KR20030085506A - 마이크로 미러 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20030085506A
KR20030085506A KR10-2003-0027020A KR20030027020A KR20030085506A KR 20030085506 A KR20030085506 A KR 20030085506A KR 20030027020 A KR20030027020 A KR 20030027020A KR 20030085506 A KR20030085506 A KR 20030085506A
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웨버티모시엘
라도민스키조지
존슨노만엘
맥마흔테리이
슐테도날드더블유
도날드슨제레미에이치
로시레오나드에이
벤갈리사디크에스
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘 피
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Abstract

마이크로 미러 장치(10/10')는 면(22)을 갖는 기판(20)과 기판의 면으로부터 분리되어 있으며 기판의 면에 실질적으로 평행하게 배향된 플레이트(30)를 포함하며, 플레이트와 기판의 면은 그 사이에 공동(50)을 정의한다. 유전액(52)은 공동 안에 배치되며, 반사 소자(42/142/242/342/442)는 기판의 면과 플레이트 사이에 삽입된다. 이와 같이, 반사 소자는 제 1 위치와 적어도 하나의 제 2 위치 사이에서 운동하도록 된다.

Description

마이크로 미러 장치 및 그의 제조 방법{MICRO-MIRROR DEVICE}
본 발명은 일반적으로 마이크로 액츄에이터 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마이크로 미러 장치에 관한 것이다.
마이크로 액츄에이터(Micro-actuator)는 사진석판, 기상 증착 및 에칭과 같은 미세 전자 기술(micro-electronic technique)을 사용하여 마이크로 절연체 또는 다른 기판 위에 형성되어왔다. 이런 마이크로 액츄에이터는 종종 마이크로-일렉트로메카니컬 시스템(MEMS, micro-electromechanical system) 장치라고 불린다. 마이크로 액츄에이터의 일례는 마이크로 미러 장치를 포함한다. 마이크로 미러 장치는 입사광의 진폭 또한/또는 위상 변조를 위한 광 변조기로서 동작할 수 있다. 마이크로 미러 장치의 일 응용은 디스플레이 시스템 안에서이다. 이와 같이, 다수의 마이크로 미러 장치는 어레이(array)로 배열되며 각 마이크로 미러 장치는 디스플레이장치의 하나의 셀(cell) 또는 픽셀(pixel)을 제공한다.
통상적인 마이크로 미러 장치는 미러의 축을 중심으로 한 회전을 지지하는 정전 구동 미러(electrostatically actuated mirror)를 포함한다. 그러나 통상적인 마이크로 미러 장치는 지지구조에 관한 미러의 회전이 가능하도록 충분한 크기로 만들어져야 한다. 그러나 마이크로 미러 장치의 크기 증가는 보다 소수의 마이크로 미러 장치만이 주어진 영역을 차지할 수 있으므로 디스플레의 장치의 해상도를 감소시킨다. 또한 사용되는 활성화 에너지는 미러에 대해 원하는 활성력을 발생하도록 충분히 커야 한다.
따라서, 마이크로 미러 장치의 어레이 밀도를 최대화하도록 마이크로 미러 장치의 크기를 최소화함은 물론, 주어진 활성화 에너지에 의해 발생된 마이크로 미러 장치에 대한 활성력을 증가시키는 것이 요구된다.
본 발명의 일 측면은 마이크로 미러 장치를 제공한다. 마이크로 미러 장치는 면을 갖는 기판과 기판의 면과 일정한 간격을 유지하고 실질적으로 평행하게 배향된 플레이트를 가지며, 플레이트와 기판의 면은 그 사이에 공동을 정의한다. 유전액은 공동 안에 배치되며 반사 소자는 기판의 면과 플레이트 사이에 배치된다. 이와 같이, 반사 소자는 제 1 위치와 적어도 하나의 제 2 위치 사이에서 운동하도록 된다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 한 부분에 대한 일 실시예를 도시한 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 한 부분에 대한 일 실시예를 도시한 투시도.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 한 부분에 대한 변형예를 도시한 투시도.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 구동에 대한 일 실시예를 도시한 도 2와 3의 선 4-4를 따라 취해진 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 구동에 대한 변형예를 도시한 도 4에 유사한 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 구동에 대한 변형예를 도시한 도 4에 유사한 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 한 부분에 대한 변형예를 도시한 투시도.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 구동에 대한 일 실시예를 도시한 도 7의 선 8-8을 따라 취해진 개략적인 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 한 부분에 대한 변형예를 도시한 투시도.
도 10(a) 는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 구동에 대한 일 실시예를 도시한 도 9의 선 10-10을 따라 취해진 개략적인 단면도.
도 10(b) 는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치에 대한 변형예의 구동을 도시한 도 10(a) 에 유사한 개략적인 단면도.
도 10(c) 는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치에 대한 변형예의 구동을 도시한 도 10(a) 에 유사한 개략적인 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 한 부분에 대한 변형예를 도시한 투시도.
도 12 는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 구동에 대한 일 실시예를 도시한 도 11의 선 12-12를 따라 취해진 개략적인 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치를 포함하는 디스플레이 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 14는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 어레이의 한 부분에 대한 일 실시예를 도시한 투시도.
도 15는 본 발명에 따른 마이크로 미러 장치의 어레이의 한 부분에 대한 변형예를 도시한 투시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 기판22 : 면
30 : 플레이트 32 : 투명 플레이트
40 : 구동 소자 42 : 반사 소자
47 : 제 1 위치 48 : 제 2 위치
50 : 공동 52 : 유전액
다음의 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 이루며, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예를 나타내도록 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하기로 한다. 이러한 점에서, "위", "아래", "앞", "뒤", "선두", "후미" 등과 같은 방향 용어는 도시된 도면의 배향에 대한 참조부호와 함께 사용되었다. 본 발명의 구성 요소는 다수의 다른 배향으로 배치될 수 있으므로, 방향 용어는 도시의 목적으로 사용되었으며 제한하지 않는다. 다른 실시예가 실시될 수 있으며 구조적 또는 논리적 변화가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 가해질 수 있다. 따라서 다음의 상세한 설명은 제한적인 의미에서 취급되어서는 안되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정의된다.
도 1은 마이크로 미러 장치(10)의 일 실시예를 도시한 것이다. 마이크로 미러 장치(10)는 힘을 발생하고 본체 또는 구성요소의 운동 또는 구동을 일으키는 전기 기계 변환(electrical to mechanical conversion)에 의존하는 마이크로 액츄에이터(micro actuator)이다. 일 실시예에서, 다음에 설명된 바와 같이, 다수의 마이크로 미러 장치(10)가 마이크로 미러 장치의 어레이를 형성하도록 배치된다. 이와 같이, 마이크로 미러 장치의 어레이는 디스플레이 장치를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 각 마이크로 미러 장치(10)는 입사광을 변조하는 광 변조기를 구성하고, 디스플레이 장치의 하나의 셀 또는 픽셀을 제공한다. 또한, 마이크로 미러 장치(10)는 프로젝터와 같은 다른 이미지 시스템(imaging system)에서 사용될 수도 있으며 광 어드레싱(optical addressing)에 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 마이크로 미러 장치(10)는 기판(20), 플레이트(30) 및 구동 소자(actuating element)(40)를 포함한다. 기판(20)은 면(22)을 갖는다. 일 실시예에서 면(22)은 기판(20) 안 또한/또는 위에 형성된 트렌치(trench) 또는 텁(tub)에 의해 형성된다. 바람직하게는, 플레이트(30)는 면(22)에 실질적으로 평행하게 배향되며 그 사이에 공동(cavity)(50)을 정의하도록 면(22)으로부터 일정한 간격을 유지한다. 이와 같이, 구동 소자(40)는 공동(50)안에 배치된다.
일 실시예에서, 구동 소자(40)는 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 기판(20) 및 플레이트(30)에 관하여 운동하도록 구동된다. 바람직하게는, 구동 소자(40)는 회전축을 주위로 비스듬히 운동하거나 기울어진다. 이와 같이, 구동 소자(40)의 제 1 위치(47)는 실질적으로 수평이며 실질적으로 기판(20)에 평행한 것으로 도시되었으며, 구동 소자(40)의 제 2 위치(48)는 제 1 위치(47)에 비스듬히 배향된 것으로 도시되었다. 기판(20) 및 플레이트(30)에 관한 구동 소자(40)의 운동 또는 구동은 다음에 상세히 기술되었다.
일 실시예에서, 공동(50)은 구동 소자(40)가 유전액(dielectric liquid)(52)에 접촉하도록 유전액(52)으로 채워져 있다. 일 실시예에서, 공동(50)은 구동 소자(40)가 유전액(52)에 잠기도록 유전액(52)으로 채워져 있다. 따라서, 유전액(52)은 구동 소자(40)와 기판(20) 사이에 또한 구동 소자(40)와 플레이트(30) 사이에 배치된다. 따라서, 유전액(52)은 구동 소자(40)의 양면에 접촉하거나 양면을 젖게 한다. 변형예에서, 공동(50)은 구동 소자(40)가 유전액(52) 위에 배치되도록 유전액(52)으로 채워져 있으며 기판(20)을 마주보는 구동 소자의적어도 한 면이 유전액(52)에 접촉한다. 유전액(52)은 밑에서 설명된 바와 같이 구동 소자(40)의 구동을 강화한다.
바람직하게는, 유전액(52)은 투명하다. 이와 같이, 유전액(52)은 가시 스펙트럼에서 깨끗하거나 무색이다. 또한, 유전액(52)은 전장(electric field)에서 화학적으로 안정하고 온도 변화에 화학적으로 안정하며 화학적으로 불활성이다. 또한 유전액(52)은 저 증기압(low vapor pressure)을 가지며 비부식성(non-corrosive)이다. 더 나아가 유전액(52)은 전장에서 고 분자 배향(high molecular orientation)을 가지며 전장에서 운동한다.
바람직하게는, 유전액(52)은 저 유전상수와 고 쌍극 모멘트(high dipole moment)를 갖는다. 또한 유전액(52)은 대체로 가요성(flexible)이며 이용 가능한 파이 전자(pi electron)를 갖는다. 유전액(52)으로 사용하기에 적절한 액체의 예는 단독 또는 혼합물(즉, 2, 3, 및 5 환)로 사용되는 페닐 에테르(phenyl-ethers), 페닐 설피드(phenyl sulphides) 또한/또는 페닐 셀레니드(phenyl-selenides)를 포함한다. 일 실시예에서, 유전액(52)으로 사용하기에 적절한 액체의 예는 OS138 및 올리브 기름과 같은 폴리페닐 에테르(PPE, polyphenyl ether)를 포함한다.
바람직하게는, 플레이트(30)는 투명 플레이트(32)이며 구동 소자(40)는 반사 소자(42)이다. 일 실시예에서, 투명 플레이트(42)는 유리 플레이트이다. 그러나 다른 적절한 평면의 반투명 또는 투명 재료가 사용될 수 있다. 이런 재료의 예는 수정과 플라스틱을 포함한다.
반사 소자(42)는 반사면(44)을 포함한다. 일 실시예에서 반사 소자(42)는 반사면(44)을 형성하기 위해 적절한 반사율을 갖는 동질의 재료로 형성된다. 이런 재료의 예는 폴리실리콘 또는 알루미늄 같은 금속을 포함한다. 변형예에서, 반사 소자(42)는 베이스 재료(base material)위에 배치된 알루미늄 또는 티타늄 질화물(titanium nitride)과 같은 반사 재료와 함께 폴리실리콘과 같은 베이스 재료로 형성된다. 또한, 반사 소자(42)는 비전도성 재료로 형성될 수 있고 또는 전도성 재료로 형성될 수 있거나 전도성 재료를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 마이크로 미러 장치(10)는 기판(20)의 반대 면에 있는 투명 플레이트(32) 쪽에 위치한 광원(도시되지 않음)에 의해 생성된 빛을 변조한다. 광원은, 예를 들어 주위의 또한/또는 인공의 빛을 포함할 수 있다. 이와 같이, 투명 플레이트(32)에 입사된 입사광(input light)(12)은 투명 플레이트(32)를 통하여 공동(50)으로 통과한 후 반사 소자(42)의 반사면(44)에 의해 반사광(14)(output light)으로 반사된다. 따라서, 반사광(14)은 공동(50)을 통과하여 투명 플레이트(32)를 통해 돌아간다.
반사광(14)의 방향은 반사 소자(42)의 위치에 의해 결정되거나 제어된다. 예를 들어, 제 1 위치(47)의 반사 소자(42)에서 반사광(14)은 제 1 방향(141)으로 향한다. 반면에 제 2 위치(48)의 반사 소자(42)에서 반사광(14)은 제 2 방향(142)으로 향한다. 따라서, 마이크로 미러 장치(10)는 입사광(12)에 의해 발생한 반사광(14)의 방향을 변조하거나 변경한다. 이와 같이, 반사 소자(42)는 빛을 광 이미지 시스템으로 향하게 또한/또는 광 이미지 시스템으로부터 멀어지게 하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 위치(47)는 밑에서 설명된 바와 같이 빛이, 예를 들어 뷰어(viewer) 또는 디스플레이 스크린에 반사된다는 점에서 반사 소자(42)의 중립 위치이며 마이크로 미러 장치(10)의 "ON" 상태를 나타낸다. 따라서, 제 2 위치(48)는 빛이, 예를 들어 뷰어(viewer) 또는 디스플레이 스크린에 반사되지 않는다는 점에서 반사 소자(42)의 구동 위치이며 마이크로 미러 장치(10)의 "OFF" 상태를 나타낸다.
도 2는 반사 소자(42)의 일 실시예를 도시한 것이다. 반사 소자(142)는 반사면(144)을 가지며 실질적으로 직사각형 형상의 외부(outer portion)(180)와 실질적으로 직사각형 형상의 내부(184)를 포함한다. 일 실시예에서, 반사면(144)은 외부(180)와 내부(184) 양자 위에 형성된다. 외부(180)는 실질적으로 직사각형 형상의 개구부(opening)(182)를 형성하도록 배열된 네 개의 연속적인 측부(side portion)(181)를 갖는다. 바람직하게는, 내부(184)가 개구부(182) 안에 대칭적으로 배치된다.
일 실시예에서, 한 쌍의 힌지(hinge)(186)는 내부(184)와 외부(180) 사이에 연장된다. 힌지(186)는 내부(184)의 반대 편 또는 가장자리로부터 외부(180)의 인접한 반대 편 또는 가장 자리로 연장된다. 바람직하게는, 외부(180)는 대칭 축을 따라 힌지(186)에 의해 지지된다. 보다 상세하게, 외부(180)는 그것의 반대편 가장 자리의 중앙을 통해 연장되는 축 중심에서 지지된다. 이와 같이, 힌지(186)는, 상술한 바와 같이(도 1), 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 반사 소자(142)의 운동을 용이하게 한다. 보다 상세하게, 힌지(186)는 제 1 위치(47)와 제 2위치(48) 사이에서 내부(184)에 관하여 외부(180)의 운동을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 힌지(186)는 반사면(144)에 실질적으로 평행하게 배향된 종축(189)을 갖는 토션 부재(torsional member)(188)를 포함한다. 종축(189)은 반사 소자(142)의 대칭축과 동일 선상이며 일치한다. 이와 같이, 토션 부재(188)는 종축(189)을 주위로 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 내부(184)에 관하여 외부(180)의 운동을 수용하도록 꼬이거나 돈다.
일 실시예에서, 반사 소자(142)는 기판(20)의 면(22)으로부터 연장된 지지체(support) 또는 기둥(post)(24)에 의해 기판(20)에 관해 지지된다. 보다 상세하게, 기둥(24)은 반사 소자(142)의 내부(184)를 지지한다. 이와 같이, 기둥(24)은 외부(180)의 측부(181) 내에 배치된다. 따라서, 반사 소자(142)의 외부(180)는 힌지(186)에 의해 기둥(24)으로부터 지지된다.
도 3은 반사 소자(42)의 변형예를 도시한 것이다. 반사 소자(242)는 반사면(244)을 가지며 실질적인 H 형상부(280)와 한 쌍의 실질적인 직사각형 형상부(284)를 포함한다. 일 실시예에서, 반사면(244)은 H 형상부(28)와 직사각형 형상부(284) 양자 위에 형성된다. H 형상부(280)는 한 쌍의 분리된 다리부(281)와 분리된 다리부(281)를 연장하는 연결부(282)를 갖는다. 이와 같이, 직사각형 형상부(284)는 분리된 다리부(281) 사이의 연결부(282)의 반대편에 배치된다. 바람직하게는, 직사각형 형상부(284)는 분리된 다리부(281)와 연결부(282)에 대칭적으로 배치된다.
일 실시예에서, 힌지(286)는 직사각형 형상부(284)와 H 형상부(280) 사이에연장된다. 힌지(286)는 직사각형 형상부(284)의 한 측면 또는 가장자리로부터 H 형상부(280)의 연결부(282)의 인접한 반대편 또는 가장자리로 연장된다. 바람직하게는, H 형상부(280)는 대칭축을 따라 힌지(286)에 의해 지지된다. 보다 상세하게, H 형상부(280)는 연결부(282)의 반대편 가장자리의 중앙을 통해 연장되는 축을 중심으로 지지된다. 이와 같이, 힌지(286)는, 상술한(도 1) 바와 같이 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 반사 소자(242)의 운동을 용이하게 한다. 보다 상세하게, 힌지(286)는 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 직사각형 형상부(284)에 관하여 H 형상부(280)의 운동을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 힌지(286)는 반사면(244)에 실질적으로 평행하게 배향된 종축(289)을 갖는 토션 부재(288)를 포함한다. 종축(289)은 반사 소자(242)의 대칭축과 동일 선상이며 일치한다. 이와 같이, 토션 부재(288)는 종축(289)을 주위로 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 직사각형 형상부(284)에 관하여 H 형상부(280)의 운동을 수용하도록 꼬이거나 돈다.
일 실시예에서, 반사 소자(242)는 기판(20)의 면(22)으로부터 연장된 한 쌍의 기둥(24)에 의해 기판(20)에 관해 지지된다. 보다 상세하게, 기둥(24)은 반사 소자(242)의 직사각형 형상부(284)를 지지한다. 이와 같이, 기둥(24)은 분리된 다리부(281) 사이의 연결부(282)의 반대편에 배치된다. 따라서, 반사 소자(242)의 H 형상부(280)는 힌지(286)에 의해 기둥(24)으로부터 지지된다.
도 4는 마이크로 미러 장치(10)의 구동에 관한 일 실시예를 도시한 것이다. 일 실시예에서, 반사 소자(42)(반사 소자(142 및 242)를 포함한다)는 기판(20) 상에 형성된 전극(60)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 운동한다. 바람직하게는, 전극(60)은 반사 소자(42)의 한쪽 끝 또는 가장자리에 인접하게 기판(20) 상에 형성된다. 전극(60)에 대한 전기 신호의 인가는 전극(60)과 반사 소자(42) 사이에 전장을 발생시켜, 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 반사 소자(42)의 운동을 일으킨다. 일 실시예에서, 전기 신호는 구동 회로(driver circuitry)(64)에 의해 전극(60)에 인가된다.
바람직하게는, 유전액(52)은 전장에 반응하도록 선택된다. 보다 상세하게, 유전액(52)은 전장이 유전액의 극분자를 정렬시키고 운동시키도록 선택된다. 이와 같이 유전액(52)은 전기 신호의 인가에 따라 전장에서 운동하며, 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 반사 소자(42)의 운동에 기여한다. 따라서, 공동(50) 내의 유전액(52)과 함께, 유전액(52)은 반사 소자(42)에 작용하는 구동력을 강화시킨다. 보다 상세하게, 유전액(52)은 주어진 구동 에너지에 의해 발생한 반사 소자(42)에 대한 구동력을 증가시킨다. 또한, 유전액(52)은 마이크로 미러 장치(10) 내에서 발생한 또는 마이크로 미러 장치(10)에 의해 흡수된 열을 방산함으로써 온도 관리 및/또는 냉각 특성을 제공한다. 열은 반사 소자(42)의 운동에 의해 마이크로 미러 장치(10) 내에서 발생할 수 있고 또한/또는 열은 반사 소자(42)에 충돌한 빛에 의해 마이크로 미러 장치(10)에 의해 흡수될 수 있다.
반사 소자(42)에 대해 작용하는 구동력을 강화함으로써, 유전액(52)은 반사 소자(42)의 구동에 더 낮은 구동 에너지가 인가되게 한다. 예를 들어, 약 10 볼트보다 낮은 구동 에너지가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 전압 감소는 유전액(52)의 유전 상수에 비례한다. 더 낮은 구동 전압이 사용될 수 있기 때문에, 마이크로 미러 장치(10)에 대한 구동 회로(64)는 기판(20)에 결합될 수 있다. 따라서 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS, complementary metal oxide semiconductor) 구조가 기판(20)에 사용될 수 있다.
일 실시예에서. 구동 회로(64)를 보호하거나 캡슐에 넣기 위해 보호층(passivation layer)이 기판(20) 상에 형성된다. 따라서, 보호층은 구동 회로(64) 전체를 보호하고 구동 회로(64)가 유전액(52)에 의해 침투되는 것을 방지한다. 보호층에 적합한 재료는 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및/또는 실리콘 산화물과 같은 절연체 또는 유전 재료를 포함한다.
바람직하게는, 전극(60)에서 전기 신호가 제거된 경우, 반사 소자(42)는 약간의 시간 동안 제 2 위치(48)를 지속하거나 유지한다. 그 후에, 예를 들어 힌지(186)(도 2)와 힌지(286)(도 3)를 포함하는 반사 소자(42)의 복원력은 반사 소자(42)를 제 1 위치(47)에 끌거나 되돌린다.
도 5는 마이크로 미러 장치(10)의 구동에 관한 변형예를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 실시예와 유사하게, 반사 소자(42)(반사 소자 142와 242를 포함한다)는 상술한 바와 같이 반사 소자(42)의 한쪽 끝 또는 가장자리에 인접하게 기판(20) 상에 형성된 전극(60)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 운동한다. 이와 같이, 반사 소자(42)는 제 1 방향으로 운동한다.
그러나, 도 5에 도시된 실시예에서, 반사 소자(42)는 또한 제 1 위치의 반대편인 제 2 위치로 운동한다. 보다 상세하게, 반사 소자(42)는 반사 소자(42)의 한쪽 끝 또는 가장자리에 인접하게 기판(20) 상에 형성된 전극(62)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(47)에 비스듬하게 배향된 제 3 위치(49) 와 제 1 위치(47) 사이에서 운동한다. 이와 같이, 반사 소자(42)는 전극(62)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 방향의 반대편인 제 2 방향으로 운동한다.
전극(62)에 대한 전기 신호의 인가는 전극(62)과 반사 소자(42) 사이에 전장을 발생시켜, 상술한 바와 같이 반사 소자(42)가 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 운동하는 방법과 유사한 방식으로, 제 1 위치(47)와 제 3 위치(49) 사이에서 반사 소자(42)의 운동을 일으킨다. 또한 반사 소자(42)가 제 1 위치(47)에서 멈추거나 중지하지 않고 제 2 위치(48)와 제 3 위치(49) 사이에서 직접 운동하는 것도 본 발명의 범위 내이다.
도 6은 마이크로 미러 장치(10)의 구동에 대한 변형예를 도시한 것이다. 일 실시예에서, 전도성 비아(via)(26)는 기둥(24)안에 형성되고 기둥(24)을 통해 연장된다. 전도성 비아(26)는 반사 소자(42), 보다 상세하게는 반사 소자(42)의 전도 재료에 전기적으로 연결되어 있다. 이와 같이 반사 소자(42)(반사 소자(142 및 242)를 포함한다)는 전극(60)과 반사 소자(42)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 운동한다. 보다 상세하게는, 전극(60)은 한 극에 전류를 통하고 반사 소자(42)의 전도 재료는 반대 극에 전류를 통한다.
전극(60)의 한 극과 반사 소자(42)의 반대 극에 전기 신호를 인가한 것은 전극(60)과 반사 소자(42) 사이에 전장을 발생시키고, 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 반사 소자(42)의 운동을 일으킨다. 상술한 바와 같이,유전액(52)은 반사 소자(42)의 운동에 기여한다.
변형예에서, 반사 소자(42)(반사 소자(142 및 242)를 포함한다)는 반사 소자(42)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(48)와 제 2 위치(49) 사이에서 운동한다. 보다 상세하게, 전기 신호가 기둥(24)을 통한 전도성 비아(26)에 의해 반사 소자(42)의 전도 재료에 인가된다. 이와 같이 반사 소자(42)에 대한 전기 신호의 인가는 제 1 위치(48)와 제 2 위치(49) 사이에서 반사 소자(42)의 운동을 일으키는 전장을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 유전액(52)은 반사 소자(42)의 운동에 기여한다.
도 7은 반사 소자(42)의 변형예를 도시한 것이다. 반사 소자(342)는 반사면(344)을 가지며 실질적인 직사각형 형상의 중앙부(380)와 다수의 실질적인 직사각형 형상부(382)를 포함한다. 일 실시예에서 반사면(344)은 중앙부(380)와 직사각형 형상부(382) 상에 형성된다. 바람직하게는, 직사각형 형상부(382)는 중앙부(380)의 모서리에 배치된다.
일 실시예에서, 힌지(386)는 직사각형 형상부(382)와 중앙부(380) 사이에서 연장된다. 힌지(386)는 직사각형 형상부(382)의 한 측면 또는 가장자리로부터 중앙부(380)의 인접한 측면 또는 가장자리로 연장된다. 바람직하게는, 중앙부(380)는 대칭축을 따라 힌지(386)에 의해 지지된다. 보다 상세하게, 중앙부(380)는 중앙부(380)의 반대편 모서리 사이에 연장되는 축을 중심으로 지지된다. 이와 같이, 힌지(386)는, 하기한(도 8) 바와 같이, 제 1 위치(347)와 제 2 위치(348) 사이에서 반사 소자(342)의 운동을 용이하게 한다. 보다 상세하게, 힌지(386)는 제 1위치(347)와 제 2 위치(348) 사이에서 직사각형 형상부(382)에 관하여 중앙부(380)의 운동을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 힌지(386)는 반사면(344)에 실질적으로 평행하게 배향된 종축(389)을 갖는 플렉셔 부재(flexure member)(388)를 포함한다. 종축(389)은 중앙부(380)의 반대편 모서리 사이에 연장되며 중앙부의 중앙을 교차한다. 이와 같이, 플렉셔 부재(388)는 종축(389)을 따라 제 1 위치(347)와 제 2 위치(348) 사이에서 직사각형 형상부(382)에 관하여 중앙부(380)의 운동을 수용하도록 구부러진다.
일 실시예에서, 반사 소자(342)는 기판(20)의 면(22)으로부터 연장된 다수의 기둥(24)에 의해 기판(20)에 관해 지지된다. 보다 상세하게, 기둥(24)은 반사 소자(342)의 직사각형 형상부(382)를 지지한다. 이와 같이, 기둥(24)은 중앙부(380)의 모서리에 배치된다. 따라서, 반사 소자(342)의 중앙부(380)는 힌지(386)에 의해 기둥(24)으로부터 지지된다.
도 8은 반사 소자(342)를 포함하는 마이크로 미러 장치(10)의 구동에 관한 일 실시예를 도시한 것이다. 일 실시예에서, 반사 소자(342)는 제 1 위치(347)와 제 2 위치(348) 사이에서 기판(20)과 플레이트(30)에 관하여 운동하도록 구동된다. 바람직하게는, 반사 소자(342)는 기판(20)의 면(22)에 실질적으로 수직인 방향으로 운동한다. 이와 같이 반사 소자(342)의 제 1 위치(347)와 제 2 위치(348) 양자는 실질적으로 수평이고 서로에게 평행한 것으로 도시되어 있다.
일 실시예에서, 반사 소자(342)는 기판(20) 상에 형성된 전극(60)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(347)와 제 2 위치(348) 사이에서 운동한다. 바람직하게는, 전극(60)은 반사 소자(342) 밑의 중앙에 위치하도록 기판(20) 상에 형성된다. 전극(60)에 대한 전기 신호의 인가는 전극(60)과 반사 소자(342) 사이에 전장을 발생시켜, 제 1 위치(347)와 제 2 위치(348) 사이에서 반사 소자(342)의 운동을 일으킨다.
바람직하게는, 전극(60)에서 전기 신호가 제거된 경우, 반사 소자(342)는 약간의 시간 동안 제 2 위치(348)를 지속하거나 유지한다. 그 후에, 예를 들어 힌지(336)를 포함하는 반사 소자(342)의 복원력은 반사 소자(342)를 제 1 위치(347)에 끌거나 되돌린다.
도 9는 반사 소자(42)의 변형예를 도시한 것이다. 반사 소자(442)는 반사면(444)을 가지며 제 1 실질적인 직사각형 형상부(480)와 제 2 실질적인 직사각형 형상부(482)를 포함한다. 일 실시예에서 반사면(444)은 양 직사각형 형상부(480 및 482) 상에 형성된다. 제 2 직사각형 형상부(482)는 제 1 직사각형 형상부(480)의 한 측면을 따라 배치되어 있다.
일 실시예에서, 힌지(486)는 직사각형 형상부(482)와 직사각형 형상부(480) 사이에서 연장된다. 힌지(486)는 직사각형 형상부(482)의 한 측면 또는 가장자리로부터 직사각형 형상부(480)의 인접한 측면 또는 가장자리로 연장된다. 이와 같이, 직사각형 형상부(480)는 그것의 한 측면 또는 가장자리를 따라 외팔보(cantilever) 방식으로 지지된다. 따라서, 힌지(486)는, 하기한(도 10) 바와 같이 제 1 위치(447)와 제 2 위치(448) 사이에서 반사 소자(442)의 운동을 용이하게 한다. 보다 상세하게, 힌지(486)는 제 1 위치(447)와 제 2 위치(448) 사이에서 직사각형 형상부(482)에 관하여 직사각형 형상부(480)의 운동을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 힌지(486)는 반사면(444)에 실질적으로 평행하게 배향된 축(489)을 갖는 플렉셔 부재(488)를 포함한다. 이와 같이, 플렉셔 부재(488)는 축(489)을 따라 제 1 위치(447)와 제 2 위치(448) 사이에서 직사각형 형상부(482)에 관하여 직사각형 형상부(480)의 운동을 수용하도록 구부러진다. 플렉셔 부재(488)가 하나의 부재로 도시되어 있지만, 플렉셔 부재(488)가 다수의 분리된 부재를 포함하는 것도 본 발명의 범위 내이다.
일 실시예에서, 반사 소자(442)는 기판(20)의 면(22)으로부터 연장된 기둥(24)에 의해 기판(20)에 관해 지지된다. 보다 상세하게, 기둥(24)은 반사 소자(442)의 실질적인 직사각형 형상부(482)를 지지한다. 이와 같이, 기둥(24)은 직사각형 형상부(480)의 한 측면에 배치된다. 따라서, 반사 소자(442)의 직사각형 형상부(480)는 힌지(486)에 의해 기둥(24)으로부터 지지된다. 기둥(24)은 하나의 기둥으로 도시되어 있지만, 기둥(24)이 다수의 분리된 기둥을 포함하는 것도 본 발명의 범위 내이다. 또한 직사각형 형상부(480)의 한 측면에 있는 기둥(24)의 위치는 직사각형 형상부(480)의 모서리에 있는 기둥(24)의 위치를 포함한다.
도 10(a)는 반사 소자(442)를 포함하는 마이크로 미러 장치(10)의 구동에 관한 일 실시예를 도시한 것이다. 일 실시예에서, 반사 소자(442)는 제 1 위치(447)와 제 2 위치(448) 사이에서 기판(20)과 플레이트(30)에 관하여 운동하도록 구동된다. 바람직하게는, 반사 소자(442)는 기판(20)의 면(22)을 향한 방향으로 운동한다.
일 실시예에서, 반사 소자(442)는 기판(20) 상에 형성된 전극(60)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(447)와 제 2 위치(448) 사이에서 운동한다. 바람직하게는, 전극(60)은 반사 소자(442)의 한쪽 끝 또는 가장자리에 인접하게 기판(20) 상에 형성된다. 전극(60)에 대한 전기 신호의 인가는 전극(60)과 반사 소자(442) 사이에 전장을 발생시켜, 제 1 위치(447)와 제 2 위치(448) 사이에서 반사 소자(442)의 운동을 일으킨다.
바람직하게는, 전극(60)에서 전기 신호가 제거된 경우, 반사 소자(442)는 약간의 시간 동안 제 2 위치(448)를 지속하거나 유지한다. 그 후에, 예를 들어 힌지(436)를 포함하는 반사 소자(442)의 복원력은 반사 소자(442)를 제 1 위치(447)에 끌거나 되돌린다.
도 10(b) 와 10(c)는 반사 소자(442)의 변형예를 포함하는 마이크로 미러 장치(10)의 구동에 관한 변형예를 도시한 것이다. 도 10(b) 에 도시된 실시예에서, 반사 소자(442')는 기둥(24)에 의해 직접적으로 지지되는 실질적인 직사각형 형상부(480')를 포함한다. 직사각형 형상부(480')는 가요성이고 기둥(24)은 실질적으로 고정되어 있어서 직사각형 형상부(480')는 구동하는 동안 구부러진다. 도 10(c)에 도시된 실시예에서, 반사 소자(442'')는 기둥(24'')에 의해 직접적으로 지지되는 실질적인 직사각형 형상부(480)를 포함한다. 직사각형 형상부(480)는 실질적으로 고정되어 있고 기둥(24'')은 가요성이어서 기둥(24'')은 구동하는 동안 구부러진다. 실질적인 직사각형 형상부(480)(직사각형 형상부 480'을 포함한다)와 기둥(24)(기둥 24''을 포함한다)은 분리된 요소로 도시되어 있지만 직사각형 형상부(480)와 기둥(24)이 단일의 요소로 일체적으로 형성되는 것도 본 발명의 범위 내이다.
도 11과 12는 마이크로 미러 장치(10)의 변형예를 도시한 것이다. 마이크로 미러 장치(10')는 마이크로 미러 장치(10)에 유사하며 기판(20)과 플레이트(30) 사이에 정의된 공동(50)과 함께 기판(20), 플레이트(30), 구동 요소(40)를 포함한다. 이와 같이, 공동(50)은 유전액(52)으로 채워져 있다. 하지만 마이크로 미러 장치(10')는 기판(20)과 구동 요소(40) 사이에 삽입된 구동 플레이트(driver plate)(35)를 포함한다.
바람직하게는, 플레이트(30)는 투명 플레이트(32)이며 구동 요소(40)는 반사 요소(42)이다. 또한, 반사 요소(42)는 기둥(24)에 의해 기판(20)에 관해 지지된다. 기둥(24)은 구동 플레이트(35)로부터 연장된다. 이와 같이, 일 실시예에서 구동 플레이트(35)는 기판(20)의 면(22)으로부터 연장된 기둥(25)에 의해 기판(20)에 관해 지지된다.
구동 플레이트(35)와 반사 소자(42) 양자가 모두 구동되는 점을 제외하고는 상술한 바와 같이, 마이크로 미러 장치(10')의 구동은 마이크로 미러 장치(10)의 구동과 유사하다. 이와 같이 구동 플레이트(35)와 반사 소자(42) 양자 모두는 기판(20) 상에 형성된 전극(60)에 전기 신호를 인가함으로써 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 운동한다. 전극(60)에 대한 전기 신호의 인가는 전극(60)과 구동 플레이트(35) 및/또는 반사 소자(42) 사이에 전장을 발생시켜, 제 1 위치(47)와 제 2 위치(48) 사이에서 구동 플레이트(35)와 반사 소자(42)의 운동을 일으킨다.
도 13에 도시된 바와 같이 일 실시예에서, 마이크로 미러 장치(10)(마이크로 미러 장치(10')을 포함한다)는 디스플레이 시스템(500)에 결합되어 있다. 디스플레이 시스템(500)은 광원(510), 소스 광학(source optics)(512), 광 프로세서 또는 제어기(514) 및 영사 광학(516)을 포함한다. 광 프로세서(514)는 어레이로 배열된 다수의 마이크로 미러 장치(10)를 포함하고 각 마이크로 미러 장치(10)는 디스플레이 장치의 하나의 셀 또는 픽셀을 구성한다. 마이크로 미러 장치(10)의 어레이는 다수의 마이크로 미러 장치(10)의 반사 소자를 위한 분리 공동 및/또는 공통 공동의 공통 기판 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 광 프로세서(514)는 표시될 이미지를 나타내는 이미지 데이터(518)를 수신한다. 이와 같이, 광 프로세서(514)는 마이크로 미러 장치(10)의 구동과 이미지 데이터(518)에 기반한 광원(510)으로부터 수신된 빛의 변조를 제어한다. 그 다음에 변조된 빛은 뷰어 또는 디스플레이 스크린(520)에 영사된다.
도 14는 마이크로 미러 장치(10)의 어레이에 대한 일 실시예를 도시한 것이다. 마이크로 미러 장치(10)는, 도 2에 도시되었으며 상술한 바와 같이, 반사 소자(142)를 포함한다. 바람직하게는, 인접한 반사 소자(142)는 하나의 반사 소자(142)의 종축(189)이 제 1 방향으로 연장되고 인접한 반사 소자(142)의 종축(189)이 제 1 방향에 실질적으로 수직으로 배향된 제 2 방향으로 연장되도록 교대로 배치된다.
도 15는 마이크로 미러 장치(10)의 어레이에 대한 변형예이다. 마이크로 미러 장치(10)는, 도 3에 도시되었으며 상술한 바와 같이, 반사 소자(242)를 포함한다. 바람직하게는, 인접한 반사 소자(242)는 하나의 반사 소자(242)의 종축(289)이 제 1 방향으로 연장되고 인접한 반사 소자(242)의 종축(289)이 제 1 방향에 실질적으로 수직으로 배향된 제 2 방향으로 연장되도록 교대로 배치된다. 마이크로 미러 장치(10)의 어레이를 형성하는 경우에 인접한 반사 소자(142 또는 242)를 교대로 배치함으로써, 인접한 반사 소자 사이의 유체 교차 결합(fluidic cross coupling) 또는 누화(cross-talk)를 피할 수 있다.
바람직한 실시예를 설명하기 위해 여기에 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자는 동일 목적을 달성하기 위해 계산된 교체 및/또는 등가 구현물의 다양한 변형이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 도시되고 설명된 특정 실시예에 대체될 수 있음을 알 것이다. 화학, 기계, 전자기계, 전기 및 컴퓨터 분야의 당업자는 본 발명이 실시예의 다양한 변형으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 본 출원은 여기에 논의된 바람직한 실시예의 임의의 적용과 변형을 포함한다. 따라서, 본 발명은 명백히 청구항과 그것의 등가물에 의해서만 제한된다.
따라서, 본 발명은 마이크로 미러 장치의 어레이 밀도가 최대화되도록 마이크로 미러 장치의 크기를 최소화하며, 주어진 활성 에너지에 의해 발생된 마이크로 미러 장치에 대한 활성력을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 면(22)을 갖는 기판(20)과,
    상기 기판의 상기 면으로부터 분리되어 있으며 상기 기판의 상기 면에 실질적으로 평행하게 배향된 플레이트(30)로서, 상기 플레이트와 상기 기판의 상기 면은 그 사이에 공동(cavity)(50)을 정의하는 상기 플레이트와,
    상기 공동 안에 배치된 유전액(dielectric liquid)(52)과,
    상기 기판의 상기 면과 상기 플레이트 사이에 삽입된 반사 소자(42/142/242/342/442)를 포함하되,
    상기 반사 소자는 제 1 위치와 적어도 하나의 제 2 위치 사이에서 운동하도록 된
    마이크로 미러 장치(10/10').
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 유전액은 투명한
    마이크로 미러 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 상기 유전액에 잠기는(submerged)
    마이크로 미러 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 상기 유전액 상(above)에 위치하는
    마이크로 미러 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자의 상기 적어도 하나의 제 2 위치는 상기 제 1 위치에 비스듬하게 배향되는
    마이크로 미러 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자의 상기 적어도 하나의 제 2 위치는 상기 제 1 위치에 실질적으로 평행하게 배향되는
    마이크로 미러 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 면으로부터 연장되며 상기 기판의 상기 면에 관해 상기 반사 소자를 지지하는 적어도 하나의 기둥(post)(24)을 더 포함하는
    마이크로 미러 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기둥으로부터 상기 반사 소자를 지지하는 적어도 하나의 힌지(hinge)(186/286/386/486)를 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 힌지는 상기 제 1 위치와 상기 적어도 하나의 제 2 위치 사이에서 상기 반사 소자의 운동을 용이하게 하도록 된
    마이크로 미러 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기둥을 통해 연장되고 상기 반사 소자에 전기적으로 연결된 전도성 비아(via)(26)를 더 포함하는
    마이크로 미러 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 네 개의 연속적인 측부(side portion)(181)를 갖는 실질적인 직사각형 형상부(180)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기둥은 상기 네 개의 연속적인 측부 내에 위치하는
    마이크로 미러 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 한 쌍의 분리된 다리부(281)와 상기 분리된 다리부 사이에 연장된 연결부(282)를 갖는 실질적인 H 형상부(280)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기둥은 상기 분리된 다리부 사이의 연결부의 반대편에 각각 위치한 한 쌍의 기둥을 포함하는
    마이크로 미러 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 실질적인 직사각형 형상의 중앙부(380)와 상기 중앙부의 모서리에 다수의 실질적인 직사각형 형상부(382)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기둥은 상기 중앙부의 모서리에 각각 위치한 다수의 기둥을 포함하는
    마이크로 미러 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 실질적인 직사각형 형상부(480)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기둥은 상기 직사각형 형상부의 한 측면에 위치하는
    마이크로 미러 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 면과 상기 반사 소자 사이에 삽입된 구동 플레이트(driver plate)(35)를 더 포함하고, 상기 구동 플레이트와 상기 반사 소자는 상기 제 1 위치와 상기 적어도 하나의 제 2 위치 사이에서 운동하도록 된
    마이크로 미러 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 전도 재료(conductive material)를 포함하는
    마이크로 미러 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 상기 전도 재료에 대한 전기 신호의 인가에 따라 운동하도록 된
    마이크로 미러 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 소자의 한쪽 끝에 인접하게 상기 기판의 상기 면 상에 형성된 적어도 하나의 전극(60/62)을 더 포함하되, 상기 반사 소자는 상기 적어도 하나의 전극에 대한 전기 신호의 인가에 따라 운동하도록 된
    마이크로 미러 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반사 소자는 전도 재료를 포함하되, 상기 반사 소자는 상기 적어도 하나의 전극과 상기 전도 재료에 대한 전기 신호의 인가에 따라 운동하도록 된
    마이크로 미러 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전액은 주어진 구동 에너지에 의해 발생된 상기 반사 소자에 대한 구동력을 증가시키도록 된
    마이크로 미러 장치.
  20. 면(22)을 갖는 기판(20)을 제공하는 단계와,
    상기 기판의 상기 면에 실질적으로 평행하게 플레이트(30)를 배향하고, 상기 플레이트를 상기 기판의 상기 면으로부터 일정 간격을 유지시키는 단계와, 상기 플레이트와 상기 기판의 상기 면 사이에 공동(50)을 정의하는 단계와,
    상기 공동 안에 유전액(52)을 배치하는 단계와,
    상기 기판의 상기 면과 상기 플레이트 사이에 반사 소자(42/142/242/342/442)를 삽입하는 단계를 포함하되,
    상기 반사 소자는 제 1 위치와 적어도 하나의 제 2 위치 사이에서 운동하도록 된
    마이크로 미러 장치(10/10')의 제조 방법.
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