DE69910742T2

DE69910742T2 - Mikromechanischer flachbildschirm

Info

Publication number: DE69910742T2
Application number: DE69910742T
Authority: DE
Inventors: Amichai Heines; Adiel Karty
Original assignee: Flixel Ltd
Current assignee: Flixel Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: KR20010041569A; JP2002506228A; EP1060431A1; AU2743799A; CN1292885A; US6600474B1; ATE248382T1; CA2322627A1; WO1999045423A1; DE69910742D1; IL123579A0; EP1060431B1; CN1142456C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft optische Anzeigesysteme und insbesondere Flachbildschirme, die unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken erzeugt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Flachvideobildschirme sind allgegenwärtige Komponenten von vielen Konsum-, Industrie- und Militärprodukten und -geräten. Sie werden in Computerlaptops, Autoarmaturenbrettern, Mikrowellenöfen und einer sehr großen Menge von anderen Maschinen und Geräten gefunden, mit denen der Mensch interagiert.
Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigen beherrschen den Markt für Hochqualitäts-Hochauflösungs-Flachbildschirme. Jedoch sind diese Anzeigen verhältnismäßig kostspielig, und die Energiemenge, die sie beim Betrieb verbrauchen, ist im Vergleich zur Energiemenge, die von vielen batteriebetriebenen Geräten leicht verfügbar ist, verhältnismäßig groß.
Die Notwendigkeit und der Wunsch, optische Anzeigen in immer mehr Produkten einzubauen, die von tragbaren GPS-Baedeckern bis zu Spielzeugen reichen, hat eine starke Nachfrage und expandierenden Markt für kostengünstige Flachbildschirme erzeugt, die Hochqualitätsbilder liefern und bei geringem Energieverbrauch arbeiten können.
Ansprechend auf die Nachfrage sind neue Typen von Flachbildschirmen auf Grundlage der Verarbeitung von Silicium unter Verwendung von MEMS-Technologie entwickelt worden. Die MEMS-Technologie ermöglicht, dass Mikrostrukturen mit Merkmalen in der Größenordnung von ein paar Mikrometern auf geeigneten Siliciumsubstraten gebildet werden. Die Technologie kann deshalb verwendet werden, um "Bildelement"-große Bauelemente auf Silicium zu erzeugen, die Licht verarbeiten. Arrays von diesen Bauelementen sind verwendbar, um Flachbildschirme zu bilden, die potenziell kostengünstig sind, die mit einem geringen Energieverbrauch arbeiten und Hochqualitätsbilder liefern.
Die meisten Flachbildschirme, die erzeugt werden, die Siliciumtechnologie verwenden, gehören zu einer von zwei allgemeinen Typen. Ein Flachbildschirm des ersten Typs weist Bildelemente auf, von denen jedes eine Flüssigkristallzelle umfasst, die auf einem Siliciumsubstrat gebildet ist. Licht, das Umgebungslicht oder Licht von einer geeigneten Lichtquelle sein kann, beleuchtet die Bildelemente. Der Transmissionsgrad des Flüssigkristalls in jedem Bildelement für das Licht bestimmt, wie hell das Bildelement erscheint. Der Transmissionsgrad des Flüssigkristalls wird durch Spannung an Elektroden im Bildelement gesteuert. Ein Muster von Bildelementen mit variierenden Helligkeitsstufen wird auf der Anzeige gebildet, um ein Bild durch Steuern der Spannung an den Elektroden in jedem Bildelement der Anzeige zu erzeugen. Bilder, die durch diesen Typ von Anzeige geliefert werden, leiden im Allgemeinen an geringer Helligkeit und geringem Kontrast.
Ein Flachbildschirm, der nachstehend als "mikromechanische Anzeige" bezeichnet wird, von einem zweiten Typ weist Bildelemente auf, von denen jedes mindestens eine bewegbare Struktur umfasst, die auf einem Siliciumsubstrat unter Mikrobearbeitung erstellt ist. Die Position von mindestens einer bewegbaren Struktur in jedem Bildelement steuert, wie hell das Bildelement erscheint, indem eine Lichtmenge gesteuert wird, die das Bildelement reflektiert oder ablenkt. Im Allgemeinen wird die Position von dem mindestens einen bewegbaren Element durch elektrostatische Kräfte zwischen dem mindestens einen bewegbaren Element und Elektroden im Bildelement gesteuert, die durch Anlegen von geeigneten Spannungen an die Elektroden erzeugt werden. Häufig sind die Spannungen verhältnismäßig hoch, und ein Bewegen des mindestens einen bewegbaren Elements erfordert einen verhältnismäßig großen Energieaufwand. Gewöhnlich hängen in diesen Typen von Anzeigen Helligkeit und Bildkontrast vom Betrachtungswinkel ab, wie in Bezug zur Normalen zu der Ebene der Anzeige gemessen, und nehmen ab, wenn der Betrachtungswinkel zunimmt. Einige von diesen Anzeigen erfordern eine interne Lichtquelle, die beim Betrieb verhältnismäßig große Energiemengen verbraucht.
Eine mikromechanische Anzeige, bei der die mindestens eine bewegbare Struktur in Bildelementen in der Anzeige eine Mehrzahl von parallelen flexiblen reflektierenden Bändern umfasst, wird im US-Patent 5,841,579 an D. M. Bloom at al. beschrieben, das hierin durch Bezug aufgenommen wird. Die flexiblen Bänder in einem Bildelement der Anzeige sind normalerweise parallel zur Ebene des Substrats lokalisiert, auf dem das Bildelement mit einem kleinen Abstand über der Ebene ausgebildet ist. Die Bänder sind so steuerbar, dass sie in Richtung auf das Substrat durch elektrostatische Kräfte niedergedrückt werden, die durch Spannungen erzeugt werden, die an Elektroden im Bildelement angelegt werden.
Um ein Bild auf der Anzeige zu bilden, werden die Bildelemente in der Anzeige mit Licht von einer geeigneten Lichtquelle beleuchtet, so dass Licht auf die Bildelemente unter einem gegebenen Winkel in Bezug zur Ebene der Anzeige auftrifft. Wenn alternierende Bänder der Mehrzahl von Bändern in einem Bildelement niedergedrückt werden, bildet die Mehrzahl von Bändern im Bildelement ein Beugungsgitter, das etwas von dem auftreffenden Licht unter einem Winkel ablenkt, so dass das Bildelement einem Benutzer der Anzeige hell erscheint. Wenn alternierende Bänder nicht niedergedrückt werden, reflektiert die Mehrzahl von Bändern im Bildelement das auftreffende Licht unter einem verschiedenen Winkel, so dass Licht von dem Bildelement das Auge des Benutzers nicht erreicht und das Bildelement dunkel erscheint. Ein geeignetes Muster von hellen und dunklen Bildelementen bildet das Bild auf der Anzeige. Das Patent beschreibt Verfahren zur Verwen dung von Bildelementen des beschriebenen Typs, um einen Flachbildschirm zu erzeugen, der Farbbilder liefert.
Ein anderer Typ von mikromechanischer Anzeige ist im US-Patent 5,636,052 an S. C. Arney at al. beschrieben, das hierin durch Bezug aufgenommen wird. Bei diesem Flachbildschirm ist das mindestens eine bewegbare Element in einem Bildelement eine Membran. Die Membran wird flexibel unterstützt, so dass sie parallel zum Substrat ist, wobei ein kleiner Luftspalt zwischen den beiden vorhanden ist. Licht, das auf das Bildelement auftrifft, wird durch sowohl das Substrat als auch die Membran reflektiert. Die Höhe des Luftspalts bestimmt, ob das reflektierte Licht von der Membran und dem Substrat konstruktiv oder destruktiv interferiert, und deshalb, wenn das Bildelement hell bzw. dunkel erscheint. Eine addressierbare Elektrode im Bildelement, wenn sie geladen ist, zieht die Membran in Richtung auf das Substrat an, wodurch die Höhe des Luftspalts gesteuert wird, und deshalb, ob das Bildelement hell oder dunkel ist. Um die Membran zu verlagern, müssen verhältnismäßig hohe Spannungen, in der Größenordnung von einigen zehn Volt, an die addressierbare Elektrode angelegt werden.
Die DE 195 45 255 A beschreibt eine Anzeige mit einer Reihe von Elementen, von denen jedes eine Mehrzahl von Elementen aufweist, die auf einer Drehwelle montiert sind. Wenn die Welle gedreht wird, sind die Elemente sichtbar. Ein Raum hinter der Welle, auf der die Elemente montiert sind, ist nicht sichtbar.
Es würde vorteilhaft sein, einen Flachbildschirm zu besitzen, der Umgebungslicht verwendet, ohne dass man eine separate Lichtquelle benötigt, und der Hochqualitäts-Hochkontrast-Bilder liefern kann, während er bei niedrigen Spannungen mit einem geringen Energieverbrauch arbeitet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines mikromechanischen Flachbildschirms, der Umgebungslicht verwendet und Hochkontrastbilder unter im Wesentlichen allen Betrachtungswinkeln in Bezug zur Ebene der Anzeige liefert.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines Flachbildschirms, der mit einem geringen Energieverbrauch arbeitet.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines Flachbildschirms, der unter Verwendung von elektrischer Energie arbeitet, die bei niedrigen Spannungen zugeführt wird.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines Flachbildschirms, der Schwarzweiß- und/oder Graustufenbilder liefert.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines Flachbildschirms, der Farbbilder liefert.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines mikromechanischen Flachbildschirms, der auf einem Substrat gebildet ist und Bildelemente aufweist, die ein bewegbares Element umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das bewegbare Element in der Form eines dünnen planaren Plättchens gebildet, das eine erste und zweite verhältnismäßig große Seitenoberfläche und dünne Ränder aufweist. Das Plätt chen, das nachstehend als ein "Flipper" bezeichnet wird, ist am Substrat auf eine solche Weise angelenkt, dass es von einer zu der anderen von zwei Endpositionen um eine Drehachse drehbar ist, die parallel zur Oberfläche des Substrats ist. Die Endpositionen werden nachstehend als "Ein" und "Aus"-Position bezeichnet. Der Flipper ist vorzugsweise mindestens teilweise aus einem leitenden Material gebildet.
In der Ein-Position ist die erste Seitenoberfläche einem Benutzer zugekehrt, der die Anzeige betrachtet, und ist für den Benutzer sichtbar. Die zweite Seitenoberfläche des Flippers ist dem Substrat zugekehrt, wobei sie vom Benutzer weggekehrt ist und für den Benutzer nicht sichtbar ist. In der Aus-Position ist die zweite Seitenoberfläche dem Benutzer zugekehrt und ist für den Benutzer sichtbar, während die erste Seitenoberfläche dem Substrat zugekehrt ist. Vorzugsweise ist in der Ein- und Aus-Position die Ebene des Flippers in der Nähe der Oberfläche des Substrats und im Wesentlichen parallel zu ihr. Vorzugsweise dreht sich der Flipper durch etwa 180° um die Drehachse, um sich zwischen einer Ein- und Aus-Position zu drehen.
Gemäß einem Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine Drehung des Flippers steuerbar, so dass der Flipper bistabil ist. Der Flipper befindet sich entweder in der Ein-Position oder in der Aus-Position und bleibt in einer Position, bis er gesteuert wird, um sich zur anderen Position zu drehen. Wenn sich der Flipper entweder in der Ein- oder Aus-Position befindet, verbraucht das Bildelement wenig oder im Wesentlichen keine Energie.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung von addressierbaren Elektroden für jedes Bildelement im Substrat, an die Spannungen in verschiedenen Konfigurationen angelegt werden, um eine Drehung des Flippers des Bildelements zu steuern. Für einige an die Elektroden angelegte Spannungskon figurationen verhindern zwischen dem Flipper und den Elektroden erzeugte elektrostatische Kräfte, dass sich der Flipper zwischen einer Ein- und Aus-Position dreht. In diesen Spannungskonfigurationen fließt im Wesentlichen kein Strom im Bildelement, und deshalb verbraucht das Bildelement wenig oder keine Energie. In anderen Spannungskonfigurationen erzeugen elektrostatische Kräfte zwischen dem Flipper und den Elektroden ein Drehmoment, das den Flipper von einer zur anderen von der Ein- und Aus-Position dreht.
Gemäß einem anderen Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die erste Seitenoberfläche des Flippers in einem Bildelement eine erste Farbe auf, und die zweite Seitenoberfläche des Flippers weist eine zweite Farbe auf. Zusätzlich sind im Wesentlichen alle Oberflächen im Bildelement, die sichtbar sind, wenn sich der Flipper in der Ein-Position befindet, in welcher Position die erste Seitenoberfläche des Flippers sichtbar ist, farbig, um dieselbe Farbe aufzuweisen, wie die erste Seitenoberfläche des Flippers. Ähnlich sind im Wesentlichen alle Oberflächen im Bildelement, die sichtbar sind, wenn sich der Flipper in der Aus-Position befindet, in welcher Position die zweite Seitenoberfläche des Flippers sichtbar ist, farbig, um dieselbe Farbe aufzuweisen, wie die zweite Seitenoberfläche des Flippers. Infolgedessen scheint, wenn sich der Flipper in der Ein-Position befindet, das Bildelement die erste Farbe aufzuweisen, und wenn sich der Flipper in der Aus-Position befindet, scheint das Bildelement die zweite Farbe aufzuweisen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die erste Farbe Weiß und ist die zweite Farbe Schwarz. In diesen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Bildelemente in der Anzeige weiß, wenn sich der Flipper in der Ein-Position befindet, und schwarz, wenn sich der Flipper in der Aus-Position befindet, und die Anzeige liefert Schwarzweißbilder.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die erste Farbe Weiß ist und die zweite Farbe Schwarz ist, werden Graustufenbilder geliefert. Eine Graustufe für ein Bildelement wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt, indem der Flipper eines Bildelements zwischen einer Ein- und Aus-Position so schnell gewechselt wird, dass das Gehirn nicht unterscheidet, dass das Bildelement entweder schwarz oder weiß ist. Stattdessen nimmt das Gehirn wahr, dass das Bildelement grau ist. Die Graustufe, die wahrgenommen wird, wird durch das Verhältnis zwischen den Malen bestimmt, die der Flipper in der Ein-Position und der Aus-Position ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Graustufenbilder erzielt, indem man Bildelemente in einem Flachbildschirm in "Superbildelemente" gruppiert. Ein Superbildelement umfasst eine Mehrzahl von Bildelementen, z. B. drei Bildelemente, von denen jedes mit mindestens einem anderen Bildelement im Superbildelement zusammenhängend ist. Ein Superbildelement ist klein genug, so dass das Auge nicht unterscheidet, ob ein einzelnes Bildelement im Superbildelement schwarz oder weiß ist. Stattdessen integriert das Auge die Reize, die von den Bildelementen im Superbildelement empfangen werden und nimmt einen Mittelwert der empfangenen Reize wahr, der eine Graustufe ist. z. B. kann ein Superbildelement mit drei Schwarzweißbildelementen vier Graustufen von Leuchtdichte liefern.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die erste Farbe von Bildelementen in einem Superbildelement Rot (R), Grün (G) oder Blau (B), und die zweite Farbe ist Schwarz. Bildelemente im Superbildelement sind deshalb R, G oder B, wenn sich ihr Flipper in einer Ein-Position befindet, und schwarz, wenn sich ihr Flipper in einer Aus-Position befindet. Superbildelemente, die "Farb"-Bildelemente umfassen, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar, um einen Farbflachbildschirm bereitzustellen.
Ein Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bereitstellung eines Bildelements, das nachstehend als ein "Mehrflipperbildelement" bezeichnet wird, das mindestens zwei Flipper umfasst. Die Achsen, um die sich die Flipper zwischen einer Ein- und Aus-Position drehen, sind kongruent oder parallel und nahe beieinander. Die Flipper werden zwischen einer Ein- und Aus-Position hin- und hergeflippt und liegen aufeinander, auf ungefähr die gleiche Weise, auf der Seiten in einem Buch hin- und hergeflippt werden und aufeinander liegen, wenn das Buch offen auf einem Tisch liegt.
Es wird deshalb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine optische Anzeige bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Bildelementen umfasst, von denen jedes umfasst: eine Oberfläche mit einer Fläche von weniger als 1 Quadratmillimeter, umfassend ein erstes und ein zweites Gebiet mit Oberflächenbeschaffenheiten; und ein dünnes planares Plättchen mit einer ersten und zweiten Seite mit Oberflächenbeschaffenheiten, wobei das Plättchen drehbar mit der Oberfläche gekoppelt ist, so dass es sich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position um eine zu der Oberfläche parallele Achse dreht; wobei das Plättchen in der ersten Position über dem ersten Gebiet positioniert ist, wobei seine zweite Seite dem ersten Gebiet zugekehrt ist, und wobei in der zweiten Position das Plättchen über dem zweiten Gebiet positioniert ist, wobei seine erste Seite dem zweiten Gebiet zugekehrt ist.
Vorzugsweise verdeckt, wenn sich das Plättchen in der ersten Position befindet, es im Wesentlichen das ganze erste Gebiet. Zusätzlich oder alternativ verdeckt, wenn sich das Plättchen in der zweiten Position befindet, es im Wesentlichen das ganze zweite Gebiet.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Mehrzahl von Bildelementen unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie erzeugt. Die Oberfläche in einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine Fläche von weniger als 0,25 Quadratmillimeter auf. Die Oberfläche in einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine Fläche von weniger als 5000 Quadratmikrometer auf. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Oberfläche eine Fläche von weniger als 2000 Quadratmikrometer auf.
Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen das erste und zweite Gebiet der Oberfläche eine erste bzw. zweite planare Elektrode auf. Vorzugsweise weist mindestens eine von der ersten und zweiten Elektrode mindestens eine nichtleitende vorstehende Stelle auf ihrer Oberfläche auf.
Zusätzlich oder alternativ ist das Plättchen vorzugsweise aus einem leitenden Material gebildet. Vorzugsweise weist mindestens eine Seite des Plättchens mindestens eine nichtleitende vorstehende Stelle darauf auf. Zusätzlich oder alternativ weisen die erste und zweite Seite vorzugsweise eine nichtleitende Beschichtung auf.
Alternativ oder zusätzlich wird das Plättchen vorzugsweise zwischen der ersten und zweiten Position durch elektrostatische Kräfte gedreht, die auf das Plättchen einwirken, die erzeugt werden, indem Spannungen an die erste und zweite Elektrode und an das Plättchen angelegt werden. Vorzugsweise wird das Plättchen von der ersten Position zur zweiten Position gedreht, indem die zweite Elektrode geerdet wird und dieselbe Spannung an die erste Elektrode und das Plättchen angelegt wird. Vorzugsweise wird das Plättchen von der zweiten Position zur ersten Position gedreht, indem das Plättchen und die zweite Elektrode geerdet werden und eine Spannung an die erste Elektrode angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich wird das Plättchen vorzugsweise von der zweiten Position zur ersten Position gedreht, indem eine selbe Spannung an die zweite Elektrode und das Plättchen angelegt wird und die erste Elektrode geerdet wird.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Plättchen schnell zwischen einer ersten und zweiten Position in einer Zeit gedreht, die kürzer ist als die Ansprechzeit des Auges, so dass das Bildelement eine Beschaffenheit zu haben scheint, die eine Mischung zwischen den Beschaffenheiten der ersten Seite und dem zweiten Gebiet und den Beschaffenheiten der zweiten Seite und dem ersten Gebiet ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Beschaffenheit des ersten Gebiets und die Beschaffenheit der zweiten Seite des Plättchens dieselben. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Beschaffenheit des zweiten Gebiets und die Beschaffenheit der ersten Seite des Plättchens dieselben. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erscheint die Beschaffenheit des ersten Gebiets weiß. Die Beschaffenheit des ersten Gebiets zeigt in einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Farbe an, die eine Farbe eines Tristimulussatzes von Farben ist. Die Beschaffenheit des ersten Gebiets ist in einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lumineszierend. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt die Beschaffenheit des zweiten Gebiets eine Farbe eines Tristimulussatzes von Farben an. Die Beschaffenheit des zweiten Gebiets ist in einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lumineszierend. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erscheint die Beschaffenheit des zweiten Gebiets schwarz.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens ein Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen mindestens ein zusätzliches dünnes Plättchen, das eine erste und zweite Seite mit Oberflächenbeschaffenheiten aufweist, und das mindestens eine zusätzliche Plättchen ist mit der Oberfläche des mindestens einen Bildelements drehbar gekoppelt, um sich zwischen einer ersten und zweiten Position um eine Achse zu drehen, die parallel zur Oberfläche ist.
Vorzugsweise sind sämtliche Achsen, um die sich Plättchen des mindestens einen Bildelements drehen, im wesentlichen zusammenfallend. Zusätzlich oder alternativ sind Plättchen des mindestens einen Bildelements, die sich in der ersten Position befinden, vorzugsweise in einem Stapel über dem ersten Gebiet übereinander positioniert, wobei ihre zweiten Seiten dem ersten Gebiet zugekehrt sind, und Plättchen in der zweiten Position sind in einem Stapel über dem zweiten Gebiet übereinander positioniert, wobei ihre ersten Seiten dem zweiten Gebiet zugekehrt sind. Vorzugsweise verdeckt ein oberstes Plättchen in einem Stapel von Plättchen im Wesentlichen alle Plättchen unter dem obersten Plättchen und das erste Gebiet oder das zweite Gebiet, so dass zu jedem Zeitpunkt das mindestens eine Bildelement nur zwei von den Oberflächenbeschaffenheiten anzeigt.
Alle Plättchen des mindestens einen Bildelements sind vorzugsweise aus leitendem Material gebildet. Vorzugsweise weist mindestens eine Seite von mindestens einem Plättchen des mindestens einen Bildelements mindestens eine nichtleitende vorstehende Stelle darauf auf. Zusätzlich oder alternativ weist mindestens eine Seite von mindestens einem Plättchen des mindestens einen Bildelements eine nichtleitende Beschichtung auf.
Zusätzlich oder alternativ werden Plättchen des mindestens einen Bildelements zwischen der ersten und zweiten Position durch elektrostatische Kräfte gedreht, die auf die Plättchen einwirken, wobei die elektrostatischen Kräfte durch Anlegen von Spannungen an die erste und zweite Elektrode und an Plättchen des mindestens einen Bildelements erzeugt werden.
Vorzugsweise wird ein oberstes Plättchen in einem Stapel von Plättchen in der ersten Position zu einer zweiten Position gedreht, wobei alle Plättchen in der ersten Position und die erste Elektrode geerdet sind. Vorzugsweise wird, wenn es mindestens ein Plättchen in der zweiten Position gibt, eine Spannung an ein oberstes Plättchen in der zweiten Position angelegt, und die zweite Elektrode wird geerdet, um das oberste Plättchen in der ersten Position zu drehen. Wenn es keine Plättchen in der zweiten Position gibt, wird vorzugsweise eine Spannung an die zweite Elektrode angelegt, um das oberste Plättchen in der ersten Position zu drehen.
Zusätzlich oder alternativ wird ein oberstes Plättchen in einem Stapel von Plättchen in der zweiten Position zu einer ersten Position gedreht, wobei sich alle Plättchen in der zweiten Position befinden und die zweite Elektrode geerdet ist. Vorzugsweise wird, wenn es mindestens ein Plättchen in der ersten Position gibt, eine Spannung an ein oberstes Plättchen in der ersten Position angelegt, und die erste Elektrode wird geerdet, um das oberste Plättchen in der zweiten Position zu drehen. Vorzugsweise wird, wenn es keine Plättchen in der ersten Position gibt, eine Spannung an die erste Elektrode angelegt, um das oberste Plättchen in der zweiten Position zu drehen.
Alternativ oder zusätzlich wird ein oberstes Plättchen von mindestens einem Plättchen in der zweiten Position zu einer ersten Position gedreht, indem die erste Elektrode geerdet wird und eine erste Spannung an das oberste Plättchen in der zweiten Position angelegt wird. Vorzugsweise wird, wenn es mindestens ein Plättchen in der ersten Position gibt, eine zweite Spannung an ein oberstes Plättchen des mindestens einen Plättchens in der ersten Position angelegt, und alle anderen Plättchen in der ersten Position werden geerdet, und wobei die zweite Spannung von der ersten Spannung verschieden ist. Zusätzlich oder alternativ wird, wenn es mindestens ein Plättchen unter dem obersten Plättchen in der zweiten Position gibt, die erste Spannung an ein Plättchen unmittelbar unter dem obersten Plättchen in der zweiten Position angelegt, und alle anderen Plättchen in der zweiten Position und die zweite Elektrode werden geerdet. Alternativ oder zusätzlich wird, wenn es keine Plättchen unter dem obersten Plättchen in der zweiten Position gibt, die erste Spannung an die zweite Elektrode angelegt.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen, wenn sich mindestens ein Plättchen des mindestens einen Bildelements in der ersten Position befindet, und sich mindestens ein Plättchen in der zweiten Position befindet, die erste Seite eines obersten Plättchens in der ersten Position und die zweite Seite eines obersten Plättchens in der zweiten Position eine selbe Beschaffenheit auf. Vorzugsweise weisen das erste Gebiet und die zweite Seite eines obersten Plättchens in der zweiten Position eine selbe Beschaffenheit auf, wenn sich alle Plättchen des mindestens einen Bildelements in der zweiten Position befinden. Vorzugsweise weisen das zweite Gebiet und die erste Seite eines obersten Plättchens in der ersten Position eine selbe Beschaffenheit auf, wenn sich alle Plättchen des mindestens einen Bildelements in der ersten Position befinden. Vorzugsweise zeigen nicht zwei selbe Beschaffenheiten eine selbe Farbe an.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt jede von denselben Beschaffenheiten eine unterschiedliche Graustufe an.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine von denselben Beschaffenheiten lumineszierend.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das mindestens eine Bildelement zwei Plättchen. Vorzugsweise ist jede von denselben Beschaffenheiten eine unterschiedliche Farbe eines Tristimulussatzes von Farben.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Tristimulussatz von Farben RGB.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Plättchen von mindestens einem Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen mit mindestens einem Durchgangsloch in der Nähe eines Randes desselben ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Bildelement mindestens eine Klammer, die an der Oberfläche befestigt ist, wobei die mindestens eine Klammer ein U-förmiges Element mit zwei Schenkeln aufweist, wobei das U-förmige Element durch eines von dem mindestens einen Durchgangsloch hindurchtritt, um das mindestens eine Plättchen an der Oberfläche drehbar zu montieren.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Plättchen mit mindestens einem Schlitz in dem Rand ausgebildet, der mit einem von dem mindestens einen Durchgangsloch verbunden ist, durch das ein U-förmiges Element hindurchtritt. Vorzugsweise umfasst die Klammer des U-förmigen Elements, das durch ein Durchgangsloch hindurchtritt, das mit einem Schlitz verbunden ist, eine Zwischenwand, die im Schlitz positioniert ist, und wobei die Zwischenwand eine Bewegung des mindestens einen Plättchens parallel zum Rand begrenzt.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Plättchen von mindestens einem Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen mit einer vorstehenden Stelle an beiden Enden eines Einzelrandes desselben ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Bildelement zwei Klammern, die an der Oberfläche des Bildelements befestigt sind, wobei jede Klammer ein U-förmiges Element mit zwei Schenkeln umfasst, wobei das U-förmige Element von jeder Klammer um eine unterschiedliche der vorstehenden Stellen eine Schleife bildet, um das mindestens eine Plättchen an der Oberfläche drehbar zu montieren. Vorzugsweise weist mindestens eine der Klammern eine Oberfläche auf, die gegen ein Ende von einer der vorstehenden Stellen presst, wobei die Oberfläche eine Bewegung des mindestens einen Plättchens parallel zum Einzelrand begrenzt.
Zusätzlich oder alternativ ist das mindestens eine Plättchen mit Spielraumschlitzen ausgebildet, die ermöglichen, dass sich das mindestens eine Plättchen von der ersten Position zur zweiten Position dreht, ohne dass das mindestens eine Plättchen einen körperlichen Kontakt mit einer Klammer macht, die ein unterschiedliches von dem mindestens einen Plättchen an der Oberfläche koppelt.
Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eine der Klammern vorzugsweise an der Oberfläche des mindestens einen Bildelements an einem einzigen lokalisierten Gebiet der Klammer befestigt, das in der Nähe von einem von den Schenkeln lokalisiert ist. Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eine von den Klammern vorzugsweise an der Oberfläche des mindestens einen Bildelements an zwei lokalisierten Gebieten der Klammer befestigt, wobei jedes von den lokalisierten Gebieten in der Nähe von einem unterschiedlichen der Schenkel lokalisiert ist.
Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eine der Klammern, die das mindestens eine Plättchen an die Oberfläche von dem mindestens einen Bildelement koppelt, vorzugsweise aus einem leitenden Material gebildet. Vorzugsweise umfasst die Oberfläche des mindestens einen Bildelements mindestens eine Elektrode zusätzlich zu der ersten und zweiten Elektrode.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Klammer, die aus dem leitenden Material gebildet ist, an einer von der mindestens einen zusätzlichen Elektrode befestigt. Vorzugsweise ist, wenn Gebiete des mindestens einen Plättchens in körperlichem Kontakt mit der Elektrode oder der leitenden Klammer sind, das Plättchen in elektrischem Kontakt mit der E1ektrode. Vorzugsweise wird eine Spannung an das Plättchen angelegt, indem eine Spannung an die Elektrode angelegt wird.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind das erste und zweite Gebiet der Oberfläche von mindestens einem Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen planar und wobei ein Winkel zwischen der Ebene des ersten Gebiets und der Ebene des zweiten Gebiets kleiner ist als 180°. Vorzugsweise ist der Winkel größer als 140°. Bevorzugter ist der Winkel größer als 160°.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiter eine mikrobearbeitete Klammer bereitgestellt, um eine Welle an einer Oberfläche zu montieren, so dass die Welle drehbar ist, umfassend: ein U-förmiges Element mit zwei Schenkeln, die durch ein Brückenelement verbunden sind; und ein Basiselement, das an einem der Schenkel angebracht ist; wobei das Basiselement an der Oberfläche angebracht ist und die Welle zwischen der Oberfläche und den Schenkeln und dem Brückenelement des U-förmigen Elements eingefangen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiter eine mikrobearbeitete Klammer bereitgestellt, um ein Element, das zwei kollineare Wellen umfasst, an einer Oberfläche zu montieren, so dass das Element um die Wellen drehbar ist, und wobei die Wellen durch einen Raum separiert sind, wobei die Klammer umfasst: ein U-förmiges Element mit zwei Schenkeln, die durch ein Brückenelement verbunden sind; ein Basiselement, das an einem der Schenkel angebracht ist; und eine Zwischenwand; wobei eines von dem Basiselement an der Oberfläche angebracht ist und die Welle zwischen der Oberfläche und den Schenkeln und dem Brückenelement des U-förmigen Elements eingefangen ist und wobei die Zwischenwand im Raum zwischen den Wellen lokalisiert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird durch Bezug auf die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben, gelesen in Verbindung mit den Figuren, die daran angebracht sind, klarer verstanden. In den Figuren sind identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, mit demselben Bezugszeichen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, bezeichnet.
Die 1A–1C stellen schematische Perspektivansichten eines mikrobearbeiteten Bildelements mit einem Flipper in drei unterschiedlichen Positionen dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
die 2A–2D stellen schematische Seitenansichten des in den 1A–1C dargestellten Bildelements dar und veranschaulichen, wie elektrostatische Kräfte eine Bewegung und Position des Flippers steuern, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
die 3A und 3B stellen schematische Seitenansichten einer Variation des in den 1A–1C dargestellten Bildelements dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Struktur des Bildelements vereinfacht worden ist, um zu veranschaulichen, wie elektrostatische Kräfte eine Bewegung und Position des Flippers steuern;
4 stellt schematisch eine andere Bildelementstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt schematisch einen Teil eines Flachbildschirms dar, umfassend ein Array von Bildelementen, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
die 6A–6D stellen schematisch Konstruktion und Betrieb eines Mehrflipperbildelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
7 stellt ein anderes Mehrflipperbildelement dar, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
die 8A–8N veranschaulichen schematisch ein Mikrobearbeitungs-Herstellungsverfahren zur Erzeugung des in den 1A–1C dargestellten Bildelements, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
die 9A und 9B stellen schematisch eine Perspektivansicht bzw. eine Querschnittsansicht eines anderen Bildelements dar, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
die 10A und 10B stellen schematisch Perspektivansichten eines anderen Bildelements bzw. eines Flippers dar, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
11 stellt schematisch ein anderes Bildelement dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
die 12A–12L veranschaulichen schematisch ein Mikrobearbeitungs-Herstellungsverfahren zur Herstellung des Bildelements, das in den 9A–9B dargestellt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1A–1C stellen schematische Perspektivansichten eines Bildelements 20 zur Verwendung in einer mikromechanischen Anzeige gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Komponenten und Elemente des in den 1A–1C und in den anderen Figuren dargestellten Bildelements 20 sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, und relative Abmessungen in den Figuren sind zur Bequemlichkeit und Klarheit einer Darstellung gewählt worden.
Das Bildelement 20 ist vorzugsweise auf einem Siliciumsubstrat 22 unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken gebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Bildelement 20 einen Flipper 24, eine erste und zweite Seitenelektrode 26 bzw. 28 und eine mittige Elektrode 30. Vorzugsweise separiert eine dünne Schicht 23 von isolierendem Material die Elektroden 26, 28 und 30 von dem Substrat 22. Vorzugsweise ist ein dünnes planares Gebiet des Substrats 22, das mit der Isolationsschicht 23 zusammenhängend ist, ein guter Leiter. In 1A ist der Flipper 24 in einer Ein-Position, und in 1C ist der Flipper 24 in einer Aus-Position. In 1B ist der Flipper 24 in einer Position dargestellt, die zwischen der Ein- und Aus-Position ist. Der Flipper 24 ist vorzugsweise in der Form eines dünnen rechteckigen planaren Plättchens mit zwei verhältnismäßig großen Oberflächen ausgebildet, einer ersten Seitenoberfläche 40, die in 1A dargestellt ist, und einer zweiten Seitenoberfläche 42, die in den 1B und 1C dargestellt ist. Der Flipper 24 ist vorzugsweise mit Montagelöchern 32 und 34 ausgebildet. U-Klammern 36 und 38 bilden eine Schleife durch die Montagelöcher 32 bzw. 34 und klammern den Flipper 24 lose an die mittige Elektrode 30, so dass der Flipper 24 zwischen der Ein- und Aus-Position des Flippers 24 hin- und herdrehbar ist.
Für einen Schwarzweiß- und/oder Graustufen-Flachbildschirm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Seitenoberfläche 40 (1A) vorzugsweise so behandelt, dass sie weiß ist. Die zweite Seitenoberfläche 42 (die 1B und 1C) ist vorzugsweise so behandelt, dass sie schwarz ist. Die erste Elektrode 26 ist vorzugsweise so behandelt, dass ihre Oberfläche schwarz ist, und die zweite Elektrode 28 ist vorzugsweise so behandelt, dass ihre Oberfläche weiß ist. Vorzugsweise ist ein Teil 29 (1A) der Oberfläche der mittigen Elektrode 30, der sichtbar ist, wenn sich der Flipper 24 in der Ein-Position befindet, so behandelt, dass er weiß ist. Vorzugsweise ist ein Teil 31 der mittigen Elektrode 30, der sichtbar ist, wenn sich der Flipper 24 in der Aus-Position (1C) befindet, so behandelt, dass er schwarz ist. Schwarz gefärbte Oberflächen sind schraffiert dargestellt, und weiß gefärbte Ober flächen sind ohne Schraffierung dargestellt.
Wenn sich der Flipper 24 in der in 1A dargestellten Ein-Position befindet, bedeckt der Flipper 24 im Wesentlichen vollständig die erste Elektrode 26 und den Teil 31 (1C) der Elektrode 30, die schwarz sind. Im Wesentlichen sind alle Oberflächen im Bildelement 20, die sichtbar sind, weiß, und das Bildelement 20 erscheint weiß. Wenn sich der Flipper 24 in der in 1C dargestellten Aus-Position befindet, bedeckt der Flipper 24 im Wesentlichen vollständig die Elektrode 28 und den Teil 29 (1A) der mittigen Elektrode 30, die weiß sind. Infolgedessen sind im Wesentlichen alle Oberflächen im Bildelement 20, die sichtbar sind, schwarz, und das Bildelement erscheint deshalb schwarz.
Es sollte angemerkt werden, dass Gebiete und Elemente des Bildelements 20, von denen angegeben ist, dass sie so behandelt sind, dass sie schwarz oder weiß sind, behandelt werden können, um andere Farben als schwarz oder weiß anzuzeigen. Insbesondere können z. B. Gebiete und Elemente des Bildelements 20, die weiß sind, so behandelt werden, dass sie eine Farbe aufweisen, die eine der Primär-AGB-Farben ist. Das Bildelement 20 in der Ein-Position zeigt deshalb demgemäß eine von den AGB-Farben an, und in der Aus-Position ist das Bildelement 20 schwarz. Die Bildelemente 20, die so behandelt sind, dass sie unterschiedliche von den AGB-Farben aufweisen, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar, um einen Farbflachbildschirm bereitzustellen.
Eine Bewegung des Flippers 24 zwischen der Ein- und Aus-Position wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch elektrostatische Kräfte zwischen dem Flipper 24 und der ersten und zweiten Elektrode 26 und 28 gesteuert.
Um diese elektrostatischen Kräfte zu erzeugen und zu steuern, sind vorzugsweise der Flipper 24 und die U-Klammern 36 und 38 aus einem leitenden Material hergestellt, wie z. B. Polysilicium oder Aluminium. Vorzugsweise steht der Flipper 24 in leitendem elektrischem Kontakt mit der mittigen Elektrode 30 und/oder den U-Klammern 36 und 38. Infolgedessen ist die Spannung auf dem Flipper 24 immer im Wesentlichen gleich der Spannung, die an die mittige Elektrode 30 angelegt wird. Vorzugsweise wird ein leitender elektrischer Kontakt zwischen dem Flipper 24 und der Elektrode 30 als Folge eines körperlichen Kontakts zwischen Gebieten des Flippers 24 und Gebieten der Elektrode 30 und U-Klammern 36 und 38 erzielt.
Zusätzlich ist der Flipper 24 von einem leitenden elektrischen Kontakt mit der ersten und zweiten Elektrode 26 und 28 im Wesentlichen isoliert. Vorzugsweise wird ein leitender elektrischer Kontakt zwischen dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 verhindert, wenn sich der Flipper 24 in der Ein-Position respektive befindet, indem die erste Elektrode 26 mit Isolationsnoppen 44 versehen wird. Die Isolationsnoppen 44 auf der ersten Elektrode 26 sind in den 1B und 1C dargestellt. Vorzugsweise wird ein leitender elektrischer Kontakt zwischen dem Flipper 24 und der zweiten Elektrode 28 verhindert, wenn sich der Flipper 24 in der Aus-Position befindet, indem der Flipper 24 mit Isolationsnoppen 45 auf der Seitenoberfläche 40 versehen wird, die in 1A dargestellt sind. Vorzugsweise sind die Isolationsnoppen 44 und 45 aus einem Material gebildet, das ein schlechter Leiter ist. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine isolierende Beschichtung verwendet, um die Isolationsnoppen 44 zu bedecken, um sie nichtleitend zu machen. Die Isolationsnoppen 44 und 45 verhindern nicht nur einen elektrischen Kontakt zwischen dem Flipper 24 und den Elektroden 26 bzw. 28, sie verringern auch Haftreibungen zwischen dem Flipper 24 und den Elektroden 26 und 28.
Die Isolationsnoppen 44 und 45 verhindern einen direkten körperlichen Kontakt zwischen dem Flipper 24 und der ersten und zweiten Elektrode 26 und 28. Wenn sich der Flipper 24 in der Ein-Position befindet (1A), ruht der Flipper 24 auf den Isolationsnoppen 44 der Elektrode 26 und macht keinen direkten Kontakt mit der ersten Elektrode 26. Weil die Isolationsnoppen 44 schlechte Leiter sind, ist der Flipper 24 im Wesentlichen von der ersten Elektrode 26 elektrisch isoliert. Wenig oder kein Strom fließt zwischen dem Flipper 24 und der Elektrode 26, selbst wenn eine Potenzialdifferenz zwischen der Elektrode 26 und der Elektrode 28 existiert. Ähnlich, wenn der Flipper 24 in der Aus-Position ist (1C), ruht der Flipper 24 auf den Isolationsnoppen 45 auf der Seitenoberfläche 40 des Flippers 24, und der Flipper 24 ist im Wesentlichen von der zweiten Elektrode 28 elektrisch isoliert.
Die 2A–2D veranschaulichen schematisch, wie elektrostatische Kräfte, die durch Anlegen von Spannungen an die Elektroden 26, 28 und 30 erzeugt sind, eine Bewegung des Flippers 24 steuern, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den 2A–2D sind Ansichten des Bildelements 20 im Profil dargestellt, wobei sie dem kurzen Rand des Flippers 24 zugekehrt sind. In der in den 2A–2D dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die leitende Schicht des Substrats 22, die mit der Isolationsschicht 23 zusammenhängend ist, geerdet. Dies ist in den 2A–2D und in anderen Figuren, die folgen, dadurch angezeigt, dass das Substrat 22 als geerdet dargestellt ist. Die leitende Schicht wirkt als eine Erdebene für das Bildelement 20.
2A stellt das Bildelement 20 dar, wobei sich der Flipper 24 in der Ein-Position befindet, entsprechend der in 1A dargestellten Position des Flippers 24, in der das Bildelement 20 weiß ist. In der Ein-Position ruht der Flipper 24 auf der mittigen Elektrode 30 und den Isolationsnoppen 44, von denen nur eine dargestellt ist, der ersten Elektrode 26. In 2A ist die mittige Elektrode 30 auf eine positive Span nung "+V_L" aufgeladen dargestellt, und die Elektroden 26 und 28 sind geerdet. (Die Wahl des Vorzeichens für die Spannung ist willkürlich, und eine positive Spannung wird zur Bequemlichkeit angenommen.) Weil der Flipper 24 in Kontakt mit der mittigen Elektrode 30 ist, befindet sich der Flipper 24 auch auf +V_L. Infolgedessen weist der Flipper 24 eine positive Nettoladungsverteilung auf, die schematisch in 2A durch Pluszeichen angezeigt ist. Die positiven Ladungen auf dem Flipper 24 induzieren schematisch durch Minuszeichen dargestellte negative Ladungen auf der ersten Elektrode 26. Eine elektrostatische Anziehung zwischen den positiven und negativen Ladungen verhindert, dass sich der Flipper 24 von der ersten Elektrode 26 wegbewegt, und der Flipper 24 ist in der Ein-Position arretiert. Da die Isolationsnoppen 44 im Wesentlichen nichtleitend sind, fließt im Wesentlichen kein Strom zwischen der mittigen Elektrode 30 und der ersten Elektrode 26 durch den Flipper 24. Infolgedessen wird, wenn der Flipper 24 in der Ein-Position arretiert ist, im Wesentlichen keine Energie im Bildelement 20 dissipiert.
Es sollte angemerkt werden, dass, während in 2A die erste Elektrode 26 geerdet dargestellt ist, die erste Elektrode 26 nicht notwendigerweise geerdet sein muss, damit eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 existiert. Solange wie es eine Potenzialdifferenz zwischen dem Flipper 24 und der Elektrode 26 gibt, gibt es eine anziehende Kraft zwischen ihnen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können andere Spannungen als diejenigen, die in 2A dargestellt sind, verwendet werden, um den Flipper 24 in der Ein-Position zu arretieren, wenn sie erforderliche Spannungsdifferenzen zwischen den Elektroden und dem Flipper bereitstellen.
Der Flipper 24 ist in der Aus-Position entsprechend 1C, in der das Bildelement 20 schwarz ist, auf eine ähnliche Weise arretiert, zu der Weise, in der der Flipper 24 in der Ein-Position arretiert ist. Vorzugsweise ist die zweite Elektrode 28 geerdet und befindet sich die mittige Elektrode 30 auf der Spannung +V_L. Eine Spannung +V_L, die an die mittige Elektrode 30 angelegt ist, um den Flipper 24 in einer Ein- oder Aus-Position zu arretieren, wird nachstehend als eine "Arretierspannung" bezeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Flipper 24 von der Ein-Position "entarretiert" und zur Aus-Position geflippt, indem eine selbe Spannung an die mittige Elektrode 30 und die erste Elektrode 26 und die Erdungselektrode 28 angelegt wird. Ladungen auf den Elektroden 26 und 30 und auf dem Flipper 24 (infolge eines Sich-In-Kontakt-Befindens mit der Elektrode 30), die von den angelegten Spannungen herrühren, induzieren Ladungen auf der Elektrode 28, die im Vorzeichen entgegengesetzt zu den Ladungen auf den Elektroden 26, 30 und dem Flipper 24 sind. Die Ladungen auf den Elektroden 26, 28 und 30 und dem Flipper 24 erzeugen elektrostatische Kräfte, die wirken, um den Flipper 24 weg von der ersten Elektrode 26 hochzuheben und ihn zur zweiten Elektrode 28 zu flippen. Die an die mittige Elektrode 30 und die erste Elektrode 26 angelegte Spannung wird groß genug gewählt, so dass die elektrostatischen Kräfte stark genug sind, um eine Haftreibung und die Gravitationskraft, die auf die Masse des Flippers 24 wirkt, zu überwinden.
2B stellt schematisch Ladungsverteilungen auf der mittigen Elektrode 30 und der ersten Elektrode 26 dar, wobei beide, die mittige Elektrode 30 und die erste Elektrode 26, auf ein selbes positives Potenzial +V_F (zur Bequemlichkeit positiv gewählt) erhöht sind, um den Flipper 24 von der Ein-Position zur Aus-Position zu flippen. Die positiven Ladungen auf der mittigen Elektrode 30, der ersten Elektrode 26 und dem Flipper 24 induzieren eine negative Ladung auf der zweiten Elektrode 28. Ein elektrostatisches Feld, das von den positiven und negativen Ladungen herrührt, erzeugt eine Kraft, die auf den Flipper 24 in einer Richtung wirkt, die durch einen Pfeil 25 angezeigt ist. Die Kraft 25 hebt den Flipper 24 weg von der ersten Elektrode 24 hoch und dreht den Flipper 24 weg von der ersten Elektrode 24 in Richtung auf die zweite Elektrode 28, so dass der Flipper 24 zur Aus-Position flippt.
Der Flipper 24 kann ähnlich von der Aus-Position zurück zur Ein-Position geflippt werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, indem eine Spannung +V_F an die mittige Elektrode 30 und die zweite Elektrode 28 angelegt wird. Dies ist schematisch in 2C veranschaulicht, in der positive Ladungsverteilungen auf dem Flipper 24 und der zweiten Elektrode 28 erzeugt werden, indem +V_F an die mittige Elektrode 30 und die zweite Elektrode 28 angelegt wird. Die positiven Ladungsverteilungen induzieren eine negative Ladungsverteilung auf der ersten Elektrode 26. Ein elektrostatisches Feld, das von den Ladungsverteilungen herrührt, erzeugt eine Kraft auf den Flipper 24 in einer Richtung, die durch einen Pfeil 27 angezeigt ist.
2D stellt schematisch eine alternative Weise eines Flippens des Flippers 24 zwischen einer Ein- und Aus-Position dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2D ist der Flipper 24 in der Aus-Position dargestellt, wobei die mittige Elektrode 30 und die zweite Elektrode 28 geerdet sind. Die erste Elektrode 26 ist auf ein positives Potenzial V_F aufgeladen. Eine resultierende positive Ladungsverteilung auf der ersten Elektrode 26 induziert eine negative Ladungsverteilung auf dem Flipper 24 und auf der zweiten Elektrode 28. Die positiven und die negativen Ladungsverteilungen erzeugen eine Nettokraft auf den Flipper 24, die in einer Richtung arbeitet, die durch einen Pfeil 29 angezeigt ist, um den Flipper 24 weg von der zweiten Elektrode 28 hochzuheben und den Flipper 24 in Richtung auf die erste Elektrode 26 zu drehen.
Die gegenwärtigen Erfinder haben elektrostatische Felder, die durch Spannungen erzeugt sind, die an die Elektroden 26, 28 und 30 des Bildelements 20 in den in den 2C und 2D dargestellten Konfigurationen angelegt sind, auf einem Rechner unter Verwendung des ANSYS-Finite-Elemente-Analyse-Programms simuliert. Die respektive in den 2C und 2D dargestellten Kräfte 27 und 29 wurden von den simulierten elektrostatischen Feldern bestimmt. Die Erfinder fanden, dass die Kraft 27 gleich der Kraft 29 ist, wenn die Größe von V_F in beiden Fällen dieselbe ist. Für dieselbe Spannung V_F erzeugt das Verfahren zum Flippen des Flippers 24, das in 2C dargestellt ist, und das Verfahren zum Flippen des Flippers 24, das in 2D dargestellt ist, eine selbe "Flippkraft". Eine Spannung V_F, die verwendet wird, um den Flipper 24 zwischen einer Ein- und Aus-Position zu flippen, wird nachstehend als eine "Flippspannung" bezeichnet.
Die Äquivalenz der Verfahren zum Flippen des Flippers 24 in den 2C und 2D kann von Erwägungen eines in den 3A und 3B dargestellten Bildelements 50 verstanden werden, das eine "idealisierte" Version des Bildelements 20 ist. Die 3A und 3B stellen das Bildelement 50 in einer Seitenansicht dar, die äquivalent zur Seitenansicht des Bildelements 20 ist, die in den 2A–2D dargestellt ist. In beiden 3A und 3B ist der Flipper 24 in der Aus-Position.
Das Bildelement 50 umfasst im Wesentlichen dieselben Komponenten wie das Bildelement 20. Im Bildelement 50 sind jedoch die Isolationsnoppen 44 und 45 weggelassen. Die mittige Elektrode 30 ist auf einen elektrischen Kontaktpunkt 30 "geschrumpft" worden, der zur Verbindung des Flippers 24 mit einer Stromquelle verwendet wird. Die U-Klammern 36 und 38 sind durch Gelenke 52 ersetzt, von denen nur eines in der Perspektive der 3A und 3B dargestellt ist, die ermöglichen, dass der Flipper 24 zwischen einer Ein- und Aus-Position hin- und herflippt.
Die erste und zweite Elektrode 26 und 28 und der Flipper 24 sind im Wesentlichen von derselben Größe. Es wird angenommen, dass der Flipper 24 mit einer isolierenden Beschichtung (nicht dargestellt) beschichtet ist, die den Flipper 24 im Wesentlichen von der ersten und zweiten Elektrode isoliert, wenn sich der Flipper 24 in der Ein- bzw. Aus-Position befindet. Das Substrat 22 ist so geerdet, dass die leitende Schicht des Substrats 22, die mit der Isolationsschicht 23 zusammenhängend ist, als eine Erdebene des Bildelements 50 wirkt.
In 3A sind der Flipper 24 und die zweite Elektrode 28 beide auf eine positive Spannung +V_F erhöht (zur Bequemlichkeit einer Darstellung nur positiv), und die erste Elektrode 26 ist geerdet. Die in 3A dargestellte Spannungskonfiguration ist dieselbe wie die in 2C dargestellte Spannungskonfiguration der Elektroden 26, 28 und 30 und des Flippers 24 des Bildelements 20. In 3B sind der Flipper 24 und die zweite Elektrode 28 geerdet, und die erste Elektrode 26 ist auf V_F erhöht. Die in 3B dargestellte Spannungskonfiguration ist dieselbe wie die in 2D dargestellte Spannungskonfiguration der Elektroden 26, 28 und 30 und des Flippers 24 des Bildelements 20. Plus- und Minus-Ladungsverteilungen auf den Elektroden 26, 28, 30, dem Flipper 24 und auf der Grenze zwischen der Isolationsschicht 23 und dem Substrat 22 des Bildelements 50 sind schematisch durch Plus- und Minuszeichen dargestellt.
Indem man auf 3A Bezug nimmt, ist infolge eines Erhöhens der zweiten Elektrode 28 und des Flippers 24 auf die Spannung V_F eine positive Ladung auf der zweiten Elektrode 28 und auf dem Flipper 24 abgelagert. Da die zweite Elektrode 28 und der Flipper 24 Leiter sind und elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch dass sie mit einer selben Spannung verbunden sind, können die erste Elektrode 28 und der Flipper 24 so betrachtet werden, dass sie als ein Einzelleiter wirken. Infolgedessen hält sich keine der abgelagerten positiven Ladung (in der idealisierten Geometrie des Bildelements 50) an der Grenze zwischen der zweiten Elektrode 28 und dem Flipper 24 auf. Die Ladung hält sich, wie in 3A dargestellt, auf den Außenoberflächen des Volumens des "Einzelleiters" auf, der durch die zweite Elektrode 28 und den Flipper 24 gebildet wird. Die positive Ladung in der zweiten Elektrode 28 ist an einem Grenzgebiet 54 zwischen der zweiten Elektrode 28 und der Isolationsschicht 23 konzentriert. Die positive Ladung im Flipper 24 ist auf einer Seitenoberfläche 42 (von der nur ein Rand in der Perspektive von 3A dargestellt ist) des Flippers 24 konzentriert.
Die positive Ladung in der zweiten Elektrode 28 induziert eine negative Ladung in der leitenden Schicht des Substrats 22. Die negative Ladung im Substrat 22 ist an einem Grenzgebiet 56 zwischen dem Substrat 22 und der Isolationsschicht 23 konzentriert. Abgesehen von Randeffekten ist das elektrostatische Feld, das durch die Ladungen an den Grenzgebieten 54 und 56 der Isolationsschicht 23 erzeugt wird, auf ein Volumen einer Isolationsschicht 23 zwischen den Ladungen eingeschränkt und weist einen kleinen Effekt außerhalb dieses Volumens auf. Die zweite Elektrode 28, die leitende Schicht des Substrats 22 und das Gebiet der Isolationsschicht 23 zwischen ihnen wirkt als ein dünner Parallelplattenkondensator. Die Menge an positiver Ladung auf der zweiten Elektrode 28 kann von der Kapazität des Parallelplattenkondensators veranschlagt werden, die durch Abmessungen der zweiten Elektrode 28 und der Isolationsschicht 23 und der Dielektrizitätskonstanten des Materials der Isolationsschicht 23 bestimmt wird.
Die positiven Ladungen auf der Seitenoberfläche 42 des Flippers 24 und im Wesentlichen nur diese Ladungen (abgesehen von Randeffekten) induzieren negative Ladungen auf der ersten Elektrode 26, da die Ladungen an den Grenzgebieten 54 und 56 kein Feld außerhalb der Isolationsschicht 23 erzeugen. Infolgedessen hängen die Menge und Verteilung der positiven und negativen Ladungen auf dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 im Wesentlichen nur von den Formen der ersten Elektrode 26 und des Flippers 24 und der Potenzialdifferenz V_F zwischen ihnen ab. Deshalb ist ein elektrostatisches Feld im Raum über dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 eine Funktion im Wesentlichen nur von den Formen und relativen Positionen der ersten Elektrode 26 und des Flippers 24 und von V_F. Es folgt dann, dass die durch das elektrostatische Feld erzeugte Kraft 27, die wirkt, um den Flipper 24 weg von der zweiten Elektrode 28 und in Richtung auf die erste Elektrode 26 hochzuheben, im Wesentlichen nur eine Funktion der Formen und relativen Positionen der ersten Elektrode 26 und des Flippers 24 und V_F ist.
Eine ähnliche Analyse der in 3B dargestellten Ladungsverteilungen gelangt zu einem selben Schluss, wie zu demjenigen, zu dem man für die in 3A dargestellten Ladungsverteilungen kam. Ein elektrostatisches Feld im Raum über dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 in 3B ist eine Funktion im Wesentlichen nur von den Formen und relativen Positionen der ersten Elektrode 26 und des Flippers 24 und von der Spannungsdifferenz V_F zwischen ihnen. Ähnlich ist die Kraft 29 in 3B, die wirkt, um den Flipper 24 weg von der zweiten Elektrode 28 und in Richtung auf die erste Elektrode 26 hochzuheben, im Wesentlichen nur eine Funktion der Formen und relativen Positionen der ersten Elektrode 26 und des Flippers 24 und V_F.
Die Formen und relativen Positionen der ersten Elektrode 26 und des Flippers 24 sind dieselben in den 3A und 3B. Abgesehen davon, dass sie von entgegengesetzter Polarität sind, sind die Potenzialdifferenzen zwischen dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 dieselben. Als Folge sind die elektrostatischen Felder, die im Raum über dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 in den 3A und 3B erzeugt werden, identisch, abgesehen von der Polarität. Deshalb sind die Kräfte 27 und 29 in den 3A und 3B, die wirken, um den Flipper 24 weg von der zweiten Elektrode 28 hochzuheben, identisch. Eine Anwendung der Ergebnisse der Analyse für das "ideale" Bildelement 50 auf das in den 2C und 2D dargestellte Bildelement 20 führt zu dem Schluss, dass die Kräfte 27 und 29 und deshalb die in den 2C bzw. 2D dargestellten Verfahren zum Flippen des Flippers 24 im Wesentlichen dieselben sind.
Die abgelagerten und induzierten Ladungen auf dem Flipper 24, der ersten Elektrode 26 und der zweiten Elektrode 28 in den verschiedenen Spannungskonfigurationen, die verwendet werden, um den Flipper 24 zwischen einem Ein- und Aus-Zustand zu drehen, sind im Allgemeinen in der Nähe der Drehachse des Flippers 24 konzentriert. Deshalb sind Kräfte, die auf den Flipper 24 wirken, auch in der Nähe der Drehachse des Flippers 24 konzentriert. Infolgedessen wird der größte Teil des Drehmoments, das den Flipper 24 dreht, durch Kräfte erzeugt, die auf verhältnismäßig kurze Hebelarme wirken. Zusätzlich sind die Stärke der Kräfte im Wesentlichen proportional zu inversen Quadraten von Abständen zwischen Punkten auf dem Flipper 24 und Punkten auf der Elektrode 26 oder 28, zu der der Flipper 24 zu drehen ist.
Eine Geometrie, in der die erste und zweite Elektrode 26 und 28 im Wesentlichen koplanar sind, wie in den Bildelementen 20 und 50 dargestellt, maximiert die Konzentration einer Ladung in der Nähe der Drehachse des Flippers 24. Zusätzlich maximiert für einen gegebenen Abstand zwischen Rändern der ersten und zweiten Elektrode 26 und 28, die in der Nähe der Drehachse des Flippers 24 sind, eine koplanare Geometrie für die Elektroden 26 und 28 Abstände zwischen Punkten auf den zwei Elektroden. Infolgedessen sind für eine gegebene Flippspannung und einen gegebenen Abstand zwischen "eng benachbarten Rändern" der Elektroden 26 und 28 die Flippkräfte minimiert, wenn die Elektroden 26 und 28 koplanar sind.
Deshalb sind in einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, um Flippkräfte für eine gegebene Flippspannung zu erhöhen, die erste und zweite Elektrode 26 und 28 gewinkelt, so dass der Winkel zwischen ihren Ebenen kleiner als 180° ist. 4 stellt ein Bildelement 60 dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Winkel Θ zwischen den Ebenen der ersten und zweiten Elektrode 26 und 28 kleiner als 180° ist. Vorzugsweise liegt Θ zwischen 140° und 180°. Bevorzugter liegt Θ zwischen 150° und 180°.
Die Fläche des Bildelements 20 oder anderen Bildelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Quadratmillimeter oder weniger. Vorzugsweise ist der Flipper 24 weniger als 1000 Mikrometer lang und 500 Mikrometer breit. Diese Abmessungen liefern ein quadratisches Bildelement mit 1-mm auf einer Seite. Für einige Anwendungen ist der Flipper 24 vorzugsweise weniger als 100 Mikrometer lang und 50 Mikrometer breit, was ein quadratisches Bildelement mit etwa 100 Mikrometer auf einer Seite liefert. Ein Bildelement von dieser Größe ist zur Bereitstellung einer Schwarzweiß(Zweistufen)-Anzeige mit einer Auflösung von 250 DPI geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Flipper 24 von Polysilicium gebildet und weist Abmessungen von 1 × 14 × 83 Mikrometer auf, was zur einem Bildelement mit Abmessungen von etwa 28 × 83 Mikrometer führt. Die Elektroden 26, 28 und 30 sind auch vorzugsweise aus Polysilicium gebildet und sind vorzugsweise 0,5 Mikrometer dick. Die Isolationsnoppen 44 und 45 sind vorzugsweise etwa 1,5 Mikrometer hoch. Für diese Abmessungen und Materialien haben die Erfinder bestimmt, dass der Flipper 24 zwischen einer Ein- und Aus-Position in einer Zeit von der Größenordnung von 12 Millisekunden unter Verwendung einer Flippspannung von im Wesentlichen gleich fünf Volt geflippt werden kann. Eine Arretierspannung von etwa 2,5 Volt arretiert den Flipper 24 in einer Ein- oder Aus-Position.
Die Bildelemente 20, die 28 × 83 Mikrometer sind, können verwendet werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um einen Schwarzweiß- oder Graustufen-Flachbildschirm zu liefern. Ein Flachbildschirm, der Bildelemente 20 von dieser Größe umfasst, weist eine Auflösung von 300 DPI in einer ersten Dimension und etwa 900 DPI in einer zweiten Dimension auf.
Alternativ können die Bildelemente 20 von dieser Größe verwendet werden, um einen Farbflachbildschirm zu liefern, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für einen Farbflachbildschirm werden die Flächen des Bildelements 20, die so behandelt sind, dass sie in den 1A–1C weiß sind, so behandelt, dass sie eine von den BGB-Farben aufweisen. Jedes Bildelement des Farbflachbildschirms ist ein "Superbildelement", das im Wesentlichen quadratisch und etwa 83 Mikrometer auf einer Seite ist, wobei es drei Bildelemente 20 umfasst, von denen jedes eine unterschiedliche RGB-Farbe aufweist.
Es sollte ersichtlich sein, dass, obwohl die Bildelemente 20 so beschrieben worden sind, dass sie weiß, schwarz oder eine von den RGB-Primärfarben sind, die Oberflächen der Bildelemente 20 so behandelt werden können, dass sie andere Farben oder Beschaffenheiten aufweisen, gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 stellt schematisch einen Teil eines Schwarzweiß-Flachbildschirms 62 dar, der eine Mehrzahl von rechteckigen Bildelementen 20 umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Flachbildschirm 62 werden die Positionen der Flipper 24 in den Bildelementen 20 durch Reihen- und Spalten-Steuerleitungen 64 bzw. 66 gesteuert. Jede Reihensteuerleitung 64 ist mit der ersten Elektrode 26 von jedem Bildelement 20 in einer Reihe von Bildelementen in dem Flachbildschirm 62 verbunden. Jede Spaltensteuerleitung 54 ist mit der mittigen Elektrode 30 in jedem Bildelement 20 in einer Spalte von Bildelementen in dem Flachbildschirm 62 verbunden. Die zweiten Elektroden 28 in allen Bildelementen 20 sind dauernd geerdet. (In einem Farbflachbildschirm, der Superbildelemente umfasst, würde jedes Superbildelement 64 drei Bildelemente 20 in einer Spalte von Bildelementen, die in 5 dargestellt sind, umfassen, um ein im Wesentlichen quadratisches Superbildelement zu bilden. Jedes der Bildelemente 20 in einem Superbildelement würde statt weiß in der Ein-Position eine unterschiedliche von den RGB-Farben anzeigen.)
Im Flachbildschirm 62 wird ein Flipper 24 eines Bildelements 20 unter Verwendung des Verfahrens, das in der Erörterung von 2B beschrieben ist, in dem sowohl die mittige Elektrode 30 als auch die erste Elektrode 26 auf eine Flippspannung geladen sind, von 'ein' nach 'aus' geflippt. Der Flipper 24 wird von 'aus' zu 'ein' unter Verwendung des in der Erörterung von 2D beschriebenen Verfahrens geflippt, bei dem die mittige Elektrode 30 geerdet ist und eine Flippspannung an die erste Elektrode 26 angelegt ist. Der Flipper 24 ist in einer Ein-Position oder einer Aus-Position unter Verwendung des in 2A dargestellten Verfahrens arretiert, bei dem die mittige Elektrode 30 auf eine Arretierspannung aufgeladen ist und die erste und zweite Elektrode 26 und 28 geerdet sind. Im Folgenden wird auf ein Einstellen des Flippers 24 eines Bildelements 20 auf eine Ein- oder Aus-Position auch als auf Einstellen des Bildelements 20 auf 'ein' bzw. 'aus' oder sein Ein- bzw. Ausschalten Bezug genommen.
Um ein Bild auf einem Flachbildschirm 62 zu bilden, werden die Bildelemente 20 reihenweise auf 'ein' oder 'aus' eingestellt, wie erforderlich ist, um das Bild zu bilden. Ein Einstellen der Bildelemente 20 in einer Reihe auf 'ein' oder 'aus' beginnt, wobei alle Reihensteuerleitungen 64 des Flachbildschirms 62 geerdet werden und alle Spaltensteuerleitungen 66 des Flachbildschirms 62 auf eine Arretierspannung erhöht werden. Die Spaltensteuerleitungen 66 der Bildelemente 20 in der Reihe, die auf 'ein' einzustellen sind, werden dann geerdet, und die Spaltensteuerleitungen 66 der Bildelemente 20 in der Reihe, die auf 'aus' einzustellen sind, werden bei der Flippspannung gelassen. Die Reihensteuerleitung 64 der Reihe wird dann auf die Flippspannung eingestellt. Wenn dies geschieht, werden alle Bildelemente 20 in der Reihe gleichzeitig auf ihre gewünschten Ein- oder Aus-Zustände zu einem Zeitpunkt eingestellt, auf den nachstehend als eine "Flippzeit" Bezug genommen wird, die ein Flipper 24 braucht, um zwischen einer Ein- und Aus-Position zu flippen. Die Flipper 24 der Bildelemente 20 in der Reihe, die ihre Spaltensteuerleitungen 66 auf Null eingestellt aufweisen, bleiben in der Ein-Position, wenn sie in der Ein-Position sind, oder flippen zu 'ein', wenn sie in der Aus-Position sind. Die Flipper 24 der Bildelemente 20 in der Reihe, die ihre Spaltensteuerleitungen 66 auf die Flippspannung eingestellt aufweisen, bleiben in der Aus-Position, wenn sie schon in der Aus-Position sind, oder flippen zur Aus-Position, wenn sie in der Ein-Position sind. Nachdem die Bildelemente 20 in der Reihe eingestellt sind, wird die Reihensteuerleitung 64 der Reihe geerdet.
Bevor weiter fortgefahren wird, um die Bildelemente 20 in einer nächsten Reihe auf dieselbe Weise einzustellen, werden alle Spaltensteuerleitungen 66 im Flachbildschirm 62 für eine kurze Zeitspanne auf die Arretierspannung eingestellt. Dies gewährleistet, dass alle Bildelemente 20 in anderen Reihen, deren Flipper 24 damit angefangen haben mögen, sich von ihren respektiven Ein- und Aus-Positionen während der Zeit, in der die Reihe von Bildelementen gerade eingestellt wurde, infolge z. B. einer Vibration im Flachbildschirm 62 zu entfernen, sicher zu ihren Positionen rückgeführt werden. Auf diese Weise werden die Bildelemente 20 im Flachbildschirm 62 niemals lang genug für eine unbeabsichtigte Zustandsänderung eines Bildelements 20 unarretiert gelassen. (Während der Zeit, in der jede Reihe eingestellt wird, sind einige von den Reihensteuerleitungen 66 geerdet, wobei viele Bildelemente 20 unarretiert gelassen bleiben.)
Nachdem sämtliche Bildelemente 20 in der Anzeige 62 richtig eingestellt sind, werden alle Spaltensteuerleitungen 66 zur Arretierspannung erhöht, um die Bildelemente in den Ein- und Aus-Zuständen zu arretieren, auf die sie eingestellt worden sind. Die Zeit, die es braucht, um ein Bild auf dem Flachbildschirm 62 zu bilden, ist im Wesentlichen gleich der Anzahl von Reihen im Flachbildschirm 62 mal der Flippzeit der Bildelemente im Flachbildschirm.
In einigen Flachbildschirmen wird gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Bild in einer Zeit gebildet, die viel kürzer ist als die Zeit, die es braucht, um ein Bild im Flachbildschirm 62 zu bilden. Das Bild wird in einer Zeit gebildet, die im Wesentlichen gleich der Flippzeit der Bildelemente 20 in der Anzeige ist, statt in einer Zeit, die im Wesentlichen gleich einem Produkt der Flippzeit und der Anzahl von Reihen in der Anzeige ist.
Dies wird in einem Flachbildschirm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt, indem jedes Bildelement 20 mit addressierbaren Schaltern versehen wird. Die addressierbaren Schalter sind steuerbar, um die mittige Elektrode 30 und die erste Elektrode 26 des Bildelements unabhängig voneinander mit Erde oder mit einem Spannungsausgang einer Anzeigestromquelle zu verbinden. Auf diese Weise ist jedes Bildelement 20 einzeln steuerbar, und die Einstellung eines Bildelements 20 auf 'ein' oder 'aus' in der Anzeige ist von der Einstellung von anderen Bildelementen in der Anzeige entkoppelt. Der Spannungsausgang der Stromversorgung ist so, dass er geerdet oder auf geeignete Arretier- und Flippspannungen eingestellt werden kann. Wenn der Spannungsausgang auf die Arretier- oder Flippspannung eingestellt wird, kann die Stromquelle im Wesentlichen gleichzeitig die Elektroden 26 und 30 von allen Bildelementen 20 in der Anzeige auf die Arretier- oder Flippspannung in einer Zeit aufladen, die wesentlich geringer ist als die Flippzeit der Bildelemente.
Um ein Bild auf dem Flachbildschirm zu bilden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird der Spannungsausgang der Stromversorgung geerdet. Sämtliche addressierbaren Schalter in der Anzeige werden unter Verwendung eines geeigneten Scannprozesses adressiert und gesteuert, um die erste Elektrode 26 und die mittige Elektrode 30 der Bildelemente 20 mit Erde oder mit der Stromquelle zu verbinden. Für Bildelemente 20, die auf 'ein' einzustellen sind, wird die mittige Elektrode 30 mit Erde verbunden, und die erste Elektrode 26 wird mit dem Ausgang der Stromquelle verbunden. Für Bildelemente 20, die auf 'aus' einzustellen sind, werden sowohl die mittige Elektrode 30 als auch die erste Elektrode 26 mit dem Spannungsausgang verbunden. Der Spannungsausgang wird dann auf die Flippspannung erhöht, was bewirkt, dass alle Bildelemente 20 in der Anzeige im Wesentlichen gleichzeitig zu ihrem gewünschten Ein- oder Aus-Zustand flippen. Die ersten Elektroden 26 von allen Bildelementen 20 werden dann mit Erde verbunden, alle mittigen Elektroden der Bildelemente 20 werden mit dem Spannungsausgang verbunden, und der Spannungsausgang wird auf die Arretierspannung eingestellt. Dies arretiert alle Bildelemente 20 im Ein- oder Aus-Zustand, auf den sie eingestellt wurden.
Ein Scannen und Einstellen der Schalter geschieht in einer Zeit, die sehr kurz ist, verglichen mit der Flippzeit der Bildelemente 20. Infolgedessen ist die Gesamtzeit, die erforderlich ist, um die Bildelemente 20 in ihre geeigneten Einoder Aus-Zustände einzustellen, um das Bild zu bilden, im Wesentlichen gleich der Flippzeit der Bildelemente 20.
Es können verschiedene Konfigurationen von Stromquellen und Schaltern in den Bildelementen 20 verwendet werden, um einen Flachbildschirm zu bilden, gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Bildelemente 20 einzeln und/oder gleichzeitig steuerbar sind, um ein- und ausgeschaltet zu werden. Diese Konfigurationen kommen Fachleuten leicht in den Sinn.
Vorzugsweise wird ein Array von Bildelementen 20, die einzeln und/oder gleichzeitig steuerbar sind, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, als ein Monoblock in einem Verfahren gebildet, das Schichten von elektronischen und mechanischen Komponenten integriert, um eine Einstückeinheit zu bilden.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bildelement mehr als einen Flipper. Während ein Bildelement, das einen einzigen Flipper aufweist, zwei Zustände aufweist, einen Ein- und Aus-Zustand, weist ein Bildelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das eine Mehrzahl von "N"-Flippern umfasst, (N + 1)-Zustände auf. Ein Mehrflipperbildelement kann deshalb eine größere Mannigfaltigkeit von Farben anzeigen, als ein Bildelement mit einem einzigen Flipper.
Die 6A–6D stellen schematisch eine Perspektivansicht eines Mehrflipperbildelements 160 dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bildelement 160 umfasst zwei Flipper, einen ersten Flipper 162 und einen zweiten Flipper 164. Das Mehrflipperbildelement 160 weist drei Zustände auf, einen ersten, zweiten und dritten Zustand, die respektive in den 6A–6C dargestellt sind. 6D stellt eine auseinandergezogene Draufsicht des Bildelements 160 im zweiten Zustand dar, der in 6B dargestellt ist.
Das Mehrflipperbildelement 68 umfasst ein Substrat 22 mit einer Isolationsschicht 23. Die erste und zweite laterale Elektrode 26 und 28 und die erste, zweite, dritte und vierte mittige Elektrode 171, 172, 173 und 174 sind auf der Isolationsschicht 23 gebildet. Die erste, zweite, dritte und vierte mittige Elektrode 171, 172, 173 und 174 sind am deutlichsten in 6A und 6D dargestellt.
Der erste Flipper 162 ist mit dem Bildelement 160 durch ein Paar von Klammern 176 gekoppelt, von denen jede durch ein unterschiedliches Montageloch 178 im ersten Flipper 162 eine Schleife bildet. Eine von den Klammern 176 ist an der zweiten mittigen Elektrode 172 und die andere an der dritten mittigen Elektrode 173 verankert. Die Klammern 176 sind vorzugsweise aus einem leitenden Material gebildet. Der erste Flipper 162 steht in elektrischem Kontakt mit der zweiten und dritten mittigen Elektrode 172 und 173 und den Klammern 176. Vorzugsweise wird der elektrische Kontakt durch körperlichen Kontakt von Gebieten des ersten Flippers 162 mit Gebieten der zweiten und dritten mittigen Elektrode 172 und 173 und den Klammern 176 erzielt.
Der zweite Flipper 164 ist mit dem Bildelement 160 durch ein Paar von Klammern 180 gekoppelt, die durch Montagelöcher 182 im zweiten Flipper 164 eine Schlinge bilden. Eine von den Klammern 180 ist mit der ersten Elektrode 171 und die andere mit der vierten Elektrode 174 verankert. Die Klammern 180 sind vorzugsweise aus einem leitenden Material gebildet. Der zweite Flipper 164 steht in elektrischem Kontakt mit der ersten und vierten mittigen Elektrode 171 und 174 und den Klammern 180. Vorzugsweise wird ein elektrischer Kontakt durch körperlichen Kontakt von Gebieten des zweiten Flippers 164 mit Gebieten der ersten und vierten mittigen Elektrode 171 und 174 und den Klammern 180 erzielt.
Die Montage der Klammern 176 und 180 an ihren respektiven mittigen Elektroden ist am deutlichsten in 6A dargestellt. Die Montagelöcher 178 und 182 und die Art und Weise, auf die die Klammern 176 und 180 durch ihre respektiven Montagelöcher 178 bzw. 182 eine Schlinge bilden, ist am deutlichsten in 6B dargestellt.
Mit Bezug auf 6B ist der erste Flipper 162 vorzugsweise mit Spielraumschlitzen 184 ausgebildet, die groß genug sind, so dass kein Teil des Flippers 162 einen elektrischen Kontakt mit der ersten und vierten mittigen Elektrode 171 und 174 oder irgendeinem Teil der Klammern 180 macht. Ähnlich ist der zweite Flipper 164 vorzugsweise mit Spielraumschlitzen 186 ausgebildet, die groß genug sind, so dass kein Teil des zweiten Flippers 164 einen elektrischen Kontakt mit der zweiten und dritten mittigen Elektrode 172 und 173 oder irgendeinem Teil der Klammern 176 macht. Äußere Oberflächen der Klammern 176 und 180 sind vorzugsweise mit einer Schicht von isolierendem Material bedeckt, um zu helfen, um einen unerwünschten elektrischen Kontakt mit dem ersten und zweiten Flipper 162 bzw. 164 zu verhindern. Der erste und zweite Flipper 162 und 164 sind durch geeignet platzierte nichtleitende Isolationsnoppen (nicht dargestellt) oder durch Schichten von isolierendem Material, das auf ihren Oberflächen abgelagert ist, vorzugsweise voneinander und von der ersten und zweiten lateralen Elektrode 26 und 28 elektrisch isoliert. Die Montagelöcher 178 und die Spielraumschlitze 184 des Flippers 162 und die Montagelöcher 182 und die Spielraumschlitze 186 des Flippers 164 sind am deutlichsten in einer auseinandergezogenen Draufsicht 6D dargestellt.
Eine Steuerleitung 190 ist mit einer zweiten und dritten mittigen Elektrode 172 und 173 verbunden, um eine Spannung an die zweite und dritte mittige Elektrode 172 und 173 und dadurch an den ersten Flipper 162 anzulegen. Verbindungen zwischen der Steuerleitung 190 und der zweiten und dritten mittigen Elektrode 172 und 173 sind in 6A und 6D dargestellt. Eine Steuerleitung 192 ist mit der ersten und vierten mittigen Elektrode 171 und 174 verbunden, um eine Spannung an der ersten und vierten mittigen Elektrode 171 und 174 und dadurch an den zweiten Flipper 164 anzulegen. Verbindungen zwischen einer Steuerleitung 192 und der ersten und vierten Elektrode 171 und 174 sind in 6C und 6D dargestellt. Die erste laterale Elektrode 26 ist mit einer Steuerleitung 194 verbunden, und die zweite laterale Elektrode 28 ist vorzugsweise dauernd geerdet.
Die erste und zweite laterale Elektrode 26 und 28 und jede von den Seitenoberflächen der Flipper 162 und 164 des Bildelements 160 sind vorzugsweise so behandelt, dass sie eine von den RGB-Farben anzeigen. Durch eine geeignete Wahl, welche von den Elektroden 26 und 28 und Seitenoberflächen behandelt werden, um welche von den RGB-Farben anzuzeigen, zeigt das Bildelement 160 in jedem von seinen drei unterschiedlichen Zuständen eine unterschiedliche von den RGB-Farben an. Freiliegende Oberflächen der ersten und zweiten lateralen Elektrode 26 und 28 und Seitenoberflächen des ersten und zweiten Flippers 162 und 164 sind in jeder der 6A–6C mit der RGB-Farbe bezeichnet, die sie anzeigen. In 6A, die die Bildelemente 160 in einem ersten Zustand darstellt, zeigt das Bildelement 160 eine im Wesentlichen gesättigte rote Farbe an. In dem zweiten und dritten Zustand des Bildelements 160, die respektive in den 6B und 6C dargestellt sind, zeigt das Bildelement 160 eine im Wesentlichen gesättigte blaue bzw. grüne Farbe an. Die Wahl von Farben für Seitenoberflächen der Flipper 162 und 164 und der Elektroden 26 und 28 sind beispielshaft gewählt, und andere Farbwahlen sind möglich und können vorteilhaft sein. Beispielsweise können die Seitenoberflächen der Flipper 162 und 164 so behandelt sein, dass sie unterschiedliche Stufen von Grau anzeigen. Statt eine von den RGB-Farben in jedem von seinen Zuständen anzuzeigen, zeigt das Bildelement 160 dann eine unterschiedliche Graustufe in jedem von seinen Zuständen an.
Ein Wechseln zwischen dem zweiten und dritten Zustand wird auf eine Weise erreicht, die ähnlich zu der Weise ist, auf die das Bildelement 20 zwischen dem Ein- und Aus-Zustand gewechselt wird. Beispielsweise sind, um das Bildelement 160 von seinem ersten Zustand, der in 6A dargestellt ist, zu seinem zweiten Zustand, der in 6B dargestellt ist, umzuwechseln, die Flipper 162 und 164 geerdet, und die erste laterale Elektrode 26 wird auf eine Flippspannung erhöht. Um das Bildelement 160 von seinem zweiten Zustand zu seinem dritten Zustand, der in 6C dargestellt ist, umzuwechseln, werden die erste laterale Elektrode 26, der zweite Flipper 164 und die zweite laterale Elektrode 28 geerdet, während der erste Flipper 162 auf die Flippspannung erhöht wird. Um das Bildelement 160 zurück von seinem dritten Zustand zu seinem zweiten Zustand (6B) umzuwechseln, werden die erste und zweite laterale Elektrode 26 und 28 geerdet, und der erste und zweite Flipper 162 und 164 werden auf die Flippspannung erhöht. Das Bildelement 160 wird von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand (6B zu 6A) gewechselt, indem der zweite Flipper 164 auf das Flipppotenzial erhöht wird, während die erste laterale Elektrode 26 und der erste Flipper 162 geerdet werden.
Um das Bildelement 160 in irgendeinem von seinen Zuständen zu arretieren, werden die erste und zweite laterale Elektrode 26 und 28 geerdet, und es werden Spannungen an den ersten und zweiten Flipper 162 und 164 angelegt, so dass geeignete kleine Spannungsdifferenzen zwischen benachbarten lateralen Elektroden und Flippern erzeugt werden.
7 stellt schematisch eine Perspektivansicht eines anderen Mehrflipperbildelements 200 dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bildelement 200 umfasst zwei Flipper 202 und 204. Das Mehrflipperbildelement 200 ist in einem zweiten Zustand dargestellt, der dem zweiten Zustand des Mehrfachschichtbildelements 160, der in 6B dargestellt ist, ähnelt. Der Flipper 202 ist mit einer ersten mittigen Elektrode 206 durch zwei Kastenscharniere 208 gekoppelt, die Montagefortsätze 210 einfangen (von denen nur einer dargestellt ist), die von dem Flipper 202 vorstehen. Ähnlich ist der Flipper 204 mit einer zweiten mittigen Elektrode 212 durch zwei Kastenscharniere 214 gekoppelt, die Montagefortsätze 216 einfangen (von denen nur einer dargestellt ist). Der Flipper 202 ist mit Spielraumschlitzen 218 ausgebildet, die ermöglichen, dass der Flipper 202 an beiden Sätzen von Kastenscharnieren 208 und 214 vorbeikommt, wenn der Flipper 202 von der Position, in der er in 7 dargestellt ist, zu einer Position, in der er oben auf dem Flipper 204 liegt, geflippt wird. Der Flipper 204 weist ähnliche Spielraumschlitze 220 auf.
Die 8A–8I veranschaulichen schematisch einen Herstellungsprozess gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um Bildelemente 20 zu bilden, die in den 1A–1C dargestellt sind.
8A stellt einen ersten Schritt im Herstellungsprozess dar, bei dem ein Substrat 22, das vorzugsweise von einem Siliciumwafer gebildet ist, mit einer dünnen Isolationsschicht 23 bedeckt wird, die aus einem Material, wie z. B. Siliciumnitrid, gebildet ist.
8B stellt einen nächsten Schritt im Herstellungsprozess dar, bei dem die Isolationsschicht 23 mit einer Schicht 80 aus leitendem Material, wie z. B. Polysilicium, oder einem Metall, wie z. B. Aluminium, bedeckt wird. Die leitende Schicht 80 wird dann geätzt, um die erste und zweite Elektrode 26 und 28 und die mittige Elektrode 30 zu bilden, welche Elektroden 26, 28 und 30 dargestellt sind, nachdem sie in 8C gebildet sind.
Die erste, zweite und mittige Elektrode 26, 28 und 30 und die freiliegenden Oberflächen des Substrats 22 werden dann mit einer in 8D dargestellten Opferschicht 82 von einem geeigneten Material, wie z. B. Siliciumdioxid, bedeckt. Isolationsnoppenmulden 81 und Isolationsnoppenlöcher 83 werden dann in die Opferschicht 82 geätzt. Die Isolationsnoppenmulden 81 sind Sacklöcher in der Opferschicht 82, die nicht den ganzen Weg zur zweiten Elektrode 28 vordringen. Die Isolationsnoppenlöcher 83 sind Durchgangslöcher, die den ganzen Weg zur ersten Elektrode 26 vordringen. Die Isolationsnoppenmulden 81 werden verwendet, um Isolationsnoppen 45 (1A) auf dem Flipper 24 zu bilden, wohingegen die Isolationsnoppenlöcher 83 verwendet werden, um Isolationsnoppen 44 auf der ersten Elektrode 26 zu bilden. Eine in 8E dargestellte Schicht 84 von leitendem Material, wie z. B. Polysilicium oder Aluminium, wird dann auf der Opferschicht 82 abgelagert. Die leitende Schicht 84 wird dann geätzt, vorzugsweise bis zur Tiefe der Opferschicht 82, um den Flipper 24 mit Montagelöchern 32 und 34 zu bilden, wie in 8F dargestellt. In 8F sind die Isolationsnoppenlöcher 83 mit dem Material der Schicht 84 gefüllt, die die Isolationsnoppen 44 auf der ersten Elektrode 26 bilden.
Eine zweite Opferschicht 86, die in 8G dargestellt ist, wird dann auf dem gebildeten Flipper 24 und der freiliegenden Oberfläche der Opferschicht 82 abgelagert. Vorzugsweise ist die Opferschicht 86 von Siliciumdioxid gebildet, wenn Polysilicium als ein Material für den Flipper 24 verwendet wird, und ein Polymer, wenn Aluminium als ein Material für den Flipper 24 verwendet wird.
Die Form der Opferschicht 86 folgt Konturen der Oberflächen, auf denen sie abgelagert wird. Infolgedessen weist die Opferschicht 86 eine Stufe 85 in der Nähe eines Randes 87 des Flippers 24 und Vertiefungen 89 über den Montagelöchern 32 und 84 auf. 8H stellt schematisch einen Querschnitt der Schichten des Bildelements 20 dar, die in 8G dargestellt sind, welcher Querschnitt entlang einer Linie A-A in 8G genommen ist. Die Ebene des Querschnitts tritt durch die Mitte einer Vertiefung 89 hindurch. Im Querschnitt scheint der Flipper 24 zwei abgetrennte Teile aufzuweisen, einen großen Teil 91 und einen kleinen Teil 93. Der kleine Teil 93, der nachstehend als "Achsenteil 93" bezeichnet wird, ist ein Teil des Flippers 24, der durch die U-Klammer 38 des Bildelements 20 eine Schleife bildet (die 1A-1C). Der große Teil 91, der nachstehend als Körperteil 91 bezeichnet wird, ist Teil des Körpers des Flippers 24. Der Achsenteil 91 ist nicht separat vom Körperteil 93, sondern scheint so zu sein, weil die Ebene des Querschnitts durch das Montageloch 34 (8F) des Flippers 20 hindurchtritt.
Im Anschluss an eine Ablagerung der Opferschicht 86 werden vier Löcher 90 durch die Opferschichten 86 und 82 den ganzen Weg bis zur Oberfläche der mittigen Elektrode 30 unter Verwendung von Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, wie z. B. Plasma- oder anderes Ätzen, "gebohrt". Die oberen Enden von zwei der Löcher 90 sind in 8I dargestellt. Ein anders Loch 90 wird durch die Opferschichten 86 und 82 an den Stellen von jeder der Vertiefungen 89 gebohrt und sind in der Perspektive von 8I dargestellt. 8J stellt schematisch zwei Löcher 90 und Schichten des Bildelements 20 in einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 8I dar.
Die Löcher 90 und Vertiefungen 89 werden als Formeinrichtungen zum Formen von Teilen der "Schenkel" der U-Klammern 36 und 38 (die 1A–1C) verwendet, die durch die Montagelöcher 32 und 34 des Flippers 24 eine Schlinge bilden. Die Stellen der Löcher 90 bestimmen, wo auf der mittigen Elektrode 30 die Schenkel der U-Klammern 36 und 38 verankert sind. Die Löcher 90 sind nicht bündig mit Gebieten der Schicht 86, die den Achsenteil 93 bedecken, sondern sind von diesen Gebieten verlagert. Technische Begrenzungen in der Genauigkeit einer Platzierung der Löcher 90 erfordern, dass die Löcher 90 von Gebieten der Schicht 86 beabstandet sind, die den Achsenteil 93 bedecken, um zu verhindern, dass diese Gebiete im Verfahren zum Bilden der Löcher 90 beschädigt werden. Die Opferschicht 86 dient dazu, den Achsenteil 93 (und Körperteil 91) von einer nächsten leitenden Schicht 92 körperlich zu isolieren, die in den 8K und 8L dargestellt ist, die auf der Schicht 86 und anderen freiliegenden Flächen des Bildelements 20 abgelagert ist. Die Schicht 92 wird gebildet, um die U-Klammern 36 und 38 zu bilden. Eine Beschädigung an Gebieten der Schicht 86, die mit dem Achsenteil 93 zusammenhängend sind, könnte z. B. zu einem Achsenteil 93 führen, das an der U-Klammer 38 festgefressen ist, was dadurch den Flipper 24 nicht drehbar machen würde.
Das leitende Material der Schicht 92, das im Anschluss an die Ablagerung und das Bohren der Schicht 86 auf dem Bildelement 20 abgelagert wird, füllt die Löcher 90 und Linien der Wände der Vertiefungen 89. 8L stellt die Schicht 92 in einem Querschnitt dar, der entlang der Linie A-A von 8K genommen ist. Vorzugsweise ist die Schicht 92 aus Polysilicium gebildet. Die Schicht 92 wird weggeätzt, um obere Teile der Klammern 36 und 38 zu bilden. (Die unteren Teile der U-Klammern 36 und 38 werden durch Löcher 90 und Vertiefungen 89 gebildet, in die das Material der Schicht 90 abgelagert ist). Die Opferschichten 86 und 82 werden dann wegerodiert, wobei Verfahren verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind, um ein in 8M dargestelltes vollgebildetes Bildelement 20 übrigzulassen. Ein Querschnitt des Bildelements 20 entlang der Linie A-A in 8M ist in 8N dargestellt.
Die Klammern 36 und 38 in den 8M und 8N stellen einige Einzelheiten dar, die von dem Herstellungsverfahren herrühren, das in den 8A–8L veranschaulicht ist, die nicht in den Klammern 36 und 38 in vorherigen Figuren dargestellt wurden. Unter diesen Einzelheiten sind äußere Schultern 97, die in den 8M und 8N dargestellt sind, und innere Schultern 99, die in 8N dargestellt sind. Die Schultern 97 und 99 ergeben sich von dem Positionieren der Löcher 90, was in der Beschreibung der 8I und 8J erörtert wurde. Die ungleichmäßigen Breiten der Schenkel der U-Klammern 36 und 38, die in 8M dargestellt sind, rühren von Unterschieden in der Größe der Löcher 90 und den Teilen von U-Klammern 36 und 38 her, die durch Wegätzen von Material der Schicht 92 gebildet sind. In vorherigen Figuren wurden die Formen der U-Klammern 36 und 38 vereinfacht, und diese Einzelheiten wurden im Interesse einer Klarheit einer Dar stellung nicht dargestellt.
Es sollte angemerkt werden, dass, wenn der Achsenteil 93 unter die in 8N dargestellten Schultern 99 fällt, ein unerwünschtes "Spiel" in der Position des Flippers 24 erhöht ist. Zusätzlich, wenn der Achsenteil 99 unter eine Schulter 99 fällt, kann der Flipper 24 unter der Schulter eingeklemmt werden und daran gehindert werden, sich frei zu drehen. Die Höhe der Schultern 99 wird durch die Dicke der Opferschicht 82 bestimmt. Um zu verhindern, dass der Flipper 24 unter eine Schulter 99 fällt, muss die Dicke der Opferschicht 82 in dem in den 8A–8N dargestellten Herstellungsverfahren geringer sein als die Dicke der Schicht 91, von der der Flipper 24 gebildet wird.
In Bildelementen, für die die Dicke der Schicht 91 dicker ist als die Dicke des Flippers 24, werden die Klammern 36 und 38 unter Verwendung eines Verfahrens erzeugt, bei dem die Höhe der Schultern 99 nicht durch die Dicke der Opferschicht 82 bestimmt ist, oder es werden Klammern, die von den Klammern 36 und 38 verschieden sind, verwendet, um den Flipper 24 an die mittige Elektrode 30 zu koppeln. Es kann vorteilhaft sein, eine verhältnismäßig dicke Opferschicht 82 zu verwenden, um den Raum zwischen dem Flipper 24 und der ersten Elektrode 26 und der zweiten Elektrode 28 zu erhöhen, wenn sich der Flipper 24 in der Ein- bzw. Aus-Position befindet, um eine Haftreibung zu verringern. Ein möglicher Herstellungsprozess zur Erzeugung der Klammern 36 und 38 mit "niedrigen" Schultern ist am Ende der Erörterung von 12L erörtert.
Andere Bildelemente und Klammern zum Montieren von Flippern an Bildelementen gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den 9A–11 dargestellt. Die in den 9A–11 dargestellten Bildelemente und Klammern werden unter Verwendung von Herstellungsprozessen erzeugt, die Variationen des Prozesses sind, die in den 8A–8I veranschaulicht ist.
Die 9A–9B zeigen schematisch ein Bildelement 100, das einen Flipper 24 umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 9A ähnelt das Bildelement 100, das in einer Perspektivansicht dargestellt ist, sehr dem Bildelement 20. Der einzige Unterschied liegt in der Konstruktion der Klammern, die den Flipper 24 an die Elektrode 30 koppeln. Im Bildelement 20 ist der Flipper 24 an der Elektrode 30 durch die U-Klammern 36 und 38 gekoppelt, von denen jede zwei Schenkel aufweist, die die U-Klammer an die Elektrode 30 anbringen. Im Bildelement 100 ist der Flipper 24 mit der Elektrode 30 mit Klammern 102 und 104 gekoppelt, von denen jede einen einzigen Schenkel 106 aufweist, der die Klammer an der Elektrode 30 anbringt. Jede von den Klammern 102 und 104 weist einen zweiten Schenkel 108 auf, der sich nicht den ganzen Weg zur Elektrode 30 erstreckt. Es gibt einen Spalt 110 zwischen dem Ende des Schenkels 106 von jeder der Klammern 102 und 104 und der Elektrode 30. Der Spalt 110 ist am besten aus einer Profilansicht des Bildelements 100, aufgenommen entlang einer in 9A dargestellten Linie B-B ersichtlich. Der Spalt 110 ist klein genug gemacht, so dass der Flipper 24 nicht aus den Klammern 102 und 104 herausgleitet oder sich von ihnen losschüttelt. Die Klammern 102 und 104 sind kleiner als die Klammern 36 und 38, weil die Klammern 102 und 104 am mittigen Bildelement 30 an einer Stelle verankert sind, wohingegen die Klammern 36 und 38 am mittigen Bildelement 30 an zwei Stellen verankert sind.
Die verringerte Größe der Klammern 102 und 104 in Bezug zu den Klammern 36 und 38 ist vorteilhaft. Wenn Oberflächen eines Bildelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung behandelt werden, um dem Bildelement eine erste und zweite Farbe, z. B. schwarz und weiß, zu geben, wird der Flipper des Bildelements z. B. zu einer Ein-Position gedreht, und alle freiliegenden Oberflächen des Bildelements werden behandelt, um ihnen die erste Farbe zu geben. Der Bildelementflipper wird dann zur Aus-Position gedreht, und alle freiliegenden Oberflächen des Bildelements in der Aus-Position werden behandelt, so dass sie die zweite Farbe aufweisen. Oberflächen, die in sowohl der Ein- als auch der Aus-Position des Flippers freiliegen, weisen deshalb die zweite Farbe auf. Infolgedessen zeigt bei Vorliegen des Flippers in der Rus-Position das Bildelement mehr von der. zweiten Farbe an, als das Bildelement von der ersten Farbe anzeigt, wenn sich der Flipper in der Ein-Position befindet. Diese Asymmetrie ist unerwünscht und Oberflächen des Bildelements, die immer freiliegen, sollten auf ein Minimum verringert werden. Im Wesentlichen alle Oberflächen von Klammern, die verwendet werden, um einen Flipper an ein Bildelement zu koppeln, liegen in beiden, der Ein- und Aus-Position des Flippers frei, und es ist deshalb vorteilhaft, die Größe von Klammern, die verwendet werden, um einen Flipper an ein Bildelement zu koppeln, zu verringern.
Die 10A–10B stellen schematisch Perspektivansichten eines anderen Bildelements 120 dar, das einen Flipper 122 umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf 10B weist der Flipper 122 Montagelöcher 124 und einen Rand 126 mit Schlitzen 128 auf, die mit den Montagelöchern 124 zusammenfließen. In Bezug auf 10A ist der Flipper 122 mit der mittigen Elektrode 30 durch vorzugsweise identische Klammern 129 und 130 gekoppelt. Die Klammer 130 ist in 10A weggeschnitten, um ihre Konstruktion darzustellen. Jede von den Klammern 129 und 130 umfasst eine Zwischenwand 132 und einen Randbogen 134. Die Zwischenwände 132 der Klammern 129 und 130 passen in die Schlitze 128 des Flippers 122 und verhindern eine Bewegung des Flippers 122 in einer zum Rand 126 parallelen Richtung. Die Randbögen 134 der Klammern 129 und 130 verhindern, dass sich der Flipper 122 von den Klammern 129 und 130 loslöst.
Wie im Fall der Klammern 102 und 104, die in 9A dargestellt sind, ist vorzugsweise jede von den Klammern 129 und 130 mit der mittigen Elektrode 30 an nur einer Stelle verankert. Vorzugsweise ist ein Ende von jedem der Randbögen 134 mit der mittigen Elektrode 30 verankert, und ein kleiner Raum 133 separiert den größten Teil jeder Zwischenwand 132 und jedes von dem anderen Ende eines Randbogens 134 von der mittigen Elektrode 30. Eine Einfügung 135 in 10A stellt eine schematische Profilansicht der Klammer 134 und mittigen Elektrode 30 dar, die die Art und Weise veranschaulicht, auf die die Klammer 129 an der mittigen Elektrode 30 angebracht ist.
11 stellt schematisch eine Perspektivansicht eines anderen Bildelements 140 dar, umfassend einen Flipper 142 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Flipper 142 weist vorstehende Stellen 144 an entgegengesetzten Ende eines Randes 146 des Flippers auf. Die vorstehenden Stellen 144 werden in Hülsenklammern 148 gehalten. Die Hülsenklammern 148 umfassen eine Rückplatte 150 und einen Randbogen 152. Die Rückplatte 150 verhindert, dass sich der Flipper 142 in einer Richtung parallel zum Rand 146 lateral verschiebt. Die Randbögen 152 verhindern, dass sich der Flipper 142 von den Hülsenklammern 146 separiert. Jede der Klammern 148 ist vorzugsweise mit der mittigen Elektrode 30 an einer Stelle durch einen "Fuß" 149 verankert, von denen nur einer in 11 dargestellt ist. Ein kleiner Raum 151 separiert den größten Teil des Körpers einer Klammer 148 von der mittigen Elektrode 30.
In einer alternativen Konstruktion von Hülsenklammern 146 umfassen die Hülsenklammern 148 nur Randbögen 152. Die Randbögen 152 verhindern, dass sich der Flipper 142 infolge eines Kontakts der Randbögen 150 mit den kurzen Rändern des Flippers 142 in einer Richtung parallel zum Rand 146 lateral verschiebt.
Es sollte angemerkt werden, dass, während die Bildelemente und Flipper, die in den 1A–11 dargestellt sind, rechteckig sind, die Bildelemente mit anderen Formen als rechteckig gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind und vorteilhaft sein können. z. B. können Bildelemente gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet werden, bei denen die Bildelemente rautenförmig oder hexagonal sind. Ein Flipper für ein rautenförmiges Bildelement würde dreiecksförmig sein und die Hälfte der Fläche des Bildelements bedecken. Ein Flipper für ein hexagonal geformtes Bildelement würde die Hälfte der hexagonalen Fläche des Bildelements bedecken.
Die 12A–12K veranschaulichen schematisch ein Verfahren zum Bilden des in den 9A und 9B dargestellten Bildelements 100. Die 12A–12K stellen Querschnittsansichten, aufgenommen entlang einer in 9A dargestellten Linie A-A, eines Verfahrens zum Bilden und Ätzen von Schichten dar, die erforderlich sind, um das Bildelement 100 zu erzeugen.
Herstellungsschritte, die in den 12A–12F im Profil veranschaulicht sind, sind identisch mit Schritten bei der Produktion des Bildelements 20, die in Perspektivansichten respektive in den 8A–8F dargestellt sind. In 12A ist die Isolationsschicht 23 auf dem Substrat 22 abgelagert. Eine in 12B dargestellte Schicht 80 von leitendem Material wird dann auf der Isolationsschicht 23 abgelagert. Die Schicht 80 wird geätzt, um eine erste, zweite und mittige Elektrode 26, 28 bzw. 30 zu bilden, die in 12C dargestellt sind. In 12D sind die Elektroden 26, 28 und 30 und freiliegenden Oberflächen der Isolationsschicht 23 mit der Opferschicht 82 bedeckt. Die Opferschicht 82 wird mit einer Schicht 84 von leitendem Material bedeckt, die in 12E dargestellt ist. Die Schicht 84 wird geätzt, um den Flipper 24, der in 12F dargestellt ist, zu erzeugen. In der Querschnittsansicht, die in 12F und in den 12G–12K dargestellt ist, die folgen, scheint der Flipper 24 zwei abgetrennte Teile zu haben, einen Achsenteil 93 und einen Körperteil 91, jedoch ist dies nur ein Artefakt der Wahl des Querschnitts.
Im Anschluss an das Ätzen des Flippers 24 werden Teile der Opferschicht 82 weggeätzt, wie in 12G dargestellt, um Gebiete 228 und 229 der mittigen Elektrode 30 bloßzulegen. Eine verhältnismäßig dünne Opferschicht 226 wird dann auf alle freiliegenden Oberflächen des Bildelements 100 abgelagert. Die Opferschicht 226 wird dann geätzt, um ein in 12I dargestelltes kleines Gebiet 230 der mittigen Elektrode 30 freizulegen. Die Opferschicht 226 dient dazu, um den Achsenteil 93 (und Körperteil 91) von einer in 12J dargestellten nächsten leitenden Schicht 232 körperlich zu isolieren, die auf dem Bildelement 100 abgelagert wird. Das Gebiet 230, das freigelegt wird, wenn die Opferschicht 226 geätzt wird, dient als eine Fläche der mittigen Elektrode 30, an der die leitende Schicht 232 stark bindet.
Die leitende Schicht 232 wird geätzt, um die Klammer 104 zu bilden, und alle Opferschichten werden wegerodiert, um das Bildelement 100, das in 9K und auch in den 9A und 9B dargestellt ist, zu bilden.
Es sollte angemerkt werden, dass, wenn die Opferschicht 226 im Gebiet 229 auf dieselbe Weise geätzt wird, auf die die Opferschicht 226 im Gebiet 228 geätzt wird, um das Gebiet 230 freizulegen, sich die leitende Schicht 232 stark an der mittigen Elektrode 30 an zwei Orten binden würde, einem Ort auf jeder Seite des Achsenteils 93. Eine symmetrische Klammer, die an der mittigen Elektrode 30 an zwei Orten verankert ist, die in der Form der in 8N dargestellten Klammer 38 ähnelt, könnte dann gebildet werden. Eine auf diese Weise gebildete Klammer würde jedoch Schultern aufweisen, die den Schultern 99 der Klammer 38 ähneln, aber mit einer Höhe, die nicht durch die Dicke der Opferschicht 82 bestimmt ist, sondern durch die Dicke der Opferschicht 226.
In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung wird jedes von den Verben "umfassen", "einschließend" und "aufweist" und Konjugierte davon verwendet, um anzuzeigen, dass das Objekt oder die Objekte des Verbs nicht notwendigerweise eine vollständige Auflistung von Komponenten, Elementen oder Teilen des Subjekts oder der Subjekte des Verbs sind.
Die vorliegende Erfindung ist unter Verwendung von nichtbeschränkenden ausführlichen Beschreibungen von bevorzugten Ausführungsformen derselben, die anhand von Beispielen gegeben werden und den Bereich der Erfindung nicht begrenzen sollen, beschrieben worden. Variationen von Ausführungsformen, die beschrieben sind, sind für Fachleute ersichtlich. z. B. kann ein Bildelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Kombinationen von Merkmalen und Elementen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben sind, umfassen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Bildelement Merkmale und/oder Elemente weglassen, die in den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen enthalten sind. In anderen Bildelementen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Merkmale und/oder Elemente, die nur in verschiedenen von den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen dargestellt sind, kombiniert werden. Der Bereich der Erfindung ist nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

Mehrzahl von Bildelementstrukturen (20) zur Verwendung in einer optischen Anzeige, wobei jedes Bildelement umfasst: eine Oberfläche (23) mit einer Fläche von weniger als 1 Quadratmillimeter, umfassend ein erstes und zweites Gebiet (26, 28) mit Oberflächenbeschaffenheiten; ein dünnes planares Plättchen (24) mit einer ersten und zweiten Seite (40, 42) mit Oberflächenbeschaffenheiten, wobei das Plättchen drehbar mit der Oberfläche gekoppelt ist, so dass es sich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position um eine zu der Oberfläche parallele Achse dreht; und Einrichtungen zum Drehen des Plättchens; wobei das Plättchen in der ersten Position über dem ersten Gebiet positioniert ist, wobei seine zweite Seite dem ersten Gebiet zugekehrt ist, und wobei in der zweiten Position das Plättchen über dem zweiten Gebiet positioniert ist, wobei seine erste Seite dem zweiten Gebiet zugekehrt ist, und wobei mindestens ein Teil einer in der ersten Position sichtbaren Fläche eine Oberflächenbehandlung aufweist, die von derjenigen verschieden ist, die in der zweiten Position sichtbar ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 1, bei denen, wenn sich das Plättchen (24) in der ersten Position befindet, es im Wesentlichen das gesamte erste Gebiet verdeckt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei denen, wenn sich das Plättchen (24) in der zweiten Position befindet, es im Wesentlichen das gesamte zweite Gebiet verdeckt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Mehrzahl von Bildelementen unter Verwendung einer Mikroverarbeitungstechnologie erzeugt ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Oberfläche eine Fläche von weniger als 0,25 Quadratmillimetern aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Oberfläche eine Fläche von weniger als 5000 Quadratmikrometern aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Oberfläche eine Fläche von weniger als 2000 Quadratmikrometern aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Anspriiche, bei denen das erste und zweite Gebiet der Oberfläche eine erste bzw. zwei te planare Elektrode aufweisen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 8, bei denen mindestens eine der ersten und zweiten Elektrode mindestens eine nichtleitende vorstehende Stelle (44) auf ihrer Oberfläche aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei denen das Plättchen aus einem leitenden Material gebildet ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 10, bei denen mindestens eine Seite des Plättchens mindestens eine nichtleitende vorstehende Stelle (45) darauf aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei denen die erste und zweite Seite einen nichtleitenden Überzug aufweisen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 10–12, bei denen das Plättchen zwischen einer ersten und zweiten Position durch auf das Plättchen einwirkende elektrostatische Kräfte gedreht wird, die durch Anlegen von Spannungen an die erste und zweite Elektrode und an das Plättchen erzeugt werden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 13, bei denen das Plättchen von der ersten Position in die zweite Position durch Erden der zweiten Elektrode und Anlegen einer gleichen Spannung an die erste Elektrode und das Plättchen gedreht wird.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 14, bei denen das Plättchen von der zweiten Position in die erste Position durch Erden des Plättchens und der zweiten Elektrode und Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode gedreht wird.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei denen das Plättchen von der zweiten Position in die erste Position durch Anlegen einer selben Spannung an die zweite Elektrode und das Plättchen und Erden der ersten Elektrode gedreht wird.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen das Plättchen schnell zwischen einer ersten und zweiten Position in einer Zeit gedreht wird, die kürzer als die Ansprechzeit des Auges ist, so dass das Bildelement eine Beschaffenheit zu haben scheint, die eine Mischung zwischen den Beschaffenheiten der ersten Seite und des zweiten Gebiets und den Beschaffenheiten der zweiten Seite und des ersten Gebiets ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Beschaffenheit des ersten Gebiets und die Beschaffenheit der zweiten Seite des Plättchens dieselben sind.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Anspriiche, bei denen die Beschaffenheit des zweiten Gebiets und die Beschaffenheit der ersten Seite des Plättchens dieselben sind.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Beschaffenheit des ersten Gebiets weiß erscheint.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 1–19, bei denen die Beschaffenheit des ersten Gebiets eine Farbe anzeigt, die eine Farbe eines Tristimulussatzes von Farben ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Beschaffenheit des ersten Gebiets lumineszierend ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Beschaffenheit des zweiten Gebiets eine Farbe eines Tristimulussatzes von Farben anzeigt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen die Beschaffenheit des zweiten Gebiets lumineszierend ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 1–22, bei denen die Beschaffenheit des zweiten Gebiets schwarz erscheint.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei denen mindestens ein Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen mindestens ein zusätzliches dünnes Plättchen (162) umfasst, das eine erste und zweite Seite mit Oberflächenbeschaffenheiten aufweist, und bei denen das mindestens eine zusätzliche Plättchen drehbar mit der Oberfläche des mindestens einen Bildelements gekoppelt ist, so dass es sich zwischen einer ersten und zweiten Position um eine Achse dreht, die parallel zu der Oberfläche ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 26, bei denen sämtliche Achsen, um die sich Plättchen des mindestens einen Bildelements drehen, im Wesentlichen zusammenfallen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, bei denen Plättchen des mindestens einen Bildelements, die sich in der ersten Position befinden, eines über dem anderen in einem Stapel über dem ersten Gebiet positioniert sind, wobei ihre zweiten Seiten dem ersten Gebiet zugekehrt sind, und Plättchen in der zweiten Position eines über dem anderen in einem Stapel über dem zweiten Gebiet positioniert sind, wobei ihre ersten Seiten dem zweiten Gebiet zugekehrt sind.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 28, bei denen ein oberstes Plättchen in einem Stapel von Plättchen im Wesentlichen alle Plättchen unter dem obersten Plättchen und das erste Gebiet oder das zweite Gebiet verdeckt, so dass zu einer beliebigen Zeit das mindestens eine Bildelement nur zwei von den Oberflächenbeschaffenheiten anzeigt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 29, bei denen alle Plättchen des mindestens einen Bildelements aus leitendem Material gebildet sind.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 30, bei denen mindestens eine Seite von mindestens einem Plättchen des mindestens einen Bildelements mindestens eine nichtleitende vorstehende Stelle darauf aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, bei denen mindestens eine Seite von mindestens einem Plättchen des mindestens einen Bildelements einen nichtleitenden Überzug aufweist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 30–32, bei denen Plättchen des mindestens einen Bildelements zwischen der ersten und zweiten Position durch auf die Plättchen einwirkende elektrostatische Kräfte gedreht werden, wobei die elektrostatischen Kräfte durch Anlegen von Spannungen an die erste und zweite Elektrode und an Plättchen des mindestens einen Bildelements erzeugt werden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 33, bei denen ein oberstes Plättchen in einem Stapel von Plättchen in der ersten Position in eine zweite Position gedreht wird, wobei alle Plättchen in der ersten Position und die erste Elektrode geerdet werden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 34, bei denen, wenn es mindestens ein Plättchen in der zweiten Position gibt, eine Spannung an ein oberstes Plättchen in der zweiten Position angelegt wird und die zweite Elektrode geerdet wird, um das oberste Plättchen in die erste Position zu drehen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 34, bei denen, wenn es keine Plättchen in der zweiten Position gibt, eine Spannung an die zweite Elektrode angelegt wird, um das oberste Plättchen in die erste Position zu drehen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 33–36, bei denen ein oberstes Plättchen in einem Stapel von Plättchen in der zweiten Position in eine erste Position gedreht wird, wobei alle Plättchen in der zweiten Position und die zweite Elektrode geerdet werden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 37, bei denen, wenn es mindestens ein Plättchen in der ersten Position gibt, eine Spannung an ein oberstes Plättchen in der ersten Position angelegt wird und die erste Elektrode geerdet wird, um das oberste Plättchen in die zweite Position zu drehen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 38, bei denen, wenn es keine Plättchen in der ersten Position gibt, eine Spannung an die erste Elektrode angelegt wird, um das oberste Plättchen in die zweite Position zu drehen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 33–39, bei denen ein oberstes Plättchen von mindestens einem Plättchen in der zweiten Position in eine erste Position gedreht wird, indem die erste Elektrode geerdet wird und eine erste Spannung an das oberste Plättchen in der zweiten Position angelegt wird.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 40, bei denen, wenn es mindestens ein Plättchen in der ersten Position gibt, eine zweite Spannung an ein oberstes Plättchen des mindestens einen Plättchens in der ersten Position angelegt wird und alle anderen Plättchen in der ersten Position geerdet werden, und wobei die zweite Spannung von der ersten Spannung verschieden ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 40 oder Anspruch 41, bei denen, wenn es mindestens ein Plättchen unter dem obersten Plättchen in der zweiten Position gibt, die erste Spannung an ein Plättchen unmittelbar unter dem obersten Plättchen in der zweiten Position angelegt wird und alle anderen Plättchen in der zweiten Position und die zweite Elektrode geerdet werden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 40 oder Anspruch 41, bei denen, wenn es keine Plättchen unter dem obersten Plättchen in der zweiten Position gibt, die erste Spannung an die zweite Elektrode angelegt wird.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 26–43, bei denen, wenn sich mindestens ein Plättchen des mindestens einen Bildelements in der ersten Position befindet und sich mindestens ein Plättchen in der zweiten Position befindet, die erste Seite eines obersten Plättchens in der ersten Position und die zweite Seite eines obersten Plättchens in der zweiten Position dieselbe Beschaffenheit aufweisen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 44, bei denen das erste Gebiet und die zweite Seite eines obersten Plättchens in der zweiten Position eine selbe Beschaffenheit aufweisen, wenn sich sämtliche Plättchen des mindestens einen Bildelements in der zweiten Position befinden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 45, bei denen das zweite Gebiet und die erste Seite eines obersten Plättchens in der ersten Position eine selbe Beschaffenheit aufweisen, wenn sich alle Plättchen des mindestens einen Bildelements in der ersten Position befinden.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 46, bei denen keine zwei selben Beschaffenheiten eine selbe Farbe anzeigen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 46, bei denen jede von denselben Beschaffenheiten eine unterschiedliche Graustufe anzeigt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 47 oder Anspruch 48, bei denen mindestens eine von denselben Beschaffenheiten lumineszierend ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 47, bei denen das mindestens eine Bildelement zwei Plättchen umfasst.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 50, bei denen jede von denselben Beschaffenheiten eine unterschiedliche Farbe eines Tristimulussatzes von Farben ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 21, 23 oder 51, bei denen der Tristimulussatz von Farben RGB ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen mindestens ein Plättchen von mindestens einem Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen mit mindestens einem Durchgangsloch (32, 34) in der Nähe seines Randes ausgebildet ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 53, bei denen das mindestens eine Bildelement mindestens eine Klammer (36, 38) umfasst, die an der Oberfläche befestigt ist, wobei die mindestens eine Klammer ein U-förmiges Element mit Schenkeln aufweist, wobei das U-förmige Element durch eines von dem mindestens einen Durchgangsloch (32, 34) hindurchtritt, um das mindestens eine Plättchen drehbar an der Oberfläche anzubringen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 54, bei denen das mindestens eine Plättchen mit mindestens einem Schlitz (184) in dem Rand ausgebildet ist, der mit einem des mindestens einen Durchgangslochs in Verbindung steht, durch den ein U-förmiges Element hindurchtritt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 55, bei denen die Klammer des U-förmigen Elements, das durch ein Durchgangsloch hindurchtritt, das mit einem Schlitz in Verbindung steht, eine Zwischenwand umfasst, die in dem Schlitz positioniert ist, und wobei die Zwischenwand eine Bewegung des mindestens einen Plättchens parallel zu dem Rand begrenzt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen mindestens ein Plättchen von einem mindestens einen Bildelement der Mehrzahl von Bildelementen mit einer vorstehenden Stelle (210, 216) an beiden Enden eines einzelnen Randes desselben ausgebildet ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 57, bei denen das mindestens eine Bildelement zwei Klammern (208, 214) umfasst, die an der Oberfläche des mindestens einen Bildelements befestigt sind, wobei jede Klammer ein U-förmiges Element mit zwei Schenkeln umfasst, wobei das U-förmige Element jeder Klammer eine unterschiedliche von den vorstehenden Stellen umwindet, um das mindestens eine Plättchen drehbar an der Oberfläche anzubringen.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 58, bei denen mindestens eine der Klammern eine Oberfläche aufweist, die gegen ein Ende von einer der vorstehenden Stellen presst, wobei die Oberfläche eine Bewegung des mindestens einen Plättchens parallel zu dem einzelnen Rand begrenzt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 54–59, bei denen das mindestens eine Plättchen mit Spielraumschlitzen (184, 186) ausgebildet ist, die ermöglichen, dass sich das mindestens eine Plättchen von der ersten Position in die zweite Position dreht, ohne dass das mindestens eine Plättchen einen körperlichen Kontakt mit einer Klammer macht, die ein verschiedenes von dem mindestens einen Plättchen mit der Oberfläche koppelt.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 55–60, bei denen mindestens eine der Klammern an der Oberfläche des mindestens einen Bildelements an einem einzigen lokalisierten Gebiet der Klammer befestigt ist, das sich in der Nähe eines der Schenkel befindet.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 55–60, bei denen mindestens eine der Klammern an der Oberfläche des mindestens einen Bildelements an zwei lokalisierten Gebieten der Klammer befestigt ist, wobei sich jedes der lokalisierten Gebiete in der Nähe eines unterschiedlichen der Schenkel befindet.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der Ansprüche 55–62, bei denen mindestens eine der Klammern, die das mindestens eine Plättchen an die Oberfläche des mindestens einen Bildelements koppelt, aus einem leitenden Material gebildet ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 63, bei denen die Oberfläche des mindestens einen Bildelements mindestens eine Elektrode zusätzlich zu der ersten und zweiten Elektrode umfasst.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 64, bei denen die mindestens eine Klammer, die aus dem leitenden Material gebildet ist, an einer der mindestens einen zusätzlichen Elektroden befestigt ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 65, bei denen, wenn sich Gebiete des mindestens einen Plättchens in körperlichem Kontakt mit der Elektrode oder der leitenden Klammer befinden, sich das Plättchen in elektrischem Kontakt mit der Elektrode befindet.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 66, bei denen durch Anlegen von Spannung an die Elektrode eine Spannung an das Plättchen angelegt wird.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei denen das erste und zweite Gebiet der Oberfläche des mindestens einen Bildelements der Mehrzahl von Bildelementen planar sind und bei denen ein Winkel zwischen der Ebene des ersten Gebiets und der Ebene des zweiten Gebiets kleiner als 180° ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 68, bei denen der Winkel größer als 140° ist.
Mehrzahl von Bildelementstrukturen nach Anspruch 68, bei denen der Winkel größer als 160° ist.