KR100982535B1 - 가시 및 비-가시 필드 순차 컬러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정합-제한 없는 연속적인 전도성 면을 구현하기 위한 회로(300)에 관한 것이다. 회로는 제 1 면에 다수의 전도성 구조(102)를 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 면과 평행한 제 2 면에 연속적인 전도성 등전위면(301)을 더 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 및 제 2 면 사이의 전계를 조절하여 제 1 및 제 2면 사이의 전위 차를 활성 상태를 구성하는 것으로 간주되는 임계 레벨로 증가시킴으로써 제 1 면에서 하나 이상의 구조를 활성화하도록 구성된 활성화 수단을 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 및 제 2 면 사이의 전계를 조절하여 제 1 및 제 2 면 사이의 전위 차를 비활성 상태를 구성하는 것으로 간주되는 임계 레벨 이하로 감소시킴으로써 제 1 면에서 하나 이상의 구조를 비활성화하도록 구성된 비활성화 수단을 포함할 수 있다.

Description

가시 및 비-가시 필드 순차 컬러{VISIBLE PLUS NON-VISIBLE FIELD SEQUENTIAL COLOR}
도 1은 평판 디스플레이의 사시도이다.
도 2A는 비활성 상태에서 픽셀의 측면도를 나타낸다.
도 2B는 활성 상태에서 픽셀의 측면도를 나타낸다.
도 3은 정합-제한 없는 연속적인 전도성 면을 구현하기 위한 회로 토폴러지에 대한 본 발명의 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 변형가능한 접지면과 기판상에 증착된 픽셀 패드 사이의 간격의 측면도에 대한 본 발명의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 정상적인 인간 시각의 전범위와 RGB 모니터에 의해 디스플레이된 컬러들의 전범위를 모두 표시하는 CIE 색 공간을 나타낸다.
도 6은 USP 5,319,491의 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 시스템에 사용되는 4개의 픽셀 및 청색, 녹색, 적색에 대한 신호 펄스 폭을 나타내는 타이밍도이다.
도 7은 본 발명의 원리를 통합하는 디스플레이 시스템에 사용되는 4개의 픽셀 및 청색, 녹색, 적색에 대한 신호 펄스 폭을 나타내는 타이밍도에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도 8은 USP 5,319,491의 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 시스템에서 4개의 픽셀 및 청색, 녹색, 적색의 컬러들에 대한 신호 펄스 폭을 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 원리를 통합하는 디스플레이 시스템에서 출력된 적외선뿐만 아니라 4개의 픽셀 및 청색, 녹색, 적색에 대한 신호 펄스 폭을 나타내는 타이밍도에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도 10은 단일 곡률(curvature) 축과 이중 곡률 축을 갖는 FTIR 수단을 통합하는 디스플레이 시스템에 관한 본 발명의 실시예들을 나타낸다.
도 11은 연속 펄스들 및 불연속 펄스 간의 차이를 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 본 발명의 원리를 통합하는 디스플레이 시스템에서 각각의 원색에 하나의 부분을 추가함으로써 각각의 원색에 하나의 2진 비트를 추가하는 것을 나타내는 타이밍도에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도 13은 패턴화된 픽셀 모양의 단면에 관한 본 발명의 일 실시예를 나타낸다.
도 14는 전극과 접지면 사이에 전위 인가시 에어로겔 층을 분쇄(crushing)하는 본 발명의 일 실시예를 나타낸다.
도 15는 접지면의 위치를 원래 위치로 복원하는 본 발명의 일 실시예를 나타낸다.
도 16은 1 마이크론 두께의 에어로겔 기판에 적용되는 에어 갭과 절연체 구조를 생성하는 본 발명의 일 실시예를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 기판 102 : 픽셀 패드
301 : 접지면 302 : 안정화 커패시터
303 : 전원 304 : 다이오드
305 : 발광 다이오드 306 : 저항
307 : 접지 308 : 전원
* 관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 하기의 공동 소유인 계류중인 USP 출원들과 관련된다:
2002년 2월 26일에 제출된 가출원 번호 60/359,783의 "Field Sequential Color Palette Enhancement" 및 35 U.S.C. 119(e)하에 우선일의 권리를 청구한다.
2002년 2월 26일에 제출된 가출원 번호 60/359,777의 "Airgap Autogenesis Mechanism" 및 35 U.S.C. 119(e)하에 우선일의 권리를 청구한다.
2002년 2월 26일에 제출된 가출원 번호 60/359,755의 "Extended Gamut Field Sequential Color" 및 35 U.S.C. 119(e)하에 우선일의 권리를 청구한다.
2002년 2월 26일에 제출된 가출원 번호 60/359,766의 "Visible Plus Non-Visible Field Sequential Color" 및 35 U.S.C. 119(e)하에 우선일의 권리를 청구한다.
2002년 2월 26일에 제출된 가출원 번호 60/359,500의 "Common Ground Plane Discharge Circuit" 및 35 U.S.C. 119(e)하에 우선일의 권리를 청구한다.
2002년 2월 26일에 제출된 가출원 번호 60/359,501의 "Curved Screen FTIR display mechanism" 및 35 U.S.C. 119(e)하에 우선일의 권리를 청구한다.
본 발명은 평판 디스플레이들의 분야에 관한 것이며, 특히 자체적으로 구부러질 수 있고 단독으로 또는 관련 탄력 층과 직렬로 기판 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는(registration-free) 연속적인 전도성 면을 구현하는 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이는 도 1에 도시된 것과 같이 일반적으로 픽셀 및 화소라 하는 광학 셔터(optical shutter)들의 매트릭스를 포함한다. 도 1은 추가로 픽셀들(102)의 평판 매트릭스를 포함할 수 있는 도광 기판(101)으로 구성된 평판 디스플레이(100)를 도시한다. 평판 디스플레이(100)는 본 명세서에서 참조로 통합된 USP 5,319,491에 개시된 광원, 불투명한 통로, 불투명 방지층(opaque backing layer), 반사기 및 관형 램프들과 같이, 개시된 것 이외의 다른 엘리먼트를 포함할 수 있다.
도 2A 및 2B에 도시된 것과 같은 각각의 픽셀(102)은 도광 기판(201), 접지면(202), 변형가능한 엘라스토머층(203), 및 투명 전극(204)을 포함할 수 있다.
픽셀(102)은 또한 설명을 쉽게 하기 위해 디스크(205)로서(그러나 디스크 형태에 국한되지 않는) 도시되고, 전극(204)의 상부 면에 증착되며, 높은-굴절률의 재료, 바람직하게는 도광 기판(201)을 구성하는 것과 동일한 재료로 형성된 투명 엘리먼트를 더 포함할 수 있다.
상기 특정 실시예에서, 도광 기판(201)과 디스크(205) 간의 거리가 매우 정확히 제어되는 것은 필수적이다. 특히, 정지 상태(quiescent state)에서, 도광 기판(201)과 디스크(205) 간의 거리는 유도된 광의 파장의 약 1.5배가 되어야 하지만, 임의의 경우에 상기 거리는 1 파장 이상으로 유지되어야 한다. 따라서 접지면(202), 변형가능한 엘라스토머층(203), 및 전극(204)의 상대적인 두께가 상응하게 조절된다. 활성 상태에서, 디스크(205)는 하기에서 논의되는 것과 같이 전기 용량 작용에 의해 도광 기판(201)의 표면으로부터 파장 미만의 거리까지 당겨져야만 한다.
동작시, 픽셀(102)은 소실파 결합 효과(evanescent coupling effect)를 사용하며, 이로써 전기 용량성 유인 효과로 인해 함몰부가 생성되도록(도 2B에 도시됨) 변형가능한 엘라스토머층(203)의 기하학적 형태를 변경시킴으로써 픽셀(102)에서 TIR(전반사)가 방해된다. 상기 결과로 생성된 함몰부는 (일반적으로 도광 기판(201)으로부터 1 파장 거리만큼 외부로 연장하는) 도광 기판의 소실장(evanescent field)의 범위 내로 디스크(205)를 가져온다. 광선의 전자기파 특성은 광선으로 하여금 정전기적으로-작용하는 동적 함몰부에 부착된 결합 디스크(205)를 따라 삽입된 낮은 굴절률 클래딩(cladding), 즉 변형가능한 엘라스토머층(203)을 "점프"시키도록 하여, 유도 조건 및 TIR을 무산시킨다. 광선(207:도 2A에 도시)은 정지한 도광 상태를 나타낸다. 광선(208:도 2B에 도시)은 광이 도광 기판(201) 외부에서 결합한 활성 상태를 나타낸다.
전극(204)과 접지면(202) 사이의 거리는 예를 들면, 1 마이크로미터와 같이 매우 작을 수 있고 상온 가황처리한(vulcanizing) 실리콘의 얇은 증착층과 같은 변형가능한 층(203)에 의해 점유될 수 있다. 전압이 작지만, 병렬 커패시터 플레이트(실제로 전극(204)과 접지면(202)이 커패시터의 병렬 플레이트를 형성함)간의 전계는 가황처리한 실리콘에 변형력을 가하기에 충분히 높으며, 이에 따라 도 2B에 도시된 것과 같이 엘라스토머층(203)을 변형시킨다. 가황처리한 실리콘을 적절한 단편으로 분쇄한 이후에, 도광 기판(201) 내로 유도된 광은 제시된 굴절률에 대한 임계각(critical angle)보다 더 큰 입사각으로 변형되며, 전극(204) 및 디스크(205)를 통해 기판(201) 외부로 광을 결합시킬 것이다.
커패시터의 병렬 플레이트 간의 전계는 사실상 전극(204)과 접지면(202) 사이에 인력을 유발하는 커패시터의 충전 및 방전에 의해 제어될 수 있다. 커패시터를 충전함으로써, 플레이트 간의 정전기력의 세기(intensity)는 증가하고, 이에 따라 도 2B에 도시된 것과 같이 전극(204)과 디스크(205)를 통해 기판(201)의 외부로 광을 결합시키도록 엘라스토머 층(203)을 변형시킨다. 커패시터를 방전시킴으로써, 엘라스토머 층(203)은 원래의 기하학적 형태로 복귀하며, 이에 따라 도 2A에 도시된 것과 같이 도광 기판(201) 외부로의 광 결합을 중단시킨다.
그러나 USP 5,319,491에 개시된 것과 같은 병렬 플레이트 커패시터의 상호작용을 포함하는 정전 액추에이터(actuator)는 종종 큰 가변 갭 커패시터 어레이를 포함한다. 넓은 영역에 걸쳐서, 분리된 상부 및 하부 커패시터 플레이트 간의 정합(공간적으로-떨어진 연속적이거나 비연속적인 병렬 면에 위상적으로 배치된 보조 장치 구성요소들의 광학적 정렬 및 기하학적 일치를 뜻하는 용어)은 정합 오차가 다수의 상부 및 하부 플레이트가 더 이상 적절히 정합하지 않는 지점까지 배가될 때까지 점차 달성되기 어려워진다. 즉, 상부 및 하부 플레이트는 개별 엘리먼트가 배치된 개별 층의 제작 및/또는 조립 동안 발생하는 상이한 치수 편차로 인해 기하학적인 일치에 실패한다. 그러므로 자체적으로 구부러질 수 있고 또는 선택적으로 그럴 수도 있으며 단독으로 또는 관련 탄력 층과 직렬로 기판 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는 연속적인 전도성 면을 구현할 필요가 있다.
USP 5,319,491에 개시된 것과 같이 디스플레이 상에 디스플레이된 이미지는 3차원 실제 객체들의 2차원 평면화(flattening)와는 별개로, 여러 가지 이유로 물리적인 실체에 부합하지 않는다. 디스플레이된 이미지가 물리적인 실체에 부합하지 않는 이유들 중 하나는 색차(chrominance)와 관련된다. 색차는 하나의 컬러와 동일한 광도로 선택된 기준 컬러간의 차이이다. 색차 범위, 즉 하나의 컬러와 동일한 광도로 선택된 기준 컬러간의 차이의 범위는 디스플레이 비용을 줄이기 위해 제한되어 왔다. 따라서 디스플레이 상에 재생되는 컬러의 전범위가 제한된다. 일반적으로, USP 5,319,491에 개시된 디스플레이와 같은 디스플레이들은 예를 들면, 적색, 녹색, 및 청색(RGB)과 같은 표준 3자 극치(tristimulus) 3색을 사용한다. 즉, 상기 디스플레이들은 스크린 표면에서 3원색만을 조정한다. 스크린 표면에서 조정되는 컬러들을 증가시킴으로써, 즉, 디스플레이되는 컬러 전범위를 확장시킴으로써, 디스플레이된 이미지는 물리적인 실체에 더욱 부합할 것이다. 그러므로 상기 디스플레이들에 대한 확장가능한 변형 없이 재생을 위해 RGB 체계의 능력 이상 으로 컬러들을 확장할 필요가 있다.
또한, 적외선 및 다른 비가시 광선 디스플레이들은 일반적으로 기존 전체 컬러 RGB 디스플레이들에 통합되지 않는다. 여러 분야에서, 특히 조정석 지위가 가장 중요한 항공전자공학에서 RGB 및 적외선(또는 다른 비가시 광선(들))을 통합해야할 필요가 있다.
또한, USP 5,319,491에 개시된 것과 같은 디스플레이는 디스플레이 표면으로부터 광선을 방사하기 위해 FTIR(Frustrated TIR, 감쇠 전반사) 수단을 통합한다. 만약 별도의 더 낮은 굴절률 매체의 표면 이상으로 대략 1 파장만큼 연장하는 (전반사에 의해 생성되는 파와 같은) 소실파가 더 높은 굴절률 재료에 의해 점유된 지역을 침입하여 통과되어야만 한다면, 경계를 따라 에너지가 흐를 수 있다. 이 현상은 소실파 결합이라 한다. 소실파 결합은 감쇠 전반사를 달성하기에 유효한 수단이며, 양자 기계적 터널링 또는 장벽(barrier) 투과와 친화성이 있다.
USP 5,319,491에 개시된 것과 같이 FTIR 수단을 포함하는 평판 디스플레이들은 만곡되지 않는다. 따라서 관찰자의 눈과 디스플레이 간의 거리는 스크린에 걸쳐서 변화할 것이다. 그러나 관찰자의 눈과 스크린의 평분선(equator) 간의 거리가 평분선을 따라 어디든지 동일하도록 디스플레이가 만곡된다면, 스크린은 관찰자에게 초점이 맞추어지게 될 것이다. 그러므로 이러한 만곡된 FTIR 디스플레이 스크린을 생성할 필요가 있다.
또한, 필드 순차 컬러 디스플레이 상에 디스플레이된 정보를 효율적으로 인코딩하는 문제에 대하여 다양한 접근이 이루어지고 있다. 알고리즘들은 일반적으 로 USP 5,319,491에 의해 수행되는 것과 같이 픽셀 레벨로 조정된 기본 컬러 사이클의 균일성이 변경되지 않도록 하는 것을 전제로 한다.
USP 5,319,491의 도 14는 컬러를 생성하는 기본 기술의 그래픽 도시를 제공한다. USP 5,319,491의 도 14는 광학 셔터의 셔터링(shuttering) 시퀀스를 적색, 녹색, 및 청색의 1/180초 섬광 펄스(strobing pulse)와 관련시키는 타이밍도를 제공한다. 임의의 소정 1/60초 컬러 사이클 내에서 3가지 컬러의 다양한 합성이 제공될 수 있는 것으로 인식될 수 있다. 따라서 USP 5,319,491의 도 14에 도시된 것과 같이, 최초 1/60초 컬러 사이클은 3/16의 적색, 8/16의 청색 및 12/16의 녹색의 컬러 합성을 제공한다. 획득가능한 합성들은 광학 셔터 및 컬러 섬광(strobing)의 사이클 레이트에만 좌우된다. 그러나 USP 5,319,491의 방법을 사용하면 팔레트 크기가 제한된다. 그러므로 사용가능한 컬러 팔레트를 증가시킬 필요가 있다.
또한, 마이크로 전자 기계시스템(MEMS) 구조들에서 공극(void)들 또는 보완적인 절연체(stand-off)들을 생성하는 문제에 대한 다양한 접근 방법이 있다. MEMS 장치들 내의 공극들이 다음 증착 층으로 덮이는 것을 방지하는 것은 어렵다. MEMS 장치들 내의 공극들이 다음 증착층으로 덮이는 것을 방지하기 위한 시도 방법 중 하나는 공극 내에 특정 재료의 희생층을 증착시키는 것이다. 특정 재료의 희생층들은 사후처리 단계들에 의해 제거될 때까지 공극을 점유하게 된다. 따라서 "희생(sacrificial)"이라는 용어가 상기 특정 재료들에 적용된다. 후속층들은 평평하고 공극 없는 표면에 증착되는 장점을 갖는다. 따라서 희생층이 제거되면, 최종 시스템의 기하학적 형태는 의도된 것과 같다. 이러한 환경에서 공극은 고체층들 또는 그들의 등가물들 사이에 증착된 빈 체적(volume)이다.
MEMS 산업에서 절연체 구조들을 생성하는 것은 복잡한 다층 작업을 수반하며, 다수의 서브-단계들의 모든 방식과 이른바 "희생"층들이 요구된다. "플래토(plateaus)"의 레벨 밑에 "밸리(valleys)"를 생성하는 것은 많은 초소형 기계 시스템에서 중요한 구성요소이다. 밸리는 궁극적으로 플래토에 고정될 수 있는 다른 엘리먼트들이 제어된 운동을 경험할 수 있는 기계적인 자유도를 제공한다. "에어 갭"은 종종 다수의 MEMS-기반 장치에 대한 해답이 되지만, 그 제작은 복잡한 프로세스를 필요로 한다.
MEMS는 추가로 정확하게 정합되는 절연체들을 필요로 할 수 있다. USP 5,319,491에 개시된 감쇠 전반사 디스플레이 시스템과 같은 시스템들에서, 상기 요건은 제작 동안 부정합(misregistration) 효과에 점진적으로 영향받기 쉬운 매우 세밀한 MEMS 구조들에 의해 커버되는 더 넓은 영역의 견지에서 더 중요해진다. 그러므로 희생층들이 절연체들 및 절연체들 사이의 간질성(interstitial) 에어 갭을 생성하기 위해 요구되는 추가의 제작 단계들 없이 본질적으로 자기-희생하도록 더 간단한 제작 메커니즘이 요구된다.
상기에서 강조된 문제들은 하기에서 논의되는 본 발명의 임의의 실시예들에서 적어도 부분적으로 해결될 수 있다.
자체적으로 구부러지고 플레이트 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는, 연속적인 전도성 플레이트의 구현은 본 발명의 하기의 실시예에 의해 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 회로는 제 1 면에 다수의 전도성 구조를 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 면에 평행한 제 2 면에 연속적인 전도성 등전위면을 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 및 제 2 면 사이의 전계를 조절하여 제 1 및 제 2 면 사이의 전위 차를 활성 상태를 구성하는 것으로 간주되는 임계 레벨로 증가시킴으로써 제 1 면에서 하나 이상의 구조를 활성화하도록 구성된 활성화 수단을 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 및 제 2 면 사이의 전계를 조절하여 제 1 및 제 2 면 사이의 전위 차를 비활성 상태를 구성하는 것으로 간주되는 임계 레벨 이하로 감소시킴으로써 제 1 면에서 하나 이상의 구조를 비활성화하도록 구성된 비활성화 수단을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이들에 대한 확장가능한 변형 없이 재생하기 위해 RGB 체계의 능력 이상으로 컬러를 확장시킬 필요성은 본 발명의 하기의 실시예에 의해 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 평판 디스플레이 컬러 생성 메커니즘은 CIE 색 공간 내의 삼색 자극치 공간 삼각형의 꼭지점들을 점유하도록 선택된 컬러 광선의 다수의 개별 소스를 포함할 수 있다. 평판 디스플레이 컬러 생성 메커니즘은 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간의 가시 부분 내에 있도록 선택된 컬러 광선의 하나 이상의 개별 소스를 더 포함할 수도 있다. 평판 디스플레이 컬러 생성 메커니즘은 CIE 색 공간 내의 삼색 자극치 공간 삼각형의 꼭지점들을 점유하도록 선택된 컬러 광선의 복수의 개별 소스에 의해 방사되는 광을 조절하도록 구성된 픽셀 구조들의 어레이를 더 포함할 수도 있다. 또한, 픽셀 구조들의 어레이는 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간의 가시 부분 내에 있도록 선택된 컬러 광선의 하나 이상의 개별 소스에 의해 방사되는 광을 조절하도록 구성된다. 픽셀 구조 어레이의 멤버들에 개별적으로 적용된 펄스의 주파수 및 지속시간은 삼색 자극치 공간 삼각형의 외부에 있지만 CIE 색 공간 내에 있는 다수의 컬러 광원에 응답하여 선택된다.
단일 디스플레이로부터의 RGB 이미지 및 비가시 이미지를 모두 디스플레이할 필요성은 본 발명의 하기의 실시예에 의해 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 단일 디스플레이 표면으로부터 비가시 이미지 및 적색, 녹색, 청색(RGB) 이미지를 모두 생성하기 위한 방법은 제 1 시간 주기 동안 RGB 이미지를 생성하도록 구성된 RGB 램프를 활성화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 제 1 시간 주기 동안 비가시 이미지를 생성하도록 구성된 비가시 램프를 비활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 제 2 시간 주기 동안 비가시 램프를 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 제 2 시간 주기 동안 RGB 램프를 비활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
사용가능한 컬러 팔레트를 증가시킬 필요성은 본 발명의 하기의 실시예에 의해 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 팔레트를 확장시키는 방법은 원색을 n 개의 구획으로 세분하여 원색에 대하여 n+1개의 세기를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 원색에 m개의 추가 부분을 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 원색의 최초 m개의 부분 동안 복수의 램프 중 하나 이상을 활성화함으로써 다수의 램프가 최초 m개의 부분 동안 1/(m+1)의 세기로 동작하도록 하는 단계, 및 컬러 팔레트를 확장하기 위해 원색에 하나 이상의 2진 정보 비트를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 컬러 팔레트를 확장시키기 위한 방법은 원색을 n개의 구획으로 세분하여 원색에 대하여 n+1 세기를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 원색에 m개의 추가 부분을 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 원색의 최초 m개의 부분 동안 복수의 램프들의 세기를 조절하여 최초 m개의 부분 동안 1/(m+1)의 세기로 다수의 램프가 동작하도록 하는 단계, 및 컬러 팔레트를 확장하기 위해 원색에 하나 이상의 2진 정보 비트를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
MEMS의 더 간단한 제작, 바람직하게는 절연체 및 그들 사이의 간질성 갭을 생성하기 위해 요구되는 추가 제작 단계 없이 희생층들이 본질적으로 자기-희생하는 것을 제공할 필요성은 본 발명의 하기의 실시예에 의해 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀은 기판층을 포함할 수 있다. 픽셀은 또한 기판층의 상부 표면에 증착된 전극을 더 포함할 수 있다. 픽셀은 또한 전극의 상부 표면에 증착된 자기-희생층을 더 포함할 수 있다. 픽셀은 또한 자기-희생층의 상부 표면에 또는 상기 표면에 거의 인접하게 증착된 변형가능한 접지면을 더 포함할 수 있다. 전극과 변형가능한 접지면 사이에 전위를 인가하면, 변형가능한 접지면은 전극 쪽으로 구부러짐으로써 자기-희생층을 압착하도록 구성되며, 자기-희생층은 압착이 하나 이상의 공극을 형성한다.
앞서 말한 부분은 이어지는 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 하나 이상의 실시예의 특징들과 기술적인 장점들을 다소 광범위하게 강 조하였다. 본 발명의 추가 특징들 및 장점들이 하기에서 설명될 것이고, 이들은 본 발명의 청구항들의 주제를 형성한다.
본 발명은 도면을 참조로 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 수 있다.
본 발명은 자체적으로 구부러질 수 있고 플레이트 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는 연속적인 전도성 플레이트를 구현하기 위한 회로를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 회로는 제 1 면에 다수의 전도성 구조를 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 면에 평행한 제 2 면에 연속적인 전도성 등전위면(conductive equipotential surface)을 더 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 및 제 2 면 사이의 전계를 조절하여 제 1 및 제 2 면 사이의 전위 차를 활성 상태를 구성하는 것으로 간주되는 임계 레벨로 증가시킴으로써 제 1 면에서 하나 이상의 구조를 활성화하도록 구성된 활성화 수단을 포함할 수 있다. 회로는 또한 제 1 및 제 2 면 사이의 전계를 조절하여 제 1 및 제 2 면 사이의 전위 차를 비활성 상태를 구성하는 것으로 간주되는 임계 레벨 이하로 감소시킴으로써 제 1 면에서 하나 이상의 구조를 비활성화하도록 구성된 비활성화 수단을 포함할 수 있다.
하기의 설명에서, 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 항목이 설명된다. 그러나 본 발명은 이러한 특정 항목 없이 실행될 수 있는 것으로 당업자에게 인식될 것이다. 다른 경우에, 공지된 회로들은 불필요한 세부 설명으로 본 발명을 불명확하게 하지 않도록 블록도 형태로 도시되었다. 주로 타이밍 문 제들을 고려하는 항목 등은 본 발명의 완전한 이해에 필요한 것은 아니며 당업자 수준에 있으므로 생략되었다.
공통 접지 방전 회로
배경 기술 섹션에서 언급된 것과 같이, USP 5,319,491에 개시된 것과 같은 병렬 플레이트 커패시터의 상호작용을 포함하는 정전 액추에이터들은 종종 큰 가변 갭 커패시터 어레이를 포함한다. 넓은 영역에 걸쳐, 개별 상부 및 하부 커패시터 플레이트 사이의 정합은 상당수의 상부 및 하부 플레이트가 더 이상 적절히 정합하지 않는 지점까지 정합 오차가 배가될 때까지 점차 더 어려워진다. 즉, 상부 및 하부 플레이트는 분리된 엘리먼트들이 증착된 개별 층들의 제작 및/또는 조립 동안 발생한 상이한 치수 편차로 인해 기하학적 형태적으로 일치하는데 실패한다. 그러므로 자체적으로 구부러지거나 선택적으로 구부러질 수 있고, 단독으로 또는 결합된 탄력적인 층과 직렬로 플레이트 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는 연속적인 전도성 면을 구현해야할 필요가 있다.
도 3은 자체적으로 구부러질 수 있으며 플레이트 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는 연속적인 전도성 면(301)을 구현하기 위한 회로 토폴러지(300)에 관한 본 발명의 일 실시예를 나타낸다. 회로 토폴러지(300)는 또한 기판(101)상의 픽셀 패드(102)를 포함한다(도 1). 픽셀 패드(102)는 작동하는 동안 돌발적인 고장을 방지하도록 구성된 선택적인 안정화 커패시터(302)에 접속될 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 접지면(301)은 픽셀 패드(102)로부터 떨어져서 배치될 수 있다. 회로 토폴러지(300)는 또한 픽셀 패드(102)와 접지면(301)의 결합에 의해 형성된 의사-용량성 구조의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된 회로를 더 포함한다. 이 회로는 접지(307)에 접속된 저항(306)에 연결된 다이오드(304)에 연결된 전원 Vcc(303)를 포함한다. 회로는 또한 다이오드(304)에 연결된 스위치(309)를 선택적으로 온/오프하도록 구성된 발광 다이오드(305)를 더 포함한다. 또 다른 실시예에서, 접지(307)는 저항(306)에 접속될 수 있는 전원 Vdd(308)에 접속될 수도 있다. 하나의 개별 픽셀만이 도시되지만, 당업자는 다수의 픽셀이 갭이 동일한 초기 거리값을 갖도록 공통 접지면과 간격을 두고 떨어져 배치될 수 있는 것으로 이해하게 됨에 유의한다. 또한, 픽셀은 여기서 단순 또는 복합 간질성 유전체 영역에 의해 구분되는 픽셀 패드(102) 및 접지면(301)과 같은 두 개의 전도성 영역으로 구성되는 의사-용량성 시스템으로 취급됨에 유의한다. 디스플레이 스크린에서, 상기 픽셀들은 백만 또는 이백만 개 이상이 될 수 있으며, 때때로 그 이상이 될 수 있다. 또한, 선택된(예를 들면, 구성요소들(303, 304, 305, 및 306)로 예시되는) 정밀한 스위칭 메커니즘은 더 넓은 범위의 장치들을 나타내며, 본 발명은 픽셀 패드(102) 및 전도성 접지면(301)에 의해 형성된 의사-용량성 시스템을 충전 및 방전하기 위해 여기서 언급한 예들의 특정 선택에 한정되지 않음에 유의한다.
도 4는 설명의 용이함을 위해 이상적으로 도시되어 있는데, 4×4 행렬의 16개의 픽셀(102)이 공통 전도성 접지면(301)과 간격을 두고 떨어져 배치된다. 픽셀 패드들(102)은 상기 설명에서 접지면(301)과 전기기계적으로 상호작용한다. 개발을 위해 사용가능한 상호작용 모드는 전기기계적인 동작 또는 유도된 폰더모티브력(ponderomotive force)으로 한정되는 것으로 이해되지는 않음에 유의한다. 종래에 는, 상기 설명에서 사용된 것과 같은 병렬 플레이트 커패시터 시스템들은 전도성 패드 쌍들로 구성된다(4×4 예에서는 모두 동일한 크기의 16개의 하부 패드와 16개의 상부 패드가 있다). 본 발명에서, 다수의 상부 패드는 단일 연속적인 전도성 면(301)으로 교체될 수 있으므로, 하부 패드 위의 상부 패드의 신중한 정합 필요성을 제거한다. 또한, 다수의 상부 패드를 단일 연속적인 전도성 면(301)으로 교체함으로써, 상부 패드 각각에 전기적인 신호 흐름을 제공하기 위한 복잡한 추적 시스템의 필요성이 제거될 수 있다. (개별 전도성 엘리먼트 및 그들의 충전선의 기하학적 형태를 결정하는) 추적 시스템은 하부 패드에 한정될 수 있으며, 이는 본 발명의 구현에 의해 위상적으로 영향받지 않을 수도 있다. 선택적으로, 단일 면(301)은 픽셀 패드(102) 수 미만의 임의의 개수의 접지면으로 교체될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 접지면(301) 및 픽셀 패드(102)가 배치된 면은 유클리드(Euclidean) 또는 비-유클리드 표면에 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 픽셀 패드(102)와 공통 접지면(301)의 접합에 의해 형성된 의사-용량성 구조를 충전하여, 그들 간의 전위 차를 전동기력으로 증가시키고(따라서 작동시 생성된 간질성 전계에 응답하여 픽셀 패드(102)와 공통 접지면(301) 사이에 인력을 발생시키고, 이는 충전된 픽셀 패드(102)의 중심 부근에 공통 접지면(301)의 왜곡을 초래하며), 픽셀 패드(102)와 공통 접지면(301) 사이의 전위 차를 등화함으로써 동일한 의사-용량성 구조를 방전하도록(정전기 인력을 0으로 감소시켜, 충전 사이클 동안 탄력적으로 왜곡된 공통 접지면(301)이 원래의 기하학적 형태로 복귀되도록) 필요한 회로 토폴러지를 제공한다. 이러한 접근은 USP 5,319,491에 개시된(도 16 및 17 참조) (다른 실시예들 중) 미소한 실시예를 유도하기에 매우 적합하지만, 본 발명은 시스템의 여러 부분에 기계적인 운동 또는 왜곡을 구체적으로 요구하지 않는 시스템으로 일반화될 수 있음을 명심해야 한다. 따라서 인가된 전기 신호를 조절하는 본 발명의 도 3의(예를 들면, 구성요소(303, 304, 305, 및 306)로 예시되는) 드라이버 구성요소들은 예를 들면, 액정 디스플레이 장치들과 같은 다수의 특정 장치에 설치될 수 있는 전체 전기 드라이버류를 나타낸다. 도 4에서 패드들과 접지면 사이의 1 마이크론 거리는 여러 기계 장치를 나타내지만, 본 발명은 액정 디스플레이 시스템들과 같이 특정 간격 인자들이 중요하거나 표준적이지 않은 시스템들을 커버한다.
전기적인 관점에서, 본 발명은 다수의 전기-동작하는 구성요소("상부" 엘리먼트라 함)을 포함하는 타겟층 대신 전도성 등전위면을 사용한다. 또한, 본 발명은 상부 등전위면과 상기 등전위면과 떨어져 배치된 하부의 다수의 개별 엘리먼트 중 하나 이상의 멤버 사이에서 측정된 평형 및 불평형 상태 사이에 시스템을 스위칭하는 프로세스에 따라 구성요소들이 등전위면에 연결된 (전도성 등전위면에 대한) 나머지 "하부" 엘리먼트의 충전 및 방전을 처리한다. "상부" 및 "하부"라는 용어는 일반적으로 관찰되는 장치들이 우선적인 공간 방위들을 가지지 않기 때문에 예시적인 가이드로 사용되는 상대적인 용어로 간주해야 한다.
전도성 면의 하나 이상의 엘리먼트 또는 픽셀(102)은 접지면(301)과 전도성 면 사이의 전계가 "활성" 상태를 구성하도록 결정된 임계 레벨이고/이거나 이를 초과할 때 활성화될 수 있다. 전도성 면의 하나 이상의 엘리먼트 또는 픽셀(102)은 접지면(301)과 전도성 면 사이의 전계가 "비활성 상태"를 구성하도록 결정된 임계 레벨이고/이거나 그 이하이면 비활성화될 수 있다. 하나 이상의 픽셀(102)의 활성화는 전술한 바와 같이 폰더모티브 동작뿐 아니라 접지면(301)의 변형을 초래할 수 있다. 하나 이상의 픽셀(102)의 비활성화는 접지면(301)의 탄성으로 인해 접지면(301)의 반전 변형을 초래할 수 있다. 활성화된 픽셀들은 2진 스위치에서 제 1 상태, 예를 들면 온-상태로 기능할 수 있고, 비활성화된 픽셀들은 2진 스위치에서 제 2 상태, 예를 들면 오프-상태로 기능할 수 있음에 유의한다.
접지면(301)의 변형은 픽셀 패드(102)가 증착된 유전체 기판에서 광선의 전반사(TIR) 감쇠를 야기할 수 있다. 소실파 결합을 통한 광선의 TIR 감쇠는 변형된 접지면(301)과 완전히 접촉하는 높은 굴절률 재료를 유전체 기판의 소실장으로 추진시킴으로써 야기될 수 있다. 소실장은 유전체 기판의 표면 위 1 마이크로미터 이상으로 연장할 수 있다. 접지면(301)의 반전 변형은 광선의 TIR 감쇠 종료를 유도할 수 있다.
도 4를 참조하면, 간질성 유전체(비도시)가 접지면(301)과 픽셀 패드들(102)이 증착되는 유전체 기판 사이에 배치될 수 있다. 하나 이상의 픽셀(102)의 동작은 예를 들면, 광학, 전기-광학, 굴절률, 광기계적, 광학적으로 비선형인 효과와 같은 간질성 유전체(비도시)의 변화를 초래할 수 있다. 하나 이상의 픽셀(102)의 비활성화는 간질성 유전체(비도시)로의 변경 반전을 초래할 수 있다.
컬러 전범위 확장
배경 기술 섹션에서 언급된 것과 같이, USP 5,319,491에 개시된 것과 같은 디스플레이 상에 디스플레이된 이미지는 3차원의 실세계 객체들의 2차원 평면화와는 별개로 여러 가지 이유로 물리적인 실체에 부합하지 않는다. 디스플레이된 이미지가 물리적인 실체와 부합하지 않는 이유 중 하나는 색차와 관련된다. 색차는 하나의 컬러와 동일한 광도의 선택된 기준 컬러간의 차이이다. 색차 범위, 즉 하나의 컬러와 동일한 광도의 선택된 기준 컬러간 차이의 범위는 디스플레이 비용을 낮추기 위해 제한되어왔다. 그 결과, 디스플레이 상에 재생된 컬러의 전범위가 제한된다. 일반적으로, USP 5,319,491에 개시된 디스플레이와 같은 디스플레이들은 표준 3자 극치 3색, 예를 들면 적색, 녹색 및 청색(RGB)을 사용한다. 즉, 상기 디스플레이들은 스크린 표면에 걸쳐서 3원색만을 조절한다. 스크린 표면에 걸쳐 조절되는 컬러들을 증가시킴으로써, 즉 디스플레이되는 컬러 전범위를 확장함으로써, 디스플레이된 이미지는 물리적인 실체에 더욱더 부합하게 된다. 그러므로 이러한 디스플레이에 대한 확장 가능한 변형 없이 재생하기 위해 RGB 체계의 능력 이상으로 컬러들을 확장시켜야할 필요가 있다.
도 5는 전체 CIE 도표를 커버하는 정상적인 인간 시각의 전범위와 공통으로 "3자 극치 삼각형"이라 하는 삼각형 내의 RGB 모니터에 의해 디스플레이되는 컬러들의 전범위를 모두 나타내는 CIE 색 공간을 도시한다. RGB 모니터의 주요 광원, 즉, 적색, 녹색, 및 청색은 도 5에 도시된 것과 같은 3자 극치 삼각형의 꼭지점을 차지한다. 3원색, 즉 적색, 녹색, 및 청색의 소정 세트를 조합함으로써 매칭될 수 있는 컬러들은 3가지 컬러에 대한 좌표를 연결하는 3자 극치 삼각형으로 색차 도표상에 표시된다. 그러나 정상적인 인간 시각의 전범위는 3자 극치 삼각형 외부에 생성되는 컬러들을 커버한다. 본 발명은 하기에서 논의되는 것과 같이 3자 극치 삼각형 외부의 컬러들을 디스플레이하기 위한 기술을 제공한다.
도 6은 USP 5,319,491의 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 시스템에 사용되는 4개의 픽셀과 청색, 녹색, 및 적색인 컬러들에 대한 신호 펄스 폭을 나타내는 타이밍도를 도시한다.
도 7은 하기에서 논의되는 것과 같이 본 발명의 원리를 통합하는 USP 5,319,491에 개시된 것과 유사한 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 시스템에 사용되는 4개의 픽셀과 청색, 녹색, 적색, 노란색, 및 보라색들에 대한 신호 펄스 폭을 나타내는 타이밍도를 도시한다.
RGB 체계에서 생성되는 컬러들의 전범위를 확장하기 위한 기술은 사이클 주파수가 확실히 충분히 높게 함으로써 컬러 분해 없이 비디오를 매끄럽게 하는 단계를 포함할 수 있다. 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간 내부에 있는 추가 원색들이 디스플레이에 추가되면, 기본적인 요구사항은 관대해질 수 없다. 도 7에 도시된 것과 같이, 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간 내부에 있는 두 개의 추가 원색은 RGB 체계에 의해 재생된 컬러들을 확장시키기 위해 RGB 체계에 추가될 수 있다. 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간 내부에 있는, 예를 들면 하나의 추가 원색과 같은 임의의 개수의 추가 원색이 RGB 체계에 추가될 수 있으며, 도 7은 예시임에 유의한다. 예를 들면, 도 7의 PX1-4와 같은 픽셀 구조는 삼색 자극치 공간 삼각형 내의 광원과 도 7에 도시된 것과 같이 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간 내부에 있는 하나 이상의 광원 모두에 의해 방사된 광을 조정하도록 구성된다. 도 7에 도시된 것과 같은 5개의 원색은 도 6에 도시된 것과 같이 3원색이 이전 점화되었던 것과 동시에 점화되어야 할 수도 있다. 도 7과 도 8 사이의 소스 신호 펄스 폭을 비교함으로써 결과적인 압축이 명확히 수행된다. 픽셀들은 또한 예를 들면 단순 RGB 컬러가 수반되는 것보다 67% 더 높은 주파수로 더 자주 온 및 오프되어야 할 수도 있다. 즉, 예를 들어 도 7의 PX1-4와 같은 픽셀 구조물들의 어레이의 펄스들의 주파수 및 지속시간은 예를 들어 도 7의 2개의 추가 원색들과 같은, 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있지만 CIE 색 공간 내부에 있는, 컬러 광원들의 수에 시간적으로 비례하고 컬러 광원들의 수와 동기화될 수 있다.
3자 극치 원색 이상의 추가 원색의 선택은 원하는 색 공간 확장 및 이미지 획득/인코딩 시스템에 모두 직접 관련된다. 본 발명은 (3자 극치 컬러 및 삼색 자극치 공간 삼각형 외부에 있는 컬러를 모두 인코딩하는 것을 지칭하는) 인코딩된 신호를 높은 픽셀 밀도의 스크린 디스플레이 상에 재생할 수 있는 변환기(transducer)를 제공하기 위해서만 존재하기 때문에 상기 기술된 요소들이 자명할 수 있다.
색 공간/컬러 전범위는 단일 추가 원색의 선택에 의해서만 확대될 수도 있지만, 필수 인코딩 및 이미지 캡처 장치는 RGB 컬러 범위 이상으로 확장되는 CIE 색 공간의 선택된 말단부에 매칭되어야 할 수도 있다. 따라서 원색 사이클 및 픽셀 인코딩들의 적절한 변경에 의해 4차극(quadstimulus) 색 공간뿐 아니라 5차극(pentastimulus) 색 공간 또한 본 발명에 의해 지원될 수 있다. 또한, 본 발명은 원한다면 5가지 컬러 이상으로 형성된 색 공간을 처리할 수 있다. 각각의 컬러(도 7의 예에서는, 적색, 녹색, 청색, 노란색 및 보라색)에 대한 펄스 폭이 동일한 지속시간이어야 하는 명백한 요구사항은 없다는 것에 유의한다. 도 7의 각각의 컬러에 대한 펄스 폭은 이해가 용이하도록 동등한 길이로 도시되었음에 유의한다. 원색의 3자 극치 트리오(trio) 이상의 추가 원색이 3자 극치 컬러가 요구하는 것만큼 정밀하게 제어된 세기 변동을 요구하는지 여부는 명백하지 않다. 3자 극치 컬러들 중에서 인간의 눈은 적색 또는 녹색보다 청색의 그레이스케일값에 덜 민감함을 보임에 주목해야 한다. 이 사실이 기본 원색들 간에 사실이라면, 새로운 확장된 전범위 원색에 의해 제공되는 CIE 색 공간에 추가된 좌표들의 일부 또는 모든 멤버들에 대하여 상기 논리가 유지될 수 있다. 전범위가 향상된 감산 원색의 경우에, 추가 형광 잉크가 대량이 아닌 소량 사용된다. 이는 디스플레이의 유효 컬러 전범위를 확산시키는 컬러들에도 사실일 수 있다. 추가 원색 광원의 추가 및 조종에 의해 사용가능하게 렌더링된 CIE 색 공간 내의 포인트들은 매끄럽고 완전히-접속가능한 가시 컬러 재생의 전범위를 제공하는 데 효과적인 비교적 소수의 그레이스케일을 필요로 할 수 있다.
CIE 색 공간에서 확장된-전범위 다각형을 구성하기 위해 필요한 비-3자 극치 꼭지점을 추가하는 것은 그 꼭지점 포인트에 정의된 타깃 컬러를 방사하는 하나 이상의 광원을 추가하거나, 그들의 가중된 세기에 기초하여 그 꼭지점 위치에 색채적으로 합산된 비슷하지 않은 대용 광원을 합성한 컬러를 생성함으로써 수행될 수 있다. 마지막 방법은 단일 광원으로서 생성하기에 상당한 전력을 요구하는 원하는 원색이 원하는 타깃 원색이 CIE 색 공간의 두 개의 대용 광원 사이의 라인을 따라 배치되도록 선택된 두 개의 다른 컬러들 사이에 분포된다면 상당히 적은 전력으로 수행될 수 있기 때문에, 현재 제작되고 있는 단색 광원들 중에 우세한 전력 효율의 광범위한 변경을 제공하는데 유용한 것으로 입증될 수 있다.
가시 및 비가시 필드 순차 컬러
배경 기술 섹션에서 언급된 바와 같이, 적외선 및 다른 비가시 광 디스플레이는 일반적으로 기존 전체 컬러 RGB 디스플레이에 통합되지 않는다. 여러 분야에서, 특히 조정석 지위가 가장 중요한 항공전자공학에서 RGB 및 적외선(또는 다른 비가시 광선(들))을 통합해야할 필요가 있다.
도 8은 4개의 픽셀이 펄스 폭 변조를 사용하여 소스 램프 세기를 조절하는, USP 5,319,491에 개시된 기술적인 윤곽에 따라 구성된 표준 RGB 체계(인용문 중에 도 14 참조)를 나타낸다. 하기에서 설명되는 RGB 및 적외선(또는 다른 비가시 광선)을 단일 디스플레이에 통합하는 기술은 펄스 폭 변조뿐만 아니라 진폭 변조를 사용할 수 있음에 유의한다. 또한, 당업자는 RGB 및 적외선(또는 다른 비가시 광선)을 단일 디스플레이에 통합하기 위해 본 발명의 원리를 사용하여 진폭 변조를 적용할 수 있음에 유의한다. 또한, RGB 및 적외선(또는 다른 비가시 광선)을 단일 디스플레이에 통합하기 위해 본 발명의 원리들을 사용하여 진폭 변조를 적용하는 실시예들은 본 발명의 사상 내에 있음에 유의한다.
RGB 컬러 출력 및 그레이스케일 적외선 출력을 모두 생성하기 위해, 장치는 도 9에 도시된 것과 같이 재구성될 수 있다. 도 9의 중간 일괄 영역에 도시된 것과 같이, 적외선 출력이 필요한 경우, RGB 원색 램프들은 꺼지고 적외선 램프가 활성화된다. 이는 "적외선 모드"라 할 수 있다. RGB 원색 램프들이 활성화되고 적외선 램프가 꺼지면, 이는 "RGB 모드"라 할 수 있다. RGB 모드를 다시 활성화하기 위해, 적외선 램프는 비활성화되고, 도 9의 가장 오른쪽 일괄 영역에 도시된 것과 같이 필드 순차 가시 컬러에 공통인 연속적인 R-G-B 사이클이 다시 인에이블된다. 원칙적으로, 어떤 것도 필드 순차 컬러 수단을 이용한 디스플레이 상의 가시 이미지 및 적외선 이미지의 동시 디스플레이를 방해하지 않으며, 동시에 디스플레이된 두 이미지에 대하여 인코딩된 정보는 서로 구별될 수 있다. 램프 점화 시퀀스는 디스플레이될 합성 이미지를 형성하기 위해 4부분의 사이클에서 적합한 포인트들에 적용된 적절히 동기화된 픽셀 레벨 조정에 의해, 반복적으로 연속되는 R-G-B-적외선과 같은 혼합된 시퀀스가 될 수 있다. 이러한 접근은 적색, 녹색 및 청색을 위한 3개의 개별 원색 램프들을 갖지 않지만, 필드 순차적인 또는 진폭 변조된 모드로 컬러 웰(well) 또는 필터를 통해 백색광을 필터링하는 시스템으로 확장될 수 있다. 적외선 사이클 동안 픽셀들은 적외선에 복합 그레이스케일 이미지를 생성하기 위해 기존의 RGB 인코딩에 따라 동작될 수 있거나, 필요에 따라, 개별적으로 최적화된 적외선 인코딩이 RGB 인코딩을 대신하여 사용될 수 있다.
자외선이 적외선을 대신하여 사용된다면, 자외선 출력이 시각적 디스플레이 애플리케이션들에 적합하지 않을 것 같더라도, 스크린은 자외선을 출력할 수 있게 된다. 이러한 시스템을 이용하여 마이크로리소그라피(microlithography) 마스크가 구성될 수 있으며, 이는 동적으로 프로그램밍 및 구성될 수 있다. 픽셀 매트릭스로 인코딩된 프로그래밍된 마스크의 토폴러지가 실제 장치와 매칭함을 확인하기 위해 RGB 프로파일의 유지는 시각 수단에 의한 (개방된 픽셀들의 패턴에 의하여 결정된) 마스크 구조의 안전 검사를 가능하게 한다. 이러한 마지막 개념은 연속적으로 재사용될 수 있는 동적 프로그래밍 가능 포토 마스크뿐만 아니라, 실행시 위험한 자외선 신호를 보지않고 포토 마스크 회로 토폴러지를 검사 및 시험하는데 적합한 디스플레이 장치를 제공한다. 이는 스크린의 픽셀 해상도에만 한정된 인쇄회로기판 및 대용량 마이크로전자 시스템 분야에 기술적으로 획기적인 약진을 나타낸다. 이러한 상황에서 예상된 디스플레이/동적 포토 마스크 결합은 최소한 인치당 1000 픽셀만큼 상승한 픽셀 밀도를 달성할 수 있다.
만곡된 FTIR 디스플레이 스크린
배경 정보 섹션에서 언급된 바와 같이, FTIR 수단을 통합한 USP 5,319,491의 평판 디스플레이는 만곡되지 않는다. 결과적으로, 시청자의 눈과 디스플레이 사이의 거리는 스크린에 따라 달라질 것이다. 그러나 관찰자의 눈과 스크린의 평분선 간의 거리가 평분선을 따라 어느 위치에서건 동일하도록 디스플레이가 만곡된다면, 스크린은 관찰자에게 초점이 맞추어지게 된다. 그러므로 이러한 만곡된 FTIR 디스플레이 스크린을 생성할 필요가 있다.
USP 5,319,491에 개시된 것과 같은 디스플레이 장치들은 (실리카 에어로겔과 같은 낮은 굴절률의 에어이든 클래딩이든) 인접 환경보다 높은 굴절률을 가지는 기판으로의 광 주입을 수반한다. 스넬(Snell)의 법칙은 기판에 입력되는 광이 주 평면 표면상의 입사지점에서 다시 외부로 전파하는 것보다 기판으로 다시 반사하게 되는 임계각도를 결정한다. 비록 기판의 에지들이 - 주 평면 표면에 대하여 결정 된 제한 각도에 수직인 차원을 따라 광의 입사각을 제한하는 것을 포함하여 - 상기와 같은 방식으로 광 전파를 구속할 수 있을지라도, 주 평면에 평행한 평면에서 광 입사각의 더 큰 자유도를 허용하는 미러형 내부 표면을 생성하기 위하여 높은 반사 재료로 에지를 코팅하는 것이 통상적이다. 기존에, 기판은 고정된 직선 부분을 가진 거의 일정한 평행 육면체 구조이다.
도 10은 (개시를 위하여 적당한 아치형이며 이러한 종류의 디스플레이 장치를 나타내는 USP 5,319,491을 포함하는) 종래 기술과 본 발명의 실시예 간의 차이를 도시하며, 이는 하부 RTIR 기판의 단일 및 이중 축 곡률을 제공한다.
광섬유 케이블들의 밴딩을 관리하는 일반적인 규칙들이 본 발명에 적용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 광섬유 케이블 및 본 발명은 안내 조건을 보존하기 위하여 스넬의 법칙에 의하여 설명된 관계들을 이용하며, 이로써 안내 기판 내부의 전반사에 의하여 초기에 전파하는 광은 기판 표면에 또는 기판 표면 근처에 배치된 활성 픽셀의 위치에서 발생하는 바와 같이, 기판 외부에서 의도적으로 결합하지 않는 한, 부과된 곡률에도 계속하여 전파된다. 소정 축을 따라 큰 곡률이 필요한 경우, 전반사에 대해 얻어질 임계각 값의 상관된 편이에 기인하여 광 분석이 주입각의 추가 제한을 규정할 수도 있다. 과도한 곡률은 디스플레이 장치의 잡음 플로어(noise floor)를 크게 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예를 기술한다. 일 실시예에서, 본 발명은 단일 곡률 축(여기서는 임의로 측면에 도시됨)을 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명은 이중 축 곡률을 나타낼 수 있다. 나머지 제 3 축에 따른 곡률의 도입은 스 크린의 직각 형상을 왜곡시킬 뿐만 아니라 직교성이 더 이상 적용되지 않도록 4개의 에지에 의하여 교차하는 평면들의 직선 관계를 크게 변경시킨다는 점에 유의한다. 직교성으로부터의 이탈은 대부분 예측가능한 FTIR 동작에 좋은 영향을 미치지 않으나, 예외가 존재한다. 그럼에도, 본 발명에서 사용된 더 중요한 곡률 축이 도 10에 개시된다.
측면(lateral) 및/또는 방위(azimuthal) 곡률 반경이 뚜렷해지도록 하는 유클리드 평행 육면체 구조로부터의 일탈을 나타내는 모든 FTIR 디스플레이가 본 발명에 청구된다. 본 발명은 항공기 및 자동차를 위한 바람막이 구조를 갖는 디스플레이 집적체를 포함하여, 또한 디스플레이가 백색 광만 방출하든, (필드 순차 컬러 기술에 의해 달성되든 그렇지 않든) 착색 광을 방출하든, 3자 극치 컬러(적, 녹, 청)에 의해 정의된 종래 범위 이상의 광을 방출하든, 또는 보이지 않는 광(적외선 또는 자외선 단독, 또는 가시광선과의 임의의 결합 등)을 방출하든, 이러한 만곡된 FTIR 스크린들의 모든 관련 응용들을 커버한다. 방위 및 측면 곡률을 모두 나타내는 디스플레이에 있어서, 본 발명의 원리는 각각의 곡률 반경이 동일할 뿐만 아니라 동일하지 않은 디스플레이들에 적용될 수도 있다. 본 발명의 원리들은 단순 커브(포물선 또는 더 높은 차수의 곡률, 네거티브 곡률) 이상의 비-유클리드 형태에도 적용될 수 있다. 발광 면에 직교하는 모든 표면이 유전체 광 가이드의 실제 에지를 구성하는데 필요한 것은 아님에 유의한다. 또한, 광 주입보다는 반사를 위한 발광 면에 직교하는 표면들은 가상 평면 거울로서 구성될 수 있는데, 상기 거울은 반사성 평면으로 형성되고 반응성 이온 빔 에칭과 같은 기술을 통해 제작되며, 기 판 안쪽의 결정 지점에 위치하여 직교 요건을 충족시키도록 구성된다.
필드 순차 컬러 팔레트 개선
배경 기술 섹션에서 설명된 바와 같이, USP 5,319,491의 도 14는 컬러를 생성하기 위한 기본 기술의 그래픽 도면을 제공한다. USP 5,319,491의 도 14는 광 셔터의 셔터 시퀀스를 1/180초의 적색, 녹색 및 청색 섬광 펄스에 관련시키는 타이밍도를 제공한다. 소정의 1/60초 컬러 사이클 내에 세 가지 컬러의 여러 혼합이 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 방금 설명된 대표 세분 구획(subdivision)보다 더 높고 또한 더 낮은 주파수에서 기능할 수 있음에 유의한다. 따라서 USP 5,319,491의 도 14에 도시된 바와 같이, 제 1의 1/60초 컬러 사이클은 3/16 적색, 8/16 청색, 및 12/16 녹색의 컬러 혼합을 제공한다. 획득가능한 혼합은 광 셔터의 사이클 레이트와 컬러 섬광에만 의존한다. 그러나 USP 5,319,491의 방법을 이용하면 팔레트 크기를 제한하게 된다. 그러므로 아래에 설명되는 본 발명에 의해 해결되는 바와 같은 유효 컬러 팔레트를 증가시키는 것이 해당 분야에서 요구된다.
팔레트 크기는 서브프레임 사이클의 특정 부분들에 대한 단편적인 구동 램프 세기를 사용함으로써(동작하는 램프의 크기나 수에 상관없이) 증가할 수 있다. 예를 들어, 원색 사이클의 제 1 세분 구획 동안에, 램프 세기는 1/2로 설정될 수 있다. 이는 상기 세분 구획의 처리가 1/2 정수(half intergral) 픽셀 광도 값을 생성할 수 있게 하고, 그렇지 않다면 세분 구획의 크기를 두 배로 하는 것만으로 액세스 가능하여 프로세스에 계산 대역폭 요구를 증가시킬 수도 있다. 처음 3개의 세분 구획이 전체 세기의 1/4로 설정된 램프 세기를 갖는다면, 이는 세분 구획의 수를 4배로 하지 않고도 팔레트를 4배로 할 수 있다. 사이클의 리딩(leading) 에지에 감쇄된 구동 램프 세분 구획을 배치하는 것은 전체 픽셀 어레이를 위해 공통 구동 램프를 이용하는 동시에 사이클마다 픽셀당 하나 이상의 온-오프 신호를 갖는 것을 회피하기 위해 필요할 수 있다. 단편적인 세분 구획이 사용될 수 없을 때 발생하는 에너지의 작은 소모는 하나의 1/2 세기 사이클보다는 두 개의 1/2 세기 사이클을 사용하여, 또는 세 개의 1/4 세기 사이클보다는 4개의 1/4 세기 사이클을 사용함으로써 줄어들 수 있다는 점에 유의한다. 따라서 필요한 대역폭의 약간의 증가와 작은 에너지 절감 사이의 트레이드 오프(trade-off)가 존재한다. 시스템은 1/2 또는 1/4 정수 팔레트 값이 필요한지 여부를 결정하기 위해 프로그램 내용을 추적하여, 에너지를 절약하기 위해 필요할 때마다 이들을 동적으로 구현해야 한다.
(USP 제 5,319,491호에 설명된 것과 같은) 펄스 폭 변조 기술을 사용하는 필드 순차 컬러 디스플레이는 원색 사이클을 단편 슬라이스들로 나눔으로써 그레이스케일값을 생성한다. 전체 컬러 팔레트는 세분 구획의 수를 증가시킴에 따라 증가한다. 잘 알려진 예로는 각각의 원색(적색, 녹색, 청색)이 256개의 부분(2의 8제곱)으로 분할되는 24-비트 표준이 있다. 총 유효 컬러 수는 256×256×256 = 16,771,216가지의 컬러와 동일할 것이다. 그러나 원색 서브사이클 동안에(통상적으로는 문헌에서 알려진 깜박임 없는 성능 및 컬러-분산 인공물을 확보하기 위해 5밀리초의 지속시간 내) 디스플레이 스크린의 픽셀들을 256번 액세스하는데 필요한 데이터 스루풋은 비현실적으로 높을 수 있다. 이전 예에서는, 백만개의 픽셀을 갖는 스크린은 21 마이크로 초마다 한 번씩 백만개의 픽셀 모두를 어드레싱하여 인코딩 처리를 구동하기 위한 46GHz 처리 전력으로 초당 46기가바이트를 초과하는 데이터 스루풋 요구로 전환하게 된다. 따라서 펄스 폭 변조 접근법은 팔레트 크기를 관리가능한 비율까지 감소시킴으로써, 드라이버 회로에 과도한 요구를 하지 않고도 인간공학적으로 유용한 팔레트를 제공하는 타협점을 찾는다. 각각의 원색 서브사이클을 16개의 구획들로 분할함으로써 4096가지의 컬러들을 갖는 컬러 팔레트의 디스플레이가 가능하다. 팔레트 크기는 구획들의 수의 세제곱만큼 증가한다.
본 발명은 디스플레이의 드라이버 회로에서의 실시간 전력 계산에 있어 균형적이며 비현실적인 상승 없이 상당히 더 큰 팔레트 크기를 산출하는 팔레트 크기 문제에 대한 강력한 해결책을 제공할 수 있다. 이러한 개선 방법의 주요한 구성요소는 각각의 원색 서브사이클의 특정 구획에 대한 구동 램프의 세기를 조절하는 것을 포함한다. 본 발명의 2개의 변형이 있는데, 하나는 연속적인 펄스 신호 디스플레이들에 대한 것이고, 하나는 불연속적인 펄스 신호 처리가 가능한 디스플레이들에 대한 것이다.
연속적인 펄스 신호 디스플레이는 각각의 원색 서브사이클 동안, 하나의 온 신호 및 하나의 오프 신호만이 있다는 점에 특징이 있다. 전체 디스플레이된 세기는 디스플레이로부터 그 원색에 대한 단일 에너지 버스트로 방출된다. 불연속적인 펄스 신호 디스플레이는 원색 사이클 동안 한차례 이상 온 오프될 수 있다. 방출된 전체 세기는 활성인 동안 불연속적인 지속시간의 총합이다. 도 11은 픽셀 활성화에 대한 2가지 접근 방법 사이의 차이를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 연속적인 펄스는 단지 하나의 오프 신호만이 서브사이클의 나머지 동안 송신될 필요가 있는 반면, 모든 시작 시간이 소정 서브사이클, 예를 들어 적색 서브사이클 동안 매칭하기 때문에, 비교적 단순하게 도출될 수 있다. 택일적으로, 모든 정지 시간은 전자의 경우와 동등한 결과적인 세기로서 적용되는 하나의 온 신호와 임의의 소정 서브사이클 동안 매칭될 수 있다. 불연속 펄스들은 도 11의 하부 절반에 도시된 바와 같이 서브사이클 동안 부가적인 온 및 오프 펄스의 송신을 포함한다.
팔레트는 본 발명에 따른 픽셀 구동 방법으로 증가할 수 있지만, 불연속적인 펄스 픽셀 신호들에 대한 개선은 연속적인 펄스 픽셀 구동 시스템에서보다 훨씬 뛰어날 것이다. 트레이드-오프는 불연속 펄스를 사용하여 픽셀을 구동하는 전기적 오버헤드가 연속적인 펄스에 대한 것보다 더 심각하다는 것이다.
일 실시예에서, 소정의 픽셀 구동 방법은 각각의 원색을 적색, 녹색 및 청색에 대해 각각 7개의 구획으로 세분한다. 7개의 부분으로, 8개의 가능한 컬러 세기(0 내지 7은 8개의 전체 세기와 동일함)가 가능할 수 있다. 이는 512 컬러의 전체 컬러 팔레트(총 8×8×8 = 512개의 적색, 녹색 및 청색의 조합)를 제공할 수 있다. 각각의 원색이 4개의 램프에 의해 구동될 수 있다고 가정하면, 총 12개의 램프(각각의 원색에 대한 4개의 램프 곱하기 3원색)가 제공될 수 있다. 종래 기술 하에서, 팔레트 개선은 각각의 원색 서브사이클이 분할되는 세분 구획을 증가시키는 것을 포함한다. 7에서 8로 세분 횟수를 증가시킴으로써, 팔레트는 512에서 729(9×9×9)로 증가할 수 있다. 이러한 변화는 컬러 팔레트 크기를 42% 이상의 증가시킨다.
본 발명은 원색 세분이 전술한 바와 같이 7에서 8로 이동하더라도, 선행 예에 대한 팔레트 크기의 700% 증가를 제공하는 점에서 종래 기술과 다르다. 중요한 차이는 본 발명은 원색 서브사이클의 임의의 특정 지점에서 얼마나 많은 구동 램프가 온(on)이 되는지를 제어한다는 점에 있다. 각각의 원색 서브사이클의 처음 1/8 동안 4개의 램프 중 단 2개의 램프만 온이 되게 함으로써, 전체 팔레트는 512에서 4096으로 배가 된다. 8개의 세분 구획 중 첫 번째는 구동 램프 세기가 그 전체 값의 절반이 되도록 구성된다. 이는 온이 되는 램프 수를 조절함으로써 달성되지만, 본 발명은 동일한 결과를 달성하기 위한 다른 방법을 제시한다. 가장 명백한 대안은 모든 램프의 단순한 세기 조절 또는 상기 2개의 접근 방법의 임의의 하이브리드 조합이다. 사실상, 이러한 조절은 부가적인 이진 정보 비트를 각각의 원색에 부가한다. 3원색이 있기 때문에, 전체 팔레트는 부가된 이진 비트의 세제곱만큼 증가한다(2의 세제곱은 8). 비교 전후는 다음과 같다.
각각의 원색, 본래의 세분 방법, 7 세분 구획들:
0/7, 1/7, 2/7, 3/7, 4/7, 5/7, 6/7, 7/7 - 원색 당 총 8개의 세기
총 스크린 팔레트 = 8의 세제곱 = 512 컬러
각각의 원색, 종래 기술의 팔레트 개선, 8 세분 구획들:
0/8, 1/8, 2/8, 3/8, 4/8, 5/8, 6/8, 7/8, 8/8 - 원색 당 총 8개의 세기
총 스크린 팔레트 = 9의 세제곱 = 729 컬러/42.3% 향상
각각의 원색, 본 발명, 1/2 램프 세기에서 첫 번째 세분으로 8개의 세분 구획들:
0/15 내지 15/15 - 원색 당 총 16개의 세기
총 스크린 팔레트 = 16 세제곱 = 4096 컬러/700% 향상
램프 세기가 각 서브사이클의 1/8에 대해 절반이 되기 때문에, 전체 최대 스크린 출력은 본 발명이 팔레트 크기를 증가시키도록 구현될 때 약간 떨어질 것이다. 상기 예에서 이는 최대 세기를 6.25% 떨어뜨리게 될 수 있다. 최대 세기가 떨어지더라도, 에너지 소모가 동일한 양만큼 떨어질 수 있기 때문에, 효율성에는 어떠한 변화도 없을 것이다. 따라서 이러한 강하는 시스템 효율성에는 어떠한 변화도 없이 세기 강하를 오프셋하기 위해 상응하는 인자만큼 구동 램프에 대한 에너지를 증가시킴으로써 간단히 보상될 수 있다.
연속적인 펄스 픽셀에 대해, 부가적인 팔레트 증가는 다음과 같이 선행 원리를 확장함으로써 달성될 수 있다.
(1) 하나의 이진 정보 비트를 부가하기 위해, (전술한 예에서와 같이) 하나의 세분 구획을 추가하여, 제 1 세분 구획 동안 램프가 세기의 절반일 때 700%(2의 세제곱)의 팔레트 크기의 전반적인 증가를 산출한다. 전체 팔레트 크기: 4096 컬러. 종래 기술은 729 컬러(9의 세제곱)를 제공한다.
(2) 2개의 이진 정보 비트를 부가하기 위해, 3개의 세분 구획을 부가하여, 램프가 처음 3개의 세분 구획 동안 1/4 세기일 때 6300%(4의 세제곱)의 팔레트 크기의 전반적인 증가를 산출한다. 전체 팔레트 크기: 32,768 컬러. 종래 기술은 1331 컬러(11의 세제곱)를 제공한다.
(3) 3개의 이진 정보 비트를 부가하기 위해, 7개의 세분 구획을 부가하여, 램프가 처음 7개의 세분 구획 동안 1/8 세기일 때 51,200%(8의 세제곱)의 팔레트 크기의 전반적인 증가를 산출한다. 전체 팔레트 크기: 262,144 컬러. 종래 기술은 2744 컬러(14의 세제곱)를 제공한다.
단편화된 램프 세기의 일부 또는 전부를 이용하거나 전혀 이용하지 않도록 구동 램프 세기를 제어하고 픽셀 활성화의 리딩 에지를 인코딩함으로써, 팔레트 크기의 상당한 진보가 종래 기술에서 현재 요구되는 구동에 필요한 전력을 계산할 때 적당한 증가 없이도 달성될 수 있다. 나아가, 본 발명이 구현될 때 최대 광학 출력의 감소가 있을 수 있다. 나아가, 효율에 영향을 미치지 않기 때문에, 최대 세기를 재조절하기 위한 구동 램프에 대한 전력 보상은 디바이스 효율에 악영향을 미치지 않을 것이다. 최대 광학 출력의 감소는 상기 대표적인 시나리오마다 달라질 수 있다. 예를 들어, 최대 광학 출력의 감소는 상기 (1)의 경우에 대해 6.25%, 상기 (2)의 경우에 대해 22.5%, 상기 (3)의 경우에 대해 39.4%일 수 있다. 전체적으로 상기 인자들로 램프 세기를 조절하는 것은 에너지 효율성을 변화시키지 않고 본래의 최대 디스플레이 세기를 산출할 것이다. 보상은 본래 램프가 원색 서브사이클의 연속 동안 전체 세기로 방출하지 않는다는 사실 때문에 타당하다. 전술한 바와 같이, 램프 출력의 감소는 온이 되는 램프의 수를 변화시킴으로써, 또는 단편화된 세기가 요구될 수 있는 세분 동안 출력을 감소시키도록 램프에 대한 입력 에너지를 조절함으로써, 또는 이들의 조합으로써 달성될 수 있다.
램프의 세기가 불이 켜진 램프의 수를 조절함으로써 제어되는 경우에, 본 발명은 또한 전체 듀티 사이클이 모든 램프 사이에 균형을 이루도록 오프-듀티 램프를 순환시키는 것을 제안한다. 예를 들어, 상기 (1) 시나리오 하의 원색 시스템 당 4개의 램프에서, 상기 4개의 램프 중 단 2개만이 제 1 세분 동안 온이 된다. 상기 단편화된 세기 세분 동안 그대로 비활성화 상태인 램프는 예를 들어 1 & 2, 그리고 2 & 4와 같이 각자의 듀티 사이클이 균형을 이루도록 순환되어야 한다.
일반적으로, 전체 세기 세분과 단편화된 세기 세분 사이의 균형이 추구되어야 한다. 트레이드-오프는 알기 쉽다. 만일 너무 많은 단편화된 부분이 사용되면, 램프는 최대 광학 출력의 감소를 보상하기 위해 높은 출력 레벨로 구동될 필요가 있을 것이다. 이는 상기 (1) 내지 (3) 시나리오에 대한 모든 조명 기술에 타당할 수 있지만, 이는 특정한 조명 시스템에 대해서는 그렇지 않을 수도 있다.
본 발명에 의해 각각의 원색에 하나의 부가적인 이진 비트를 부가하는 것의 설명은 도 12에 도시된 픽셀 동작과 관련하여 달성된다. 도 12를 참조하면, 각각의 픽셀에 대한 각각의 램프 온-사이클의 리딩 에지에서의 세기 노치(notch)는 절반 세기 램프 세분 구획을 이용하기 위한 그레이스케일 정보의 적당한 인코딩을 표현할 수 있다. 노치의 상대 영역은 시스템에 세기 손실을 구성할 수도 있다. 에너지 소모는 그 세기에 의존하기 때문에, 전술한 바와 같이, 전체 효율은 본 발명의 구현에 영향을 받지 않는다.
이미 고려된 연속적인 펄스 픽셀 시스템에 대해, 제공된 예에서 원색 당 공식 2n-1(n=1, 2 또는 3)의 추가 이진 비트에 따라 각각의 원색에 새로운 세분 구획이 부가될 수 있다. n은 상기 값에 국한되지 않고 예시임에 유의한다. 전술한 3개의 예에 대해, 이는 각각 하나의 1/2 세기 세분 구획, 또는 3개의 1/4 세기 세분 구획, 또는 7개의 1/8 세기 세분 구획을 부가하는 것에 해당한다. 픽셀 펄스는 연속적이기 때문에(원색 서브사이클 당 단 하나의 픽셀-온 및 픽셀-오프 신호), 상기 공식이 성립한다.
그러나 만일 픽셀이 불연속적으로 펄스화될 수 있다면, 원색 그레이스케일의 이진 비트 깊이의 증가를 달성하는 더 우수한 방법이 있다. 정의에 의해, 단지 하나인 1/2 세기 세분 구획은 사실상 이어지는 전체 세기 램프 펄스에 연속적이기 때문에, 원색 당 단 하나의 이진 비트 증가를 달성하는데 실질적인 차이가 없다. 그러나 원색 당 2 비트 및 3 비트 팔레트 확대 방법에 대해, 개선점은 다음과 같다. 불연속적인 펄스 디스플레이에서 원색 당 2 비트 증가를 제공하기 위해서, (연속적인 경우에서와 같이 3개가 아닌) 2개의 세분 구획이 부가될 수 있지만, 상기 2개의 분할에 대한 램프 세기는 각각 1/4 및 1/2 세기이다. 원색 당 3 비트 증가에서, (7개가 아닌) 3개의 부분이 부가될 수 있지만, 상기 3개의 분할에 대한 램프 세기는 각각 1/8, 1/4 및 1/2 세기이다. 전술한 바와 같이, 램프 세기는 얼마나 많은 램프가 온이 되는지를 제어함으로써, 또는 램프를 조명하기 위해 제공된 에너지를 조절함으로써, 또는 이들의 조합으로써 세분화될 수 있다.
픽셀의 불연속적인 펄스화의 중요성은 특히 마지막에 기술된 경우에 명백해진다. 램프들이 1/8, 1/4 및 1/2 세기인 동안의 처음 3개의 세분 구획은 n<8인 경우에 형식 n/8의 임의의 값을 달성하도록 상이한 조합으로 조합될 수 있다. 그러나 상기 조합들 중 절반(0, 1/2, 3/4 및 7/8)만이 연속적인 펄스화로 달성될 수 있다. 다른 값(1/8, 1/4, 3/8 및 5/8)은 원치 않는 세분 구획 동안에 픽셀이 온이 되는 것을 방지하기 위해서 불연속적인 펄스화를 요구한다. 이러한 예에서, 픽셀 활성화/비활성화는 향상된 팔레트에서 모든 유효 컬러를 생성하기 위해서 원색 서브사이클 당 두 번까지 발생할 수 있다. 팔레트가 1/16 세기(원색 당 총 4개의 부가 이진 비트)에서 부가적인 세분 구획을 부가함으로써 확장된다면, 처음 4개의 세분 구획 동안 모두 16개의 분수 값을 생성하도록 원색 세분 구획 당 부가적인 온-오프 사이클이 요구될 수 있다.
연속적인 펄스의 경우와 같이, 각각의 원색 서브사이클 동안 적당한 픽셀 활성화 시퀀스에 그레이스케일값을 진입시키는 실시간 변환이 여기 개시된 본 발명을 이용하도록 구성될 수 있다. 불연속적인 펄스화는 최대 스크린 세기에 더 적은 영향을 미치면서 컬러 팔레트를 확장시켜, 구동 램프 입력 측에서 더 적은 보상을 요구한다는 것이 중요하다. 전술한 바와 같이, 전체 효율성은 본 발명의 어느 변형에도 영향을 받지 않을 것이다.
두 개의 변형 모두 임의의 펄스 변조 형식을 사용하는 모든 순차 컬러 디스플레이에 대한 종래 기술보다 매우 우수한 팔레트 증가를 증명한다. 본 기술은 픽셀 진폭의 시간 제어가 도 12에 도시된 것과 유사한 단편화된 역광 세기에 동기화될 수 있다면 진폭 변조된 필드 순차 컬러에 적용될 수 있다는 점에 유의한다.
정교한 층간 정합 없이 에어 갭 및 절연체 구조를 생성하는 기술
배경 기술 부분에서 기술한 바와 같이, MEMS 산업에서 절연체 구조의 생성은 복잡한 다층 작업을 포함하고, 여기서 모든 다중 서브-단계 방식 및 소위 "희생" 층의 사용이 요구된다. "플래토"의 레벨 아래에 "밸리"를 생성하는 것은 많은 초 소형 기계 시스템에서 중요한 구성요소이다. 밸리는 궁극적으로 플래토에 고정될 수 있는 다른 엘리먼트들이 제어된 동작을 경험할 수 있는 기계적인 자유도를 제공한다. "에어 갭"은 종종 다수의 MEMS-기반 장치에 대한 해답이 되지만, 그 제작은 복잡한 프로세스를 필요로 한다.
MEMS는 정밀하게 정합될 수 있는 절연체들을 추가로 필요로 한다. USP 번호 5,319,491에 제시된 감쇠 전반사 디스플레이 시스템과 같은 시스템에서, 이러한 요구조건은 매우 정교한 MEMS 구조에 의해 커버링되는 보다 큰 영역의 관점에서 보다 민감해지며, 이는 제조하는 동안 부정합 효과에 크게 민감해진다. 따라서 바람직하게는 아래에서 본 발명에 의해 제공되는 바와 같이 절연체들 및 이들 사이의 간질성 에어 갭을 생성하는데 필요한 추가 제조 단계 없이 본래 자기 희생적인 희생층들인 경우, 더욱 간단한 제조 메커니즘이 요구된다.
도 13은 패턴화된 픽셀 특성(1300)의 단면에 대한 본 발명의 실시예를 나타낸다. 패턴화된 픽셀 특성(1300)은 높은 굴절률의 다양한 공지된 도광 물질들, 예를 들어 투명 합성 수지(Lucite)로 형성되는 기판(1301)을 포함할 수 있다. 패턴화된 전극(1302)이 기판(1301)의 상부 표면에 배치된다. 에어로겔(1303)이 패턴 전극(1302)의 상부 표면에 배치된다. 일 실시예에서, 에어로겔(1303)은 그 두께가 0.8㎛ ~ 1.1㎛인 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 에어로겔이다. 접지면(301)(도 3 및 도 4)과 같은 인접한 접지면(1304)이 에어로겔(1303)의 상부층에 배치된다. 이에 따라, 전기적 갭은 에어로겔(1303)의 유전 세기를 초과하지 않고 정전 수단을 이용하여 상당한 기계적 힘이 가해질 수 있을 만큼 충분히 작다. 전극(1302)과 접지면(1304) 사이에 전위를 인가하면, 접지면(1304)은 특정 조건하에서 도 14 및 15에 제시된 바와 같이 미세한 가루(1306)로 에어로겔(1303)을 분쇄할 수 있는 전극(1302) 방향으로 유인된다. 이와 같은 에어로겔(1303)의 분쇄는 하나 이상의 공극(1305)을 생성할 수 있다. 에어로겔(1303)의 구성 분자는 광 파장에 비해 상당히 작기 때문에, 에어로겔(1303)의 분쇄는 픽셀(1300)의 동작에 악영향을 주지 않는다. 분쇄되지 않은 에어로겔(1303) 영역들은 가해진 힘이 그 변형 또는 압축에 있어서 그들의 산출 세기를 절대 초과하지 않기 때문에 그들의 구조적 무결성을 유지할 수 있다. 따라서 나머지 분쇄되지 않은 에어로겔(1303) 영역은 선택적으로 결과적인 절연체 역할을 할 수도 있다. 에어 갭 위에 인접한 접지면(1304)은 일반적으로 첨가된 엘라스토머 또는 그 등가물을 가져 도 15에 제시된 바와 같이 인접한 기계적 동작에 대한 복원력을 제공하고, 이러한 엘라스토머는 에어로겔(1303)을 대면하는 인접한 접지면(1304)의 표면에 배치될 수 있다.
본 발명은 그 단면 치수가 분쇄될 희생층의 전기적으로 제어되는 압축에 대한 적절한 범위 내에 존재하는 한 임의의 측면 복잡도를 갖는 시스템에 대해 구현될 수 있다. 따라서 광범위한 MEMS 애플리케이션으로 확장될 수 있다. 또한, 에어로겔을 사용하는 시스템뿐만 아니라 적절한 프로파일에 따라 가해지는 압축 변형하에서 인-시튜(in situ) 자기 희생이 가능한 임의의 물질을 사용하는 시스템들로 일반화될 수 있다.
본 발명에 따른 에어 갭의 생성은 단일 단계 처리가 아니고 자기 희생층의 기계적 특성들에 따라 수 분, 수 시간, 또는 그 이상이 소요될 수도 있다. 이러한 층의 궁극적인 분쇄 처리는 일반적으로 지속시간과 관련하여 처리의 대부분 기간 동안에는 거의 움직임이 없다가 처리의 최종 1-3% 기간 동안에는 희생층에 대한 고속 파괴로 진행하는 지수함수 형태의 처리진행이 이루어진다. 에어 갭을 생성하는데 필요한 전압은 표준 장치 동작(에어 갭이 생성된 이후의 동작)의 경우보다 훨씬 높을 가능성이 있다. 신호 프로파일, 주파수 레이트 및 전압은 희생층의 기계 및 전기적 특성에 의해 결정된다. 매우 높은 슬루율(slew rate)을 갖는 구형파는 다른 신호 프로파일들과는 반대로 최상의 결과를 제공한다. 주파수는 흠이 없는 구형파 발생에 비례해야 하고, 상부 또는 하부에 임의의 관련 엘라스토머가 겹쳐진 이동 엘리먼트의 스프링백(springback), 예를 들어 접지면(1304)이 압착될 층, 예를 들어 에어로겔(1303)로의 알짜 운동량 전달을 향상시킬 수 있게 해야 한다.
종래의 희생층들은 흔히 개방 MEMS 장치들의 내부를 침범하는 화학 에칭 화합물을 사용하여 제거될 수 있다. 이러한 에칭 화합물들은 주변 구조들이 아닌 희생층만을 공격할 것을 목적으로 한다. 희생층으로 화합물의 방해되지 않는 전달 및 MEMS 구조로부터 에칭 처리의 부산물들을 배출하는 것이 전제된다. 이러한 인자들이 존재하지 않으면, 본 발명은 정합-제한 없는 절연체 및 에어 갭 구축에 대한 그 고유한 방법에 적합한 시스템들에 대해 동일한 결과를 달성하기 위한 대안적인 메커니즘을 제공할 수 있다. USP 5,319,491이 에어 갭 생성의 구현을 위한 후보로서 적합하지만, 본 발명은 이러한 애플리케이션으로 한정되지 않는다.
다음은 정교한 층간 정합 없이 절연체 구조 및 에어 갭을 생성하는데 필요한 기준 리스트이다. 픽셀(1300)이 자기 희생층, 예를 들면, 에어로겔(1303)을 분쇄 할 수 있는 고유한 수단을 가질 것이 요구될 수도 있다. 또 다른 기준은 정상 동작 기간 동안 힘의 변화도가 자기 희생층의 분쇄가 자기-제한적(self-limiting)이고, 공극 중심에서 공극 둘레로의(분쇄된 곳으로부터 약간 분쇄된 곳으로, 그리고 분쇄되지 않은 절연체로의) 측면 이동 존이 구조적 무결성 상실을 야기하게 되는 기계적인 불안전성을 보이지 않도록 하는 것이다. 또한, 분쇄되지 않은 영역에 가해진 힘은 이러한 유해한 임계 이하로 떨어지도록 구성되어야 할 것이다. 대안적으로, 후-생성된 에어 갭 및 절연체의 기계적 무결성을 향상시키는 연속한 사후-처리 단계가 이러한 결과를 위해 적용될 수 있고, 이는 예를 들어 이러한 처리에 순응하여 화합물을 추가로 가공하기 위한 자외선 조사가 될 수 있다. 대안적으로, 더욱 복잡한 변형으로서, 이방성(공극 영역들에서 더 약하고, 그 외에서 강함)이 되도록 자기 희생층의 사전 처리가 부가될 수 있고, 이는 본 발명에 의해 방지될 수 있는 정합 및 위치 결정 수단에 대한 잠재적인 필요성을 도입할 것이다. 자기 희생층의 사전 처리 또는 사전-바이어싱은 화학, 전기, 방사선, 열, 또는 다른 수단 단독으로 또는 조합으로 달성될 수도 있고, 또는 픽셀 인접부에 전역적이든 국부적이든 그 제조 동안 또는 그 후에 상기 층에 의해 제시되는 시변 특성을 이용함으로써 달성될 수도 있다. 또한, 에어 갭 및 절연체 구조가 생성되는 시스템에는 이러한 처리로부터 발생하는 잔류물의 존재 또는 잠재적인 확산으로부터 나쁜 효과들에 대한 면역성이 요구된다.
1 마이크론의 두께를 갖는 에어로겔 기판에 적용되는 절연체 구조 및 에어 갭의 생성에 대한 예는 도 16에 제시된다. 기본적인 원리는 도 13~도 15에 제시된 것과 동일하고, 다만 도 16은 라인 아트 이상화가 아닌 실제 컴포넌트를 보여준다. 이러한 예에서, 에어로겔의 선택은 매우-낮은 굴절율에 의해 구동되고, 이것에 의해 도광 기판으로부터 빛을 방사하도록 소실파 결합을 야기하는 USP 5,319,491의 제 4 실시예를 이용하는 감쇠 전반사 픽셀 메커니즘을 위해 이상적인 클래딩층 역할을 한다. 이러한 개선은 USP 5,319,491의 도 16 및 도 17에 대응하는 도 2A 및 2B에 제시된 장치의 효과적인 변형임을 이해해야 하고, 여기서 엘라스토머 층(203)은 (그 층에 대한 광학 요구조건들을 만족시키는) 에어로겔로 대체되고, 에어로겔은 뒤이어 (여전히 그 층에 대한 광학 요구조건들을 만족시키는) 에어 갭을 형성하도록 픽셀 근방에서 분쇄되어, 층(203)을 연속적으로 압축함이 없이 분쇄되지 않은 에어로겔에 의해 주변에서 지지되는 플레이트 밴딩 모션에 의해 소실장으로 고 굴절률 영역(205)의 자유로운 편위(excursion)를 가능하게 한다.
몇 가지 실시예와 관련하여 방법, 회로, 메커니즘 및 장치가 설명되었지만, 이는 여기서 언급한 특정 형태들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 사상 및 범위 내에 합리적으로 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가물을 커버하는 것이다. 제목은 조직상의 목적으로만 사용된 것이며, 상세한 설명 또는 청구항의 범위를 한정하는 것이 아님에 유의한다.
본원 발명에 의하면, 디스플레이에서 자체적으로 구부러질 수 있고 단독으로 또는 관련 탄력 층과 직렬로 기판 밴딩 모션이 가능한 정합-제한 없는 연속적인 전도성 면을 구현함으로써, 개별 엘리먼트들이 증착된 개별 층들의 제작 및/또는 조 립시 기하학적 정합을 이룰 수 있다.

Claims (26)

  1. 가시광선 소스 및 적외선 소스를 포함하는 다수의 광원들을 이용하여 가시광선 이미지 및 적외선 이미지를 교대할 수 있게(interchangeably) 디스플레이하도록 동작가능한 단일 디스플레이
    를 포함하고, 상기 적외선 소스는 상기 가시광선 소스를 따라 배열되는,
    디스플레이 시스템.
  2. 디스플레이 시스템으로서,
    가시광선 이미지 및 비-가시광선 이미지를 디스플레이하도록 구성된 단일 디스플레이 ― 상기 단일 디스플레이는 다수의 픽셀들을 포함하고, 각각의 픽셀은 광을 방출하기 위해 동작가능함 ―; 및
    가시광선 및 비-가시광선을 상기 다수의 픽셀들에 제공하기 위해 상기 단일 디스플레이에 광학적으로 결합되는 다수의 광원들
    을 포함하고, 상기 다수의 광원들은,
    가시광선 광파들을 위한 소스; 및
    비-가시광선 광파들을 위한 소스
    를 포함하는, 디스플레이 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비-가시광선 광파들은 적외선 광파들 및 자외선 광파들 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단일 디스플레이는,
    상기 가시광선 광파들을 위한 소스 및 상기 비-가시광선 광파들을 위한 소스로부터 도파로(waveguide)로 방출되는 상기 가시광선 및 상기 비-가시광선의 전반사 원리에 따라 동작하는 상기 도파로;
    상기 도파로 상에 배치된 다수의 전극들; 및
    상기 다수의 전극들과 이격된 관계로 배치된 변형가능한 전도성 등전위면
    을 포함하고, 상기 다수의 전극들 중 하나 이상의 전극들과 상기 변형가능한 전도성 등전위면 사이에 선택적으로 인가되는 전기장으로 인해 각각의 상기 하나 이상의 전극들을 향해 상기 변형가능한 전도성 등전위면의 탄성 변형이 유발되어, 가시광선 이미지와 비-가시광선 이미지를 생성하기 위해 가시광선과 비-가시광선이 감쇠 전반사(frustrated total internal reflection) 원리에 따라 상기 도파로를 빠져나오는,
    디스플레이 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 단일 디스플레이는,
    상기 가시광선 광파들을 위한 소스 및 상기 비-가시광선 광파들을 위한 소스로부터 도파로로 방출되는 상기 가시광선 및 상기 비-가시광선의 전반사 원리에 따라 동작하는 상기 도파로;
    상기 도파로 상에 배치된 다수의 전극들; 및
    상기 다수의 전극들과 이격된 관계로 배치된 변형가능한 전도성 등전위면
    을 포함하고, 상기 다수의 전극들 중 하나 이상의 전극들과 상기 변형가능한 전도성 등전위면 사이에 선택적으로 인가되는 전기장으로 인해 각각의 상기 하나 이상의 전극들을 향해 상기 변형가능한 전도성 등전위면의 탄성 변형이 유발되어, 가시광선 이미지와 비-가시광선 이미지를 생성하기 위해 가시광선과 비-가시광선이 감쇠 전반사 원리에 따라 상기 도파로를 빠져나오는,
    디스플레이 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    제 1 시간 주기 동안 가시광선 이미지를 디스플레이하고 제 2 시간 주기 동안 비-가시광선 이미지를 디스플레이하기 위해, 상기 가시광선 광파들을 위한 소스는 상기 비-가시광선 광파들을 위한 소스와 교대할 수 있게 선택되는 방식으로 동작하는, 디스플레이 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 가시광선 광파들은 적색, 녹색 및 청색 가시광선 광파들인, 디스플레이 시스템.
  9. 디스플레이 시스템에서의 방법으로서,
    이미지를 생성하기 위해 다수의 픽셀들을 포함하는 단일 디스플레이를 동작시키는 단계; 및
    상기 다수의 픽셀들에 가시광선 및 비-가시광선을 제공하기 위해 다수의 광원들을 선택하는 단계
    를 포함하고, 상기 다수의 광원들은,
    가시광선 광파들의 소스; 및
    비-가시광선 광파들의 소스
    를 포함하는, 디스플레이 시스템에서의 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비-가시광선 광파들은 적외선 광파들 및 자외선 광파들 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 시스템에서의 방법.
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 단일 디스플레이는,
    상기 가시광선 광파들의 소스 및 상기 비-가시광선 광파들의 소스로부터 도파로로 방출되는 상기 가시광선 및 상기 비-가시광선의 전반사 원리에 따라 동작하는 상기 도파로;
    상기 도파로 상에 배치된 다수의 전극들; 및
    상기 다수의 전극들과 이격된 관계로 배치된 변형가능한 전도성 등전위면
    을 더 포함하고, 상기 다수의 전극들 중 하나 이상의 전극들과 상기 변형가능한 전도성 등전위면 사이에 선택적으로 인가되는 전기장으로 인해 각각의 상기 하나 이상의 전극들을 향해 상기 변형가능한 전도성 등전위면의 탄성 변형이 유발되어, 가시광선 이미지와 비-가시광선 이미지를 생성하기 위해 가시광선과 비-가시광선이 감쇠 전반사 원리에 따라 상기 도파로를 빠져나오는,
    디스플레이 시스템에서의 방법.
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서,
    제 1 시간 주기 동안 가시광선 이미지를 디스플레이하고 제 2 시간 주기 동안 비-가시광선 이미지를 디스플레이하기 위해, 상기 가시광선 광파들의 소스는 상기 비-가시광선 광파들의 소스와 교대할 수 있게 선택되는 방식으로 동작하는, 디스플레이 시스템에서의 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 가시광선 광파들은 적색, 녹색 및 청색 가시광선 광파들인, 디스플레이 시스템에서의 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 디스플레이는,
    상기 가시광선 소스 및 상기 적외선 소스로부터 도파로로 방출되는 가시광선및 적외선의 전반사 원리에 따라 동작하는 상기 도파로;
    상기 도파로 상에 배치된 다수의 전극들; 및
    상기 다수의 전극들과 이격된 관계로 배치된 변형가능한 전도성 등전위면
    을 포함하고, 상기 다수의 전극들 중 하나 이상의 전극들과 상기 변형가능한 전도성 등전위면 사이에 선택적으로 인가되는 전기장으로 인해 각각의 상기 하나 이상의 전극들을 향해 상기 변형가능한 전도성 등전위면의 탄성 변형이 유발되어, 가시광선 이미지와 적외선 이미지를 생성하기 위해 가시광선과 적외선이 감쇠 전반사 원리에 따라 상기 도파로를 빠져나오는, 디스플레이 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가시광선 소스는 상기 도파로에 상기 가시광선을 방출하는 가시광선 램프이고, 상기 적외선 소스는 상기 도파로에 상기 적외선을 방출하는 적외선 램프인, 디스플레이 시스템.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 3 항에 있어서,
    상기 가시광선 광파들을 위한 소스 및 상기 비-가시광선 광파들을 위한 소스는 가시광선 이미지 및 비-가시광선 이미지의 합성 이미지를 디스플레이하기 위해 필드 순차적 방식으로 동작되는, 디스플레이 시스템.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 단일 디스플레이는,
    상기 가시광선 광파들의 소스 및 상기 비-가시광선 광파들의 소스로부터 도파로로 방출되는 상기 가시광선 및 상기 비-가시광선의 전반사 원리에 따라 동작하는 상기 도파로;
    상기 도파로 상에 배치된 다수의 전극들; 및
    상기 다수의 전극들과 이격된 관계로 배치된 변형가능한 전도성 등전위면
    을 더 포함하고, 상기 다수의 전극들 중 하나 이상의 전극들과 상기 변형가능한 전도성 등전위면 사이에 선택적으로 인가되는 전기장으로 인해 각각의 상기 하나 이상의 전극들을 향해 상기 변형가능한 전도성 등전위면의 탄성 변형이 유발되어, 가시광선 이미지와 비-가시광선 이미지를 생성하기 위해 가시광선과 비-가시광선이 감쇠 전반사 원리에 따라 상기 도파로를 빠져나오는,
    디스플레이 시스템에서의 방법.
  22. 삭제
  23. 제 9 항에 있어서,
    상기 가시광선 광파들의 소스 및 상기 비-가시광선 광파들의 소스는 가시광선 이미지 및 비-가시광선 이미지의 합성 이미지를 디스플레이하기 위해 필드 순차적 방식으로 동작되는, 디스플레이 시스템에서의 방법.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시광선 소스 및 상기 적외선 소스는 상기 가시광선 이미지 및 상기 적외선 이미지의 합성 이미지를 디스플레이하기 위해 필드 순차적 방식으로 동작되는, 디스플레이 시스템.
  25. 제 1 항에 있어서,
    제 1 시간 주기 동안 가시광선 이미지를 디스플레이하고 제 2 시간 주기 동안 적외선 이미지를 디스플레이하기 위해, 상기 가시광선 소스는 상기 적외선 소스와 교대할 수 있게 선택되는 방식으로 동작하는, 디스플레이 시스템.
  26. 제 2 항에 있어서,
    상기 가시광선 광파들을 위한 소스 및 상기 비-가시광선 광파들을 위한 소스는 상기 가시광선 이미지 및 상기 비-가시광선 이미지의 합성 이미지를 디스플레이하기 위해 필드 순차적 방식으로 동작되는, 디스플레이 시스템.
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