KR20100138921A - 전력 발전 블랙 마스크를 지닌 장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

전력 발전 블랙 마스크를 지닌 장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20100138921A
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black mask
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electrode
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KR1020107020334A
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이온 비타
춘-밍 왕
강 수
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퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

전력 발전 블랙 마스크는 기판 위에 증착된 반사방지층, 상기 반사방치층 위에 증착된 제1전극층, 상기 제1전극층 위에 증착된 반도체층 및 상기 반도체층 위에 증착된 제2전극층을 포함한다.

Description

전력 발전 블랙 마스크를 지닌 장치 및 그의 제조방법{DEVICE HAVING POWER GENERATING BLACK MASK AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems)에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 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 장치(디바이스)의 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.
일 실시형태에 있어서, 전자 디바이스, 즉, 전자 장치(electronic device)는 복수개의 광학적 표시소자를 포함하는 표시 영역; 및 상기 표시 영역의 광학적 표시소자들 사이의 영역에 증착되어 있는 광기전력 블랙 마스크(photovoltaic black mask)를 포함하되, 상기 광기전력 블랙 마스크는 광을 흡광하도록 구성된 최소한 하나의 층; 및 전력을 발전시키도록 구성된 최소한 하나의 층을 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 광기전력 블랙 마스크를 제조하는 방법은, 기판 위에 반사방지층을 증착시키는 단계; 상기 반사방지층 위에 제1전극층을 증착시키는 단계; 상기 제1전극층 위에 반도체층을 증착시키는 단계; 상기 반도체층 위에 제2전극층을 증착시키는 단계; 및 상기 반사방지층, 상기 제1전극층, 상기 반도체층 및 상기 제2전극층의 일부를 패턴화하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 전자 장치는 복수개의 광학적 표시소자를 포함하는 표시 영역; 광을 흡광하는 흡광수단; 및 전력을 발전시키는 발전수단을 포함하되, 상기 흡광수단과 상기 발전수단은 상기 표시 영역의 광학적 표시소자들 사이의 영역 내에 증착되어 있다.
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 6a 및 도 6b는 복수개의 간섭계 변조기를 포함하는 시각적 표시장치(visual display device)의 일 실시형태를 나타낸 시스템 블록도;
도 7a는 도 1의 장치의 단면도;
도 7b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 8a는 복수개의 광학적 표시소자 내에 포함된 구조체를 수용하는 비활성 영역(non-active area)을 예시한 간섭계 변조기 어레이의 일부의 평면도;
도 8b는 복수개의 광학적 표시소자 내에 포함된 구조체를 수용하는 비활성 영역을 예시한 간섭계 변조기 어레이의 일부의 상부 입면도;
도 9는 일 실시형태에 따라서 마스크 혹은 흡광 영역을 지니는 MEMS 장치를 통한 단면도;
도 10은 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스킹(power generating black masking)을 도시한 도면;
도 11a 내지 도 11g는 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크의 제조 방법을 나타낸 도면;
도 12a 및 도 12b는 다른 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크를 나타낸 도면;
도 13은 다른 실시형태에 따른 직렬로 접속된 전력 발전 블랙 마스크를 나타낸 도면;
도 14a는 전력 발전 블랙 마스크의 일 실시형태에 의해 반사되고 흡광되는 광량을 나타낸 그래프;
도 14b는 전력 발전 블랙 마스크의 일 실시형태의 층들의 재료 및 두께를 예시한 표.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 소정의 실시형태들에 관한 것이지만, 본 명세서에서의 교시 내용은 많은 상이한 방법들에 적용될 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 수 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 마찬가지 구조의 MEMS 장치는 또한 전자 전환(즉, 스위칭) 장치 등에서와 같은 디스플레이(즉, 표시장치)가 아닌 용도에도 이용될 수 있다.
기존의 디스플레이의 시각적 품질을 유지하면서 더욱 전력 효율적인 이동 장치 디스플레이에 대한 요망은 전력 발전 능력을 지닌 광학적 마스크에 의해 용이하게 된다. 이들 및 기타 이유로 인해, 상기 장치에 의해 이용되는 전력량을 저감시키거나, 나아가서는 추가의 구성요소를 충전하는데 충분한 전력을 발전시키는 한편, 디스플레이 내의 추가의 수동 혹은 비활성 광학적 컨텐츠의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 일 실시형태에 있어서, 다목적 광학 구성요소는, 주변광 혹은 포유광을 흡광하고 콘트라스트 비를 증가시킴으로써 표시장치의 광학적 응답을 향상시키며 또한 블랙 마스크를 이용해서 장치용의 전력을 발전시키기 위하여 전력 발전 광학 마스크, 예컨대, "블랙 마스크"로서 작용한다. 전력 발전 블랙 마스크는 시각적 표시장치에서 이용될 수 있고, 장치의 전체 전력 소비를 저감시키기 위하여 전력을 발전시킬 수 있다. 또, 전력 발전 블랙 마스크는 장치의 구성요소를 충전하는데 충분한 전력을 발전할 수 있다. 소정의 응용에 있어서, 블랙 마스크는 흑색 이외의 색으로 보이도록 미리 결정된 파장의 광을 반사할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, MEMS 표시장치, 예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이는 동적 광학 구성요소(예컨대, 동적 간섭계 변조기) 및 해당 동적 광학 구성요소로부터 횡방향으로 오프셋된 정적 광학 구성요소(예컨대, 정적 간섭계 변조기)를 포함한다. 정적 광학 구성요소는 표시장치의 비활성 영역 내의 주변광 혹은 포유광을 흡광하여 동적 광학 구성요소의 광학적 응답을 향상시키는 "블랙 마스크"로서 기능하고, 또한 전력 발전 구성요소로서 작용한다. 예를 들어, 비활성 영역은 이동식 반사층에 대응하는 영역 이외의 MEMS 표시장치의 하나 이상의 영역을 포함할 수 있다. 비활성 영역은 또한 표시장치에 부여된 화상 혹은 데이터를 표시하는데 이용되지 않는 표시장치의 영역을 포함할 수도 있다.
간섭계 변조기를 포함하는 MEMS 장치가 일 실시형태를 예시하는데 이용될 것이지만, 본 개시내용의 일부는, 흡광을 필요로 하는 비활성 영역을 지니지만, 간섭계 변조기(예컨대, LCD, LED 및 플라즈마 디스플레이)를 포함하지 않는 일반적으로 각종 화상 디스플레이 및 광전자 장치 등의 기타 광학 기기에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 필요가 있다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 개시내용의 일부는 동화상(예를 들어, 비디오)인지 또는 정지화상(예를 들어, 스틸 이미지)인지, 그리고 문자인지 그림인지의 여부에 따라 화상을 표시하도록 구성되는 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 개시내용은 휴대폰, 무선 장치, PDA, 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 플랫 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰 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 장치에 적용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지 구조의 MEMS 장치는 또한 전자 전환 장치 등에서와 같은 디스플레이가 아닌 용도에도 이용될 수 있다. 또, 본 개시내용은 어쨌든 시각적 표시장치로 제한되지 않는다.
간섭계 MEMS 표시소자를 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, 표시소자는 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 암("오프" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 표시소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사시키지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은, 실시형태에 따라서는 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.
도 1은 시각적 표시장치의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 몇몇 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 공진 광학적 간극(resonant optical gap)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 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, 표시 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 표시장치에서 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(19)이 이동식 반사층(14a)과 광학적 적층부(16a) 사이에서 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위(전압)차가 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 작동 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학적 적층부(16) 내의 유전체 층(이 도면에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다. 이와 같이 해서, 반사형 화소 상태 대 비반사형 화소 상태를 제어할 수 있는 행/열방향 작동은 종래의 LCD 및 기타 디스플레이 기술에 이용되는 것과 많은 방법에서 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 내장할 수 있는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예시적인 실시형태에서, 해당 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM(등록상표), 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)와 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 바와 같은 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 이것은, 예를 들어, 이동식 층을 이완 상태에서 작동 상태로 변형시키기 위해 10볼트의 전위차를 필요로 할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시적 실시형태에 있어서, 전압이 2볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7V의 전압의 범위가 있고, 여기서, 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적인 인가 전압의 창이 존재한다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창"(hysteresis window) 또는 "안정성 창"(stability window)이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 지니는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하도록 약 5볼트의 정상 상태 혹은 바이어스 전압차에 노출된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 내지 7볼트의 "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, 표시 프레임은 제1행의 소망의 세트의 작동 화소에 따라서 열방향 전극의 세트를 어서트함으로써 작성될 수 있다. 이어서, 행방향 펄스가 제1행방향 전극에 인가되어, 어서트된 열방향 라인에 대응하는 화소를 작동시킨다. 어서트된 세트의 열방향 전극이 이어서 제2행의 소망의 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 다음에, 소정의 펄스가 제2행방향 전극에 인가되어, 어서트된 열방향 전극에 따라서 제2행의 적절한 화소를 작동시킨다. 제1행의 화소는 제2행의 펄스에 의해 영향받지 않고, 제1행의 펄스 동안 설정된 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 생성하도록 순차적인 방식으로 일련의 전체적인 행에 대해서 반복될 수 있다. 일반적으로, 프레임은 초당 소정의 원하는 수의 프레임에서 이 과정을 계속해서 반복함으로써 새로운 화상 데이터로 갱신 및/또는 업데이트된다. 화상 프레임을 생성하도록 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 다양한 프로토콜은 충분히 공지되어 있고 또한 본 발명과 관련하여 이용될 수 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 -Vbias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, 이들 -Vbias 및 +ΔV는 각각 -5볼트 및 +5볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -Vbias이거나 +Vbias인 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 +Vbias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 화소에 대한 0볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -Vbias로 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 +5볼트이다. 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.
도 6a 및 도 6b는 표시장치(40)의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예를 들어, 표시장치(40)는 이동 전화기 또는 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 표시장치(40)의 동일한 구성 요소들 또는 그것의 약간의 변경으로는 또한 텔레비전, 휴대용 미디어 플레이어 등과 같은 다양한 유형의 표시장치를 들 수 있다.
표시장치(40)는 하우징(housing)(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 장치(48) 및 마이크(46)를 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형 및 진공 성형을 비롯한 당업자들에게 잘 알려진 다양한 제조 과정들 중의 어떤 것으로 형성된다. 또한, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 다양한 재료 중의 어떤 것으로 만들어질 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 하우징(41)은 다른 색깔을 가지거나 다른 로고, 그림 또는 기호를 포함하는 분리 가능한 부분들과 호환될 수도 있는 분리 가능한 부분(도시 생략)을 포함한다.
예시적인 표시장치(40)의 디스플레이(30)는, 여기에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이들 중의 어떤 것일 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이(30)는 앞서 설명한 바와 같은 플라즈마, EL, OLED, STN LCD 또는 TFT LCD와 같은 평판형 디스플레이, 또는 CRT나 다른 종류의 관(tube) 장치와 같은 비평판형(non-flat-panel) 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시형태를 설명할 목적으로, 상기 디스플레이(30)는 여기에서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시적 표시장치(40)의 일 실시형태의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시적 표시장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 예시적 표시장치(40)는 트랜스시버(transceiver)(47)에 결합된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜스시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결된 프로세서(21)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 조절(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 입력 장치(48) 및 드라이버 제어기(29)에도 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(frame buffer)(28)에 그리고 어레이 드라이버(22)에 결합되고, 어레이 드라이버(22)는 이어서 디스플레이 어레이(30)에 결합된다. 전력 공급 장치(50)는 특정한 예시적 표시장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시적 표시장치(40)가 네트워크를 통하여 하나 이상의 장치와 통신할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 완화시킬 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하기 위해, 당업자들에게 알려진 소정의 안테나이다. 일 실시형태에 있어서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b) 또는 (g)를 비롯한 IEEE 802.11 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시형태에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이동 전화 네트워크 내에서 통신하기 위해 사용되는 기타 공지된 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호를 미리 처리하여 이 신호가 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호도 처리하여 이 신호가 안테나(43)를 거쳐서 예시적 표시장치(40)로부터 송신될 수 있게 한다.
대안적인 실시형태에 있어서, 트랜스시버(47)는 수신기로 대체될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)에 전송될 화상 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스(즉, 화상 공급원(image source))로 대체될 수 있다. 예를 들어, 화상 공급원은 화상 데이터를 포함하는 디지털 비디오 디스크(DVD: digital video disc)나 하드 디스크 드라이브, 또는 화상 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수 있다.
프로세서(21)는 일반적으로 예시적 표시장치(40)의 전체적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 화상 공급원으로부터의 압축된 화상 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 원천 화상 데이터(raw image data)로 또는 원천 화상 데이터로 즉시 처리할 수 있는 포맷으로 처리한다. 그 후, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)로 전송한다. 원천 데이터는 전형적으로 화상 내의 각각의 위치에서 화상 특성들을 식별하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 이러한 화상 특성들은 색깔, 채도 혹은 포화도(saturation) 및 계조 레벨(gray-scale level)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 프로세서(21)는 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로제어기, CPU 또는 논리(로직) 유닛을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 일반적으로 신호를 스피커(45)에 송신하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호를 수신하기 위해 증폭기들 및 필터들을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시적 표시장치(40) 내에 있는 별도의 구성 요소일 수도 있거나 프로세서(21) 혹은 기타 구성 요소들 내에 내장되어 있을 수도 있다.
드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에서 생성된 원천 화상 데이터를 프로세서(21)로부터 혹은 프레임 버퍼(28)로부터 직접 취하여 어레이 드라이버(22)로 고속 전송하기 위해 원천 화상 데이터를 적절하게 재포맷한다. 특히, 드라이버 제어기(29)는 원천 화상 데이터를 래스터 유사 포맷(raster like format)을 가진 데이터 흐름으로 재포맷하여 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가진다. 다음에, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 자립형 집적 회로(stand-alone Integrated Circuit(IC))로서 시스템 프로세서(21)와 종종 연관되지만, 이러한 제어기들은 다양한 방법들로 구현될 수도 있다. 이들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 삽입될 수 있거나, 프로세서(21) 내에 소프트웨어로서 삽입될 수도 있거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어에 완전히 내장될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 포맷된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신하고 디스플레이의 x-y 매트릭스 화소들로부터 나온 수백, 때로는 수천개의 인출선에 초당 여러 번 인가되는 병렬 세트의 파형들로 비디오 데이터를 재포맷한다.
일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 설명하는 디스플레이들의 유형 중 어느 것에나 적합하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 일 실시형태는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.
입력 장치(48)는 사용자로 하여금 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시형태에 있어서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 감압막 또는 감열막을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 마이크(46)는 예시적 표시장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적 표시장치(40)의 동작들을 제어할 수도 있다.
전력 공급 장치(50)는 당업계에 잘 알려져 있는 다양한 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 공급원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지, 태양 전지 도료를 비롯한 태양 전지이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 벽에 붙은 콘센트에서 전력을 받도록 구성된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 내의 몇몇 장소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 몇몇 실시형태에서, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 당업자라면 앞서 설명된 최적화 조건들이 다수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소들 및 다양한 형태로 구현될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e(이하 간단히 일괄적으로 "도 7"이라 칭할 경우도 있음)는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 5개의 서로 다른 실시형태를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시형태의 단면도인데, 여기서 금속 재료(14)의 스트립은 직교 방향으로 연장된 지지부(18) 상에 증착된다. 도 7b에 있어서, 이동식 반사층(14)은 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 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 기둥부로도 칭해진다. 도 7d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 간극부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학 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 7e에 나타낸 실시형태는 도 7d에 나타낸 실시형태에 의거한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시형태뿐만 아니라 도시하지 않은 추가적인 실시형태의 어느 것과 함께 작용하도록 적합화될 수도 있다. 도 7e에 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 7에 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 7e에서 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 7c 내지 도 7e에 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.
도 8a 및 도 8b는 블랙 마스크를 내장할 수 있는 표시소자를 구비한 디스플레이의 일부의 일례를 예시하고 있다. 도 8a 및 도 8b는 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이의 예시적인 부분을 도시하고 있다. 블랙 마스크는 도 8a 및 도 8b에 도시된 어레이, 및 주변광으로부터 디스플레이의 소정의 영역을 마스킹(즉, 차폐)하는데 유용한 유형의 디스플레이에 이용될 수 있다. 도 8a는 어레이의 복수개의 화소(12)를 도시하고 있다. 도 8b는, 디스플레이의 보이는 "정면" 쪽과는 반대쪽에 있는 기판의 "이면" 쪽으로부터, 디스플레이의 광학적 응답을 향상시키기 위하여 마스킹될 수 있는 간섭계 변조기들의 어레이의 복수개의 화소 상에 위치된 지지부(18)의 일례를 도시하고 있다. 디스플레이의 광학적 응답(예컨대, 콘트라스트)을 향상시키기 위하여, 상기 어레이의 소정 영역으로부터 반사된 광을 최소화시키는 것이 바람직할 수 있다. 암 상태에서 디스플레이의 반사율을 증가시키는 간섭계 변조기의 소정의 영역은 콘트라스트 비를 증가시키기 위하여 블랙 마스크를 이용해서 (예컨대, 간섭계 변조기에 들어오는 광과 상기 구조체 사이에 마스크를 배치함으로써) 마스킹될 수 있다. 디스플레이를 유리하게 작용시키도록 마스킹될 수 있는 영역의 일부는, 이들로 제한되지는 않지만, 간섭계 변조기(72)들(도 8a) 사이의 행방향 절삭부, 지지부(18), 디스플레이의 관찰측으로부터 보이는 지지부(18) 둘레 및/또는 해당 지지부와 접촉되는 이동식 미러 층의 구부러진 영역, 그리고 인접한 간섭계 변조기(76)들(도 8a)의 이동식 미러층 사이의 영역을 포함한다. 마스크는 예컨대 간섭계 변조기의 이동식 미러로부터 멀리 이간되도록 이러한 영역에 배치될 수 있으므로, 주변광은 해당 이동식 미러로 전파되고 해당 미러로부터 반사될 수 있지만, 이동식 미러 이외의 영역이 마스킹되므로, 마스킹된 영역 내의 기타 임의의 구조로부터 주변광이 반사되는 것을 억제한다. 마스킹된 이들 영역은, 이들이 정적이거나 혹은 광변조를 제공하도록 의도되지 않으므로, 예컨대, 해당 영역이 이동식 미러를 포함하지 않기 때문에 "비활성 영역"이라고 지칭될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 마스크는 간섭계 변조기에 입사되는 광이 마스킹된 영역 혹은 이동식 미러 상에 떨어지도록 배치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 비활성 영역의 적어도 일부는 마스킹된다.
도 9는 일 실시형태에 따른, 다수의 요소 디스플레이(100) 중 두 요소를 간략화하여 표시한 단면도이다. 디스플레이는 해당 실시형태에서 간섭계 변조기(104)인 두 광학 구성요소(명확화를 위해 도시되지 않은 기타 광학 구성요소)를 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 간섭계 변조기 장치(104)는 화살표(106)로 표시된 방향으로 기판(202)을 향하여 이동식 활성 영역이 구동될 경우 소망의 광학적 응답을 생성하는 반사 및/또는 투과막의 구성을 포함한다. 도 9에서, (108)은 간섭계 변조기(104)의 비활성 영역을 나타낸다. 전형적으로, 비활성 영역(108)은 흡광성이거나 블랙마스크로서 기능하므로, 관찰자가 디스플레이(100)에서 관찰 화살표(110)로 표시된 방향으로부터 보았을 경우, 간섭계 변조기 장치(104)에 의해 생성된 광학적 응답은 비활성 영역(108)으로부터 주변광의 반사에 의해 저하되지 않는다. 다른 실시형태에서, 비활성 영역(108)을 흑색 이외의 다른 착색된 마스크(예컨대, 녹색, 적색, 청색, 황색 등)로 마스킹하는 것이 바람직할 수 있다.
비활성 영역(108)용의 마스크는 광을 흡수하거나 감쇠시키는 광학적 응답을 지니도록 선택된 재료로부터 제조될 수 있다. 마스크를 제조하는데 이용되는 재료는 전기적으로 전도성일 수 있다. 여기서의 실시형태에 따르면, 각 비활성 영역(108)용의 마스크는 박막의 적층부로서 제작될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 박막의 적층부는 비흡광 유전체층 위에 위치결정된 흡광층 위에 위치결정된 반사층을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 비활성 영역(108)은 광을 감쇠시키거나 흡광하는 유기 혹은 무기 재료의 단일층; 및 크롬 혹은 알루미늄 등의 도전성 재료의 층을 포함할 수 있다.
도 10은 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크(1024)를 예시하고 있다. 전력 발전 블랙 마스크(1024)는 기판(1004), 해당 기판(1004) 위에 위치결정된 반사방지층(1008), 해당 반사방지층(1008) 위에 위치결정된 제1전극층(1012), 제1전극층(1012) 위에 위치결정된 반도체층(1016) 및 해당 반도체층(1016) 위에 위치결정된 제2전극층(1020)을 포함한다. 블랙 마스크는 표시장치의 시각적 품질을 향상시킨다. 이 향상은 블랙 마스크의 각종 특성부에 의해 제공된다. 예를 들어, 블랙 마스크는 디스플레이의 추가의 수동 혹은 비활성 광학적 컨텐츠의 양을 최소화한다. 또한, 블랙 마스크는 주변광 혹은 포유광을 흡광하여, 콘트라스트비를 증가시킴으로써 표시장치의 광학적 응답을 향상시킨다. 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크는 전술한 이득을 모두 제공하고 또한 추가의 이득도 제공한다. 블랙 마스크의 전력 발전 구성요소는 상기 장치가 보다 적은 전력을 사용하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 블랙 마스크의 전력 발전 구성요소는 상기 장치 내의 적어도 하나의 구성요소를 충전하기 위하여 전력을 발전시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 전력 발전 블랙 마스크는 상기 장치에 의해 사용된 배터리를 충전하는데 충분한 전력을 발전시킬 수 있다. 또는, 전력 발전 블랙 마스크는 상기 장치 내의 다른 구성요소에 전력을 제공할 수 있다.
도 11a 내지 도 11g는 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크(1128)를 제조하는 방법을 예시하고 있다. 본 실시형태에서,전력 발전 블랙 마스크(1128)는 표시장치에서 이용하기 위해 제조된다. 도 11a에서, 해당 방법은 기판(1104)에서 시작한다. 기판(1104)은 기판으로서 이용하기에 적합한 유리 혹은 기타 다른 재료를 포함할 수 있다. 도 11b에서, 반사방지층(1108)은 기판(1104) 위에 위치결정된다. 반사방지층(1108)은 기판(1104)과 후속 층(1112)을 광학적으로 정합시킴으로써 장치로부터 도로 반사되는 입사광량을 저감시킨다. 반사방지층(1108)은 고굴절률과 저굴절률을 번갈아 지니는 다수의 층을 포함할 수 있다. 또한, 반사방지층은 SiO2, SiNx, MgF2, ITO, Al2O3, Yi2O3, ZnO 또는 반사방지층으로서 이용하기에 적합한 기타 다른 재료를 포함할 수 있다. 도 11c에서, 제1전극층(1112)은 반사방지층(1108) 위에 위치결정된다. 제1전극층(1112)은 ITO 또는 전극으로서 이용하기에 적합한 기타 실질적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 도 11d에서, 반도체층 적층부(1116)는 제1전극층(1112) 위에 위치결정된다. 반도체층 적층부(1116)는 전형적인 Si, CdTe 또는 광기전력 전지를 위해 적합하게 설정된 기타 다른 반도체 재료에 대응하는 층들의 p-n 혹은 p-i-n 접합 세트를 포함할 수 있다. 도 11e에서, 제2전극층(1120)은 반도체층(1116) 위에 위치결정된다. 제2전극층(1120)은 ITO, Al, 또는 전극으로서 이용하기에 적합한 기타 다른 재료를 포함할 수 있다. 제2전극층(1120)은 투과형이거나 반사형일 수 있다. 전력 발전 블랙 마스크(1128)는 반사방지층(1108), 제1전극층(1112), 반도체층(1116) 및 제2전극층(1120)을 포함한다. 도 11f에서, 전력 발전 블랙 마스크(1128)가 패턴화된다. 이 실시형태에서, 전력 발전 블랙 마스크(1128)가 패턴화되어, 시각적 디스플레이의 화소 요소가 전력 발전 블랙 마스크(1128) 내의 간극 위에 위치결정될 수 있게 한다. 평탄화층(1124)은, 도 11g에 도시된 바와 같이, 패턴화된 전력 발전 블랙 마스크(1128) 위에 증착될 수 있다. 평탄화층(1124)은, 패턴화된 전력 발전 블랙 마스크(1128)가 다른 제조 과정에서 공학적으로 가공된 기판(1132)으로서 이용되는 것을 허용한다. 제조 과정은 예컨대 유리, 플라스틱 등과 같은 평면 기판 상에 직접 구축된 것처럼 공학적으로 가공된 기판(1132)의 상부 상에 구조체를 구축시킬 수 있다. 예를 들어, IMOD(간섭계 변조기)들을 포함하는 시각적 표시장치는 공학적으로 가공된 기판(1132)의 상부에 구축될 수 있다.
도 12a는 다른 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 제조 방법은 도 11a 내지 도 11e와 유사하다. 절연체층(1224)이 전력 발전 블랙 마스크(1228) 위에 증착된다. 절연체층(1224)은 이어서 제2전극층(1220)까지 개구부가 형성되도록 패턴화된다. 이것은 제2전극층(1220)을 노출시키고, 다른 구조를 해당 제2전극층(1220)에 접속시키는 것을 허용한다.
도 12b는 또 다른 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 제조 방법은 도 11a 내지 도 11e와 유사하다. 전력 발전 블랙 마스크(1228)는 제1전극층(1212)까지 개구부가 형성되도록 패턴화된다. 절연체층(1224)은 제1전극층까지 형성된 개구부 위에 적층된다. 해당 절연체층(1224)은 이어서 제1전극층(1212)까지 개구부가 형성되도록 패턴화된다. 이것은 제1전극층(1212)을 노출시키고, 다른 구조를 해당 제1전극층(1212)에 접속시키는 것을 허용한다.
도 13은 다른 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크를 예시하고 있다. 이 실시형태는 도 12a 및 도 12b에 기재된 실시형태를 이용한다. 전력 발전 블랙 마스크(1300)는 평면도로 표시되어 있다. 전력 발전 블랙 마스크(1300)는 개구부(1320) 둘레에 배치된 화소 요소들에 대응하도록 패턴화되어 있고, 별개의 구역(1304), (1308), (1312), (1316)으로 분할되어 있다. 이들 구역(1304), (1308), (1312), (1316)은 도 12b에 예시된 바와 같이 제1전극층(1212)을 노출시키도록 구성될 수 있거나 혹은 도 12a에 예시된 바와 같이 제2전극층(1220)을 노출시키도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 구역(1304), (1308), (1312), (1316)은 해당 구역의 일부가 제1전극층을 노출시키고 구역(1312)의 일부가 제2전극층을 노출시키도록 구성될 수 있다. 이것은 상기 구역들이 직렬로 혹은 병렬로 접속되는 것을 허용한다. 도 13에서, 구역(1312)은 열들의 쌍들에 의해 직렬로 접속된다. 구역(1316)은 구역(1312)과 직렬로 접속되고, 구역(1308)과 구역(1304)은 직렬로 접속되어 있다. 본 명세서는 결코 접속부의 형태 혹은 노출된 전극층의 형태들을 제한하지 않는다. 전력 발전 블랙 마스크의 구역들(1304), (1308), (1312), (1316)은 직렬로, 병렬로 혹은 이들 양쪽의 조합으로 접속되어 있을 수 있다. 전력 발전 블랙 마스크의 구역들은 제1전극층(1212), 제2전극층(1330) 혹은 이들 양쪽의 조합을 노출시킬 수 있다. 구역들 및 전극층들의 형태는 전력 발전 블랙 마스크(1300)를 이용하는 장치에 특유한 것일 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 전압을 필요로 하는 장치는 구역들(1304), (1308), (1312), (1316)을 직렬로 접속할 수 있고, 도 13에 도시된 바와 같이 전극층들을 접속할 수 있다.
이하는 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크에 의해 발전된 전력량에 대한 보수적인 추정치(conservative estimate)이다. 전력 발전 블랙 마스크는 1.8인치 대각 IMOD 디스플레이의 표시 영역의 대략 10%를 구성한다. 디스플레이의 폭은 0.035미터이고, 디스플레이의 높이는 0.040미터로, 0.0014㎡의 표시 영역으로 된다. 블랙 마스크는 표시 영역의 대략 10%를 덮고, 이것은 0.00014㎡이다. 전력 발전 블랙 마스크의 전기 효율은 10%이다. 입사되는 태양광량은 1000 W/㎡이고, 보수적인 추정치에 대해서, 입사되는 태양광의 단지 50%가 전력 발전 블랙 마스크에 도달하는 것으로 가정된다. 1000 W/㎡는 최적 조건 하에 입수되는 태양광의 양이다. 최적 조건은 한낮 동안 적도에 가까운 영역에서 그리고 구름이나 안개가 없는 영역에서 태양광을 입수하는 것을 포함할 수 있다. 이하의 예에서 부여되는 조건에 의하면, 1.8인치 대각 디스플레이에 의해 발전된 전력의 추정된 양은 7㎽ 혹은 0.007W이다. 이것은 블랙 마스크 면적인 0.00014㎡ × 500 W/㎡해서 얻어진 값에 전력 발전 블랙 마스크의 10% 전기 효율을 곱해서 계산된 것이다. 블랙 마스크는 표시 영역의 대략 10% 내지 30%를 덮을 수 있다. 전력 발전 블랙 마스크는 5% 내지 20%의 범위의 전기 효율을 지닐 수 있다. 전력 발전 블랙 마스크에 도달하는 입사광량은 하루 중의 시간, 기후(예컨대, 흐린 날이나 안개), 지리적 위치 및 장치에 도달할 수 있는 태양광량에 영향을 미칠 수 있는 각종 기타 조건에 의존할 수 있다. 이하의 예는 단지 전력 발전 블랙 마스크에 의해 발전된 전력량의 보수적인 추정치를 단지 예시하고 있을 뿐, 결코 전력 발전 블랙 마스크에 의해 발전될 수 있는 전력량을 제한하는 것은 아니다. 발전된 전력량은 실시형태에 따라서 다를 수 있다.
도 14a는 전력 발전 블랙 마스크에 의해 반사되고 흡광된 광량을 예시한 그래프이다. 해당 그래프의 x축은 입사되는 광의 상이한 파장을 나타내고, y축은 퍼센트를 나타낸다. y축은 1의 스케일 상에 있으며, 여기서, 0.10에 있는 것은 10%를 의미한다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 전력 발전 블랙 마스크는 일반적으로 입사되는 광의 작은 양을 반사하고 입사되는 광의 대부분을 흡광한다. 예를 들어, 광의 550㎚ 파장에서, 입사되는 광의 대략 0.5%가 반사되고, 입사되는 광의 99.5%가 흡광된다.
도 14b는 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크의 전극 및 반도체층에서 이용되는 재료 및 두께를 나타낸 표이다. 제1전극층은 투명하고, ITO를 포함하며, 대략 72㎚ 두께이다. 반도체층은 a-Si를 포함하고, 대략 15㎚ 두께이다. 제2전극층은 반사성이고 Cr을 포함하며 대략 100㎚ 두께이다. 본 실시형태에서 예시된 전력 발전 블랙 마스크는 입사되는 광의 대략 0.5%를 반사한다.
상기 설명된 실시형태는 추가의 이득을 제공하면서 블랙 마스크의 기능을 제공한다. 일 실시형태에 따른 전력 발전 블랙 마스크에 의하면, 블랙 마스크를 이용하는 장치가 더 많은 전력이 효율적으로 되도록 하면서 유입되는 광의 1% 미만을 반사할 수 있게 한다. 전력 발전 블랙 마스크는 해당 전력 발전 블랙 마스크를 이용하는 장치에 의해 이용되는 전력량을 저감하는데 이용될 수 있다. 또한, 전력 발전 블랙 마스크는 해당 전력 발전 블랙 마스크를 이용하는 장치의 적어도 하나의 구성요소를 가동하거나 충전시키기 위하여 전력을 발전시키는데 이용될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 발전 블랙 마스크는 제1 혹은 제2전극층 혹은 양쪽 모두에 개구부를 제공하도록 패턴화될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 발전 블랙 마스크는 별개의 구역들로 분할될 수 있고, 해당 구역들은 직렬로 혹은 병렬로 혹은 양쪽 모두로 접속될 수 있다. 본 명세서에 기재된 각종 실시형태는 MEMS 혹은 시각적 표시장치에 관련되는 한편, 이 개시내용은 이러한 장치에의 이용으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 블랙 마스크를 이용하는 어떠한 장치도 본 발명의 실시형태를 이용할 수 있다.
이미 설명된 실시형태로부터 무수히 많은 각종 변형이 이루어질 수 있고, 본 명세서에 기재된 본 발명의 형태는 단지 예시적일 뿐 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되어 있지 않다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 소정의 실시형태의 상세한 설명은 본 발명의 특정 실시형태의 각종 설명을 제시한다. 그러나, 본 발명은 특허청구범위에 규정되고 해당 청구범위에 의해 커버되는 바와 같은 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있다.
본 명세서에 제시된 설명에서 이용된 용어는 단순히 본 발명의 특정 실시형태의 상세한 설명과 관련하여 이용되고 있으므로 어떠한 제한이나 규제 방식으로 해석되어서는 안된다. 또, 본 발명의 실시형태는 몇몇 신규한 특성을 포함할 수 있고, 그 중 하나가 본 명세서 기여하는 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 복수개의 광학적 표시소자를 포함하는 표시 영역; 및
    상기 표시 영역의 광학적 표시소자들 사이의 영역에 증착되어 있는 동시에 기판과 상기 광학적 표시소자들 사이에 위치결정되어 있는 광기전력 블랙 마스크(photovoltaic black mask)를 포함하되,
    상기 광기전력 블랙 마스크는
    광을 흡광하도록 구성된 최소한 하나의 층; 및
    전력을 발전시키도록 구성된 최소한 하나의 층을 포함하는 것인 전자 장치(electronic device).
  2. 제1항에 있어서, 상기 광기전력 블랙 마스크는 상기 표시 영역의 최소한 10%를 구성하는 것인 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광기전력 블랙 마스크는
    기판 위에 증착된 반사방지층;
    상기 반사방지층 위에 증착된 제1전극층;
    상기 제1전극층 위에 증착된 반도체층; 및
    상기 반도체층 위에 증착된 제2전극층을 포함하는 것인 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반사방지층은 최소한 하나의 재료층을 포함하는 것인 전자 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 광기전력 블랙 마스크는 개구부가 상기 제2전극층과 상기 반도체층을 통해서 상기 제1전극층까지 형성되도록 패턴화되고,
    상기 제2전극층과 상기 반도체층 위에 절연체(insulator)가 위치결정되어 있으며,
    상기 절연체는 개구부가 해당 절연체를 통해서 상기 제2전극층까지 형성되도록 패턴화되어 있는 것인 전자 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제2전극층 위에 절연체가 위치결정되어 있고,
    상기 광기전력 블랙 마스크는 개구부가 상기 절연체를 통해서 상기 제2전극층까지 형성되도록 패턴화되어 있는 것인 전자 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 광기전력 블랙 마스크는 별개의 구역들로 패턴화되어 있는 것인 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구역들 내의 전극들은 직렬로 혹은 병렬로 접속되어 있는 것인 전자 장치.
  9. 기판 위에 반사방지층을 증착시키는 단계;
    상기 반사방지층 위에 제1전극층을 증착시키는 단계;
    상기 제1전극층 위에 반도체층을 증착시키는 단계;
    상기 반도체층 위에 제2전극층을 증착시키는 단계; 및
    상기 반사방지층, 상기 제1전극층, 상기 반도체층 및 상기 제2전극층의 일부를 패턴화하는 단계를 포함하는, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사방지층은 최소한 하나의 재료층을 포함하는 것인, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1전극층, 상기 반도체층 및 상기 제2전극층의 일부 위에 평탄화층을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1전극은 투명한 것인, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 평탄화층은 전기적으로 절연되도록 구성되어 있는 것인, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 평탄화층은 투명하게 되도록 구성되어 있는 것인, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1전극층까지 개구부가 형성되도록 상기 제2전극층과 상기 반도체층을 패턴화하는 단계;
    상기 제1전극층, 상기 제2전극층 및 상기 반도체층 위에 전기적으로 절연된 평탄화층을 증착시키는 단계; 및
    상기 평탄화층을 통해서 상기 제1전극층까지 개구부가 형성되도록 상기 평탄화층을 패턴화하는 단계를 추가로 포함하는, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제2전극층까지 개구부가 형성되도록 상기 평탄화층을 패턴화하는 단계를 추가로 포함하는, 광기전력 블랙 마스크의 제조방법.
  17. 복수개의 광학적 표시소자를 포함하는 표시 영역;
    광을 흡광하는 흡광수단; 및
    전력을 발전시키는 발전수단을 포함하되,
    상기 흡광수단과 상기 발전수단은 상기 표시 영역의 광학적 표시소자들 사이의 영역 내에 증착되어 있는 것인 전자 장치.
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