KR101174760B1

KR101174760B1 - 파장 필터링을 위한 기기 및 방법

Info

Publication number: KR101174760B1
Application number: KR1020077009322A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 제이. 갤리; 윌리엄 제이. 쿠밍스
Original assignee: 퀄컴 엠이엠에스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2012-08-17
Also published as: EP1800172A1; EP1800172B1; ATE498854T1; US20060067633A1; CA2580992A1; TW200619723A; DE602005026418D1; WO2006036540A1; SG155974A1; KR20070057255A; US7898521B2; US20110193770A1

Abstract

본 발명의 실시예는 파잘 필터링을 위한 기기 및 방법을 제공한다. 예컨대, 일실시예에서는, 이동가능한 반사기, 제1 부분 반사기, 및 제2 부분 반사기를 각각 구비하는 복수 개의 디스플레이 소자를 갖는 디스플레이를 포함한다. 제1 부분 반사기는, 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치되며, 이동가능한 반사기와의 사이에서 제1 광학 공진 캐비티를 형성한다. 제2 부분 반사기는, 제1 부분 반사기로부터 제2 거리만큼 이격되어 배치되며, 제1 부분 반사기와의 사이에서 제2 광학 공진 캐비티를 형성한다. 여러 실시예에서, 이동가능한 반사기는 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 제1 광학 캐비티를 변경시킨다. 다른 실시예는 이러한 기기를 제조하는 방법을 포함한다.

Description

파장 필터링을 위한 기기 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR WAVELENGTH FILTERING}

본 발명은 미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems)에 관한 것이다.

미소 기전 시스템(MEMS)은 미소 기계 소자, 액추에이터, 및 전자 기기를 포함한다. 미소 기계 소자는 기판의 일부 및/또는 적층된 재료 층을 에칭으로 제거하거나 전기 및 기전 기기를 만들기 위해 층을 부가하는 적층, 에칭 및/또는 그 밖의 기타 미소 기계 가공 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 미소 기전 시스템 기기의 한 형태로서 간섭계 변조기(interferometric modulator)가 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 기기를 말한다. 소정의 실시예에서, 간섭계 변조기는 한 쌍의 도전성 플레이트를 포함할 수 있으며, 이들 플레이트 중 하나 또는 양자는, 전체적으로 또는 부분적으로 투명성 또는 반사성, 또는 투명성과 반사성 모두를 가지고 있을 수 있고, 적절한 전기 신호가 인가되면 상대적 이동이 가능하다. 소정의 실시예에서, 플레이트 중 하나는 기판상에 적층된 고정 층을 포함하여 구성되고, 다른 하나의 플레이트는 상기 고정 층 으로부터 에어갭에 의해 분리되어 있는 금속 막을 포함하여 구성될 수 있다. 더 상세하게 말하면, 하나의 플레이트에 대한 다른 플레이트의 위치에 의해, 간섭계 변조기에 입사하는 광의 광학적 간섭이 변화할 수 있다. 이러한 미소 기전 시스템 기기는 그 응용분야가 넓고, 이러한 형태의 기기의 특성을 활용 및/또는 개조하여, 그 특성이 기존의 제품을 개선하고 개발될 새로운 제품을 창출하는 데에 이용될 수 있도록 하는 것이 해당 기술분야에 매우 유익할 것이다.

본 발명에 따른 시스템, 방법 및 기기는 각각 여러 가지 실시 형태가 있고, 이들 중 하나가 단독으로 바람직한 속성을 나타내는 것은 아니다. 이하에서 본 발명의 주요 특징을 설명하겠지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다. 이러한 점을 고려하여, "발명의 상세한 설명"을 읽고 나면, 본 발명의 특징적 구성이 어떻게 종래의 디스플레이 기기에 비해 더 나은 장점을 제공하는지를 이해하게 될 것이다.

본 발명의 일실시예는 광을 변조시키기 위한 기기를 포함한다. 본 기기는, 이동가능한 반사기(반사체)를 포함한다. 본 기기는 또한, 이동가능한 반사기(reflector)로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치된 제1 부분 반사기를 포함한다. 본 기기는 또한, 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치된 제2 부분 반사기를 포함한다. 이동가능한 반사기는, 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 제1 거리를 변경시키게 된다.

본 발명의 다른 실시예는, 복수 개의 디스플레이 소자를 구비하는 기기를 포함한다. 디스플레이 소자의 각각은, 광을 반사하기 위한 이동가능한 반사 수단과, 광을 부분적으로 반사하기 위한 제1 부분 반사 수단과, 광을 부분적으로 반사하기 위한 제2 부분 반사 수단을 포함한다. 반사 수단과 제1 부분 반사 수단은, 광을 간섭적으로 변조시키도록 구성되어 있다. 제1 부분 반사 수단과 제2 부분 반사 수단은, 광을 간섭적으로 변조시키도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 실시예는, 광을 변조하기 위한 기기를 제조하는 방법을 포함한다. 본 방법은, 이동가능한 반사기를 형성하는 단계와, 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치되는 제1 부분 반사기를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 부분 반사기를 형성하는 단계를 포함한다. 이동가능한 반사기는, 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 제1 거리를 변경시킨다.

본 발명의 다른 실시예는, 광을 변조시키기 위한 기기를 포함한다. 본 기기는, 이동가능한 반사기를 포함한다. 본 기기는 또한, 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치된 제1 부분 반사기를 포함한다. 이동가능한 반사기는, 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 제1 거리를 변경시킨다. 본 기기는 또한, 제1 부분 반사기와 이동가능한 반사기 사이에 배치되는 하나 이상의 유전체층을 포함한다. 본 기기는 또한, 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치된 제2 부분 반사기와, 제1 부분 반사기와 제2 부분 반사기 사이에 배치되며, 이동가능한 미러의 위치를 변경하도록 구성된 전극을 포함한다.

도 1은 간섭계 변조기 디스플레이의 일실시예의 일부를 나타내는 등각 투상도로서, 여기서는 제1 간섭계 변조기의 이동가능한 반사성 층이 해제 위치에 있고, 제2 간섭계 변조기의 이동가능한 반사성 층이 동작 위치에 있는 것을 나타낸다.

도 2는 3×3 간섭 변조기 디스플레이를 구비하는 전자 기기의 일실시예를 나타내는 시스템 블록도이다.

도 3은 도 1의 간섭 변조기의 일실시예에서 인가되는 전압에 대한 이동가능한 미러의 위치를 나타내는 도면이다.

도 4는 간섭 변조기 디스플레이를 구동시키는데 이용될 수 있는 일련의 수평열 전압 및 수직열 전압을 나타내는 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 간섭 변조기 디스플레이에 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하는데 이용될 수 있는 수평열 신호 및 수직열 신호의 타이밍도의 일례를 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 다수의 간섭계 변조기를 구비하는 영상 디스플레이 기기의 실시예를 나타내는 시스템 블록도이다.

도 7a는 도 1에 도시한 간섭 변조기 디스플레이 기기의 단면도이다.

도 7b는 간섭 변조기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7c는 간섭 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7d는 간섭 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7e는 간섭 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 8은, 파장 필터를 통해 본, 간섭계 변조기를 포함하는 디스플레이 기기의 스펙트럼 응답을 나타내는 그래픽 도면이다.

도 9는, 파장 필터를 통해 본, 간섭계 변조기(12)를 포함하는 다른 디스플레이 기기의 스펙트럼 응답을 나타내는 그래픽 도면이다.

도 10은 파장 필터의 예를 나타내는 측단면도이다.

도 11은 파장 필터를 구비하는 간섭계 변조기를 포함하는 디스플레이의 측다면도이다.

이하, 본 발명의 소정의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이들 다양한 실시예는, 고정된 간섭 파장 필터 또는 컬러 필터를 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이를 구비한다. 특히, 일실시예는, 제1 부분 반사기와 이동가능한 반사기를 구비하는 디스플레이 소자를 포함하는데, 이동가능한 반사기가 제1 부분 반사기로부터 소정의 거리를 두고 위치함으로써, 간섭계 변조기를 구성하는 제1 광학 캐비티를 형성하게 된다. 제1 부분 반사기로부터 소정의 거리를 두고 제2 부분 반사기가 위치함으로써, 제2 광학 캐비티를 형성한다. 제1 및 제2 부분 반사기는 파장 필터(wavelength filter)를 형성하는데, 이 파장 필터는 간섭계 변조기 자체의 스펙트럼 응답과 상이한 스펙트럼 응답(spectral response)을 갖는다. 이러한 구성에 의하면, 디스플레이에 약간의 층을 추가하는 것만으로, 기기의 스펙트럼 응답에 대한 추가의 제어가 가능하게 된다. 또한, 예를 들면, 몇몇 흡수성 필터와 달리, 추가되는 층들은, 제조 복잡도를 더욱 감소시키기 위하여, 간섭계 변조기의 다른 층들과 동일한 재료로 형성될 수 있다.

그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 방법과 방식으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서, 도면이 참조되는데, 전체 도면에 걸쳐 동일한 부분에 대해 동일한 번호가 사용된다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은, 동화상(예컨대, 비디오)이든 정지화상(예컨대, 스틸 이미지)이든, 또는 텍스트이든 그림이든, 이미지를 디스플레이하도록 구성된 것이라면 어떠한 기기에도 구현될 수 있다. 더 상세하게 말하면, 본 발명은, 예컨대, 이동전화기, 무선 기기, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 손에 들고다니거나 휴대할 수 있는 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이터, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예컨대, 주행 거리계 디스플레이), 조종석 제어 장치 및/또는 디스플레이, 감시 카메라의 디스플레이(예컨대, 자동차에서의 후방 감시 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 게시판 또는 전자 표시기, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물, 및 미적 구조물(예컨대, 보석의 이미지 디스플레이) 등과 같은 다양한 전자 기기에 또는 이와 결합하여 구현될 수 있으며, 상기 언급한 예에 한정되지 않는다. 또한, 여기서 개시한 미소 기전 시스템(MEMS) 기기와 유사한 구조의 기기를 전자 스위칭 기기와 같은 비(非)디스플레이 분야에 사용할 수도 있다.

간섭계 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자를 구비하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일례를 도 1에 나타낸다. 이러한 디스플레이 기기에서, 픽셀은 밝은 상태 또는 어두운 상태 중 하나의 상태로 된다. 밝은 상태("온 상태" 또는 "개방 상태")에서는, 디스플레이 소자가, 입사되는 가시광의 대부분을 사용자에게 반사한 다. 어두운 상태("오프 상태" 또는 "폐쇄 상태")에서는, 디스플레이 소자가, 입사되는 가시광을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. 실시예에 따라서는, "온 상태"와 "오프 상태"의 광 반사 특성이 반대로 바뀔 수도 있다. 미소 기전 시스템(MEMS) 픽셀은, 흑백뿐 아니라, 선택된 컬러를 두드러지게 반사하여 컬러 디스플레이도 가능하도록 구성될 수 있다.

도 1은 영상 디스플레이의 일련의 픽셀 중 인접하는 두 개의 픽셀을 나타내는 등각 투영도이다. 이들 픽셀은 각각 미소 기전 시스템(MEMS) 간섭계 변조기를 포함하여 구성된다. 몇몇 실시예에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기들의 행렬 어레이를 포함하여 구성된다. 각각의 간섭계 변조기는, 적어도 하나의 치수가 가변적인 공진(resonant)용의 광학 캐비티를 형성하도록 서로 가변적이고 제어가능한 거리를 두고 배치되어 있는 한 쌍의 반사층을 포함한다. 일실시예에서, 이 반사층들 중 하나가 두 개의 위치 사이에서 이동이 가능하다. 본 명세서에서 해방 위치라고 하는 제1 위치에서, 이동가능한 반사층은, 부분적으로 반사하는 고정된 층으로부터 비교적 멀리 떨어져서 위치한다. 본 명세서에서 작동 위치라고 하는 제2 위치에서, 이동가능한 반사층은 부분적으로 반사하는 고정된 반사층에 보다 가까이 인접하여 위치한다. 두 개의 층으로부터 반사되는 입사광은, 이동가능한 반사층의 위치에 따라, 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하여, 각 픽셀을 전체적으로 반사 상태 또는 비반사 상태로 만든다.

도 1에 도시된 부분의 픽셀 어레이는 인접한 두 개의 간섭계 변조기(12a, 12b)를 포함한다. 좌측에 있는 간섭계 변조기(12a)에서는, 이동가능한 반사 층(14a)이 부분적으로 반사하는 반사층을 포함하는 광학 스택(16a)으로부터 소정의 거리를 두고 배치된 해방 위치에 있는 것이 도시되어 있다. 우측에 있는 간섭계 변조기(12b)에서는, 이동가능한 반사층(14b)이 광학 스택(16b)에 인접한 작동 위치에 있는 것이 도시되어 있다.

광학 스택(16a, 16b)[이를 총괄하여 표현할 때는 "광학 스택(16)"이라고 한다]은, 본 명세서에서 언급하고 있는 바와 같이, 통상적으로 몇 개의 층을 결합시킨 것이며, 이러한 층에는 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 전극층, 크롬 등의 부분 반사 특성을 갖는 층, 및 투명 유전체 등이 포함될 수 있다. 따라서, 광학 스택(16)은, 전기적으로 도전성을 띠며, 부분적으로 투명하고, 부분 반사 특성을 가지고 있으며, 예컨대 투명 기판(20) 상에 상기 언급한 층들 중 하나 이상을 적층시킴으로써 제조될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 이들 층을 패턴화하여 평행한 스트립으로 만들고, 이하에서 설명하는 바와 같이, 디스플레이 기기의 수평 전극(row electrodes)을 형성해도 된다. 이동가능한 반사층(14a, 14b)은, 포스트(18)와 이 포스트들 사이에 개재된 희생 재료의 표면에 적층된 하나 또는 둘 이상의 금속층[광학 스택(16a, 16b)의 수평 전극에 직교]으로 된 일련의 평행한 스트립으로 형성될 수 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동가능한 반사층(14a, 14b)이 광학 스택(16a, 16b)으로부터 미리 정해진 갭(19)에 의해 분리된다. 이동가능한 반사층(14)은 알루미늄과 같이 도전성과 반사성이 높은 재료를 이용하여 형성할 수 있고, 이것의 스트립은 디스플레이 기기의 수직 전극(column electrodes)을 형성할 수 있다.

전압이 인가되지 않으면, 이동가능한 반사층(14a)과 광학 스택(16a)의 사이에 캐비티(19)가 그대로 유지되어, 도 1의 픽셀(12a)로서 나타낸 바와 같이, 이동가능한 반사층(14a)이 기계적으로 해방된 상태로 있게 된다. 그러나, 선택된 수평열과 수직열에 전위차가 인가되면, 해당하는 픽셀에서 수평 전극과 수직 전극이 교차하는 지점에 형성되는 커패시터가 충전되고, 이에 의하여 생기는 정전기력에 의해 이들 전극이 서로 끌어당기게 된다. 전압이 충분히 높다면, 이동가능한 반사층(14)이 변형되어, 광학 스택(16)에 접촉할 정도로 밀고 들어가게 된다. 광학 스택(16) 내의 유전체 층(도 1에는 도시하지 않음)에 의해, 도 1의 우측에 있는 픽셀(12b)에서 나타낸 바와 같이, 단락을 방지하고, 이동가능한 반사층(14)과 광학 스택(16) 사이의 이격 거리를 제어할 수 있다. 이러한 작용은 인가된 전위차의 극성에 관계없이 동일하다. 이러한 방식으로, 픽셀의 반사 상태와 비반사 상태를 제어할 수 있는 수평열/수직열 작동은, 종래의 액정 디스플레이(LCD) 등의 디스플레이 기술에서 사용되었던 방식과 여러 가지 면에서 유사하다.

도 2 내지 도 5는 디스플레이 응용분야에서 간섭계 변조기의 어레이를 이용하기 위한 방법 및 시스템의 일례를 보여준다.

도 2는 본 발명의 여러 특징을 구현할 수 있는 전자 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 본 실시예에서는, 전자 기기가 프로세서(21)를 포함한다. 이 프로세서(21)는, ARM, Pentium(등록상표), Pentium II(등록상표), Pentium III(등록상표), Pentium IV(등록상표), Pentium Pro(등록상표), 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표) 등과 같은 범용의 단일 칩 또는 멀티 칩 마이크로프로세서, 또는 디지털 신호 처리기, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같은 특정 목적의 마이크로프로세서로 할 수 있다. 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세서는, 운영 체제를 실행시키는 것 외에도, 웹 브라우저, 전화 응용프로그램, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 응용프로그램을 포함하여, 하나 이상의 소프트웨어 응용프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.

일실시예에서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성되어 있다. 일실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 패널 또는 디스플레이 어레이(디스플레이)(30)에 신호를 제공하는 수평열 구동 회로(24) 및 수직열 구동 회로(26)를 포함한다. 도 2에서 선 1-1을 따라 절단한 어레이의 단면도를 나타낸 것이 도 1이다. 미소 기전 시스템(MEMS)의 간섭계 변조기에 대한 수평열/수직열 작동 프로토콜은, 도 3에 도시된 기기의 히스테리시스(hysteresis) 특성을 이용할 수 있다. 이동가능한 층을 해방 상태에서 작동 상태로 변형시키기 위해, 예컨대 10볼트의 전위차를 필요로 할 수 있다. 그러나, 전압이 그 값으로부터 감소하는 경우, 전압이 10볼트 이하로 떨어지더라도 이동가능한 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 실시예에서, 이동가능한 층은 전압이 2볼트 밑으로 떨어질 때까지는 완전히 해방되지 않는다. 따라서, 기기가 해방 상태 또는 작동 상태 중 어느 하나의 상태에서 안정되는 인가 전압 영역이 존재하는 전압의 범위가 있다. 도 3에서는 약 3~7볼트가 예시되어 있다. 이것을 본 명세서에서는 "히스테리시스 영역" 또는 "안정 영 역"이라고 한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 갖는 디스플레이 어레이의 경우, 수평열/수직열 작동 프로토콜은, 수평열 스트로브가 인가되는 동안에 스트로브가 인가된 수평열에 있는 픽셀들 중에서, 작동되어야 픽셀은 약 10볼트의 전압차를 받고, 해방되어야 할 픽셀은 0(영) 볼트에 가까운 전압차를 받도록 설계될 수 있다. 스트로브를 인가한 후에는, 픽셀이 수평열 스트로브에 의해 어떠한 상태가 되었든지 간에 그 상태가 유지되도록 약 5볼트의 정상 상태 전압차(steady state voltage difference)를 받는다. 각각의 픽셀은, 기록된 후에, 본 실시예에서 전위차가 3~7볼트인 "안정 영역"의 범위 내에 있는 것으로 판단한다. 이러한 구성으로 인해, 기존의 작동 상태 또는 해방 상태 중 어느 하나의 상태에서 동일하게 인가된 전압 조건하에서, 도 1에 도시된 픽셀 설계가 안정적으로 된다. 간섭계 변조기의 각 픽셀은, 작동 상태로 있든 해방 상태로 있든, 본질적으로 고정된 반사층과 이동하는 반사층에 의해 형성되는 커패시터이기 때문에, 이 안정된 상태는 히스테리시스 영역 내의 전압에서 거의 전력 낭비 없이 유지될 수 있다. 인가 전위가 일정하면, 기본적으로 전류는 픽셀에 유입되지 않는다.

전형적인 응용예로서, 첫 번째 수평열에 있는 작동된 픽셀의 소정 세트의 픽셀에 따라 수직열 전극의 세트를 어서팅(asserting)함으로써 디스플레이 프레임이 생성될 수 있다. 그런 다음, 수평열 펄스를 수평열 1의 전극에 인가하여, 어서트된 수직열 라인에 대응하는 픽셀들을 작동시킨다. 그 후, 수직열 전극의 어서트된 세트가 두 번째 수평열에 있는 작동된 픽셀의 소정 세트에 대응하도록 변경된다. 그런 다음, 펄스를 수평열 2의 전극에 인가하여, 어서트된 수직열 전극에 따라 수 평열 2에서의 해당하는 픽셀을 작동시킨다. 수평열 1의 픽셀들은 수평열 2의 펄스에 영향을 받지 않고, 수평열 1의 펄스 기간 동안 설정되었던 상태를 유지한다. 이러한 동작을 일련의 수평열 전체에 대해 순차적으로 반복하여 프레임을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이러한 프레임은 초당 소정 수의 프레임에 대해 상기 처리를 연속적으로 반복함으로써 새로운 디스플레이 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 픽셀 어레이의 수평열 전극 및 수직열 전극을 구동하여 디스플레이 프레임을 생성하기 위한 많은 다양한 프로토콜이 잘 알려져 있고, 이것들을 본 발명과 관련하여 사용할 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 2의 3×3 어레이에서 디스플레이 프레임을 생성하기 위한 작동 프로토콜의 예를 나타낸 것이다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 나타내는 픽셀에 사용될 수 있는 수직열 전압 레벨 및 수평열 전압 레벨 세트의 예를 보여준다. 도 4의 실시예에서, 픽셀을 작동시키기 위해, 해당 수직열은 -V_bias로 설정하고 해당 수평열은 +ΔV로 설정하며, 이들 수직열과 수평열의 전압은 각각 -5볼트와 +5볼트로 할 수 있다. 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당 수직열은 +V_bias로 설정하고 해당 수평열은 동일한 값의 +ΔV로 설정하여, 픽셀에 걸리는 전위차가 0(영)볼트가 되도록 한다. 수평열의 전압이 0(영)볼트로 유지되는 수평열에서는, 수직열이 +V_bias이든 -V_bias이든 관계없이, 픽셀이 원래 어떤 상태이었든지 간에 그 상태에서 안정된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 언급한 것과 반대의 극성을 갖는 전압을 이용할 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 예컨대, 픽셀의 작 동은, 해당 수직열을 +V_bias로 설정하고, 해당 수평열을 -ΔV로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당 수직열을 -V_bias로 설정하고, 해당 수평열을 동일한 -ΔV로 설정하여, 픽셀에 걸리는 전위차가 0볼트가 되도록 한다.

도 5b는 도 2의 3×3 어레이에 부여되는 일련의 수평열 신호 및 수직열 신호를 타이밍도로 나타낸 것이며, 도 2의 3×3 어레이는, 결과적으로, 작동된 픽셀이 비반사성인 것을 나타내는 도 5a의 디스플레이 배열이 될 것이다. 도 5a에 도시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀은 어떤 상태로 되어 있어도 무방하다. 본 예에서는, 모든 수평열이 0(영)볼트이고, 모든 수직열이 +5볼트이다. 이러한 인가 전압으로, 모든 픽셀은 자신들의 원래의 작동 상태 또는 해방 상태로 안정되어 있다.

도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3)의 픽셀이 작동된다. 이를 구현하기 위해, 수평열 1에 대한 "라인 시간" 동안, 수직열 1과 수평열 2는 -5볼트로 설정되고, 수직열 3은 +5볼트로 설정된다. 모든 픽셀들이 3~7볼트의 안정 영역 내에 있기 때문에, 어떤 픽셀의 상태도 변경되지 않는다. 그런 다음, 수평열 1에 대하여, 0볼트에서 최대 5볼트까지 상승한 후 다시 0볼트로 되돌아가는 펄스를 가진 스트로브가 인가된다. 이것은 (1,1) 및 (1,2)의 픽셀을 작동시키고, (1,3)의 픽셀을 해방시킨다. 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수평열 2를 원하는 대로 설정하기 위해, 수직열 2를 -5볼트로 설정하고, 수직열 1 및 수직열 3은 +5볼트로 설정한다. 동일한 스트로브를 수평열 2에 인가하면, (2,2)의 픽셀이 작동되고, (2,1) 및 (2,3)의 픽셀이 해방된다. 여전히, 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수직열 2 및 수직열 3을 -5볼트로 설정하고 수직열 1을 +5볼트로 설정함으로써, 수평열 3도 마찬가지의 방법으로 설정될 수 있다. 수평열 3에 대한 스트로브로 인해 수평열 3의 픽셀들도 도 5a에 도시된 바와 같이 설정된다. 프레임을 기록한 후에, 수평열 전위는 0(영)이고, 수직열 전위는 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있으므로, 디스플레이는 도 5a의 배열로 안정된다. 동일한 과정이 수십 또는 수백 개의 수평열 및 수직열로 된 어레이에 대해서도 적용될 수 있다는 것은 잘 알 수 있을 것이다. 또한, 수평열 및 수직열의 작동을 위해 사용되는 전압의 타이밍, 순서 및 레벨은 위에서 설명한 전반적인 원리 내에서 다양하게 변경될 수 있고, 상술한 예는 예시에 불과하고, 임의의 구동 전압 방법을 본 발명에 적용하여도 무방하다.

도 6a 및 도 6b는 디스플레이 기기(40)의 실시예를 나타내는 시스템 블록도이다. 디스플레이 기기(40)는, 예컨대 셀룰러폰 또는 모바일 전화기일 수 있다. 그러나, 디스플레이 기기(40)와 동일한 구성품이나 약간 변형된 것도, 텔레비전이나 휴대용 미디어 플레이어와 같은 여러 가지 형태의 디스플레이 기기의 예에 해당한다.

디스플레이 기기(40)는, 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 마이크로폰(46), 및 입력 기기(48)를 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형이나 진공 성형을 포함하여 해당 기술분야에서 잘 알려진 여러 가지 제조 공정 중 어느 것에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 하우징(41)은, 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하여 여러 가지 재료 중 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 일실시예에서, 하우징(41)은 분리가능한 부분(도시되지 않음)을 포함하고, 이 분리가능한 부분은 다른 색깔이나 다른 로고, 그림 또는 심볼을 가진 다른 분리가능한 부분으로 교체될 수 있다.

본 예의 디스플레이 기기(40)의 디스플레이(30)는, 여기서 개시하는 바와 같이, 쌍안정(bi-stable) 디스플레이를 포함하여, 여러 가지 디스플레이 중 어느 것이어도 무방하다. 다른 실시예에서, 디스플레이(30)는, 상술한 바와 같은, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD 등과 같은 평판 디스플레이와, 해당 기술분야에서 당업자에게 잘 알려진 바와 같은, CRT나 다른 튜브 디스플레이 기기 등과 같은 비평판 디스플레이(non-flat-panel display)를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명하기 위해, 디스플레이(30)는 여기서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.

예시된 디스플레이 기기(40)의 일실시예에서의 구성요소가 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예의 디스플레이 기기(40)는 하우징(41)을 포함하고, 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치될 수 있는 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 본 예의 디스플레이 기기(40)가 송수신기(47)와 연결된 안테나(43)를 구비하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함할 수 있다. 송수신기(47)는 프로세서(21)에 연결되어 있고, 프로세서(21)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결되어 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 고르게 하도록(예컨대, 신호를 필터링하도록) 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드 웨어(52)는 스피커(45)와 마이크로폰(46)에 연결되어 있다. 프로세서(21)는 입력 기기(48)와 드라이버 컨트롤러(29)에도 연결되어 있다. 드라이버 컨트롤러(29)는 프레임 버퍼(28)와 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있고, 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(30)에 연결되어 있다. 전원(50)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 특정 설계에 따라 요구되는 모든 구성요소에 전력을 공급한다.

네트워크 인터페이스(27)는 예시된 디스플레이 기기(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 기기들과 통신할 수 있도록 하기 위한 안테나(43)와 송수신기(47)를 포함한다. 일실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 부담을 경감하기 위해 어느 정도의 처리 능력을 가질 수도 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하는 것으로서, 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 어떠한 안테나라도 무방하다. 일실시예에서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하여 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시예에서, 안테나는 블루투스 (BLUETOOTH) 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 셀 방식의 휴대 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 셀폰(cell phone) 네트워크를 통한 통신에 사용되는 공지의 다른 신호를 수신하도록 설계된다. 송수신기(47)는 안테나(43)로부터 제공되는 신호를 수신하여 전처리함으로써, 프로세서(21)가 이 신호를 수신하여 처리할 수 있도록 한다. 또한, 송수신기(47)는 프로세서(21)로부터 수신한 신호를, 안테나(43)를 통해 본 예의 디스플레이 기기(40)로부터 전송될 수 있도록 처리한다.

다른 실시예에서, 송수신기(47)는 수신기로 대체할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 네트워크 인터페이스(27)는, 프로세서(21)에 전송할 이미지 데이터를 저장 또는 생성할 수 있는 이미지 소스로 대체될 수 있다. 예컨대, 이미지 소스는 이미지 데이터를 담고 있는 DVD나 하드디스크 드라이브도 가능하고, 이미지 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈도 가능하다.

프로세서(21)는 일반적으로 본 예의 디스플레이 기기(40)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는, 네트워크 인터페이스(27)나 이미지 소스로부터, 압축된 이미지 데이터 등을 수신하고, 이 수신한 이미지 데이터를, 본래의 이미지 데이터로 처리하거나, 또는 본래의 이미지 데이터로 용이하게 처리될 수 있는 포맷으로 가공한다. 그런 다음, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 컨트롤러(29) 또는 저장을 위한 프레임 버퍼(28)로 보낸다. 전형적으로, 본래의 데이터는 이미지 내의 각 위치에 대한 이미지 특성을 나타내는 정보를 말한다. 예컨대, 그러한 이미지 특성은 컬러, 채도, 그레이 스케일 레벨을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 프로세서(21)는, 마이크로컨트롤러, CPU 또는 논리 유닛을 포함하여, 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어한다. 일반적으로, 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 스피커(45)로 신호를 보내고 마이크로폰(46)으로부터 신호를 받기 위해, 증폭기와 필터를 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시된 디스플레이 기기(40) 내의 별도의 구성요소일 수도 있고, 또는 프로세서(21)나 다른 구성요소 내에 통합되어 있을 수도 있다.

드라이버 컨트롤러(29)는 프로세서(21)에 의해 생성된 본래의 이미지 데이터를 이 프로세서(21)로부터 직접 또는 프레임 버퍼(28)로부터 받아서, 이를 어레이 드라이버(22)에 고속으로 전송하기에 적합한 포맷으로 재구성한다. 구체적으로 말하면, 드라이버 컨트롤러(29)는, 디스플레이 어레이(30)의 전역에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가지도록 본래의 이미지 데이터를 래스터(raster)와 같은 포맷을 가진 데이터 흐름으로 재구성한다. 그런 다음, 드라이버 컨트롤러(29)는 재구성된 정보를 어레이 드라이버(22)로 보낸다. 종종 액정 디스플레이의 컨트롤러 등과 같은 드라이버 컨트롤러(29)가 독립형 집적 회로(stand-alone IC)로서 시스템 프로세서(21)와 통합되기도 하지만, 이러한 컨트롤러는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 이러한 컨트롤러는 프로세서(21)에 하드웨어로서 또는 소프트웨어로서 내장될 수도 있고, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수도 있다.

전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 드라이버 컨트롤러(29)로부터 재구성된 정보를 받아서, 비디오 데이터를, 디스플레이의 x-y 행렬의 픽셀들로부터 이어져 나오는 수백 때로는 수천 개의 리드선에 초당 수 회에 걸쳐 인가되는 병렬의 파형 세트로 변환한다.

일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 기술한 어떠한 형태의 디스플레이에 대해서도 적합하다. 예컨대, 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 종래의 디스플레이 컨트롤러 또는 쌍안정 디스플레이 컨트롤러(예컨대, 간섭계 변조기 컨트롤러)이다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예컨대, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29) 는 어레이 드라이버(22)와 통합되어 있다. 그러한 예는 셀룰러폰, 시계 및 다른 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에서는 일반적인 것이다. 또 다른 실시예에서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예컨대, 간섭계 변조기 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.

입력 기기(48)는 사용자로 하여금 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어할 수 있도록 한다. 일실시예에서, 입력 기기(48)는 쿼티(QWERTY) 키보드나 전화기 키패드 등의 키패드, 버튼, 스위치, 터치 스크린, 압력 또는 열 감지 멤브레인을 포함한다. 일실시예에서, 마이크로폰(46)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 입력 기기이다. 기기에 데이터를 입력하기 위해 마이크로폰(46)이 사용되는 경우에, 사용자가 음성 명령을 제공하여 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하는 것이 가능하다.

전원(50)은 해당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 에너지 저장 기기를 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 전원(50)은 니켈-카드뮴 전지나 리튬-이온 전지와 같은 재충전가능한 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 재생가능한 에너지원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지와 태양 전지 도료를 포함하는 태양 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 콘센트로부터 전력을 공급받도록 구성된다.

몇몇 구현예에서는, 상술한 바와 같이, 전자 디스플레이 시스템 내의 여러 곳에 위치될 수 있는 드라이버 컨트롤러의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수 있다. 어떤 경우에는, 어레이 드라이버(22)의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수도 있다. 해당 기술분야의 당업자라면 임의의 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구 성요소로도 상술한 최적화 상태를 구현할 수 있고, 또 여러 가지 다양한 구성으로 구현할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

상기 설명한 원리에 따라 동작하는 간섭계 변조기의 구조에 대한 상세는 매우 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 7a-7e는 이동가능한 반사층(14)과 이 반사층을 지지하는 구조체에 관한 5개의 실시예를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시예로서, 금속 재료(14)의 스트립이, 이 스트립에 대해 직각으로 연장되어 있는 지지대(18)상에 형성된 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 7b에서는, 이동가능한 반사층(14)이 연결부(32)에 의해 그 코너에서만 지지대에 부착되어 있다. 도 7c에서, 이동가능한 반사층(14)은, 구부러지기 쉬운 금속으로 이루어질 수 있는 변형가능한 층(34)에 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은, 이 층(34)의 주위 둘레에 있는 투명 기판(20)에 직접 또는 간접으로 연결되어 있다. 변형가능한 층과 투명 기판 간의 연결부를, 본 명세서에서는 지지 포스트(support post)라고 한다. 도 7d에 도시한 실시예는 지지 포스트 플러그(42)를 구비하고 있는데, 이 지지 포스트 플러그상에 변형가능한 층(34)이 위치한다. 이동가능한 반사층(14)은, 도 7a-7c에 도시된 바와 같이, 캐비티의 위에 매달려 있는 상태를 유지하고 있지만, 변형가능한 층(34)은 광학 스택(16)과의 사이에 있는 틈을 채우고 있기 때문에, 지지 포스트를 형성하지 않는다. 그 대신에, 지지 포스트(18)는 지지 포스트 플러그(42)를 형성하는데 이용되는 평탄화 재료로 이루어진다. 도 7e에 도시된 실시예는, 도 7d에 도시된 실시예에 기초하고 있지만, 도 7a-7c에 도시된 실시예뿐만 아니라 도시되지 않은 다른 실시예의 어떤 것과 동일한 작용을 하도록 구성될 수 있다. 도 7e 에 도시된 실시예에서는, 금속 또는 그외 다른 도전성 재료로 된 여분의 층을 이용하여, 버스 구조체(44)를 형성하고 있다. 이러한 구성에 의하여, 신호가 간섭계 변조기의 후면을 통해 이동할 수 있게 되어, 그렇지 않았다면 기판(20)상에 형성했어야 하는 많은 전극을 제거할 수 있다.

도 7에 도시된 것과 같은 실시예에서, 간섭계 변조기는 직시형 기기(direct-view devices)로서 작용한다. 이러한 직시형 기기에서는, 이미지를 투명 기판(20)의 정면에서 보게 되고, 그 반대쪽 면에 간섭계 변조기가 배치된다. 이러한 실시예에서, 반사층(14)은, 이 반사층의 기판(20)과 대향하는 쪽의 면에 있는 간섭계 변조기의 몇몇 부분을 광학적으로 차폐시킨다. 이러한 몇몇 부분에는 변형가능한 층(34)과 버스 구조체(44)가 포함된다. 이러한 구성에 의하면, 차폐된 영역이 이미지의 품질에 부정적인 영향을 미치지 않도록 구성되어 동작할 수 있다. 이러한 분리가능한 변조기 구조에 의해, 광학 변조기의 전기 기계적 특징 및 광학적 특징을 발휘하도록 이용되는 구조적인 설계 및 재료가, 서로 영향을 미치지 않도록 선택되어 기능하도록 한다. 또한, 도 7c-7e에 도시된 실시예는, 반사층(14)의 광학적 특성을 반사층의 기계적 특성으로부터 분리시킴으로써 추가의 장점을 갖는다. 이러한 분리는 변형가능한 층(34)에 의해 이루어진다. 이러한 구성에 의하면, 반사층(14)에 이용되는 구조적 설계 및 재료를 반사층의 광학적 특성에 대해 최적화되도록 할 수 있으며, 변형가능한 층(34)에 대해 이용되는 구조적 설계 및 재료를 바람직한 기계적 특성에 대해 최적화되도록 할 수 있다.

도 1과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 간섭계 변조기(12)[즉, 간섭계 변 조기(12a, 12b)]는, 미러(14)[즉, 미러(14a, 14b)]와 미러(16)[즉, 미러(16a, 16b)] 사이에 형성되는 광학 캐비티를 포함한다. 이 광학 캐비티의 특징적 거리, 즉 유효한 광학 경로 길이(effective optical path length) d에 의하여, 광학 캐비티, 즉 간섭계 변조기(12)의 공진 파장(resonant wavelength)이 결정된다. 간섭계 변조기(12)의 가시적인 피크 공진 파장 λ는, 간섭계 변조기(12)에 의해 반사되는 광의 인지가능한 컬러에 대응하는 것이 일반적이다. 수학적으로, 공진의 경우에, 광학 경로 길이 d는, 1/2 Nλ가 되는데, 여기서 N은 정수이다. 따라서, 소정의 공진 파장 λ는, 1/2λ(N=1), λ(N=2), 3/2λ(N=3) 등의 광학 경로 길이를 갖는 간섭계 변조기(12)에 의해 반사된다. 정수 N은, 반사된 광의 간섭 차수를 나타내는 것으로 할 수 있다. 본 명세서에서 사용하고 있는 바와 같이, 간섭계 변조기(12)의 차수는, 미러(14)가 적어도 하나의 위치에 있을 때, 간섭계 변조기(12)에 의해 반사되는 광의 차수 N을 의미한다. 예를 들어, 제1 차수의 적색 간섭계 변조기(12)는, 대략 650nm의 파장 λ에 대응하는, 대략 325nm의 광학 경로 길이 d를 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 차수의 적색 간섭계 변조기(12)는 대략 650nm의 광학 경로 길이 d를 가질 수 있다.

일실시예에서, 광학 경로 길이 d는, 간섭계 변조기의 광학 캐비티를 형성하는 반사층들 사이의 거리와 실질적으로 동일하다. 반사층들 사이의 공간은 굴절률이 대략 1인 기체(예컨대, 공기)만으로 이루어져 있으며, 유효한 광학 경로 길이는 반사층들 사이의 거리와 실질적으로 동일하다. 일실시예에서, 광학 경로에는 유전체 물질로 된 층이 있다. 이러한 유전체 물질은 통상적으로 1을 넘는 굴절률을 갖 는다. 이러한 실시예에서, 광학 캐비티는, 반사층들 사이의 거리와, 유전체층의 두께 및 굴절률, 또는 반사층들 사이에 있을 수 있는 임의의 다른 층의 두께 및 굴절률을 선택함으로써 바람직한 광학 경로 길이를 갖도록 형성된다. 예를 들어, 광학 캐비티가 에어갭 외에 추가로 유전체층을 포함하는 실시예의 경우, 광학 경로 길이 d는 d₁n₁+d₂n₂이다. 여기서, d₁은 유전체층의 두께이며, n₁은 유전체층의 굴절률이고, 마찬가지로, d₂는 에어갭의 두께이며, n₂는 에어갭의 굴절률이다.

또한, 일실시예에서, 작동 위치에서, 이동가능한 반사층은 고정된 반사층에 충분히 근접해 있기 때문에, 임의의 유전체층을 고려한 광학 경로 길이 d가 충분히 작게 됨으로써, 간섭의 영향은 무시할 수 있을 정도가 된다. 따라서, 간섭계 변조기(12)는, 예컨대 백색 광과 같이, 입사하는 가시광의 모든 컬러를 실질적으로 반사하는 미러로서 작용한다. 임의의 특정 이론을 들지 않더라도, 가시 대역에서의 광학적 공진에 대해서 광학 경로 길이 d가 너무 작기 때문에, 광대역의 미러 효과가 생긴다. 따라서, 이 실시예에서의 반사층(14)은 가시광에 대한 반사 표면으로서 작용할 뿐이다.

일반적으로, 간섭계 변조기(12)는, 파장을 강도(intensity)에 대해 그래프로 작성하면, 하나 이상의 스펙트럼 피트(spectral peak)를 갖는 광을 반사한다. 간섭계 변조기(12)에 의해 생성된 광의 인지가능한 컬러는, 가시 스펙트럼 내에서 간섭계 변조기(12)의 피크들의 수, 위치 및 스펙트럼 폭에 따라 달라진다. 이러한 피크들의 폭은, 반사된 광의 강도의 반치(半値)(half maximum)에서의 피크의 전 폭(full width), 예컨대, 반치전폭(full width at half maximum)이라는 특징을 가질 수 있다. 일반적으로, 높은 차수의 간섭계 변조기(12)는, 더 좁은 범위의 파장, 예컨대, 더 좁은 피크 또는 더 높은 "Q" 값을 갖는 파장에서 광을 반사함으로써, 더욱 포화도에 도달한(more saturated) 컬러의 광을 생성하게 된다. 컬러 픽셀을 구비하는 간섭계 변조기(12)의 포화도는, 디스플레이의 컬러 재현 범위(color gamut) 및 화이트 포인트(white point) 등의 디스플레이의 특성에 영향을 미친다. 예를 들어, 제2 차수의 간섭계 변조기(12)를 이용하는 디스플레이가, 동일한 일반 컬러의 광을 반사하는 제1 차수의 간섭계 변조기를 포함하는 디스플레이와 동일한 화이트 포인트 또는 컬러 밸런스를 갖도록 하기 위하여, 제2 차수의 간섭계 변조기(12)는 중앙 피크의 광 파장이 상이하도록 선택될 수 있다.

간섭계 변조기(12)를 이용하여 디스플레이를 설계함에 있어서, 간섭계 변조기(12)는 반사된 광의 컬러 포화도를 증가시키도록 형성될 수 있다. 포화도(saturation)는 광 출력의 파장 범위의 좁은 정도를 의미한다. 포화도가 높은 색조(hue)는 선명하고 강렬한 색상을 가지며, 포화도가 낮은 색조는 약하고 흐리게 보인다. 예를 들어, 매우 좁은 범위의 파장을 생성하는 레이저는, 높은 포화도의 광을 생성한다. 이와 반대로, 통상적인 백열광 전구는 포화도가 저하된 적색 컬러 또는 청색 컬러를 가질 수 있는 백색 컬러를 생성한다. 일실시예에서, 간섭계 변조기(12)는, 반사된 컬러 광의 포화도를 증가시키기 위하여, 더 높은 차수, 예컨대, 2차 또는 3차의 간섭에 대응하는 광학 경로 길이 d로 형성된다.

디스플레이 어레이(30)의 일실시예에서, 각각의 픽셀은 하나 이상의 컬러 변 조기(12)를 포함하는데, 이러한 컬러 변조기는, 예를 들어, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 반사하도록 구성된 변조기, 및 백색 광을 반사하도록 구성된 하나 이상의 "백색" 변조기(12)이다. 이러한 실시예에서, 적색, 녹색 및/또는 청색 변조기(12)로부터의 광은, 이들 각각의 상태에서, 컬러 광을 출력하도록 조합된다. 백색 변조기(12)로부터의 광은, 백색 또는 그레이 광을 출력하는데 이용될 수 있다. 컬러와 조합하여 백색을 이용하면, 픽셀의 밝기 또는 강도를 증가시킬 수 있다.

디스플레이의 화이트 포인트는 일반적으로 회색(그레이 또는 무색)인 것으로 간주되는 색조이다. 디스플레이 기기의 화이트 포인트는, 특정의 온도에서 흑체(black body)로부터 방출되는 광("흑체 복사")의 스펙트럼 정보와 기기에 의해 생성되는 백색 광의 비교에 기초하여 특징지을 수 있다. 흑체 복사체는, 물체에 입사하는 모든 광을 흡수하고, 흑체의 온도에 종속하는 스펙트럼으로 광을 재방출하는 이상적인 물체이다. 예를 들어, 6,5000°K의 온도에서의 흑체 스펙트럼은, 6,5000°K의 컬러 온도를 가진 백색 광으로서 간주할 수 있다. 이러한 컬러 온도 또는 대략 5,000°K-10,000°K의 화이트 포인트는 일반적으로 일광(햇빛)이 된다.

International Commission on Illumination(국제조명위원회)는, 표준화된 광원의 화이트 포인트를 발표한다. 예를 들어, 광원을 나타내는 "d"는 일광을 의미한다. 특히, 5,500°K, 6,500°K 및 7,500°K의 컬러 온도와 관련되어 있는 표준 화이트 포인트(D₅₅, D₆₅, D₇₅)는, 일광 화이트 포인트(daylight white point)이다.

디스플레이 디바이스는, 백색 광의 화이트 포인트가 디스플레이에 의해 생성 된다는 특징을 갖는다. 다른 광원으로부터의 광과 관련하여, 디스플레이의 인간 인지력은 디스플레이로부터의 백색 광의 인지에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 예를 들어, 낮은 화이트 포인트(예컨대, D55)를 갖는 디스플레이 또는 광원은, 관찰자에게 황색으로 보일 수 있다. 더 높은 온도의 화이트 포인트(예컨대, D75)를 갖는 디스플레이는, 사용자에게 "더 차가운" 색 또는 더 파란 색을 갖는 것으로 보일 수 있다. 사용자는 일반적으로 더 높은 온도의 화이트 포인트를 갖는 디스플레이에 더 호감을 나타낸다. 따라서, 디스플레이의 화이트 포인트를 제어하면, 관찰자의 디스플레이에 대한 응답을 어느 정도 바람직하게 제어할 수 있다. 간섭계 변조기 어레이(30)의 실시예는, 하나 이상의 예상가능한 조명 조건하에서, 표준화된 화이트 포인트에 부합하도록 선택되는 화이트 포인트를 생성하도록 구성될 수 있다.

각각의 픽셀에 대하여 하나 이상의 간섭계 변조기(12)를 포함함으로써, 픽셀 어레이(30)에 의해 백색 광이 생성될 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 픽셀 어레이(30)는, 적색, 녹색, 및 청색 간섭계 변조기(12)의 그룹으로 된 픽셀을 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 간섭계 변조기(12)의 컬러는, d=1/2Nλ의 관계를 이용하여 광학 경로 길이 d를 선택함으로써, 선정될 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(30) 내의 각각의 픽셀에 의해 생성되는 컬러의 밸런스 또는 상대적 비율은, 각각의 간섭계 변조기(12), 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 간섭계 변조기(12)의 상대적인 반사 영역에 의해 추가로 영향을 받을 수 있다. 또한, 간섭계 변조기(12)는 입사 광을 선택적으로 반사하기 때문에, 간섭계 변조기(12)의 픽셀 어레이(30)로부터 반사되는 광의 화이트 포인트는, 일반적으로 입사 광의 스펙트럼 특징에 의존한다. 일실시예에서, 반사된 광의 화이트 포인트는 입사 광의 화이트 포인트와 상이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 픽셀 어레이(30)는, D65의 일광에서 이용될 때, D75의 광을 반사하도록 구성될 수 있다.

일실시예에서, 픽셀 어레이(30) 내의 간섭계 변조기(12)의 거리 d 및 영역은, 픽셀 어레이(30)에 의해 생성되는 백색 광이, 예상되는 조명 조건, 예컨대 일광, 형광, 또는 픽셀 어레이(30)를 조명하도록 배치된 순광(front light)으로부터 특정의 표준화된 백색 광에 대응하도록 선택된다. 예를 들어, 픽셀 어레이(30)의 화이트 포인트는, 특정의 조명 조건하에서, D₅₅, D₆₅ 또는 D₇₅가 되도록 선택될 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(30)에 의해 반사되는 광은, 예상되는 또는 설정된 광원의 광과 상이한 화이트 포인트를 가질 수 있다. 예를 들어, 특정의 픽셀 어레이(30)는, D65 일광하에서 보는 경우에, D75의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 말하면, 디스플레이의 화이트 포인트는, 디스플레이, 예컨대 순광으로 설정된 조명원을 기준으로, 또는 특정의 가시 상태를 기준으로 해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는, 백열, 형광 또는 자연 광원 등의 예상가능한 또는 통상적인 조명원하에서 볼 때, 선택된 화이트 포인트, 예컨대 D55, D65 또는 D75의 화이트 포인트를 갖도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 손으로 들고다닐 수 있는 기기에 사용하기 위한 디스플레이는, 예컨대 일광 조건하에서 볼 때, 선택된 화이트 포인트를 갖도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 사무실 환경에서 사용하기 위한 디 스플레이는, 통상적인 사무실 형광으로 조명될 때, 선택된 화이트 포인트, 예컨대 D75의 화이트 포인트를 갖도록 구성될 수 있다. 여러 실시예에서, 간섭계 변조기(12)의 상이한 거리 d와 영역은, 상이한 가시 환경을 위한 다른 표준화된 화이트 포인트 설정을 생성하도록 선택될 수 있다. 또한, 적색, 녹색 및 청색 간섭계 변조기(12)는, 반사된 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 상대적인 밸런스, 따라서 반사된 광의 화이트 포인트를 추가로 변경하기 위해 상이한 양의 시간 동안 반사 상태 또는 비반사 상태에 있도록 제어될 수 있다. 일실시예에서, 각각의 컬러 변조기(12)의 상대적 영역의 비율은, 상이한 가시 환경에서 화이트 포인트를 제어하도록 선택될 수 있다. 일실시예에서, 광학 경로 길이 d는 하나 이상의 가시 공진 파장의 공배수(common multiple), 예컨대 적색, 녹색 및 청색의 1차, 2차 또는 3차 피크에 대응하도록 하여, 간섭계 변조기(12)가 자신의 스펙트럼 응답에서의 3개의 가시 피크에 의해 특징되는 백색 광을 반사하도록, 선택될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광학 경로 길이 d는, 생성된 백색 광이 표준화된 화이트 포인트에 대응하도록 선택될 수 있다.

예시적인 컬러 디스플레이는 적색, 녹색 및 청색 디스플레이 소자를 포함한다. 다른 컬러는, 적색, 녹색 및 청색 소자에 의해 생성되는 광의 상대적인 강도를 변경함으로써, 이러한 디스플레이에서 생성된다. 적색, 녹색 및 청색 등의 기본 컬러를 혼합하면, 사람 눈에는 다른 컬러로 보인다. 이러한 컬러 시스템에서의 적색, 녹색 및 청색의 상대적인 값은, 인간 눈의 적색, 녹색 및 청색 감지 부분의 자극을 기준으로 하여 삼색 자극 값(tristimulus value)이 될 수 있다. 특정의 디 스플레이에 의해 생성될 수 있는 컬러의 범위는, 디스플레이의 컬러 재현 범위(color gamut)라고 할 수 있다. 일반적으로, 삼원색의 포화도가 증가하면, 컬러 재현 범위, 즉 디스플레이에 의해 생성될 수 있는 컬러의 범위가 증가한다. 적색, 녹색 및 청색에 기초한 예시적인 컬러 디스플레이에 대하여 개시하고 있지만, 다른 실시예에서, 디스플레이는, 적색, 녹색 및 청색 외의 기본적인 컬러의 세트에 의하여 다른 컬러 시스템을 규정하는 컬러 세트를 갖는 간섭계 변조기(12)를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 밝게 보이는 광을 생성하는 것과 포화된 컬러를 생성하는 것(디스플레이의 컬러 재현 범위를 증가시키는 것) 사이에 절충이 존재한다. 일반적으로, 동일한 상대적인 강도의 레벨인 경우, 넓은 광 변조기의 출력 스펙트럼 피크는 좁은 것보다 더 밝게 보일 것이다. 그러나, 더 넓은 스펙트럼이 더 밝게 보이겠지만, 또는 연하고 부드러운 색, 즉 더 포화된 것으로 보이기도 할 것이다.

일실시예에서, 간섭계 변조기(12)를 포함하는 디스플레이에 의해 출력되는 광의 포화도는, 컬러 필터를 사용하여 증가된다. 특히, 이러한 디스플레이는, 간섭계 변조기(12)의 가시광 파장 응답 피크보다 더 좁은 파장 응답 피크를 갖는 광을 출력하도록 구성된 컬러 필터를 포함할 수 있다. 실시예에 의하면, 디스플레이의 가시각 의존 컬러 변이를 감소시킬 수 있는데, 광원이 간섭계 변조기(12)의 반사체(14, 16)에 대하여 미리 정해지고 일정한 위치 및 상대적인 거리에 있기 때문이다. 따라서, 간섭계 변조기(12)에 대한 광원의 위치에 기인한 컬러 변이(color shift)가 존재하는 경우, 간섭계 변조기(12)는 이러한 컬러 변이를 감소 또는 제거 하기 위해 조정될 수 있다.

도 8은, 간섭계 변조기(12)를 포함하는 디스플레이의 스펙트럼 응답을, 파장 필터를 통해 본 그래픽 도면이다. 수직축은, 백색 광에 의해 조명될 때, 파장 필터에 의해 투과된 또는 간섭계 변조기에 의해 반사되는, 간섭계 변조기로 입사하는 광의 광학적 강도의 전체 부분을 나타낸다. 트레이스(82)는, 파장 필터를 사용하지 않고 볼 때의, 간섭계 변조기(12)의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 트레이스(84)는, 파장 필터 단독의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 트레이스(86)는, 파장 필터 및 간섭계 변조기(12)를 포함하는 디스플레이의 실시예에서 반사된 광의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 트레이스(82)는 가시 스펙트럼 내의 피크가 하나이다. 트레이스(84)는 가시 스펙트럼 내에 하나의 피크를 가지는데, 트레이스(82)에 의해 형성된 피크 내에 중심이 있고, 폭이 더 좁다. 파장 필터를 통해 보는 경우, 간섭계 변조기(12)의 피크 스펙트럼 응답은 실질적으로 폭이 좁다. 특히, 트레이스(86)로 표시된 바와 같이, 파장 필터 및 간섭계 변조기의 조합된 광학 시스템의 피크 응답은, 간섭계 변조기(12) 단독의 피크 스펙트럼 응답의 폭보다 실질적으로 더 작은, 파장 필터의 피크의 폭과 유사하도록 감소되어 있다. 디스플레이의 피크 응답이 좁을수록, 컬러가 더 많이 포화되고, 컬러 재현 범위가 향상된다. 따라서, 디스플레이의 컬러 재현 범위는, 간섭계 변조기(12)의 스펙트럼 응답을 변경하지 않고 조정이 가능하다.

도 9는, 간섭계 변조기(12)를 포함하는 다른 디스플레이의 스펙트럼 응답을 파장 필터를 통해서 본 그래픽 도면이다. 수직축은, 파장 필터에 의해 투과된 또 는 간섭계 변조기에 의해 반사되는, 간섭계 변조기로 입사하는 광의 광학적 강도의 전체 부분을 나타낸다. 트레이스(82)는, 파장 필터를 사용하지 않고 본, 간섭계 변조기(12)의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 트레이스(88)는 파장 필터 단독의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 트레이스(92)는, 파장 필터 및 간섭계 변조기(12)를 포함하는 디스플레이의 실시예에서 반사된 광의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 트레이스(82)는, 가시 스펙트럼 내에 피크가 하나 있다. 트레이스(88)는, 도 8에서의 트레이스(82)에 의해 형성된 피크 내에서보다, 트레이스(82)에 의해 형성된 피크를 완전하게 중첩하지 못하며, 폭이 좁은 가시 스펙트럼 내에 단일의 피크를 포함한다. 파장 필터를 통해 보는 경우에, 간섭계 변조기(12)의 피크 스펙트럼 응답은, 도 8의 트레이스(86)로 표시된 피크 스펙트럼 응답보다 훨씬 더 좁다. 특히, 트레이스(92)로 표시된 바와 같이, 파장 필터와 간섭계 변조기를 조합한 광학 시스템의 피크 응답은, 파장 필터의 피크보다 더 좁다. 간섭계 변조기의 피크 스펙트럼 응답과 완전하게 중첩되지 않는 스펙트럼 피크를 갖는 파장을 이용하면, 도 8에 도시된 스펙트럼 특성을 가진 필터를 이용하는 것보다, 더 많이 포화된 컬러를 제공한다. 또한, 파장 필터 및 간섭계 변조기(12)에 의해 형성된 광학 시스템의 스펙트럼 응답은, 파장 필터 및 간섭계 변조기(12)의 개별적인 피크 응답들 사이가 되도록 이동된 중앙의 피크 스펙트럼 응답을 갖는다. 따라서, 이러한 필터는, 트레이스(82)로 나타낸 바와 같이, 간섭계 변조기(12)의 스펙트럼 응답에 대하여, 트레이스(92)로 나타낸 시스템의 스펙트럼 응답의 분광 형태에 대해 폭을 좁게 하는 것(narrowing)과 이동시키는 것(shifting)을 행함으로써, 디스플레이의 포화도 및 색조를 조정하도록 채택될 수 있다.

도 10은, 도 8 및 도 9에 도시된 트레이스(84, 88) 등의 트레이스로 나타낸 바와 같은 스펙트럼 응답을 갖는 파장 필터(100)의 측단면도이다. 파장 필터(100)는, 간섭계를 기반으로 하는 파장 (컬러) 필터로서의 기능을 행하는 박막 구조체(101)를 포함한다. 이 박막 구조체(101)는, 제1 부분 반사층(102), 제1 유전체층(104), 제2 부분 반사층(106), 제2 유전체층(108), 제3 부분 반사층(110), 및 기판(114)을 포함한다. 제1, 제2 및 제3 부분 반사층(102, 106, 110)은 금속으로 구성될 수 있어서, 광학적 흡수층이 될 수 있다.

일실시예에서, 박막 구조체(101)는 기판(114)에 연속 코팅으로서 도포된다. 즉, 이러한 구성은, 본 실시예에서, 박막 구조체(101) 내에 이동가능한 미러가 없기 때문에 가능하다. 기판(114)은, SiO₂, 유리, 플라스틱 또는 광을 투과시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 재료로 구성될 수 있다.

부분 반사층(102)은, 동일한 재료 또는 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 부분 반사층(102, 106, 110) 중 하나 이상은 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 부분 반사층은, 크롬, 티타늄, 몰리브덴, 금, 및 인듐 산화 주석(ITO)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 일실시예에서, 부분 반사층은 크롬으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 부분 반사층은, 질화 실리콘 등과 같은, 금속 이외의 재료로 이루어질 수 있다.

제1 유전체층(104) 및 제2 유전체층(108)은, 동일한 재료로 이루어질 수도 있고, 상이한 재료로 이루어질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 유전체층(104) 및 제2 유전체층(108) 중 적어도 하나는 투명한 산화물이다. 일실시예에서, 제1 및 제2 산화물(104, 108) 중 적어도 하나는 SiO₂로 이루어져 있다.

파장 필터의 광학적 밀도는, 상기 설명한 바와 같이 금속으로 이루어질 수 있는 부분 반사층(106)의 두께를 변경시킴으로써 변화될 수 있다. 일실시예에서, 부분 반사기는 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 그러나, 반사 특성을 갖는 것이라면 다른 적절한 재료를 사용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 부분 반사층(102, 106, 110)은, 나노적층(nanolaminate) 구조체로 이루어질 수 있다.

일실시예에서, 제1 및 제3 부분 반사층(102, 110)과, 3개의 산화물층(104, 108)은, 동일한 두께를 가지므로, 박막 구조체의 절반 부분에서, 반사되는 광이 유사하게 될 것이다. 그러나, 다른 실시예에서, 박막 구조체(101)는, 반사된 컬러와 투과된 컬러 사이의 관계에 영향을 주기 위하여, 비대칭이다.

파장 필터 구조체에서 사용되는 박막은, 낮은 온도에서 스퍼터링될 수 있기 때문에, 층들은 유리 기판뿐만 아니라 플라스틱 기판상에 사용될 수 있다. 파장 필터가 사용되는 특정의 용도에 따라, 파장 필터는 투명한 폴리머 코팅으로 피복되어, 스크래치를 방지하도록 할 수 있다.

상기 언급한 파장 필터에서의 박막의 두께 및 구성은, 파장 필터의 특성을 변조시키도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 유전체층의 두께 및 굴절률은, 박막 스 택이 컬러 필터가 되도록 조정될 수 있다. 일실시예에서, 유전체층의 두께 및 구성은, 층들이 마젠타(magenta)를 형성하도록 선택된다. 다른 실시예에서, 유전체층의 두께와 구성은, 박막 구조체가 적색, 녹색 또는 청색 대역 통과 필터로서 기능하도록 선택된다. 몇몇 실시예에서, 간섭계 변조기(12)를 구성하기 위한, 상기 언급한 것과 유사한 방식으로, 원하는 특성을 가진 필터를 생성하도록, 유전체층의 적절한 재료와 두께가 선택될 수 있다. 예를 들어, "American Institute Physics Handbook"(1972, 3rd. ed.)의 6-712에 개시된 공지된 기술 등과 같은 다른 기술을 사용할 수도 있다. 또한, 다른 방식으로 설계할 수도 있다.

상기 언급한 바와 같이, 간섭계 변조기에 기초한 파장 필터는, 파장 필터 또는 컬러 필터가 통상적으로 이용되는 넓은 범위의 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 현미경, 쌍안경, 망원경, 및 선글라스 등의 광학 기기에 이러한 필터를 포함시킬 수 있다. 특정의 실시예에서, 파장 필터(101)는, 선글라스의 렌즈 코팅으로서 사용된다. 박막 구조체의 설계에 따라, 선글라스의 컬러는 광대역 반사기 또는 무지개 빛깔의 반사기가 될 수 있다. 또한, 박막 구조체는 간섭계를 기반으로 하는 필터이기 때문에, 물체의 관찰되는 컬러가 시야각에 따라 바뀔 수 있다.

박막 구조체를 이루는 층들의 구성과, 각 층들의 두께를 조정함으로써, 렌즈의 각 면의 반사되는 컬러를 선택할 수 있다. 따라서, 선글라스의 경우에, 착용자가 보는 컬러와, 다른 관찰자가 보는 컬러는, 원하는 효과를 얻기 위해 조정될 수 있다. 특정의 실시예에서, 도 10에 도시된 박막 구조체(101)는, 선글라스 렌즈의 코팅으로서 사용된다. 일실시예에서, 유전체층(104)의 두께 및 구성은, 외부 관찰 자가 봤을 때 선글라스 렌즈에 색이 있는 것으로 보이도록 조정된다.

도 11은, 파장 필터를 포함하는 간섭계 변조기(122)의 측단면도이다. 일실시예에서, 간섭계 변조기(122)는, 기판(20)상에 형성된 광학 스택(126)의 일부로서, 박막의 파장 필터를 포함한다. 광학 스택(126)은, 부분 반사층(102), 투명한 유전체층(104), 투명한 전극(124), 부분 반사층(106), 및 유전체층(108)을 포함한다. 광학 스택(126)은, 반사층(14)에 대하여, 반사층(14)이 편향에 따라 이동할 수 있는 캐비티 영역을 형성하도록 배치된다. 일실시예에서, 반사층(14)은, 포스트(18)에 의해 기판(20)에 연결된다. 일반적으로, 간섭계 변조기(122)는, 본 명세서에 개시된 간섭계 변조기(12)의 임의의 실시예에 따른 특징을 포함할 수 있다.

유전체층(104)과 부분 반사층(102, 106)에 의하여, 간섭계 파장 필터를 이루는 광학 캐비티가 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 유전체층(104)의 두께와 구성(굴절률)은, 원하는 컬러 필터를 생성하기 위해, 부분 반사층(102)과 부분 반사층(106) 사이에 형성된 광학 캐비티의 유효한 광학 경로 길이를 변경하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 마젠타 필터(magenta filter)가 생성되도록 하는 유전 물질이 선택될 수 있다. 간섭계 기기가 녹색 광을 생성하도록 설정된 경우(파장 필터가 없는 경우)에, 마젠타 필터는 관찰자에게는 백색으로 보이도록 하기 위해 출력 광의 파장을 조정할 것이다. 다른 실시예에서는, 원하는 대로, 적색, 녹색 또는 청색 대역 통과 필터를 형성하도록 유전체층이 조정된다. 이러한 필터에서는, 원하는 파장의 광만을 기기에 대해 통과되도록 한다. 도 8 및 도 9와 관련하여 언급했던 바와 같이, 이러한 파장 필터는, 간섭계 변조기(12)에 의해 생성되는 컬러 광 의 포화도를 증가시켜서, 광학 스택(126)을 구비하는 간섭계 변조기(12)를 포함하는 디스플레이의 컬러 재현 범위를 증가시키도록 채택될 수 있다.

예를 들어, 일실시예는, 제1 차수의 녹색 스펙트럼 응답을 생성하도록 광학 경로 길이 d가 선택된 간섭계 변조기(122)를 포함한다. 이러한 간섭계 변조기(122) 내의 광학 스택(126)은, 녹색의 포화도를 증가시키도록 구성된다. 예컨대, 반사층(102)은 얇은(50-80 옹스트롬이 아니라 30 옹스트롬) 크롬층으로 이루어질 수 있다. 다른 유사한 실시예에서, 광학 스택(126)은, 간섭계 변조기(122)가 백색 광을 반사하는 구성을 갖도록, 그리고 백색 광으로 조명될 때, 마젠타 광을 출력하도록 구성될 수 있다.

광학 스택(126) 내에 파장 필터를 구비하는 간섭계 변조기 기기의 생성에는, 필터를 구비하지 않는 간섭계 변조기의 생성에 비해, 약간의 추가적인 공정 단계를 필요로 할 뿐이다. 도 11에 도시된 실시예에서, 파장 필터를 포함시키는 것은, 유전체층(104)과 부분 반사층(102)을 적층시키는 추가의 단계만을 필요로 할 뿐이다. 유전체층(104)이 유전체층(108)과 동일한 재료로 이루어져 있는 경우 및/또는 부분 반사층(102)이 부분 반사층(106)과 동일한 재료로 이루어져 있는 경우에는, 이러한 추가의 공정을 감소 또는 최소화할 수 있다.

동작과 관련된 임의의 특정한 이론을 사용하지 않고도, 반사층(14)과 반사층(106)은, 이들 사이에, 광학 경로 d₁을 갖는 제1 광학 캐비티를 형성한다. 광학 스택(126)은, 부분 반사층(106)과 부분 반사층(102) 사이의, 광학 경로 길이 d₂를 갖는 제2 광학 캐비티를 형성한다. 또한, 반사층(14)과 부분 반사층(102)은, 이들 사이에, 광학 경로 길이 d₃을 갖는 제3 광학 캐비티를 형성한다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 간섭계 변조기(12)의 출력은, 제3 광학 캐비티의 가시광 특성을 선택하기 위해, 광학 스택(126)을 이루는 층들의 선택과 광학 경로 길이 d₃에 의해서도 조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 파라미터는, 제3 광학 캐비티가 간섭계 변조기(12)의 가시광 스펙트럼 응답에 대해 어떠한 작용도 하지 않도록 선택될 수 있다.

일반적으로, 간섭계 변조기(122)에 의해 반사되는 광의 컬러는, 이 간섭계 변조기(122)를 다른 각도로 볼 때, 변화한다. 간섭계 변조기(122)로부터 반사되는 광의 컬러는, 도 11에 도시된 바와 같이, 축 AA에 대해 상이한 입사각(및 반사각)에 따라 변화한다. 시야각이 증가하면, 간섭계 변조기의 유효한 광학 경로는, 관계식 2d cos β = Nλ에 따라 감소한다. 여기서, β는 시야각(디스플레이에 대한 법선과 입사광 사이의 각도)이다. 시야각이 증가하면, 반사되는 광의 피크 공진 파장이 감소한다. 따라서, 사용자는 자신의 시야각에 따라 컬러를 다르게 인식한다. 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 현상을, "컬러 변이"(color shift)라고 한다. 이러한 컬러 변이는, 축 AA을 따라 보는 경우에, 간섭계 변조기(12)에 의해 생성되는 컬러를 기준으로 해서 식별된다. 일실시예에서, 광학 스택(126)은, 특정의 간섭계 변조기에 대한 컬러의 원하는 범위를 벗어나서 "변이되는" 광을 선택적으로 필터링하도록 구성된다. 따라서, 시야각이 증가함에 따라 컬러가 변하는 것으로 보이는 것이라기보다는, 간섭계 변조기(122)는, 이 간섭계 변조기의 출력이 파장 필터에 의해 투과된 파장의 범위를 벗어나서 변이될 때, 증가되는 각도에서 감소된 강도의 광을 출력하게 된다. 일실시예에서, 이러한 광을 필터링하기 위하여, 광학 스택(126)에 흡수성 필터(absorptive filter)가 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 컬러 변이를 행하는 광을 필터링하기 위하여, 광학 스택(126)에 간섭 필터가 포함될 수 있다. 간섭 필터는, 이러한 컬러 변이를 조건으로 하게 할 수 있다. 그러나, 유전체층(104)은, 일실시예에서, 갭(18)(도 11에 도시) 내의 공기보다 큰 굴절률을 갖기 때문에, 컬러 변이는 간섭계 변조기(122)에 비해 계속해서 감소된다. 특히, 더 높은 굴절률을 갖는 유전체층으로 광이 입사함에 따라, 반사층에 대해 더 수직인 각도가 되어, 간섭 필터 내의 광학 경로에 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 컬러 변이가 감소하게 된다. 예를 들어, 간섭계 변조기(122)가 녹색 광을 반사하고, 광학 스택의 간섭 필터 부분이 녹색 광을 투과시키면, 녹색을 투과시키는 파장 변이의 범위가 간섭계 변조기로부터의 녹색을 반사하는 파장의 범위 내에서의 변이보다 작다. 따라서, 변이된 광의 강도는 전체적으로 감소한다. 이러한 기기의 전체 밝기도 감소하며, 출력 광의 색조에서의 임의의 변화를 인식하는 것도 떨어지게 된다.

간섭계 변조기(122)는 디스플레이의 많은 상이한 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 일실시예는, 광학 스택(126)의 광학 경로 길이 d₂가 컬러 밸런스를 조정하도록, 또는 디스플레이 어레이(30)의 화이트 포인트를 조정하도록 선택되는, 간섭계 변조기(122)를 구비하는 디스플레이 어레이(30)를 포함한다. 일실시예에서, 반사층(14, 106)과 유전체층(108)은, 작동 위치에서, 반사층(14)이 광대역(즉, 백색) 반사기를 구비하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 광학 스택(126)의 층들은, 간섭계 변조기(122)가 컬러 광을 출력하는 컬러 필터로서 구성된다. 이러한 실시예에서, 디스플레이(30)는 이동가능한 반사층(14)이 광대역 반사기가 되도록 구성되는, 복수 개의 간섭계 변조기(122)를 포함하는 컬러 디스플레이이다. 이러한 실시예에서, 컬러 디스플레이(30)는, 간섭계 변조기(122)로부터, 예컨대 적색, 녹색 및 청색 광을 생성하도록, 디스플레이의 상이한 부분(예컨대, 수직열)에 광학 스택(126)을 구성함으로써 컬러를 생성한다. 이러한 컬러 디스플레이(30)에 의해, 각각의 컬러에 대한 디스플레이의 이동가능한 반사기(MEMS) 부분이, 컬러 변조기의 변화하는 광학 스택 부분하고만 실질적으로 동일하게 되도록 형성할 수 있다. 이와 달리, 유사한 실시예에서는, 광학 경로 길이 d₁이, 적색, 녹색 및 청색 등의 주요 컬러에 대응하는 가시 스펙트럼 내의 다수 개의 피크를 생성하도록 선택되는 간섭계 변조기(122)를 포함한다. 이러한 간섭계 변조기의 광학 스택(126)은, 특정 디스플레이(30) 내의 간섭계 변조기(122)의 부분이, 컬러 디스플레이를 생성하도록, 주요 컬러의 각각, 예컨대, 교대로 바뀌는 적색, 녹색 및 청색 변조기의 수직열을 출력하도록, 구성될 수 있다. 물론 다른 구성도 가능하다. 예컨대, 다른 컬러를 생성하기 위해, 유전체층(104)의 두께를 변화시킬 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 상이한 컬러를 표시하도록 구성된 디스플레이의 상이한 부분은 일정한 구 조를 갖지 않을 수 있다. 따라서, 컬러 디스플레이를 형성하는 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 포함하는 실시예에서, 각 컬러에 대한 광 변조기는, 상이한 스택 구조체를 각각 구비하는 수평열 또는 수직열에 배치될 수 있다.

본 발명의 특징이 다양한 실시예에 적용되는 것으로 도시, 설명, 및 개시하고 있지만, 당업자라면, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 예시된 기기 또는 공정의 형태 및 상세에 다양한 생략, 대체 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 다른 층이 추가될 수 있으며, 임의의 층이 제거될 수 있고, 층들의 순서를 달리할 수도 있다. 다른 형태 및 재료를 사용할 수도 있다. 물론 다른 변형도 가능하다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 특징과 장점 모두를 제공하는 것은 아닌 형태로 구현될 수 있으며, 몇몇 특징은 다른 특징과 개별적으로 이용 또는 구현될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명에서보다 청구범위에 의해 나타내고 있다. 청구범위와 등가의 표현의 범위에 속하는 모든 변형을 포함한다.

Claims

복수 개의 디스플레이 소자를 구비하는 디스플레이로서,

상기 디스플레이 소자의 각각은,

이동가능한 반사기;

상기 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치된 제1 부분 반사기; 및

상기 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치된 제2 부분 반사기

를 포함하며,

상기 이동가능한 반사기는, 상기 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 제1 거리를 변경시키고,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기는 간섭계 필터를 구성하며,

상기 간섭계 필터는 상기 이동가능한 반사기와 상기 제1 부분 반사기에 의해 반사되는 광의 포화도(saturation)를 증가시키도록 구성되어 있는, 디스플레이.
복수 개의 디스플레이 소자를 구비하는 디스플레이로서,

상기 디스플레이 소자의 각각은,

이동가능한 반사기;

상기 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치된 제1 부분 반사기; 및

상기 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치된 제2 부분 반사기

를 포함하며,

상기 제1 부분 반사기는 상기 이동가능한 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 배치되고,

상기 이동가능한 반사기는, 상기 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 제1 거리를 변경시키며,

상기 제1 부분 반사기와 상기 이동가능한 반사기 사이에 하나 이상의 유전체층이 배치되는, 디스플레이.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 배치되는 전극을 더 포함하는 디스플레이.
복수 개의 디스플레이 소자를 구비하는 디스플레이로서,

상기 디스플레이 소자의 각각은,

이동가능한 반사기;

상기 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치된 제1 부분 반사기;

상기 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치된 제2 부분 반사기; 및

상기 제1 부분 반사기 및 상기 제2 부분 반사기 사이에 배치되는 전극

을 포함하며,

상기 이동가능한 반사기는, 상기 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 제1 거리를 변경시키며,

상기 전극은 상기 이동가능한 반사기의 위치를 변경시키도록 구성된, 디스플레이.
제3항에 있어서,

상기 전극과 상기 제2 부분 반사기 사이에 배치되는 유전체층을 더 포함하는 디스플레이.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기는 상기 이동가능한 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 배치되는, 디스플레이.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디스플레이는 기판을 더 포함하며,

상기 제2 부분 반사기는 상기 제1 부분 반사기와 상기 기판 사이에 배치되는, 디스플레이.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기는 광학 캐비티를 형성하며,

상기 광학 캐비티는, 백색 광으로 조명될 때, 광의 컬러와 관련된 가시 파장은 선택적으로 투과하고, 다른 가시 파장은 실질적으로 필터링하도록 구성되어 있는, 디스플레이.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 하나 이상의 유전체층을 더 포함하는 디스플레이.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 이동가능한 반사기 사이에 하나 이상의 유전체층을 더 포함하는 디스플레이.
제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기는 간섭계 필터를 구성하는, 디스플레이.
제11항에 있어서,

상기 간섭계 필터는 상기 이동가능한 반사기와 상기 제1 부분 반사기에 의해 반사되는 광의 포화도를 증가시키도록 구성되어 있는, 디스플레이.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이동가능한 반사기와 상기 제1 부분 반사기는, 상기 이동가능한 반사기가 하나 이상의 위치에 있을 때, 백색 광을 반사하는, 디스플레이.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디스플레이 소자와 전기적으로 연결되어, 이미지 데이터를 처리하도록 구성되어 있는 프로세서; 및

상기 프로세서와 전기적으로 연결되어 있는 메모리 기기

를 더 포함하는 디스플레이.
제14항에 있어서,

상기 디스플레이 소자에 하나 이상의 신호를 제공하도록 구성되어 있는 구동 회로를 더 포함하는 디스플레이.
제15항에 있어서,

상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 상기 구동 회로에 제공하도록 구성되어 있는 컨트롤러를 더 포함하는 디스플레이.
제14항에 있어서,

상기 이미지 데이터를 상기 프로세서에 제공하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 더 포함하는 디스플레이.
제17항에 있어서,

상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는, 디스플레이.
제14항에 있어서,

입력 데이터를 수신하여 상기 프로세서에 제공하도록 구성된 입력 기기를 더 포함하는 디스플레이.
광을 변조시키기 위한 복수 개의 변조 수단을 구비하는 디스플레이로서,

상기 변조 수단의 각각은,

광을 반사하기 위한 이동가능한 반사 수단;

광을 부분적으로 반사하기 위한 제1 부분 반사 수단; 및

광을 부분적으로 반사하기 위한 제2 부분 반사 수단

을 포함하며,

상기 이동가능한 반사 수단과 상기 제1 부분 반사 수단은, 광을 간섭적으로 변조시키도록 구성되어 있으며,

상기 제1 부분 반사 수단은 상기 이동가능한 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단 사이에 배치되고,

상기 제1 부분 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단은, 광을 간섭적으로 필터링하도록 구성되어 있으며,

상기 제1 부분 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단은 광을 간섭적으로 필터링하기 위한 수단을 포함하고,

상기 광을 간섭적으로 필터링하기 위한 수단은, 상기 이동가능한 반사 수단과 상기 제1 부분 반사 수단에 의해 반사되는 광의 포화도를 증가시키도록 구성되어 있는, 디스플레이.
광을 변조시키기 위한 복수 개의 변조 수단을 구비하는 디스플레이로서,

상기 변조 수단의 각각은,

광을 반사하기 위한 이동가능한 반사 수단;

광을 부분적으로 반사하기 위한 제1 부분 반사 수단;

광을 부분적으로 반사하기 위한 제2 부분 반사 수단; 및

상기 제1 부분 반사 수단과 상기 이동가능한 반사 수단 사이를 전기적으로 절연시키기 위한 수단

을 포함하며,

상기 이동가능한 반사 수단과 상기 제1 부분 반사 수단은 광을 간섭적으로 변조시키도록 구성되어 있으며,

상기 제1 부분 반사 수단은 상기 이동가능한 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단 사이에 배치되고,

상기 제1 부분 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단은 광을 간섭적으로 필터링하도록 구성되어 있는, 디스플레이.
광을 변조시키기 위한 복수 개의 변조 수단을 구비하는 디스플레이로서,

상기 변조 수단의 각각은,

광을 반사하기 위한 이동가능한 반사 수단;

광을 부분적으로 반사하기 위한 제1 부분 반사 수단;

광을 부분적으로 반사하기 위한 제2 부분 반사 수단; 및

상기 제1 부분 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단 사이에 배치된, 상기 이동가능한 반사 수단을 작동시키기 위한 작동 수단

을 포함하며,

상기 이동가능한 반사 수단과 상기 제1 부분 반사 수단은 광을 간섭적으로 변조시키도록 구성되어 있으며,

상기 제1 부분 반사 수단과 상기 제2 부분 반사 수단은 광을 간섭적으로 필터링하도록 구성되어 있는, 디스플레이.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수 개의 변조 수단은 복수 개의 간섭계 변조기를 포함하여 이루어지는, 디스플레이.
제20항 또는 제21항에 있어서,

상기 이동가능한 반사 수단을 작동시키기 위한 작동 수단을 더 포함하는 디스플레이.
제24항에 있어서,

상기 작동 수단은 전극을 포함하여 이루어져 있는, 디스플레이.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이동가능한 반사 수단은 반사층으로 이루어져 있는, 디스플레이.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 반사 수단은 부분 반사층으로 이루어져 있는, 디스플레이.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 부분 반사 수단은 부분 반사층으로 이루어져 있는, 디스플레이.
디스플레이의 디스플레이 소자를 형성하는 방법으로서,

이동가능한 반사기를 형성하는 단계;

상기 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치되는 제1 부분 반사기를 형성하는 단계; 및

상기 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 부분 반사기를 형성하는 단계

를 포함하며,

상기 이동가능한 반사기는, 상기 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 제1 거리를 변경시키며,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기는 간섭계 필터를 구성하고,

상기 간섭계 필터는 상기 이동가능한 반사기와 상기 제1 부분 반사기에 의해 반사되는 광의 포화도를 증가시키는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 하나 이상의 유전체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 소자의 형성 방법.
디스플레이의 디스플레이 소자를 형성하는 방법으로서,

이동가능한 반사기를 형성하는 단계;

상기 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치되는 제1 부분 반사기를 형성하는 단계;

상기 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 부분 반사기를 형성하는 단계; 및

상기 제1 부분 반사기와 상기 이동가능한 반사기 사이에 하나 이상의 유전체층을 형성하는 단계

를 포함하며,

상기 제1 부분 반사기는 상기 이동가능한 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 배치되고,

상기 이동가능한 반사기는, 상기 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 제1 거리를 변경시키는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항 또는 제31항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 소자의 형성 방법.
디스플레이의 디스플레이 소자를 형성하는 방법으로서,

이동가능한 반사기를 형성하는 단계;

상기 이동가능한 반사기로부터 제1 거리만큼 이격되어 배치되는 제1 부분 반사기를 형성하는 단계;

상기 제1 부분 반사기로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 부분 반사기를 형성하는 단계; 및

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 전극을 형성하는 단계

를 포함하며,

상기 이동가능한 반사기는, 상기 제1 부분 반사기에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 제1 거리를 변경시키는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제32항에 있어서,

상기 전극과 상기 제2 부분 반사기 사이에 유전체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항, 제31항 또는 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 형성하는 단계들을 기판상에서 수행하는 단계를 더 포함하며,

상기 제2 부분 반사기는 상기 제1 부분 반사기와 상기 기판 사이에 배치되는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항, 제31항 또는 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기는 광학 캐비티를 형성하며,

상기 광학 캐비티는, 백색 광으로 조명될 때, 광의 컬러와 관련된 가시 파장은 선택적으로 투과하고, 다른 가시 파장은 실질적으로 필터링하도록 구성되어 있는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항 또는 제33항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기 사이에 하나 이상의 유전체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 소자의 형성 방법.
제31항 또는 제33항에 있어서,

상기 제1 부분 반사기와 상기 제2 부분 반사기는 간섭계 필터를 구성하는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제38항에 있어서,

상기 간섭계 필터는, 상기 이동가능한 반사기와 상기 제1 부분 반사기에 의해 반사되는 광의 포화도를 증가시키는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항, 제31항 또는 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이동가능한 반사기와 상기 제1 부분 반사기는, 상기 이동가능한 반사기가 하나 이상의 위치에 있을 때, 백색 광을 반사하는, 디스플레이 소자의 형성 방법.
제29항, 제31항 또는 제33항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 소자의 형성 방법에 의해 제조된 디스플레이.