볼트의 "안정성 윈도우"내에서의 전위차를 겪는다(see). 이러한 이력 특성 특징은 IMOD 디스플레이 엘리먼트 설계가 동일한 인가 전압 조건들하에서 작동 또는 릴렉스 기존 상태에서 안정하게 유지될 수 있게 한다. 작동 상태에 있든지 또는 릴렉스 상태에 있든지 간에, 각 IMOD 디스플레이 엘리먼트가 고정 또는 이동 반사 층들에 의해 형성된 커패시터로서 역할을 하기 때문에, 이러한 안정한 상태는 실질적으로 전력을 소모하거나 손실하지 않고 이력 윈도우내의 정상 전압에서 홀딩될 수 있다. 더욱이, 인가 전압 전위가 실질적으로 고정되어 유지되는 경우, 본질적으로 디스플레이 엘리먼트로 전류가 거의 흐르지 않거나 또는 전혀 흐르지 않는다.
[0044] 일부 구현들에서, 주어진 로우에서의 디스플레이 엘리먼트들의 상태에 대한 (만약 있다면) 원하는 변화에 따라, 이미지 프레임은 컬럼 전극들의 세트에 따라 "세그먼트" 전압들의 형태로 데이터 신호들을 인가함으로써 생성될 수 있다. 어레이의 각 로우가 차례로 어드레싱될 수 있어서, 프레임은 한번에 하나의 로우씩 기록된다. 제 1 로우에서의 디스플레이 엘리먼트들에 원하는 데이터를 기록하기 위해, 제 1 로우에서의 디스플레이 엘리먼트들의 원하는 상태에 대응하는 세그먼트 전압들이 컬럼 전극들상에 인가될 수 있고, 특정한 "공통" 전압 또는 신호 형태의 제 1 로우 펄스가 제 1 로우 전극에 인가될 수 있다. 그 후, 세그먼트 전압들의 세트는 제 2 로우에서의 디스플레이 엘리먼트들의 상태에 대한 (만약 있다면) 원하는 변화에 대응하도록 변화될 수 있고, 제 2 공통 전압이 제 2 로우 전극에 인가될 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 로우에서의 디스플레이 엘리먼트들은 컬럼 전극들을 따라 인가된 세그먼트 전압들에서의 변화에 의해 영향을 받지 않아, 이들은 제 1 공통 전압 로우 펄스 동안 설정된 상태로 유지된다. 이러한 프로세스는 순차적 방식으로 전체 일련의 로우들 또는 대안으로는 컬럼들에 대해 반복되어 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 프레임들은 초당 원하는 임의의 수의 프레임들씩 이러한 프로세스를 연속적으로 반복함으로써 새로운 이미지 데이터로 리프레시되고 그리고/또는 업데이트될 수 있다.
[0045] 각 디스플레이 엘리먼트에 걸리게 인가된 세그먼트 및 공통 신호들의 조합(즉, 각 디스플레이 엘리먼트 또는 픽셀에 걸리는 전위차)은 각 디스플레이 엘리먼트의 결과적인 상태를 결정한다. 도 4는 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가될 때 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 다양한 상태들을 나타내는 표이다. 당업자에 의해 용이하게 이해될 수 있듯이, "세그먼트" 전압들은 컬럼 전극들 또는 로우 전극들 중 어느 한 쪽에 인가될 수 있고, "공통" 전압들은 컬럼 전극들 또는 로우 전극들 중 다른 한 쪽에 인가될 수 있다.
[0046] 도 4에 예시되어 있는 바와 같이, 해제 전압(release voltage)(VCREL)이 공통 라인을 따라 인가될 때, 공통 라인을 따르는 모든 IMOD 디스플레이 엘리먼트들은 세그먼트 라인들을 따라 인가된 전압, 즉, 높은 세그먼트 전압(VSH) 및 낮은 세그먼트 전압(VSL)에 관계없이, 대안으로는 해제 또는 비작동 상태로 지칭되는 릴렉스 상태에 놓일 것이다. 특히, 해제 전압(VCREL)이 공통 라인을 따라 인가될 때, 변조기 디스플레이 엘리먼트들 또는 픽셀들에 걸리는 전위 전압(대안으로는, 디스플레이 엘리먼트 또는 픽셀 전압으로 지칭됨)은, 높은 세그먼트 전압(VSH) 및 낮은 세그먼트 전압(VSL)이 그 디스플레이 엘리먼트에 대한 대응하는 세그먼트 라인을 따라 인가되는 경우 모두 릴렉스 윈도우(도 3을 참조, 또한 해제 윈도우로 지칭됨)내에 있을 수 있다.
[0047] 높은 홀드 전압(VCHOLD _H) 또는 낮은 홀드 전압(VCHOLD _L)과 같은 홀드 전압이 공통 라인상에 인가될 때, 공통 라인을 따라 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 상태는 일정하게 유지될 것이다. 예를 들어, 릴렉스 IMOD 디스플레이 엘리먼트는 릴렉스 위치에서 유지될 것이고, 작동된 IMOD 디스플레이 엘리먼트는 작동 위치에서 유지될 것이다. 홀드 전압들은, 높은 세그먼트 전압(VSH) 및 낮은 세그먼트 전압(VSL)이 대응하는 세그먼트 라인을 따라 인가되는 경우 모두 디스플레이 엘리먼트 전압이 안정성 윈도우내에서 유지되도록 선택될 수 있다. 따라서, 이 예에서 세그먼트 전압 스윙(swing)은 높은 세그먼트 전압(VSH)과 낮은 세그먼트 전압(VSL) 사이의 차이며, 포지티브 또는 네거티브 안정성 윈도우 중 어느 하나의 폭 미만이다.
[0048] 높은 어드레싱 전압(VCADD _H) 또는 낮은 어드레싱 전압(VCADD _L)과 같은 어드레싱 또는 작동 전압이 공통 라인상에 인가될 때, 데이터가 각각의 세그먼트 라인들을 따른 세그먼트 전압들의 인가에 의해 공통 라인을 따라 변조기들에 선택적으로 기록될 수 있다. 세그먼트 전압들은, 작동이 인가된 세그먼트 전압에 따르도록 선택될 수 있다. 어드레싱 전압이 공통 라인을 따라 인가될 때, 하나의 세그먼트 전압의 인가는 안정성 윈도우내에서 디스플레이 엘리먼트 전압을 발생시켜, 디스플레이 엘리먼트로 하여금 비작동을 유지하게 할 것이다. 그에 반해, 다른 세그먼트 전압의 인가는 안정성 윈도우를 넘는 디스플레이 엘리먼트 전압을 발생시켜, 디스플레이 엘리먼트의 작동을 발생시킬 것이다. 작동을 초래하는 특정한 세그먼트 전압은 어느 어드레싱 전압이 사용되는지에 따라 변할 수 있다. 일부 구현들에서, 높은 어드레싱 전압(VCADD _H)이 공통 라인을 따라 인가될 때, 높은 세그먼트 전압(VSH)의 인가는 변조기로 하여금 그것의 현재 위치에서 유지되게 할 수 있고, 낮은 세그먼트 전압(VSL)의 인가는 변조기의 작동을 초래할 수 있다. 그 결과, 세그먼트 전압들의 영향은 낮은 어드레싱 전압(VCADD _L)이 인가될 때 반대가 될 수 있는데, 높은 세그먼트 전압(VSH)은 변조기의 작동을 초래하고, 낮은 세그먼트 전압(VSL)은 변조기의 상태에 실질적으로 어떠한 영향도 주지 않는다(즉, 안정상태를 유지한다).
[0049] 일부 구현들에서, 변조기들에 걸쳐 동일한 극성의 전위차를 생성하는 홀드 전압들, 어드레스 전압들, 및 세그먼트 전압들이 사용될 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 변조기들의 전위차의 극성을 때때로 교번시키는 신호들이 사용될 수 있다. 변조기들에 걸친 극성의 교번(즉, 기록 절차들의 극성의 교번)은 단일 극성의 반복된 기록 동작들 이후에 발생할 수 있는 전하 축적을 감소시키거나 억제할 수 있다.
[0050] IMOD 디스플레이들 및 디스플레이 엘리먼트들의 구조의 상세사항들은 광범위하게 변할 수 있다. 도 5a 내지 도 5e는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 여러(varying) 구현들의 단면도들이다. 도 5a는 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 단면도이고, 여기서, 금속 재료의 스트립은 기판(20)으로부터 일반적으로 직교하게 연장되는 지지부들(18) 상에 증착되어 이동가능 반사 층(14)을 형성한다. 도 5b에서, 각 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 이동가능 반사 층(14)은 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 형상이고, 테더(tether)(32)들을 통해, 코너들에 있는 또는 그 근처에 있는 지지부들에 부착된다. 도 5c에서, 이동가능 반사 층(14)은 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 형상이고, 플렉시블 금속(flexible metal)을 포함할 수 있는 변형가능 층(34)으로부터 현수(suspend)되어 있다. 변형가능 층(34)은 직접적으로 또는 간접적으로, 이동가능 반사 층(14)의 주변부 주위에서 기판(20)에 연결될 수 있다. 본원에서, 이들 연결들은 "통합된" 지지부들 또는 지지 포스트들(18)의 구현으로 지칭된다. 도 5c에 도시된 구현은, 이동가능 반사 층(14)의 광학적 기능들을 이들의 기계적 기능들로부터 분리함으로써 유도되는 추가의 이점들을 갖는데, 기계적 기능은 변형가능 층(34)에 의해 수행된다. 이러한 분리는 이동가능 반사 층(14)에 대해 사용되는 구조적 설계 및 재료들 그리고 변형가능 층(34)에 대해 사용되는 구조적 설계 및 재료들이 서로 독립적으로 최적화되게 한다.
[0051] 도 5d는 이동가능 반사 층(14)이 반사 서브-층(14a)을 포함하는 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 다른 단면도이다. 이동가능 반사 층(14)은 지지 포스트들(18)과 같은 지지 구조상에 놓인다. 지지 포스트들(18)은 예시된 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 광학 스택(16)의 일부일 수 있는 하부 고정 전극으로부터 이동가능 반사 층(14)의 분리를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이동가능 반사 층(14)이 릴렉스 위치에 있을 때 갭(19)이 이동가능 반사 층(14)과 광학 스택(16) 사이에 형성된다. 이동가능 반사 층(14)은 또한, 전극으로 역할을 하도록 구성될 수 있는 도전 층(14c) 및 지지 층(14b)을 포함할 수 있다. 본 예에서, 도전 층(14c)은 기판(20)으로부터 먼(distal) 지지 층(14b)의 일측 상에 배치되고, 반사 서브층(14a)은 기판(20)에 가까운 지지 층(14b)의 다른 측 상에 배치된다. 일부 구현들에서, 반사 서브층(14a)은 도전성일 수 있고 지지 층(14b)과 광학 스택(16) 사이에 배치될 수 있다. 지지 층(14b)은 유전체 재료, 예를 들어, 실리콘 산질화물(SiON) 또는 실리콘 이산화물(SiO2)의 하나 또는 그 초과의 층들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지 층(14b)은 예를 들어, SiO2/SiON/SiO2 삼중층(tri-layer) 스택과 같은 층들의 스택일 수 있다. 반사 서브-층(14a) 및 도전 층(14c) 중 어느 하나 또는 둘 다는, 예를 들어, 약 0.5% 구리(Cu)를 갖는 알루미늄(Al) 합금, 또는 다른 반사성 금속 재료를 포함할 수 있다. 유전체 지지 층(14b) 위 아래에 도전 층들(14a 및 14c)을 채용하는 것은 응력(stress)들을 밸런싱할 수 있고 강화된 도전성을 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사 서브-층(14a) 및 도전 층(14c)은, 이동가능 반사 층(14) 내에서 특정한 스트레스 프로파일들을 달성하는 것과 같은, 다양한 설계 목적들을 위해 상이한 재료들로 형성될 수 있다.
[0052] 도 5d에 예시되어 있는 바와 같이, 일부 구현들은 또한 블랙 마스크 구조(23) 또는 어두운 필름 층들을 포함할 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 주변 광 또는 미광(stray light)을 흡수하기 위해 광학적 비-액티브 영역들에(이를테면, 디스플레이 엘리먼트들 사이 또는 지지 포스트들(18) 아래에) 형성될 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 또한, 광이 디스플레이의 비액티브 부분들로부터 반사되거나 그를 투과하는 것을 억제함으로써 디스플레이 디바이스의 광학 특성들을 향상시켜, 콘트라스트비(contrast ratio)를 증가시킬 수 있다. 추가로, 블랙 마스크 구조(23)의 적어도 일부분들은 도전성일 수 있고 전기적 버싱 층(electrical bussing layer)으로서 역할을 하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 로우 전극들은 블랙 마스크 구조(23)에 연결되어 연결된 로우 전극의 저항을 감소시킬 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 증착 및 패터닝 기법들을 포함하는 다양한 방법들을 사용하여 형성될 수 있다. 블랙 마스크 구조(23)는 하나 또는 그 초과의 층들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 블랙 마스크 구조(23)는 에탈론(etalon) 또는 간섭계 스택 구조일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 간섭계 스택 블랙 마스크 구조(23)는, 광학적 흡수기로서 역할을 하는 몰리브덴-크롬(MoCr) 층, SiO2 층, 및 반사기 및 버싱 층으로서 역할을 하는 알루미늄 합금을 포함하며, 이들 각각은 약 30-80Å, 500-1000Å, 및 500-6000Å 범위의 두께를 갖는다. 하나 또는 그 초과의 층들은, 예를 들어, MoCr 및 SiO2 층들에 대해 테트라플루오로메탄 (또는 불화 탄소, CF4) 및/또는 산소(O2) 그리고 알루미늄 합금 층에 대해 염소(Cl2) 및/또는 삼염화 붕소(BCl3)의 사용을 포함하는 건조 에칭 및 포토리소그래피를 포함하는 다양한 기법들을 사용하여 패터닝될 수 있다. 이러한 간섭계 스택 블랙 마스크 구조들(23)에서, 도전성 흡수기들은 각 로우 또는 컬럼의 광학 스택(16)에서의 하부 고정 전극들 사이에서 신호들을 송신하거나 버싱하는데 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 스페이서 층(35)은 일반적으로, 광학 스택(16)의 전극들(또는 도전체들)(이를테면, 흡수기 층(16a))을 블랙 마스크 구조(23)의 도전 층들로부터 전기적으로 절연시키는 역할을 할 수 있다.
[0053] 도 5e는 이동가능 반사 층(14)이 자가 지지형인 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 다른 단면도이다. 도 5d가 이동가능 반사 층(14)과는 구조적으로 및/또는 재료적으로 다른 지지 포스트(18)를 도시하지만, 도 5e의 구현은 이동가능 반사 층(14)에 통합된 지지 포스트들을 포함한다. 이러한 구현에서, 이동가능 반사 층(14)은 아래에 놓인(underlying) 광학 스택(16)과 다수의 위치들에서 접촉하고, 이동가능 반사 층(14)의 곡률은, IMOD 디스플레이 엘리먼트에 걸리는 전압이 작동을 야기하기에 불충분할 때, 이동가능 반사 층(14)이 도 5e의 비작동 위치로 복귀하게 하는 충분한 지지를 제공한다. 이러한 식으로, 기판 또는 광학 스택(16)에 접촉하기 위해 아래로 만곡 또는 굽어지는 이동가능 반사 층(14)의 일부는 통합된 지지 포스트로 고려될 수 있다. 복수의 여러 상이한 층들을 포함할 수 있는 광학 스택(16)의 일 구현은 명확화를 위해 광학적 흡수기(16a) 및 유전체(16b)를 포함하는 것으로 본원에 도시되어 있다. 일부 구현들에서, 광학적 흡수기(16a)는 고정 전극 및 부분적 반사 층 양자 모두로서 역할을 할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학적 흡수기(16a)는 이동가능 반사 층(14)보다 10배 더 얇을 수 있다. 일부 구현들에서, 광학적 흡수기(16a)는 반사 서브-층(14a)보다 더 얇다.
[0054] 도 5a 내지 도 5e에 도시된 바와 같은 구현들에서, IMOD 디스플레이 엘리먼트들은, 이 예에서 IMOD 디스플레이 엘리먼트들이 형성되는 측의 반대측인 투명 기판(20)의 전면으로부터 이미지들이 보여질 수 있는, 직시형 디바이스의 일부를 형성한다. 이들 구현들에서, 디바이스의 후방(back) 부분들(즉, 예를 들어, 도 5c에 예시된 변형가능 층(34)을 포함하는 이동가능 반사 층(14) 뒤의 디스플레이 디바이스의 임의의 부분)은, 디스플레이 디바이스의 이미지 품질에 영향을 미치거나 부정적인 영향을 미치지 않게 구성되고 동작될 수 있는데, 이는 반사 층(14)이 디바이스의 이들 부분들을 광학적으로 차폐하기 때문이다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 변조기의 전자기계적 특성들, 이를테면 전압 어드레싱 및 이러한 어드레싱으로부터 발생하는 이동들로부터 변조기의 광학적 특성을 분리하는 능력을 제공하는 이동가능 반사 층(14) 뒤에 버스 구조(미도시)가 포함될 수 있다.
[0055] 도 6은, IMOD 디스플레이 또는 디스플레이 엘리먼트에 대한 제조 프로세스(80)를 예시하는 흐름도이다. 도 7a 내지 도 7e는 IMOD 디스플레이 또는 디스플레이 엘리먼트를 형성하기 위한 제조 프로세스(80)에서 다양한 스테이지들의 단면도들이다. 일부 구현들에서, 제조 프로세스(80)는, IMOD 디스플레이들 또는 디스플레이 엘리먼트들과 같은 하나 또는 그 초과의 EMS 디바이스들을 제조하도록 구현될 수 있다. 이러한 EMS 디바이스의 제조는 또한 도 6에 도시되지 않은 다른 블록들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세스(80)는 도 10a 내지 도 10p를 참조하여 이하 논의된 바와 같이 관련된 저장 커패시터를 갖는 디스플레이 엘리먼트를 제조하도록 활용될 수 있다. 프로세스(80)는, 블록(82)에서 기판(20) 위에 광학 스택(16)을 형성하는 것으로 시작한다. 도 7a는 기판(20) 위에 형성된 이러한 광학 스택(16)을 예시한다. 기판(20)은, 도 1을 참조하여 앞서 논의된 재료들과 같은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명 기판일 수 있다. 기판(20)은, 유연하거나 또는 비교적 딱딱하여(stiff) 구부러지지 않을 수 있으며, 광학 스택(16)의 효율적인 형성을 용이하게 하기 위한 세척(cleaning)과 같은 사전 준비 프로세스들이 행해져 있을 수도 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 광학 스택(16)은, 전기적으로 도전성이고, 부분적으로 투과성하고, 부분적으로 반사성이고, 그리고 부분적으로 흡수성일 수 있으며, 예를 들어, 투명 기판(20) 상에 원하는 특징들을 갖는 하나 또는 그 초과의 층들을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
[0056] 도 7a에서, 광학 스택(16)은 서브-층들(16a 및 16b)을 갖는 다중층 구조를 포함하지만, 몇몇 다른 구현들에서는 더 많은 또는 더 적은 서브-층들이 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a 및 16b) 중 하나는, 결합된 도전체/흡수체 서브-층(16a)과 같은 광학적으로 흡수가능한 그리고 전기적으로 도전성인 특징들 모두를 가지도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a 및 16b) 중 하나는, 몰리브덴-크로뮴(몰리크롬 또는 MoCr), 또는 적합한 복소 굴절률(complex refractive index)을 갖는 다른 재료들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 서브-층들(16a 및 16b) 중 하나 또는 그 초과는 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있고, 디스플레이 디바이스 내에서 로우 전극들을 형성할 수 있다. 이러한 패터닝은, 마스킹 및 에칭 프로세스 또는 당업계에 알려진 다른 적합한 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a 및 16b) 중 하나는, 하나 또는 그 초과의 아래에 놓인 금속 및/또는 산화물 층들(예를 들어, 하나 또는 그 초과의 반사성 및/또는 도전 층들) 위에 증착된 상부 서브-층(16b)과 같은 절연 또는 유전체 층일 수 있다. 또한, 광학 스택(16)은 디스플레이의 로우들을 형성하는 개별적인 그리고 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학적 흡수 층과 같은 광학 스택의 서브-층들 중 적어도 하나는 (예를 들어, 본 개시물에 도시된 다른 층들과 비교하여) 꽤 얇을 수도 있는 반면, 서브-층들(16a 및 16b)이 도 7a 내지 도 7e에서 약간 두껍게 도시된다.
[0057] 프로세스(80)는 블록(84)에서 광학 스택(16) 위에 희생 층(25)을 형성하는 것으로 계속한다. 희생 층(25)은 공동(19)을 형성하기 위해 (블록 90 참조) 추후 제거되기 때문에, 희생 층(25)은 결과적인 IMOD 디스플레이 엘리먼트들에는 도시되지 않는다. 도 7b는 광학 스택(16) 위에 형성된 희생 층(25)을 포함하는 부분적으로 제조된 디바이스를 예시한다. 광학 스택(16) 위에 희생 층(25)을 형성하는 것은, 후속 제거 이후에 원하는 설계 크기를 갖는 갭 또는 공동(19)(또한, 도 7e 참조)을 제공하도록 선택된 두께로, 몰리브덴(Mo) 또는 비정질 실리콘(Si)과 같은 이플루오린화 제논(XeF2)-에칭가능한 재료의 증착을 포함할 수 있다. 희생 재료의 증착은, 물리 기상 증착(스퍼터링과 같은 수많은 상이한 기법들을 포함할 수 있는 PVD), 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD), 열 화학적 기상 증착(열 CVD), 또는 스핀-코팅과 같은 증착 기법들을 이용하여 수행될 수 있다.
[0058] 프로세스(80)는 블록(86)에서 지지 포스트(18)와 같은 지지 구조의 형성으로 계속된다. 지지 포스트(18)의 형성은, 지지 구조 애퍼쳐를 형성하기 위해 희생 층(25)을 패터닝하는 것, 그후 PVD, PECVD, 열 CVD, 또는 스핀-코팅과 같은 증착 방법을 이용하여 지지 포스트(18)를 형성하기 위해 애퍼쳐로 재료(예를 들어, 폴리머 또는 무기 재료, 예컨대, 실리콘 산화물)를 증착시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지 포스트(18)의 하부 단부가 기판(20)에 접촉하도록, 희생 층에 형성된 지지 구조 애퍼쳐가 희생 층(25) 및 광학 스택(16) 둘 다를 통해서 아래에 있는 기판(20)으로 연장할 수 있다. 대안적으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 희생 층(25)에 형성된 애퍼쳐는 광학 스택(16)을 통해서가 아니라 희생 층(25)을 통해서 연장할 수 있다. 예를 들어, 도 7e는 광학 스택(16)의 상부 표면과 접촉하는 지지 포스트들(18)의 하부 단부들을 예시한다. 지지 포스트(18), 또는 다른 지지 구조들은, 희생 층(25) 위에 지지 구조 재료의 층을 증착하고 그리고 희생 층(25) 내 애퍼쳐들로부터 멀리 위치된 지지 구조 재료의 일부분들을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 지지 구조들은, 도 7c에 도시된 바와 같이 애퍼쳐들 내에 위치될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 적어도 부분적으로 희생 층(25)의 일부분 위로 연장할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 희생 층(25) 및/또는 지지 포스트들(18)의 패터닝은, 마스킹 및 에칭 프로세스에 의해 수행될 수 있지만, 또한 대안적인 패터닝 방법들에 의해 수행될 수 있다.
[0059] 프로세스(80)는 블록(88)에서 도 7d에 예시된 이동가능 반사 층(14)과 같은 이동가능 반사 층 또는 막의 형성으로 계속한다. 이동가능 반사 층(14)은, 하나 또는 그 초과의 패터닝, 마스킹 및/또는 에칭 단계들과 함께, 예를 들어, 반사 층(예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 다른 반사 재료들) 증착을 포함하는 하나 또는 그 초과의 증착 단계들을 사용함으로써 형성될 수 있다. 이동가능 반사 층(14)은, 예를 들어, 디스플레이의 컬럼들을 형성하는 개별적인 그리고 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있다. 이동가능 반사 층(14)은 전기적으로 도전성일 수 있고, 전기적 도전 층으로 지칭될 수 있다. 일부 구현들에서, 이동가능 반사 층(14)은 도 7d에 도시된 바와 같은 복수의 서브-층들(14a, 14b 및 14c)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(14a, 14c)과 같은 서브-층들 중 하나 또는 그 초과는 이들의 광학 특성들에 대해 선택된 높은 반사성의 서브-층들을 포함할 수 있고, 또 다른 서브-층(14b)은 자신의 기계적 특성들에 대해 선택된 기계적 서브-층을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 기계적 서브-층은 유전체 재료를 포함할 수 있다. 희생 층(25)이 블록(88)에서 형성된 부분적으로 제조된 IMOD 디스플레이 엘리먼트에 여전히 존재하기 때문에, 이동가능 반사 층(14)은 통상적으로 이 스테이지에서 이동가능하지 않다. 희생 층(25)을 포함하는 부분적으로 제조된 IMOD 디스플레이 엘리먼트는 또한 "릴리스되지 않은(unreleased)" IMOD로서 본원에서 지칭될 수 있다.
[0060] 프로세스(80)는 블록(90)에서 공동(19)의 형성으로 계속된다. 공동(19)은 (블록(84)에서 증착된) 희생 재료(25)를 에천트에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, Mo 또는 비정질 Si와 같은 에칭가능한 희생 재료는, 원하는 양의 재료를 제거하기에 효과적인 시간 기간 동안 고체 XeF2로부터 유도된 증기들과 같은, 가스 또는 기상 에천트에 희생 층(25)을 노출시킴으로써 건식 화학 에칭에 의해 제거될 수 있다. 희생 재료는 통상적으로 공동(19)을 둘러싸는 구조들에 대해 선택적으로 제거된다. 다른 에칭 방법들, 예를 들어, 습식 에칭 및/또는 플라즈마 에칭이 또한 사용될 수 있다. 희생 층(25)이 블록(90) 동안 제거되기 때문에, 이동가능 반사 층(14)은 통상적으로 이 스테이지 이후에 이동가능하다. 희생 재료(25)의 제거 이후에, 결과적인 완전하게 또는 부분적으로 제조된 IMOD 디스플레이 엘리먼트는 "릴리스된(released)" IMOD로서 본원에서 지칭될 수 있다.
[0061] 일부 구현들에서, EMS 컴포넌트 또는 디바이스, 예를 들어, IMOD-기반 디스플레이의 패키징은, (예를 들어, 기계적 간섭 또는 잠재적으로 손상을 입히는 물질들로부터의) 손상으로부터 EMS 컴포넌트들을 보호하도록 구성될 수 있는 백플레이트(대안적으로, 후면(backplane), 후면 유리 또는 리세스(recessed) 유리)를 포함할 수 있다. 백플레이트는 또한, 드라이버 회로, 프로세서들, 메모리, 인터커넥트 어레이들, 방습 배리어들(vapor barriers), 제품 하우징, 등을 포함하는(그러나, 이에 제한되지 않음) 광범위한 컴포넌트들에 대한 구조적 지지체를 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 백플레이트의 이용은, 컴포넌트들의 통합을 용이하게 할 수 있고, 이에 의해 휴대용 전자 디바이스의 체적, 중량, 및/또는 제조 비용들을 감소시킬 수 있다.
[0062] 도 8은, 액티브-매트릭스 IMOD 어레이(100)의 일례에 대한 회로도를 도시한다. 예시된 IMOD 어레이(100)는, 제 1 데이터 라인(102a), 제 2 데이터 라인(102b), 제 1 스캔 라인(104a), 제 2 스캔 라인(104b), 제 1 픽셀(106a), 제 2 픽셀(106b), 제 3 픽셀(106c) 및 제 4 픽셀(106d)을 포함한다. 픽셀들(106a, 106b, 106c, 및 106d)이 또한 서브-픽셀들을 나타낼 수 있다는 것이 이해된다. IMOD 어레이(100)가 예시의 명확성을 위해 4개의 픽셀들(106)을 포함하는 것으로 예시되지만, IMOD 어레이(100)의 구현들은, 예를 들어, 상이한 컬러들의 픽셀들 및/또는 수백 또는 수천 또는 심지어 수만 개의 픽셀들을 포함하는 추가적인 픽셀들을 포함할 수 있다.
[0063] 도 8에 도시된 예시에서, 제 1 내지 제 4 픽셀들(106) 각각은, 박막 트랜지스터(TFT)(108), 저장 커패시터(110) 및 IMOD 엘리먼트(112)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 픽셀(106a)은, 제 1 TFT(108a), 제 1 저장 커패시터(110a) 및 제 1 IMOD 엘리먼트(112a)를 포함한다. 유사하게, 제 2 픽셀(106b)은, 제 2 TFT(108b), 제 2 저장 커패시터(110b) 및 제 2 IMOD 엘리먼트(112b)를 포함한다. 마찬가지로, 제 3 픽셀(106c)은, 제 3 TFT(108c), 제 3 저장 커패시터(110c) 및 제 3 IMOD 엘리먼트(112c)를 포함한다. 게다가, 제 4 픽셀(106d)은, 제 4 TFT(108d), 제 4 저장 커패시터(110d) 및 제 4 IMOD 엘리먼트(112d)를 포함한다.
[0064] 이 구현에서, 제 1 TFT(108a)는, 제 1 데이터 라인(102a)에 전기적으로 커플링된 소스, 제 1 스캔 라인(104a)에 전기적으로 커플링된 게이트 및 제 1 저장 커패시터(110a)의 제 1 플레이트에 그리고 제 1 IMOD 엘리먼트(112a)의 제 1 전극에 전기적으로 커플링된 드레인을 포함한다. 제 2 TFT(108b)는, 제 2 데이터 라인(102b)에 전기적으로 커플링된 소스, 제 1 스캔 라인(104a)에 전기적으로 커플링된 게이트 및 제 2 저장 커패시터(110b)의 제 1 플레이트에 그리고 제 2 IMOD 엘리먼트(112b)의 제 1 전극에 전기적으로 커플링된 드레인을 포함한다. 제 3 TFT(108c)는, 제 1 데이터 라인(102a)에 전기적으로 커플링된 소스, 제 2 스캔 라인(104b)에 전기적으로 커플링된 게이트 및 제 3 저장 커패시터(110c)의 제 1 플레이트에 그리고 제 3 IMOD 엘리먼트(112c)의 제 1 전극에 전기적으로 커플링된 드레인을 포함한다. 제 4 TFT(108d)는, 제 2 데이터 라인(102b)에 전기적으로 커플링된 소스, 제 2 스캔 라인(104b)에 전기적으로 커플링된 게이트 및 제 4 저장 커패시터(110d)의 제 1 플레이트에 그리고 제 4 IMOD 엘리먼트(112d)의 제 1 전극에 전기적으로 커플링된 드레인을 포함한다.
[0065] 도 8에 개략적으로 예시된 구현에서, 제 1 내지 제 4 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d) 각각은, 예를 들어, 접지 전압일 수 있는 제 1 공통 전압 기준 VCOM1에 전기적으로 연결된 제 2 플레이트 또는 층을 포함한다. 추가적으로, 제 1 내지 제 4 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d) 각각은, 예를 들어, 접지 전압일 수 있는 제 2 공통 전압 기준 VCOM2에 전기적으로 커플링된다. 일부 구현들에서, 제 1 내지 제 4 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d) 각각의 제 2 전극은, 제 2 공통 전압 기준 VCOM2에 전기적으로 커플링된다. 그러나, 다른 구현들도 가능하다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 커패시터들(110a 및 110b)의 제 2 단부들은 제 1 공통 전압 기준에 전기적으로 연결될 수 있고, 제 3 및 제 4 커패시터들(110c 및 110d)의 제 2 단부들은 제 2 공통 전압 기준 또는 제 3 공통 전압 기준에 전기적으로 연결될 수 있다. 추가적으로, 제 1 및 제 2 IMOD들(112a 및 112b)의 제 2 전극들은 제 2 공통 전압 기준에 전기적으로 연결될 수 있고, 제 3 및 제 4 IMOD들(112c 및 112d)의 제 2 전극들은 제 3 또는 제 4 공통 전압 기준에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 내지 제 4 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d) 각각의 제 1 전극은 이동가능 전극이고, 제 1 내지 제 4 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d) 각각의 제 2 전극은 고정 전극이다.
[0066] 일부 구현들에서, 도 8에 예시된 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)은, 예를 들어, 약 10fF 내지 약 1,000fF의 범위 내에 있는 것으로, 예를 들어, 약 60fF로 선택된 커패시턴스를 가질 수 있다. 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)의 커패시턴스가 또한 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d)의 커패시턴스에 대해 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 각각의 저장 커패시터는, IMOD 엘리먼트가 비작동 또는 비구동 상태에 있을 때 관련 IMOD 엘리먼트의 커패시턴스의 약 1배 내지 약 3배인 커패시턴스를 갖는다. 당업자는, 커패시턴스 값들이 수많은 인자들, 예를 들어, 에어 갭, 픽셀 크기, 구동 전압 요건, 전력 소모 등에 의존할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
[0067] 제 1 및 제 2 데이터 라인들(102a 및 102b) 및 제 1 및 제 2 스캔 라인들(104a 및 104b)은, 도 8의 IMOD 어레이(100)에 이미지 데이터를 기록하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 드라이버 회로는, TFT들(108a, 108b, 108c 및 108d)과 같은 스위치를 턴 온하기 위한 인에이블 신호들을 제공할 수 있다. 인에이블 신호는, 제 1 및 제 2 픽셀들(106a 및 106b)과 연관된 IMOD 어레이(100)의 제 1 로우를 어드레싱하기 위해 제 1 스캔 라인(104a) 상에 제공될 수 있다. 인에이블 신호는 또한, 제 3 및 제 4 픽셀들(106c 및 106d)과 연관된 IMOD 어레이(100)의 제 2 로우를 어드레싱하는데 이용될 수 있는 제 2 스캔 라인(104b) 상에 제공될 수 있다. 추가적으로, 제 1 및 제 2 데이터 라인들(102a 및 102b)에 제공된 전압은, 선택된 로우 내의 IMOD 엘리먼트들(112)의 상태를 설정하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 주어진 로우를 어드레싱할 때, 작동될 어드레싱된 로우 내의 픽셀들(106)은 작동에 적합한 공통 전압 기준들 VCOM1 및 VCOM2과 데이터 라인 사이의 전압차에 노출될 수 있고, 릴렉싱될(또는 작동되지 않을) 픽셀들(106)은 IMOD 엘리먼트들(112)의 기계적 층 또는 이동가능한 엘리먼트로 하여금 릴렉싱 상태로 이동시키기에 적합한, 공통의 전압 기준들 VCOM1 및 VCOM2과 데이터 라인 사이의 전압차에 노출될 수 있다. 일부 구현들에서, 작동 전압은 약 10V 내지 약 16V의 범위, 예를 들어, 12V이고, 릴렉세이션 전압(relaxation voltage)은 약 0V 내지 약8V의 범위, 예를 들어, 약 0V 또는 1V이다.
[0068] 방정식 1은 연관 저장 커패시터를 갖는 IMOD 엘리먼트(112)의 이동가능 엘리먼트를 안정적으로 구동시키는데 요구된 드라이브 또는 작동 전압을 제공한다. 드라이브 전압, Vdrive은, 이동가능 엘리먼트 상에 존재하는 기계력들과 존재하는 전기력들을 밸런싱함으로써(balancing) 결정된다. 방정식 1에서, Vpi는 이동가능 엘리먼트의 풀-인 전압이고, Coff는 비작동 상태의 이동가능 엘리먼트의 커패시턴스이며, Cstorage는 저장 커패시터의 커패시턴스이다. 당업자는, 이동가능 엘리먼트가 특정 전압으로 구동될 때 이 이동가능 엘리먼트가 작동 상태로 스냅(snap)하거나 또는 이동하게 되도록, 충분한 전하를 제공하도록 저장 커패시터의 요구되는 크기를 결정하기 위해 방정식 1이 조작될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
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방정식 1
[0069] 도 8을 여전히 참조하면, 제 1 내지 제 4 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)의 포함은, 각각의 IMOD 엘리먼트(112)에 걸쳐 주어진 전압량에 대해 저장된 전하량을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d) 각각에 저장된 전하량은, 약 VIMOD*(CIMOD + Cstorage)와 동일할 수 있으며, 여기서 VIMOD는 IMOD 엘리먼트(112)의 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압차이고, CIMOD는 IMOD 엘리먼트(112)와 저장 커패시터(110) 둘 다 충전시키기 위해 펄스가 인가된 시간 동안 일정하게 되는 것으로 가정될 수 있는 비작동 또는 비구동 상태에 IMOD 엘리먼트(112)가 있을 때의 IMOD 엘리먼트(112)의 커패시턴스이며, Cstorage는 저장 커패시터(110)의 커패시턴스이다. 저장 커패시터들(110)을 포함하는 것은, 픽셀 전하 저장을 증가시킬 수 있고 픽셀 전류 누설의 임팩트들을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(TFT)의 채널 누설과 연관된 누설과 같은 전하 누설은, 만약 이것이 충분히 빠른 속도로 리프레시되지 않는 경우 또는 만약 픽셀(106)이 충분한 양의 저장된 전하를 갖지 않는 경우에, 시간 경과에 따라 픽셀(106)의 전압을 변화하도록 야기할 수 있고, 픽셀(106)이 상태를 변화시키도록 유도할 수 있다.
[0070] 이에 따라, 도 8의 제 1 내지 제 4 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)은, 픽셀 누설이 시간 경과에 따라 제 1 내지 제 4 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d)의 전극들에 걸친 전압을 변경하는 것을 방지하도록 도울 수 있고, 이에 의해 이미지 리프레시 속도를 개선시키고 그리고 픽셀 어레이(100)의 드라이브 전압 및 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 이 방식으로, 이미지 리프레시 속도는 개선될 것인데, 이는 드라이브 전압이 유지되기 때문에 이미지가 정적 이미지에 대해 리프레시를 덜 요구할 것이기 때문이다. 이하 논의되는 바와 같이, 일부 구현들에서, 통합된 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)은 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d)의 이동가능 엘리먼트들의 도전 층들로 형성될 수 있다. 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)을 전부 또는 부분적으로 형성하기 위해 IMOD 엘리먼트들(112a, 112b, 112c 및 112d)의 이동가능 엘리먼트들의 층들을 이용하는 것은, 픽셀 어레이(100)의 설계를 통합시키도록 도울 수 있고, 이에 의해 광학 마스크 구조들 및 저장 커패시터들이 별도의 실면적(real estate) 또는 실공간(real space)을 요구하는 설계들과 비교하여 어레이의 면적(또는 풋프린트)을 감소시킨다. 픽셀 어레이(100)가 저장 커패시터들(110a, 110b, 110c 및 110d)을 이용하기에 적합한 일 구성을 예시하지만, 통합된 저장 커패시터들은, 예를 들어, 액티브 또는 아날로그 IMOD 어레이들의 다른 구현들을 포함하는 임의의 적합한 픽셀 어레이에 이용될 수 있다.
[0071] 앞서 논의된 바와 같이, 일부 구현들에서, IMOD 디바이스는, 도전성 재료를 포함할 수 있는, 반사성 서브층을 포함하는 이동가능 엘리먼트 또는 이동가능 반사 층 및 도전 층을 포함할 수 있다. 이동가능 엘리먼트는, 기판 구조 및/또는 광학 스택에 대하여 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 반사성 서브-층은 유전체 지지층 또는 일부 다른 스페이서 층에 의해 도전 층으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 방식으로, 반사성 서브-층 및 도전 층은 통합된 저장 커패시터를 형성할 수 있다. 이러한 IMOD 디바이스는 액티브-매트릭스 픽셀 어레이에 포함될 수 있고, 저장 커패시터는 액티브-매트릭스 픽셀 어레이의 성능을 개선시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 저장 커패시터는 어레이의 이미지 리프레시 속도를 개선시킬 수 있고 그리고/또는 어레이의 드라이브 전압 또는 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 게다가, 저장 커패시터를 형성하기 위해 이동가능 엘리먼트의 층들을 이용하는 것은 픽셀 어레이의 통합을 개선시킬 수 있고, 이에 의해 픽셀 어레이의 풋프린트를 감소시킬 수 있다.
[0072] 도 9는, 디스플레이 엘리먼트들(12)의 액티브-매트릭스 어레이(155)의 일례의 개략적인 평면도를 도시한다. 일부 구현들에서, 디스플레이 엘리먼트들 또는 픽셀들(12)은, 제 1 도전 층, 제 2 도전 층, 및 이들 사이에 배치된 유전체 지지층을 포함하는 이동가능 엘리먼트(14)를 각각 갖는 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 도전 층은 반사성 층을 포함할 수 있고, 이동가능 엘리먼트는 기판 구조 및/또는 광학 스택에 대하여 이동할 수 있다. 액티브-매트릭스 어레이(155)는 또한, 개략적으로 TFT(162)로 도시된 박막 트랜지스터들(TFT들), 및 비아들(160)을 포함한다. 어레이(155)는, 적어도 부분적으로 인접 디스플레이 엘리먼트들(12) 사이에 배치된 다중-층 광학 마스크 구조(23)를 더 포함한다.
[0073] 명료함을 위해 도 9에 도시되지는 않지만, 어레이(155)는 다른 구조들을 포함할 수 있다. 또한, 예시된 디스플레이 엘리먼트들(12)은, 어레이로 배열되어 있으며, 유사하게 구성된 디스플레이 엘리먼트들의 훨씬 더 큰 어레이를 나타낼 수 있다. 이 예시에서 각각의 디스플레이 엘리먼트들(12)은 TFT(162) 및 비아(160)와 연관되며, 여기서 비아(160)는 디스플레이 엘리먼트(12)와 연관된 전극에 TFT(162)를 전기적으로 연결시키기 위해 이용될 수 있다.
[0074] 다중-층 이동가능 엘리먼트들(14)은, 어레이(155)의 디스플레이 엘리먼트들(12) 각각에 대한 저장 커패시터들을 형성하도록 활용될 수 있다. 예를 들어, 저장 커패시터들은, 이동가능한 엘리먼트들(14)의 제 1 및 제 2 도전 층들이 중첩하는 어레이(155)의 영역들에 형성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 층들 각각이 제공된 영역들에서, 제 1 및 제 2 도전 층들은 저장 커패시터의 전극들, 플레이트들 또는 층들로서 동작할 수 있고, 유전체 지지층은 이러한 전극들, 플레이트들, 또는 층들을 서로로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 저장 커패시터 CS1는 예시되며, 어레이(155)의 상부-좌측 디스플레이 엘리먼트(12)와 연관되고, 제 2 저장 커패시터CS2는 예시되며, 어레이(155)의 저부-우측 디스플레이 엘리먼트(12)와 연관된다. 아래 논의되는 바와 같이, 이동가능 엘리먼트(14)에 의해 형성된 각각의 저장 커패시터는, 소스와 연관 디스플레이 엘리먼트(12) 사이에서 전하의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 스위치, 예를 들어, TFT에 전기적으로 커플링될 수 있다.
[0075] 도 10a 내지 도 10p는, 라인 10-10을 따라 취한 도 9의 액티브-매트릭스 어레이(155)를 형성하는 방법으로 다양한 스테이지들의 개략적인 단면도들의 예시들을 도시한다. 특정 부분들 및 단계들이 어레이의 특정 구현들을 제조하기에 적합한 것으로 설명되지만, 다른 구현들에서는, 상이한 부분들과 단계들 및 재료들이 이용될 수 있거나, 또는 부분들은 수정, 생략 또는 부가될 수 있다.
[0076] 도 10a 및 도 10b에서, 광학 마스크 구조(23)가 기판 구조 또는 기판(20) 상에 제공된다. 기판(20)은, 광이 기판(20)을 관통하도록 허용하는 유리, 플라스틱, 또는 임의의 투명 중합체 재료를 포함할 수 있다. "인버스(inverse)" 또는 "리버스(reverse)" IMOD 구성들에서, 기판(20)은 또한 불투명(opaque)할 수 있다. 예시된 광학 마스크 구조(23)는, 제 1 도전 층(23a), 스페이서 층(23b) 및 제 2 도전 층(23c)을 포함하는 다중-층 구조이다. 제 1 도전 층(23a), 제 2 도전 층(23c) 및 스페이서 층(23b)은 임의의 적합한 재료들을 포함할 수 있다. 광학 마스크 구조(23)의 적어도 하나의 층은, 주변 광 또는 미광을 흡수하기 위해 어레이의 광학적 비-액티브 영역들에 구성될 수 있다. 그러나, 광학 마스크 구조(23)의 각각의 층은 광을 흡수시킬 필요는 없다.
[0077] 일부 구현들에서, 제 1 도전 층(23a)은, 부분적으로는 반사성이고, 부분적으로는 투과성이며, 그리고 부분적으로는 흡수성인 재료, 예를 들어, MoCr을 포함할 수 있고, 약 30-80Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 스페이서 층(23b)은, 약 500-1000Å 범위의 두께를 갖는 비-도전성 또는 유전체 재료, 예를 들어, SiO2를 포함할 수 있다. 제 2 도전 층(23c)은 반사성 재료, 예를 들어, Al 또는 Mo를 포함할 수 있고, 약 500-6000Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 반사성 제 2 도전 층(23c)은 제 1 도전 층(23a)보다 더 높은 반사율(reflectance)을 가지고, 제 2 도전 층(23c)은 제 1 도전 층(23a)보다 더 낮은 흡수율(absorption coefficient)을 갖는다.
[0078] 도 10c는 스페이서 또는 버퍼 층(35)을 제공하는 것을 예시한다. 버퍼 층(35)은, 예를 들어, SiO2, SiN, SiON, 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS), 및/또는 임의의 다른 적합한 유전체 재료(들)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 버퍼 층(35)의 두께는 약 1,000-10,000Å 범위에 있지만, 그러나, 버퍼 층(35)은 원하는 광학 특성들에 따라 다양한 두께들을 가질 수 있다. 이하의 추가적인 세부사항에서 설명되는 바와 같이, 디스플레이 엘리먼트의 전극 및 TFT에 광학 마스크 구조(23)를 전기적으로 연결시키기 위한 비아의 형성을 허용하기 위해 제 1 도전 층(23a) 위의 ("위(over)"는 여기서 기판(20) 맞은편의 제 1 도전 층(23a) 측을 지칭함) 버퍼 층(35)의 일부분이 제거될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 층(35)은, 후속하여 증착되는 도전체가 제 2 도전 층(23c)에 접촉할 수 있게 하는 개구(172)를 형성하기 위해, 버퍼 층(35)의 일부분을 제거하여 패터닝되었다. 이러한 구현에서, 광학 마스크 구조 내 도전 층들은 TFT로 라우팅되는 신호들에 대한 버스로서 서빙할 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 마스크 구조(23)는 광학 마스크 구조 위에 배치된 다른 구조에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 광학 마스크 구조(23)는 이동가능 엘리먼트의 전극 및 TFT에 전기적으로 커플링될 수 있다.
[0079] 도 10d에서, 액티브 층(131)은 버퍼 층(35)상에 제공 및 패터닝되어 있다. 일부 구현들에서, 액티브 층(131)은 실리콘(Si) 및/또는 TFT 디바이스의 채널 영역을 형성하기 위해 적합한 임의의 다른 반도체 재료를 포함한다. 액티브 층(131)은, 원하는 채널 도전율을 달성하기 위해, 예를 들어, 붕소(B), 인(P), 또는 비소(As)를 포함하는 n-형 또는 p-형 도펀트들을 이용하여 도핑될 수 있다. 도핑은, 예를 들어, 이온 주입을 포함하는 임의의 적합한 프로세스를 이용하여 달성될 수 있다.
[0080] 도 10e에서, 게이트 유전체 층(132)이 도 10d의 디바이스 위에 제공 및 패터닝되어 있다. 도 10f에서, 게이트 층(133)은 TFT(162)의 게이트 구조를 형성하기 위해 게이트 유전체 층(132) 위에 제공되어 있다. 일부 구현들에서, 게이트 유전체 층(132) 및 게이트 층(133)은 실리콘 이산화물(SiO2) 및, 예를 들어, 몰리브덴을 각각 포함할 수 있다. 도 10e 및 도 10f에 예시된 바와 같이, 게이트 유전체 층(132)은, 후속하여 증착된 층으로 하여금 광학 마스크 구조(23)의 제 2 도전 층(23c)에 물리적으로 그리고 전기적으로 접촉하도록 허용하기 위해 버퍼 층(35) 및 게이트 유전체 층(132) 둘 다를 통해서 개구(172)가 연장하도록, 패터닝될 수 있다.
[0081] 도 10g에서, 스페이서 유전체 층(134)은 게이트 층(133) 위에 형성된다. 스페이서 유전체 층(134)은, 후속하여 증착되는 도전 층들로부터 도 10f에서 형성된 게이트 층(133)을 전기적으로 절연시키도록 그리고/또는 프로세싱 동안 게이트 층(133)을 보호하도록 이용될 수 있다. 일부 구현들에서, 스페이서 유전체 층(134)은 실리콘 이산화물(SiO2)을 포함한다. 스페이서 유전체 층(134) 및 게이트 유전체 층(132)은, 액티브 층(131)을 접촉하도록 이용될 수 있는 개구들과 같은 개구들을 포함하도록 패터닝될 수 있다. 추가적으로, 스페이서 유전체 층(134)은, 개구(172)가 또한 스페이서 유전체 층(134)을 통해서 연장하도록, 패터닝될 수 있다.
[0082] 도10h는, 스페이서 유전체 층(134) 위에 소스/드레인 도전성 또는 트랜지스터 콘택 층(135)을 형성하는 것을 예시한다. 소스/드레인 도전 층(135)은, 알루미늄(Al)과 같은 임의의 적합한 도전체를 포함할 수 있고, TFT(162)의 소스들 및 드레인들에 대한 원하는 금속 연결성(metal connectivity)을 형성하도록 패터닝될 수 있다. 예시된 구성에서, 소스/드레인 도전 층(135)은, 비아(160)를 형성하기 위해 도 10g의 개구(172) 위에 형성되어 있다. 비아(160)는, 후속하여 증착되는 이동가능 엘리먼트의 TFT(162), 광학 마스크 구조(23), 및 전극 사이에 전기적 연결성을 제공하는데 이용될 수 있다. 이하 논의되는 바와 같이, 이동가능 엘리먼트는 저장 커패시터 Cs1를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 이동가능 엘리먼트의 광학 마스크 구조(23), TFT(162) 및 저장 커패시터 Cs1는 전기적으로 연결될 수 있다. 예시된 구성에서, 비아(160)는 광학 마스크 구조(23)의 제 2 도전 층(23c)에 소스/드레인 도전 층(135)을 전기적으로 연결하는데 이용된다. 그러나, 이하 논의된 바와 같이, 비아(160)는, 다른 방식들, 예를 들어, 소스/드레인 도전 층(135)과 제 1 도전 층(23a) 사이에 연결을 제공하도록 구성될 수 있다.
[0083] 도 10i에서, 스페이서 유전체 층(134) 및 소스/드레인 도전 층(135) 위에 평탄화 층(136)이 형성되어 있다. 평탄화 층(136)은, 디스플레이 엘리먼트가 그 위에 형성될 수 있는 표면으로서 이용될 수 있고, 일부 구현들에서는, 실리콘 이산화물(SiO2)을 포함할 수 있다.
[0084] 도 10j에 예시된 바와 같이, 광학 스택(16)은 평탄화 층(136) 위에 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은, 고정 전극(116a), 제 1 유전체 층(116b), 및 제 2 유전체 층(116c)을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 고정 전극(116a)은, 어레이의 픽셀들 또는 디스플레이 엘리먼트들 사이에 전기적 절연을 제공하도록 패터닝될 수 있다. 일부 구현들에서, 고정 전극(116a)은, 광학적으로 부분적으로 반사성이고, 부분적으로는 투과성이고, 그리고 부분적으로는 흡수성인 전기 전도체, 예를 들어, 몰리브덴-크롬(MoCr)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 유전체 층(116b)은 실리콘 이산화물(SiO2) 및/또는 실리콘 산화질화물(SiON)을 포함할 수 있고, 제 2 유전체 층(116c)은 알루미늄 3산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 광학 스택(16)이 예시된 구성에서 2개의 유전체 층들을 포함하지만, 일부 구현들에서 광학 스택(16)은 그보다 더 많은 또는 그보다 더 적은 유전체 층들을 포함할 수 있고 그리고/또는 다른 층들(예를 들어, 하나 또는 그 초과의 비-유전체 층들)을 포함하도록 변형될 수 있다. 추가적으로, 제 1 및 제 2 유전체 층(116b 및 116c)이 동일한 패턴을 갖는 것으로 도시되지만, 다른 구성들도 가능하다.
[0085] 도 9의 라인 10-10이 디스플레이 엘리먼트(12)를 통하여 연장하지 않지만, 도 9의 라인 10-10을 통한 단면에 인접하는 디스플레이 엘리먼트(12)의 형성이 도 10l 내지 도 10p를 참조하여 이제 설명될 것이다. 이에 따라, 이러한 도면들이 어레이(155)를 통한 단면도들로서 특징화되지만, TFT(162), 광학 마스크 구조(23), 및 디스플레이 엘리먼트(12) 사이의 관계를 나타내기 위해, 라인 10-10을 통한 단면의 부분이 아닌, 예를 들어, 디스플레이 엘리먼트(12)의 일부분들을 포함하는 어레이(155)의 일부분들이 예시된다는 것이 당업자들에게 쉽게 명백하게 될 것이다. 게다가, 편리함을 위해, TFT(162) 및 다른 컴포넌트들은 실척대로 도시되지 않는다. 예를 들어, TFT(162)는, TFT(162) 및 어레이(155)의 형성을 적절하게 예시하기 위해 디스플레이 엘리먼트(162)의 폭에 비해 더 크게 도시된다.
[0086] 도 10k는, 광학 스택(16) 위에 희생 층(25)을 제공 및 패터닝하는 것을 예시한다. 희생 층(25)은 후속하여, 디스플레이 엘리먼트 내에 갭 또는 공동을 형성하기 위해 제거 또는 릴리즈(release)될 수 있다. 광학 스택(16) 위의 희생 층(25)의 형성은, 앞서 설명된 바와 같은 증착 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로, 희생 층(25)은, 상이한 디스플레이 엘리먼트들 사이에 다수의(a multitude of) 공진 광학적 갭들을 갖는 디스플레이 디바이스의 형성에 도움을 주기 위해, 1개보다 많은 층을 포함하거나 또는 여러(varying) 두께의 층을 포함하도록 선택될 수 있다. IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 어레이에 대해, 각각의 갭 사이즈는 서로 다른 반사 컬러를 나타낼 수 있다.
[0087] 도 10l은 또한, 지지 포스트들(18)을 형성하기 위해 희생 층(25) 위에 지지 층을 제공 및 패터닝하는 것을 예시한다. 지지 포스트들(18)은, 예를 들어, 실리콘 이산화물(SiO2) 및/또는 실리콘 산화질화물(SiON)로 형성될 수 있고, 지지 층은 다양한 기법들에 의해, 예를 들어, 탄소 테트라플루오라이드(CF4) 및/또는 산소(O2)를 포함하는 건식 에칭을 이용하여 지지 포스트들(18)을 형성하도록 패터닝될 수 있다. 도 10l에 예시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 지지 포스트들(18)은 픽셀 코너들에 위치될 수 있다.
[0088] 도 10m은, 희생 층(25) 위에 디스플레이 엘리먼트의 이동가능 엘리먼트 또는 기계 층(14)을 제공 및 패터닝하는 것뿐만 아니라 고정 전극(116a)까지 비아(174)를 오픈하는 것을 예시한다. 도시된 바와 같이, 이동가능 엘리먼트(14)는, 반사성일 수 있는 제 1 도전 층(14a), 제 2 도전 층(14c), 및 이들 사이에 배치된 유전체 지지 층(14b)을 포함한다. 제 1 및 제 2 도전 층들(14a 및 14c)의 부분들의 중첩은, 저장 커패시터 Cs1을 형성하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 도전 층들(14a 및 14c)은 저장 커패시터 Cs1의 플레이트들 또는 전극들로서 동작할 수 있고, 유전체 지지 층(14b)은 저장 커패시터 Cs1의 플레이트들 또는 전극들을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 예시된 바와 같이, 제 1 도전 층(14a)은, 제 1 도전 층(14a)까지의 신호들의 전기적 연결 또는 라우팅을 허용하기 위해 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 일 측면 상의 다른 층들 너머까지 연장한다. 예를 들어, 제 1 도전 층은 접지될 수 있거나 또는 (도 8에 도시된 Vcom1과 같은) 전압에 연결될 수 있다. 이러한 구현에서, 저장 커패시터의 전극들 중 하나와 IMOD 디스플레이 엘리먼트의 전극들 중 하나는, 동일한 층, 즉, 여기서 제 1 도전 층(14a)이다. IMOD 디스플레이 엘리먼트의 다른 측면 상에서, 도전 층(14c)은, TFT(162)의 드레인 및 고정 전극(116a)으로의 연결을 허용하기 위해 다른 층들 너머까지 연장한다.
[0089] 제 1 및 제 2 도전 층들(14a 및 14c)은, 유전체 지지 층(14b)에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있고, 저장 커패시터 Cs1으로서 이동가능 엘리먼트(14)를 동작시키기 위해 원하는 전위들에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 2 도전 층(14c)은 TFT(162)를 통해서 접지와 같은 기준 전압에 전기적으로 연결될 수 있고, 제 1 도전 층(14a)은 드라이버에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 구현들에서, 유전체 지지 층(14b)은, 30㎚와 70㎚ 사이, 예를 들어, 50㎚의 전기적 두께를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 유전체 지지 층(14b)은, 실리콘 산화-질화물을 포함할 수 있고, 20㎚ 내지 4000㎚, 예를 들어, 200㎚ 내지 250㎚의 물리적 두께를 가질 수 있다. 저장 커패시터 Cs1의 커패시턴스가 이동가능 엘리먼트(14)를 요구될 때 구동시키기에 충분하게 되도록, 유전체 지지 층(14b)의 전기적 두께, 및 결과적인 물리적 두께가 선택될 수 있다.
[0090] 도 10o는, 개구(191)가 포스트(18), 고정 전극(116a), 제 1 유전체 층(116b), 제 2 유전체 층(116c) 및 평탄화 층(136)을 관통하여 형성된 후의, 액티브 매트릭스 어레이를 예시한다. 이러한 패터닝은, 콘택 층(135)을 노출시키고, 개구(191)를 통해서 콘택 층(135)까지의 전기적 커플링을 허용한다.
[0091] 도 10p는, 갭(19)을 형성하기 위해 도전 층(199)의 증착 및 패터닝 그리고 도 10m의 희생 층(25)의 제거 이후의, 디스플레이 엘리먼트(12)를 예시한다. 도 10p에 도시된 바와 같이, 도전 층(199)은 이동가능 엘리먼트(14)의 제 2 도전 층(14c) 및 고정 전극(116a)을 TFT(162)에 전기적으로 연결한다. 이러한 방식으로, 저장 커패시터 Cs1의 일 단부, 예를 들어, 이동가능 엘리먼트(14)의 제 2 도전 층(14c)은 TFT(162)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 시점에서, 앞서 설명된 바와 같은 다양한 방법들을 이용하여 희생 층(25)이 제거될 수 있다. 희생 층(25)이 제거된 채로, 이동가능 엘리먼트(14)는, 고정 전극(116a)과 이동가능 엘리먼트(14) 사이에 전압이 인가될 때 적어도 작동 위치와 릴렉스 위치 사이의 고정 전극(116a)을 향하여 갭(19)을 통해서 이동할 수 있다.
[0092] 도 10p에 예시된 디스플레이 엘리먼트는 높은 충전율의 픽셀 어레이에 이용될 수 있다. 예시된 바와 같이, 이동가능 엘리먼트(14)는, 고정 전극(116a)과 예를 들어 제 1 도전 층(14a) 사이에 인가된 전압에 응답하여 이동하도록 구성될 수 있다. 도 10p가 도 8의 회로도의 일 구현으로서 예시되지만, TFT(162), 고정 전극(116a), 제 1 도전 층(14a) 및 제 2 도전 층(14c)이 도 8에 도시된 회로를 구현하기 위해 상이한 방식들로 상호연결될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0093] 도 10o 및 도 10p를 참조하여, 픽셀 어레이(155)의 각각의 픽셀 또는 디스플레이 엘리먼트(12)는 이동가능 엘리먼트(14)로 형성된 저장 커패시터 Cs를 포함할 수 있고, 이에 의해 설계의 통합을 개선시킬 수 있다. 추가적으로, 각각의 TFT(162)는, 광학 마스크 구조(23) 위에 형성되었으며, 통합된 비아(160)는 저장 커패시터 Cs와 TFT(162) 사이에 전기적 연결성을 제공하는데 이용되었다.
[0094] 어레이 내의 각각의 디스플레이 엘리먼트에 대해 저장 커패시터를 제공함으로써, 어레이의 충전율에 영향을 주지 않고 성능이 개선될 수 있다. 예를 들어, 이하 논의된 바와 같이, 저장 커패시터를 제공하는 것은, 저장 커패시터를 포함하지 않는 구현들보다 이동가능 엘리먼트(14)로 하여금 고정 전극들(116a)을 향하여 더 많이 이동하도록 허용할 수 있으며, 이는 이동가능 엘리먼트(14)가 고정 전극(116a)에 가까워짐에 따라서 이동가능 엘리먼트(14)와 고정 전극(116a) 사이에서의 커패시턴스의 증가에도 불구하고, 구동 전압이 이동가능 엘리먼트(14)를 이동시키기에 충분한 레벨에서 유지될 수 있기 때문이다.
[0095] 도 11은, 디바이스를 형성하는 방법(1100)을 예시하는 흐름도의 일례를 도시한다. 예시의 방법(1100)의 블록(1101)은, 기판 구조를 형성하는 단계를 포함한다. 일부 구현들에서, 기판 구조는, 광이 기판을 관통하도록 허용하는 유리, 플라스틱, 또는 임의의 투명 중합체 재료를 포함할 수 있다. 일부 "인버스" 또는 "리버스" IMOD 아키텍쳐들에서, 기판 구조는 투명할 필요는 없으며 불투명할 수도 있다. 일부 구현들에서, 도 10a 내지 도 10p를 참조하여 앞서 설명된 기판(20)에 기판 구조가 구성될 수 있다.
[0096] 예시의 방법(1100)은 또한, 블록(1103)에 의해 도시된 바와 같이, 저장 커패시터를 포함하는 이동가능 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함한다. 이동가능 엘리먼트는, 기판 구조에 수직인 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 이동가능 엘리먼트는, 도 10p를 참조하여 앞서 설명된 이동가능 엘리먼트(14)와 유사하게 구성될 수 있고, 저장 커패시터를 형성하는 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동가능 엘리먼트는, 제 1 및 제 2 도전 층들 사이에 배치된 유전체 지지 층을 포함할 수 있다. 유전체 지지 층은, 이동가능 엘리먼트(14)를 위한 기계적 기능을 서빙할 수 있으면서, 제 1 및 제 2 도전 층들 사이의 유전체로서의 전기적 기능을 또한 서빙할 수 있다.
[0097] 예시의 방법(1100)은 또한, 블록(1105)에 의해 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 스위치를 형성하는 단계를 포함한다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 스위치는, 소스와 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 스위치를 형성하는 단계는, 앞서 설명된 TFT 구조들(162)과 유사한 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0098] 일부 구현들에서, 예시의 방법(1100)은, 이동가능 엘리먼트와 기판 구조 사이에 광학 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 광학 스택은, 앞서 설명된 고정 전극(116a) 및 제 1 및 제 2 유전체 층들(116b, 116c)과 유사한, 고정 전극 및 하나 또는 그 초과의 유전체 층들을 포함할 수 있다. 예시된 시퀀스 그 이전에, 그 중간에, 또는 그 이후에 수많은 추가적인 단계들이 채용될 수 있지만, 이러한 단계들은 설명의 명확성을 위해 본원에서 생략된다.
[0099] 도 12a는, 저장 커패시터를 포함하는 이동가능 엘리먼트들 및 저장 커패시터를 갖지 않는 이동가능 엘리먼트들에 대한 시간 경과에 따른 전압의 일례를 도시한다. 앞서 논의된 바와 같이, IMOD 디스플레이 엘리먼트는, 이동가능 엘리먼트의 위치를 광학 스택에 대하여 변경함으로써 그리고/또는 그들 사이에 정의된 광학 공진 공동의 두께를 변경함으로써 가시광의 하나 또는 그 초과의 파장들을 반사시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 디스플레이 엘리먼트에 의해 반사된 스펙트럼 대역의 위치는, 고정 전극에 대하여 이동가능 엘리먼트를 구동시키기 위해, 이동가능 엘리먼트와 고정 전극 사이에 전압을 인가함으로써 조정될 수 있다. 도 12a의 곡선들(1204, 1214, 및 1224)은, 녹색광, 청색광, 및 적색광을 각각 반사시키도록 구성된 저장 커패시터를 갖지 않는 디스플레이 엘리먼트들에 대해 시간이 경과함에 따른 전압의 플롯들을 도시한다. 도 12a의 곡선들(1202, 1212, 및 1222)은, 녹색광, 청색광, 및 적색광을 각각 반사시키도록 구성된 저장 커패시터를 포함하는 디스플레이 엘리먼트들에 대해 시간이 경과함에 따른 전압의 플롯들을 도시한다. 곡선들(1204, 1214, 및 1224)을 곡선들(1202, 1212, 및 1222)과 비교함으로써 나타낸 바와 같이, 저장 커패시터를 갖지 않는 디스플레이 엘리먼트들에 대한 이동가능 엘리먼트들과 고정 전극들 사이의 전압은 저장 커패시터들을 포함하는 디스플레이 엘리먼트들과 비교하여 시간이 경과함에 따라 더 빠르게 감소하며, 이는 이동가능 엘리먼트가 고정 전극을 향하여 구동될 때 이동가능 엘리먼트와 고정 전극들 사이의 커패시턴스가 증가하기 때문이다.
[0100] 도 12b는, 도 12a의 이동가능 엘리먼트들에 대해 시간이 경과함에 따른 위치의 일례를 도시하며, 여기서 위치는 고정 전극에 대하여 측정된 것이다. 이 예시에서, 곡선들(1203, 1213, 및 1223)은 녹색광, 청색광, 및 적색광을 각각 반사시키도록 구성된 디스플레이 엘리먼트들에 대해 저장 커패시터를 포함하는 이동가능 엘리먼트의 위치의 플롯들을 도시한다. 곡선들(1205, 1215, 및 1225)은, 녹색광, 청색광, 및 적색광을 각각 반사시키도록 구성된 디스플레이 엘리먼트들에 대해 저장 커패시터를 갖지 않는 이동가능 엘리먼트의 위치의 플롯들을 도시한다. 곡선들(1203, 1213, 및 1223)을 곡선들(1205, 1215, 및 1225)과 비교함으로써, 저장 커패시터를 포함하는 이동가능 엘리먼트가 연관된 고정 전극에 더 가깝게 이동될 수 있음이 관찰될 수 있으며, 이는 이동가능 엘리먼트와 고정 전극 사이의 커패시턴스가 증가함에 따라서 이동가능 엘리먼트와 고정 전극 사이의 전압이 이동가능 엘리먼트를 구동시키기에 충분히 높게 유지될 수 있기 때문이다. 이에 따라, 도 12a 및 도 12b는, 저장 커패시터를 포함하는 이동가능 엘리먼트가 저장 커패시터를 갖지 않는 디스플레이 엘리먼트 보다 고정 전극에 대하여 더 큰 범위의 안정적인 움직임을 통해서 구동될 수 있음을 입증한다.
[0101] 도 13a 및 도 13b는 복수의 IMOD 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이 디바이스(40)를 예시하는 시스템 블록도들이다. 디스플레이 디바이스(40)는, 예를 들어, 스마트 폰, 셀룰러 또는 모바일 전화일 수 있다. 그러나, 디스플레이 디바이스(40)의 동일한 컴포넌트들 또는 이들의 약간의 변형들이 또한, 텔레비전들, 컴퓨터들, 태블릿들, e-리더기들, 핸드-헬드 디바이스들 및 휴대용 미디어 디바이스들과 같은 다양한 타입들의 디스플레이 디바이스들을 예시한다.
[0102] 디스플레이 디바이스(40)는 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 디바이스(48), 및 마이크로폰(46)을 포함한다. 하우징(41)은 사출 성형(injection molding), 및 진공 성형(vacuum forming)을 포함하는 임의의 다양한 제조 프로세스들로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(41)은, 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료들로 만들어질 수 있다. 하우징(41)은, 상이한 컬러의, 또는 상이한 로고들, 그림들 또는 심볼들을 포함하는 다른 제거가능한 부분들과 상호교환될 수 있는 제거가능한 부분들(도시안됨)을 포함할 수 있다.
[0103] 디스플레이(30)는 본원에 설명하는 바와 같이, 쌍안정 또는 아날로그 디스플레이를 포함하는 다양한 디스플레이들 중 임의의 디스플레이일 수 있다. 디스플레이(30)는 또한 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD와 같은 평판 디스플레이, 또는 CRT 또는 다른 튜브 디바이스와 같은 비-평판 디스플레이를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 디스플레이(30)는 본원에 설명하는 바와 같이, 통합된 저장 커패시터를 갖는 IMOD 기반 디스플레이를 포함할 수 있다.
[0104] 디스플레이 디바이스(40)의 컴포넌트들은 도 13a에 개략적으로 도시되어 있다. 디스플레이 디바이스(40)는 하우징(41)을 포함하고 그 안에 적어도 부분적으로 인클로징된(enclosed) 추가의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스(40)는 트랜시버(47)에 커플링될 수 있는 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 네트워크 인터페이스(27)는 디스플레이 디바이스(40) 상에 디스플레이될 수 있는 이미지 데이터에 대한 소스일 수 있다. 상응하게, 네트워크 인터페이스(27)는 이미지 소스 모듈의 일례이지만, 프로세서(21) 및 입력 디바이스(48)는 또한 이미지 소스 모듈로서 역할을 할 수 있다. 트랜시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(52)에 연결되는 프로세서(21)에 연결된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 컨디셔닝(이를테면, 신호를 필터링하거나 그렇지 않으면 조정)하도록 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크로폰(46)에 연결될 수 있다. 프로세서(21)는 또한 입력 디바이스(48) 및 드라이버 제어기(29)에 연결될 수 있다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(28) 및 어레이 드라이버(22)에 커플링될 수 있고, 어레이 드라이버(22)는 차례로 디스플레이 어레이(30)에 커플링될 수 있다. 도 13a에 구체적으로 도시되지 않은 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이 디바이스(40)의 하나 또는 그 초과의 엘리먼트들은 프로세서(21)와 통신하도록 구성되고 메모리 디바이스로서 기능하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 전력 공급기(50)는 특정 디스플레이 디바이스(40) 설계에 있어 실질적으로 모든 컴포넌트들에 전력을 제공할 수 있다.
[0105] 네트워크 인터페이스(27)는, 디스플레이 디바이스(40)가 하나 또는 그 초과의 디바이스들과 네트워크를 통해 통신할 수 있도록, 안테나(43) 및 트랜시버(47)를 포함한다. 네트워크 인터페이스(27)는 또한 예를 들어, 프로세서(21)의 데이터 프로세싱 요건들을 완화시키기 위한 일부 프로세싱 능력들을 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 일부 구현들에서, 안테나(43)는 IEEE 16.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하는 IEEE 16.11 표준, 또는 IEEE 802.11a, b, g, n 및 그의 추가의 구현들을 포함하는 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호들을 송신 및 수신한다. 일부 다른 구현들에서, 안테나(43)는 Bluetooth® 표준에 따라 RF 신호들을 송신 및 수신한다. 셀룰러 전화의 경우에서, 안테나(43)는 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA), 시간 분할 다중 액세스(TDMA), 이동 통신을 위한 글로벌 시스템(GSM), GSM/범용 패킷 무선 서비스(GPRS), 인핸스드 데이터 GSM 환경(EDGE), TETRA(Terrestrial Trunked Radio), 광대역 CDMA(W-CDMA), EV-DO(Evolution Data Optimized), 1xEV-DO, EV-DO Rev A, EV-DO Rev B, 고속 패킷 액세스(HSPA), 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA), 고속 업링크 패킷 액세스(HSUPA), 이벌브드 고속 패킷 액세스(HSPA+), 롱 텀 에볼루션(LTE), AMPS, 또는 3G, 4G 또는 5G 기술을 활용하는 시스템과 같은 무선 네트워크내에서 통신하기 위해 사용되는 다른 공지된 신호들을 수신하도록 설계될 수 있다. 트랜시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호들이 프로세서(21)에 의해 수신될 수 있고 프로세서(21)에 의해 추가로 조작될 수 있도록 이들 신호들을 예비-프로세싱할 수 있다. 트랜시버(47)는 또한 프로세서(21)로부터 수신되는 신호들이 안테나(43)를 통해 디스플레이 디바이스(40)로부터 송신될 수 있도록 이들 신호들을 프로세싱할 수 있다.
[0106] 일부 구현들에서, 트랜시버(47)는 수신기로 대체될 수 있다. 또한, 일부 구현들에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)로 전송될 이미지 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스로 대체될 수 있다. 프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 이미지 소스로부터의 압축된 이미지 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 이 데이터를 미가공(raw) 이미지 데이터로, 또는 미가공 이미지 데이터로 용이하게 프로세싱될 수 있는 포맷으로 프로세싱한다. 프로세서(21)는 프로세싱된 데이터를 드라이버 제어기(29)에 전송할 수 있거나 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)에 전송할 수 있다. 미가공 데이터는 통상적으로, 이미지 내의 각 위치에서 이미지 특징들을 식별하는 정보로 지칭한다. 예를 들어, 이러한 이미지 특징들은 컬러, 채도(saturation), 및 그레이-스케일(gray-scale) 레벨을 포함할 수 있다.
[0107] 프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하기 위한 마이크로제어기, CPU, 또는 로직 유닛을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 신호들을 스피커(45)에 송신하며, 마이크로폰(46)으로부터 신호들을 수신하기 위한, 증폭기들 및 필터들을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 디스플레이 디바이스(40)내의 개별 컴포넌트들일 수 있거나, 프로세서(21) 또는 다른 컴포넌트들내에 통합될 수 있다.
[0108] 드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에 의해 생성된 미가공 이미지 데이터를 프로세서(21) 또는 프레임 버퍼(28)로부터 직접적으로 취할 수 있고, 어레이 드라이버(22)로의 고속 송신을 위해 미가공 이미지 데이터를 적절하게 재포맷할 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 미가공 이미지 데이터를 래스터형(raster-like) 포맷을 갖는 데이터 흐름으로 재포맷할 수 있어, 이는 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝에 적합한 시간 순서를 갖게 된다. 그 후, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 독립형 집적 회로(IC)로서 시스템 프로세서(21)와 종종 연관되지만, 이러한 제어기들은 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기들은 하드웨어로서 프로세서(21)에 내장될 수 있거나, 소프트웨어로서 프로세서(21)에 내장될 수 있거나, 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)(또는 드라이버 회로)는 적어도 하나의 신호를 이동가능 엘리먼트(14)에 전송하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 도 1 및 도 10n). 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)(또는 드라이버 회로)는 적어도 하나의 스위치를 인에이블하기 위한 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 이러한 이동가능 엘리먼트의 예시들은, 본원에 설명된 및/또는 예시된 이동가능 엘리먼트들의 구현들 중 임의의 구현을 포함한다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 스위치는, 예를 들어, 도 8에 예시된 것과 같은 박막 트랜지스터(108), 또는 다른 타입의 스위치일 수 있다.
[0109] 어레이 드라이버(22)는 드라이버 제어기(29)로부터 포맷된 정보를 수신할 수 있고, 디스플레이 엘리먼트들의 디스플레이의 x-y 매트릭스로부터 오는 수백, 및 종종 수천(또는 그 이상)의 리드(lead)들에 초당 여러번 인가되는 파형들의 병렬 세트로 비디오 데이터를 재포맷할 수 있다.
[0110] 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레이 어레이(30)는 본원에 설명된 임의의 타입들의 디스플레이들에 적절하다. 예를 들어, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(이를테면, IMOD 디스플레이 엘리먼트 제어기)일 수 있다. 추가로, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(이를테면, IMOD 디스플레이 엘리먼트 드라이버)일 수 있다. 더욱이, 디스플레이 어레이(30)는 종래의 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(이를테면, IMOD 디스플레이 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 디스플레이)일 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 통합될 수 있고, 하나 또는 둘 다 또는 결합된 둘 다일 수 있으며 드라이버 회로로 지칭될 수 있다. 이러한 구현은 고집적 시스템들, 예를 들어 모바일 전화들, 휴대용 전자 디바이스들, 시계들 또는 소형(small-area) 디스플레이들에서 유용할 수 있다.
[0111] 일부 구현들에서, 입력 디바이스(48)는 예를 들어, 사용자가 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하게 하도록 구성될 수 있다. 입력 디바이스(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 락커, 터치 감지형 스크린, 디스플레이 어레이(30)와 통합된 터치 감지형 스크린 또는 압력- 또는 열-감지 멤브레인을 포함할 수 있다. 마이크로폰(46)은 디스플레이 디바이스(40)용 입력 디바이스로서 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로폰(46)을 통한 음성 커맨드들이 디스플레이 디바이스(40)의 동작들을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
[0112] 전력 공급기(50)는 다양한 에너지 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급기(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬-이온 배터리와 같은 재충전가능한 배터리일 수 있다. 재충전가능한 배터리를 사용하는 구현들에서, 재충전가능한 배터리는 예를 들어, 벽 소켓 또는 광전지 디바이스 또는 어레이로부터 오는 전력을 사용하여 충전가능할 수도 있다. 대안적으로, 재충전가능한 배터리는 무선으로 충전가능할 수 있다. 전력 공급기(50)는 또한, 재생가능한 에너지 소스, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지 또는 태양 전지 페인트를 포함하는 태양 전지일 수 있다. 전력 공급기(50)는 또한 벽 콘센트(wall outlet)로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다.
[0113] 일부 구현들에서, 제어 프로그램가능성(control programmability)은 전자 디스플레이 시스템의 여러 장소들에 위치될 수 있는 드라이버 제어기(29)에 상주한다. 일부 다른 구현들에서, 제어 프로그램가능성은 어레이 드라이버(22)에 상주한다. 전술된 최적화는, 많은 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들로 그리고 다양한 구성들로 구현될 수 있다.
[0114] 본원에 이용된 바와 같이, 아이템들의 리스트 중 "적어도 하나(at least one of)"를 지칭하는 문구는 단일의 부재들을 포함하는 이들 아이템들의 임의의 조합을 지칭한다. 예로서, "a, b 또는 c 중 적어도 하나"는 a, b, c, a-b, a-c, b-c, 및 a-b-c를 커버하도록 의도된다.
[0115] 본원에 개시된 구현들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환가능성은 일반적으로 기능성의 측면에서 설명되어 있고, 위에서 설명된 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들로 예시되어 있다. 이러한 기능성이 하드웨어로 구현되는지 또는 소프트웨어로 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 부과되는 설계 제약들에 의존한다.
[0116] 본원에 개시된 양상들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 및 회로들을 구현하는데 사용되는 하드웨어 및 데이터 프로세싱 장치는 범용 단일-칩 또는 다중-칩 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램 가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서 또는, 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들면, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 협력하는 하나 또는 그 초과의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 특정한 단계들 및 방법들이 주어진 기능에 대해 특정한 회로에 의하여 수행될 수 있다.
[0117] 하나 또는 그 초과의 양상들에서, 설명된 기능들은 본 명세서에서 개시된 구조들 및 이 개시된 구조들과의 구조적 균등물들을 포함하는 하드웨어, 디지털 전자 회로, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어로, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 요지의 구현들은 또한, 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해 또는 그 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체들 상에 인코딩된 하나 또는 그 초과의 컴퓨터 프로그램들, 즉, 컴퓨터 프로그램 명령들의 하나 또는 그 초과의 모듈들로서 구현될 수 있다.
[0118] 본 개시물에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 용이하게 명백할 것이고, 여기에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시물의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구항들은 본원에서 도시된 구현들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본원에 개시된 개시내용, 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위에 따른다. 부가적으로, 당업자는 용어들 "상부" 및 "하부" 가 때때로 도면들의 설명을 용이하게 하기 위해 이용되며, 적합하게 배향된 페이지 상의 도면의 배향에 대응하는 상대적인 위치들을 표시하고, 구현된 바와 같은 IMOD의 적합한 배향을 반영하지 않을 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
[0119] 개별적인 구현들의 맥락에서 이 명세서에서 설명되는 특정 특징들은 또한 결합되어 단일 구현으로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명되는 다양한 특징들은 또한 개별적으로 다수의 구현들로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 구현될 수 있다. 아울러, 특징들이 특정한 조합들로 동작하는 것으로 앞서 설명되거나 심지어 초기에 이와 같이 청구될지라도, 몇몇 경우들에서, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 그 조합으로부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 서브-조합 또는 서브-조합의 변화에 관련될 수 있다.
[0120] 유사하게, 동작들은 도면들에서 특정한 순서로 도시되지만, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 이러한 동작들이 도시된 특정한 순서 또는 순차적 순서로 수행되거나 또는 모든 예시된 동작들이 수행될 필요는 없다는 것을 당업자는 용이하게 인식할 것이다. 게다가, 도면들은 하나 초과의 예시의 프로세스들을 흐름도의 형태로 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이 개략적으로 예시된 예시의 프로세스들에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 추가적인 동작들은, 임의의 예시된 동작들 이전에, 이후에, 동시에, 또는 그 사이에 수행될 수 있다. 특정한 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 앞서 설명된 구현들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 구현들에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 단일 소프트웨어 물건으로 함께 통합되거나 또는 다수의 소프트웨어 물건들로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다. 추가적으로, 다른 구현들은 하기 청구항들의 범위 내에 있다. 일부의 경우들에서, 청구항들에서 언급된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 바람직한 결과들을 여전히 달성할 수 있다.

Claims (23)

  1. 디바이스로서,
    고정 전극을 갖는 기판 구조;
    기판에 일반적으로 수직인 방향으로 이동하도록 구성된 이동가능 엘리먼트 ― 상기 이동가능 엘리먼트는 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층을 포함하고, 상기 제 1 도전 층 및 상기 제 2 도전 층은 저장 커패시터를 형성함 ―; 및
    소스와 상기 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 스위치를 포함하는,
    디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 상기 저장 커패시터가 상기 이동가능 엘리먼트에 전기적으로 커플링되고, 적어도 상기 이동가능 엘리먼트가 작동될 때 상기 이동가능 엘리먼트에 전압을 제공하도록, 구성되는,
    디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동가능 엘리먼트와 상기 기판 구조 사이에 배치된 광학 스택을 더 포함하고,
    상기 광학 스택은 부분적으로는 반사성이고 부분적으로는 투과성인 층을 포함하는,
    디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광학 스택 및 상기 이동가능 엘리먼트는, 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 엘리먼트를 형성하는,
    디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치는, 박막 트랜지스터를 포함하는,
    디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 도전 층은, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 및 상기 고정 전극에 연결되는,
    디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동가능 엘리먼트는, 상기 제 1 도전 층과 상기 제 2 도전 층 사이에 배치된 유전체 층을 포함하는,
    디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 실리콘 산화-질화물을 포함하는,
    디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유전체 층은, 20㎚ 내지 4000㎚ 사이의 두께 치수를 갖는,
    디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도전 층은, 접지(electrical ground)에 연결되는,
    디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동가능 엘리먼트는, 상기 고정 전극과 상기 제 1 도전 층 사이에 인가되는 전압차에 응답하여 이동하도록 구성되는,
    디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스플레이 ― 상기 디스플레이는 상기 이동가능 엘리먼트를 포함함 ―;
    상기 디스플레이와 통신하도록 구성된 프로세서 ― 상기 프로세서는 이미지 데이터를 프로세싱하도록 구성되어 있음 ―; 및
    상기 프로세서와 통신하도록 구성된 메모리 디바이스를 더 포함하는,
    디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    적어도 하나의 신호를 상기 이동가능 엘리먼트에 전송하고 그리고 상기 적어도 하나의 스위치를 인에이블하기 위한 신호를 전송하도록 구성된 드라이버 회로를 더 포함하는,
    디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 상기 드라이버 회로에 전송하도록 구성된 제어기를 더 포함하는,
    디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이미지 데이터를 상기 프로세서에 전송하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 더 포함하는,
    디바이스.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입력 데이터를 수신하고 그리고 상기 입력 데이터를 상기 프로세서에 통신하도록 구성된 입력 디바이스를 더 포함하는,
    디바이스.
  17. 디바이스를 형성하는 방법으로서,
    기판 구조를 형성하는 단계;
    상기 기판 구조에 일반적으로 수직인 방향으로 이동하도록 구성된 이동가능 엘리먼트를 형성하는 단계 ― 상기 이동가능 엘리먼트는 제 1 도전 층 및 제 2 도전 층을 포함하고, 상기 제 1 도전 층 및 상기 제 2 도전 층은 저장 커패시터를 형성함 ―; 및
    적어도 하나의 스위치를 형성하는 단계 ― 상기 스위치는 소스와 상기 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하도록 구성됨 ― 를 포함하는,
    디바이스를 형성하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    광학 스택을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 광학 스택은 상기 이동가능 엘리먼트와 상기 기판 구조 사이에 배치되는,
    디바이스를 형성하는 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치를 형성하는 단계는, 박막 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는,
    디바이스를 형성하는 방법.
  20. 디스플레이 디바이스로서,
    전기기계 시스템을 포함하고,
    상기 전기기계 시스템은,
    기판 구조, 및
    전하를 저장하고 그리고 광을 반사시키기 위한 이동가능 수단; 및
    소스와 저장 커패시터 사이의 전하의 흐름을 제어하기 위한 수단을 포함하는 디스플레이 엘리먼트를 포함하고,
    상기 광 반사 전하 저장 수단은 상기 기판 구조에 일반적으로 수직인 방향에서 적어도 제 1 작동 위치 및 릴렉싱 위치로 구동되도록 구성되고, 상기 광 반사 전하 저장 수단은 상기 이동가능 수단이 작동되고 있는 동안 상기 이동가능 수단의 적어도 하나의 도전 층에 전압을 제공하도록 더 구성되는,
    디스플레이 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전하를 저장하고 광을 반사시키기 위한 이동가능 수단은, 제 1 도전 층, 제 2 도전 층, 및 상기 제 1 도전 층과 상기 제 2 도전 층 사이의 유전체 층을 포함하고,
    상기 제 1 도전 층과 상기 제 2 도전 층 및 상기 유전체 층은, 이동가능 저장 커패시터를 형성하는,
    디스플레이 디바이스.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 전하 제어 수단은 적어도 하나의 스위치를 포함하는,
    디스플레이 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치는 박막 트랜지스터를 포함하는,
    디스플레이 디바이스.
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