KR101346343B1

KR101346343B1 - Ｍｅｍｓ 표시장치를 구동하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101346343B1
Application number: KR1020097001220A
Authority: KR
Inventors: 제프리 비. 샘프셀
Original assignee: 퀄컴 엠이엠에스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2013-12-31
Also published as: WO2007149284A2; KR20090033445A; JP2009541794A; CN101501750A; US7702192B2; US20070296691A1; WO2007149284A3; TW200815786A; CN101501750B; JP5102292B2

Abstract

MEMS 장치의 표시장치를 구동하기 위한 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 표시장치는 MEMS 표시 소자들의 어레이, 적어도 하나의 시험 편향 소자, 및 상기 시험 편향 소자에 접속된 편향 감지 회로를 포함하되, 상기 편향 감지 회로는 해당 시험 편향 소자를 작동시키는 일 없이 상기 시험 편향 소자의 편향을 모니터링하고 해당 편향에 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되어 있다.

MEMS 표시장치, 시험 편향 소자, 편향 감지 회로, 어레이

Description

ＭＥＭＳ 표시장치를 구동하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR DRIVING MEMS DISPLAY}

본 발명은 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical system)에 관한 것이다.

마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로기계 부품, 액추에이터 및 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 부품은 기판 및/또는 증착된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 다른 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치의 한 형태는 간섭계 변조기(interferometric modulator)라 불린다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator)라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 있는 데, 상기 1쌍의 도전판의 어느 하나 또는 양쪽 모두가 전체 또는 부분적으로 투과형 및/또는 반사형일 수도 있고 적절한 전기 신호의 인가시 상대 운동을 할 수 있다. 특별한 실시형태에 있어서, 하나의 도전판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 공기 간 극(air gap)에 의해 고정층과 분리된 금속막을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 보다 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도전판의 상대적 위치에 의해서 간섭계 변조기로 입사되는 광의 광학적 간섭은 변화될 수 있다. 이러한 장치들의 적용 범위는 광범위한데, 기존의 제품들을 향상시키는 데 있어서, 그리고 아직 개발되지 않은 새로운 제품들을 만들어내는 데 있어서 이러한 유형의 장치 특성들이 사용될 수 있도록 이들 장치들의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유용할 것이다.

본 발명의 시스템, 방법 및 장치는 각각 수개의 측면을 가지지만, 이들의 단일의 것이 그의 바람직한 속성을 단독으로 담당하는 것은 아니다. 본 발명의 범위를 제한하는 일없이, 그의 더욱 우수한 특징들을 이하 간단히 설명할 것이다. 당업자는, 이들 설명을 고려한 후에, 특히 이하의 "실시예"란을 읽은 후에, 본 발명의 특징들이 다른 표시 장치보다 장점을 어떻게 제공하는 지를 이해할 수 있을 것이다.

일 실시형태에 있어서, 표시장치는 MEMS 표시 소자들의 어레이; 적어도 하나의 시험 편향 소자(test deflecting element); 및 상기 시험 편향 소자에 접속된 편향 감지 회로를 포함하되, 상기 편향 감지 회로는 해당 시험 편향 소자를 작동시키는 일 없이 상기 시험 편향 소자의 편향을 모니터링하고 해당 편향에 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되어 있다.

다른 실시형태에 있어서, 표시장치는 MEMS 표시 소자들의 어레이, 기판 상에 형성된 시험 편향 소자들의 어레이 및 상기 시험 편향 소자들의 어레이에 접속된 편향 감지 회로를 포함하되, 상기 각 시험 편향 소자는 평행하게 접속되어 있고, 상기 편향 감지 회로는 상기 시험 편향 소자들의 어레이의 전기 용량(capacitance)을 모니터링하고 해당 전기 용량에 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되어 있다.

다른 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법은 1개 이상의 시험 편향 소자가 비작동 상태인 채로 있도록 선택된 전압을 상기 1개 이상의 시험 편향 소자에 대해서 인가하는 단계; 상기 1개 이상의 시험 편향 소자의 편향을 측정하는 단계; 및 상기 편향 측정치에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이에 구동 신호를 제공하는 단계를 포함한다.

다른 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법은 1개 이상의 시험 편향 소자에 DC 성분을 포함하는 가변 전압을 인가하는 단계; 상기 DC 성분의 전압을, 상기 1개 이상의 시험 편향 소자의 편향이 기준값과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 값으로 조정하는 단계로서, 이때 1개 이상의 시험 편항 소자는 비작동 상태인 채로 있도록 하는 것인 조정 단계; 및 상기 값에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이에 구동 신호를 제공하는 단계를 포함한다.

다른 실시형태에 있어서, 표시장치는 이미지 데이터를 표시하는 표시 수단; 상기 표시 수단의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하는 수단; 및 상기 신호에 의거해서 표시 수단을 구동하는 수단을 포함한다.

다른 실시형태에 있어서, 컴퓨터-판독가능한 매체는 회로로 하여금 1개 이상의 시험 편향 소자에 대해서 해당 1개 이상의 시험 편향 소자가 비작동 상태인 채로 있도록 선택된 전압을 인가하게 하는 수단; 회로로 하여금 상기 1개 이상의 시험 편향 소자의 편향을 측정하게 하는 수단; 및 회로로 하여금 상기 편향 측정치에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이에 구동 신호를 제공하게 하는 수단을 포함한다.

다른 실시형태에 있어서, 컴퓨터-판독가능한 매체는 회로로 하여금 1개 이상의 시험 편향 소자에 DC 성분을 포함하는 가변 전압을 인가하게 하는 수단; 회로로 하여금 상기 DC 성분의 전압을, 상기 1개 이상의 시험 편향 소자의 편향이 기준값과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 값으로 조정하게 하는 수단(여기서, 상기 1개 이상의 시험 편항 소자는 비작동 상태인 채로 있음); 및 회로로 하여금 상기 값에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이에 구동 신호를 제공하게 하는 수단을 포함한다.

도 1은 제1간섭계 변조기의 이동 반사층(movable reflective layer)이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 표시장치의 일 실시예의 일부를 나타낸 등각 투상도;

도 2는 3×3 간섭계 변조기 표시장치를 내장한 전자 장치의 일 실시예를 예시한 시스템 블록도;

도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시예에 대해 이동 미 러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;

도 4는 간섭계 변조기 표시장치를 구동하는 데 사용될 수 있는 1세트의 행방향(row) 전압 및 열방향(column) 전압을 나타낸 도면;

도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 표시장치에 있어서의 표시 데이터의 하나의 예시적인 프레임을 예시한 도면;

도 5b는 도 5a의 프레임을 기록하는(write) 데 이용될 수 있는 행방향 신호 및 열방향 신호의 하나의 예시적인 타이밍 선도를 나타낸 도면;

도 6a 및 도 6b는 복수개의 간섭계 변조기를 포함하는 비쥬얼 표시 장치(visual display device)의 일 실시예를 나타낸 시스템 블록도;

도 7a는 도 1의 장치의 단면도;

도 7b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시예의 단면도;

도 7c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시예의 단면도;

도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시예의 단면도;

도 7e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시예의 단면도;

도 8은 해방(또는 이완) 상태에 있는 간섭계 변조기(60)의 일 실시예의 사시도;

도 9는 일 실시예에 따른 간섭계 변조기의 온도(x-축)와 바이어스 전압(y-축)과의 관계를 예시한 그래프;

도 10은 3×3 간섭계 변조기 표시장치를 내장하는 전자 장치의 일 실시예를 개략적으로 예시한 시스템 블록도로, 여기서, 구동 회로는 현재 온도에 의거해서 어레이(30)를 구동시키는 작동 신호를 제공하도록 구성됨;

도 11은 도 10에 있어서의 시험 편향 구조체(62)의 일 실시예를 예시한 도면;

도 12a는 도 10에 있어서의 센서(66)의 일 실시예를 예시한 기능 블록도;

도 12b는 도 12a에 있어서의 전압원(70)에 의해 인가될 수 있는 전압 신호의 일례를 예시한 도면;

도 13은 하나의 시험 편향 구조체(62)보다는 오히려 시험 편향 구조체들(72)의 어레이(또는 시험 어레이)를 포함하는 것 이외에는 도 10에 도시된 것과 마찬가지인 3×3 간섭계 변조기 표시장치를 내장하는 전자 장치의 다른 실시예를 개략적으로 예시한 시스템 블록도;

도 14는 도 10에 도시된 것과 같은 표시장치에 있어서의 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도;

도 15는 도 10에 도시된 것과 같은 표시장치에 있어서의 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 임의의 특정 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 본 설명에 있어서, 전체적으로 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호들로 표기된 도면을 참조한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 실시예들은 동화상(예를 들어, 비데오)인지 또는 정지화상(예를 들어, 스틸 이미지(still image))인지, 그리고 문자인지 그림인지의 여부에 따라 이미지(즉, 화상)를 표시하도록 구성되는 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수도 있다. 더욱 상세하게는, 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔(game console), 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비젼 모니터, 평판형 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 표시 장치(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 이미지의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련되어 구현될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 것들과 유사한 구조의 MEMS 장치는 또한 전자 스위칭 장치에서와 같이 표시장치(즉, 디스플레이)가 아닌 응용품에 사용될 수 있다.

간섭계 MEMS 표시 소자를 포함하는 간섭계 변조기 표시장치의 일 실시예가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 밝은 상태 또는 어두운 상태이다. 밝은("온(on) 또는 "열린") 상태에서, 표시 소자는 입사되는 가시 광선의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 어두운("오프(off)" 또는 "닫힌") 상태에서, 표시 소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. 본 실시예에 따르면, "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색깔에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 흑백 표시 외에도 컬러 표시를 가능하게 한다.

도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 간섭계 변조기 표시장치는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공진 광학 공동부(resonant optical cavity)를 형성한다. 일 실시예에 있어서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 칭해지는 제1위치에서, 이동 반사층은 고정된 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치한다. 여기서 작동 위치라고도 칭해지는 제2위치에서, 이동 반사층은 상기 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치한다. 두 반사층에서 반사된 입사광은 이동 반사층의 위치에 따라서 보강 간섭 또는 소멸 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.

도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학 적층부(optical stack)(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동 반사층(14a)이 예시되어 있다. 오른쪽에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학 적층부(16b)에 인접한 작동 위치에 이동 반사층(14b)이 예시되어 있다.

여기서 참조 기호로 표시되는 바와 같은 광학 적층부(16a), (16b)(일괄해서 광학 적층부(16)라 표기함)는 전형적으로 수 개의 융합층(fused layer)을 포함하는 데, 이들 융합층은 산화인듐주석(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분 반사층 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학 적층부(16)는 전도성이고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어 하나 이상의 상기 층들을 투명 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분 반사층은 다양한 금속류, 반도체류 및 유전체류와 같은 부분 반사성인 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 부분 반사층은 하나 이상의 재료 층으로 형성될 수 있는 데, 각각의 층은 단일 재료 또는 조합된 재료로 형성될 수 있다.

몇몇 실시예에서는, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학 적층부(16)의 층들은 평행 스트립(strip)들로 패터닝되고, 표시 장치 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동 반사층(14a), (14b)은 기둥(즉, 지지부)(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학 적층부(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거했을 때, 이동 반사층(14a), (14b)은 광학 적층부(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리된다. 알루미늄과 같은 고 전도성·반사성 재료가 반사층(14)으로 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 표시 장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다.

도 1에 있어서 화소(12a)로 표시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동 반사층(14a)은 기계적으로 이완 상태인 채로, 간극, 즉 공동부(19)가 이동 반사층(14a)과 광학 적층부(16a) 사이에서 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위차가 인가될 경우, 대응하는 화소의 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다 면, 이동 반사층(14)은 변형이 일어나 광학 적층부(16)에 대해서 힘을 가한다. 도 1의 오른쪽에 위치한 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학 적층부(16) 내의 유전체 층(이 도면에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다. 이와 같이 해서, 반사 화소 상태 대 비반사 화소 상태를 제어할 수 있는 행/열방향 작동은 종래의 LCD 및 다른 디스플레이 기술에서 사용되는 것과 여러 면에서 유사하다.

도 2 내지 도 5b는 디스플레이 적용에 있어서 간섭계 변조기들의 어레이를 사용하기 위한 하나의 예시적 과정 및 시스템을 예시한다.

도 2는 본 발명의 측면들을 포함할 수도 있는 전자 장치의 일 실시예를 예시한 시스템 블록도이다. 예시적 실시예에 있어서, 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM, 펜티엄(Pentium)(등록상표), 펜티엄 II(등록상표), 펜티엄 III(등록상표), 펜티엄 IV(등록상표), 펜티엄(등록상표) Pro, 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표)와 같은 범용 단일 칩 프로세서 또는 멀티 칩 마이크로 프로세서, 또는 디지털 신호 프로세서, 마이크로 제어기와 같은 특수 목적의 마이크로 프로세서, 또는 프로그래밍 가능한 게이트 어레이일 수도 있다. 종래 기술에서와 같이, 상기 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템(operating system)의 실행과 더불어, 상기 프로세서는 웹 브라우저(web browser), 전화 애플리케이션(application), 이메일 프로그램 또는 기타 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 비롯한 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 연통하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이 또는 패널(30)에 신호들을 제공하는 행방향 드라이버 회로(24) 및 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1 라인에 의해 도시된다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열방향 작동 프로토콜은 도 3에 도시된 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 이완 상태에서부터 작동 상태로 이동층을 변형시키기 위해 10 볼트 전위차가 필요할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10 볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시적 실시예에 있어서, 전압이 2 볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 볼트 내지 7 볼트의 인가된 전압의 창이 존재하고, 이 범위 내에서 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적이다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창" 또는 "안정성 창"이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 가지는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10 볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0 볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 약 5 볼트의 정상 상태 전압차에 노출되므로, 이들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하게 된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 볼트 내지 7 볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전 압 조건하에서 도 1에 예시된 화소 설계는 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 화소는 작동 상태인지 혹은 이완 상태인지에 따라 본질적으로 고정 반사층 및 이동 반사층에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력 손실이 거의 없이 히스테리시스 창 내의 전압에서 유지될 수 있다. 인가된 전위가 고정되어 있다면 화소로 들어가는 전류 흐름은 실질적으로 없다.

전형적인 응용에 있어서, 제1행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 따라 열방향 전극 세트를 어서트(assert)함으로써 표시 프레임을 생성할 수도 있다. 다음에, 행방향 펄스가 제1행의 전극에 인가되어 어서트된 열방향 라인에 대응하는 화소를 작동시킨다. 그 후, 어서트된 세트의 열방향 전극은 제2행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 이어서, 펄스가 제2행의 전극에 인가되어, 어서트된 열방향 전극들에 따라서 제2행에 있는 적절한 화소들을 작동시킨다. 제1행의 화소들은 제2행의 펄스의 영향을 받지 않고 제1행의 펄스 동안 그들이 설정되었던 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 작성하기 위하여 일련의 전체 행들에 대해서 순차적으로 반복될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 과정을 초당 원하는 프레임 수만큼 계속적으로 반복함으로써 프레임들은 새로운 표시 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 더불어, 표시 프레임을 작성하는 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 매우 다양한 프로토콜은 잘 알려져 있고, 이것은 본 발명과 관련하여 사용될 수도 있다.

도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 어레이 위에 표시 프레임을 생성하기 위한 하나의 가능한 작동 프로토콜을 예시한다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선 을 나타내는 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시예에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -V_bias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, -V_bias및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +V_bias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -V_bias이거나 +V_bias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +V_bias로 설정하고적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -V_bias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.

도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호들 및 열방향 신호들을 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사적이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 화소는 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.

도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 화소들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 화소들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 화소들이 3볼트 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어 디스플레이는 도 5a의 배열에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 행 및 열을 작동시키는 데 사용되는 타이밍, 수순 및 전압 레벨들은 상기의 일반적인 원리 범위 안에서 매우 다양할 수 있고, 상기 예는 다만 예시적인 것에 불과하며, 다른 작동 전압 방법이 여기에서 설명되는 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.

도 6a 및 도 6b는 표시 장치(40)의 실시예를 예시한 시스템 블록도이다. 예를 들어, 표시 장치(40)는 이동 전화기 또는 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 표시 장치(40)의 동일한 구성 요소들 또는 그것의 약간의 변경으로는 또한 텔레비전 및 휴대용 미디어 플레이어와 같은 다양한 유형의 표시 장치를 들 수 있다.

표시 장치(40)는 하우징(housing)(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 장치(48) 및 마이크(46)를 포함한다. 일반적으로 하우징(41)은 사출 성형 및 진공 성형을 비롯한 당업자들에게 잘 알려진 다양한 제조 과정들 중의 어떤 것으로 형성된다. 또한, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 다양한 재료 중의 어떤 것으로 만들어질 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 하우징(41)은 다른 색깔을 가지거나 다른 로고, 그림 또는 기호를 포함하는 분리 가능한 부분들과 호환될 수도 있는 분리 가능한 부분(도시 생략)을 포함한다.

예시적인 표시 장치(40)의 디스플레이(30)는 여기에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이들 중의 어떤 것일 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 당업자들에게 잘 알려진 바와 같이, 디스플레이(30)는 앞서 설명한 바와 같은 플라즈마, EL, OLED, STN LCD 또는 TFT LCD와 같은 평판형 디스플레이, 또는 CRT나 다른 종류의 관(tube) 장치와 같은 비평판형(non-flat-panel) 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명할 목적으로, 상기 디스플레이(30)는 여기에서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 표시장치를 포함한다.

예시적 표시 장치(40)의 일 실시예의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도 시되어 있다. 도시된 예시적 표시 장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 예시적 표시 장치(40)는 트랜스시버(transceiver)(47)에 결합된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜스시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결된 프로세서(21)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 조절(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 입력 장치(48) 및 드라이버 제어기(29)에도 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(frame buffer)(28)에 그리고 어레이 드라이버(22)에 결합되고, 어레이 드라이버(22)는 이어서 디스플레이 어레이(30)에 결합된다. 전력 공급 장치(50)는 특정한 예시적 표시 장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.

네트워크 인터페이스(27)는 예시적 표시 장치(40)가 네트워크를 통하여 하나 이상의 장치와 연통할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 경감할 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호들을 송수신하기 위해, 당업자들에게 알려진 소정의 안테나이다. 일 실시예에 있어서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b) 또는 (g)를 비롯한 IEEE 802.11 표준에 따라서 RF 신호들을 송수신한다. 다른 실시예에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 신호들을 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이 동 전화 네트워크 내에서 연통하기 위해 사용되는 기타 공지된 신호들을 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호들을 미리 처리하여 이들 신호가 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호들도 처리하여 이들 신호가 안테나(43)를 거쳐서 예시적 표시 장치(40)로부터 전송될 수 있게 한다.

대안적인 실시예에 있어서, 트랜스시버(47)는 수신기로 대체될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)에 전송될 이미지 데이터를 저장하고 생성할 수 있는 이미지 소스 혹은 이미지 공급원(image source)으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 이미지 공급원은 이미지 데이터를 포함하는 디지털 비디오 디스크(DVD: digital video disc)나 하드 디스크 드라이브, 또는 이미지 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수 있다.

프로세서(21)는 일반적으로 예시적 표시 장치(40)의 전체적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 이미지 공급원으로부터의 압축된 이미지 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 원천 이미지 데이터(raw image data)로 또는 원천 이미지 데이터로 즉시 처리할 수 있는 포맷으로 처리한다. 그 후, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)로 보낸다. 원천 데이터는 전형적으로 이미지 내의 각각의 위치에서 이미지 특성들을 식별하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 이러한 이미지 특성들은 색깔, 색의 순도(saturation), 계조 레벨(gray scale level)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 프로세서(21)는 예시적 표시 장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로 제어기, CPU, 또는 논리 유닛을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 일반적으로 신호들을 스피커(45)에 전송하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호들을 수신하기 위해 증폭기들 및 필터들을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시적 표시 장치(40) 내에 있는 별도의 구성 요소일 수도 있거나 프로세서(21) 혹은 기타 구성 요소들 내에 내장되어 있을 수도 있다.

드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에서 생성된 원천 이미지 데이터를 프로세서(21)로부터 혹은 프레임 버퍼(28)로부터 직접 취하여 어레이 드라이버(22)로 고속 전송하기 위해 원천 이미지 데이터를 적절하게 재포맷한다. 특히, 드라이버 제어기(29)는 원천 이미지 데이터를 래스터 유사 포맷(raster like format)을 가진 데이터 흐름으로 재포맷하여 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가진다. 다음에, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 보낸다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 독립형 집적 회로(stand-alone Integrated Circuit(IC))로서 시스템 프로세서(21)와 종종 관련되지만, 이러한 제어기들은 다양한 방법들로 구현될 수도 있다. 이들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 삽입될 수 있거나, 소프트웨어로서 프로세서(21) 내에 삽입될 수도 있거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어에 완전히 일체화될 수도 있다.

전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 포맷된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신하고 디스플레이의 x-y 매트릭스 화소들로부터 나온 수백, 때로는 수천개의 인출선에 초당 여러번 인가되는 병렬 세트의 파형들로 비디오 데이터를 재포맷한다.

일 실시예에 있어서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 설명하는 디스플레이들의 유형 중 어느 것에나 적합하다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시예에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 표시장치)이다. 일 실시예에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 일 실시예는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시예에 있어서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.

입력 장치(48)는 사용자로 하여금 예시적 표시 장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시예에 있어서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 또는 감압 또는 감열 막을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 마이크(46)는 예시적 표시 장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적 표시 장치(40)의 동작들을 제어할 수도 있다.

전력 공급 장치(50)는 당업계에 잘 알려져 있는 다양한 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리듐 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시예에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지, 태양 전지 페인트를 비롯한 태양 전지이다. 다른 실시예에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 벽에 붙은 콘센트에서 전력을 받도록 구성된다.

몇몇 실시예에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 안의 몇몇 장소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 몇몇 실시예에 있어서, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 당업자들은 앞서 설명한 최적화들을 다수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소들 및 다양한 형태로 구현할 수도 있음을 인식할 것이다.

앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e는 이동 반사층(14) 및 그의 지지 구조체들의 다섯 개의 서로 다른 실시예를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시예의 단면도인데, 여기서 금속 재료(14)의 스트립은 직교 방향으로 연장된 지지부(18) 상에 증착된다. 도 7b에 있어서, 이동 반사층(14)은 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 있어서, 이동 반사층(14)은 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(34)으로부터 매달려 있다. 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34) 주변의 기판(20)에 직접적으로 혹은 간접적으로 연결된다. 여기서, 이들 연결부를 지지 기둥이라 칭한다. 도 7d에 나타낸 실시예는 변형가능 한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(42)를 가진다. 이동 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 공동부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학 적층부(16) 사이의 구멍들을 채움으로써 지지 기둥을 형성하지 않는다. 오히려, 지지 기둥은 평탄화 재료로 형성되고, 이것은 지지 기둥 플러그(42)를 형성하는 데 이용된다. 도 7e에 나타낸 실시예는 도 7d에 나타낸 실시예에 의거한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시예뿐만 아니라 도시하지 않은 추가적인 실시예의 어느 것과 함께 작용하도록 적합화될 수도 있다. 도 7e에 나타낸 실시예에 있어서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 필요 이상의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 송신될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.

도 7a 내지 도 7e에 나타낸 것과 같은 실시예에 있어서, 간섭계 변조기는 직시형(direct-view) 장치로서 기능하는 데, 여기서 이미지들은 투명 기판(20)의 앞면 쪽으로부터 보이고 그 반대편에는 변조기들이 배열되어 있다. 이들 실시예에 있어서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)을 비롯한, 기판(20)의 반대편의 반사층 쪽에 있는 간섭계 변조기의 일부를 광학적으로 차단한다. 이것에 의해 상기 차단된 영역은 화질에 나쁜 영향을 미치는 일없이 구성되고 작동될 수 있게 된다. 이러한 차단은 도 7e의 버스 구조체(44)를 가능하게 하여, 어드레싱(addressing) 및 그 어드레싱에 기인한 움직임과 같은 변조기의 전자 기계적 특성들로부터 상기 변조기의 광학적 특성들을 분리할 수 있는 능력을 제공한다. 이 분리 가능한 변조기 구조체로 인해 해당 변조기의 광학적 측면들 및 전자 기계적 측면들에 대해 사용되는 재질들 및 구조 설계가 선택되어 서로 독립적으로 기능하게 된다. 더욱이, 도 7c 내지 도 7e에 도시된 실시예는 변형가능한 층(34)에 의해 수행되는, 기계적 특성들로부터 반사층(14)의 광학적 특성들을 분리함으로써 얻어지는 추가적인 장점들을 가진다. 이로 인해 반사층(14)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 광학적 특성에 대해서 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 대해서 최적화된다.

간섭계 변조기의 이동 미러를 작동 상태에 배치할 필요가 있는 제어 시스템에 의해 인가된 전압의 양은 작동 전압이라 칭한다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 작동 전압은 약 9 내지 10 볼트이므로, 약 -10 볼트 혹은 약 + 10 볼트의 인가는 간섭계 변조기의 이동 반사층(14b)(도 1에 예시되어 있음)을 작동시키며, 약 0 볼트의 인가는 간섭계 변조기의 이동 반사층(14a)(도 1에 예시되어 있음)을 작동시킨다. 작동 전압은, 예를 들어, 온도, 간섭계의 전기-기계적 특성의 변화 및 기계적 미러의 물리적인 마모("노화"(aging)라고도 칭함)를 포함하는 다수의 인자에 의해 경시적으로 변화할 수 있다. 변조기의 동작을 향상시키기 위해서 이 작동 전압 변화를 보상하는 방법을 가지는 것이 바람직할 것이다.

후술하는 소정의 실시예는 간섭계 소자의 물리적인 변화를 모니터링하고 해당 모니터링된 변화를 이용해서 상기 작동 전압을 조정한다. 이들 물리적 변화는 MEMS 표시 소자들의 디스플레이 어레이의 동작에 영향을 미칠 수 있는 1개 이상의 변수를 나타낼 수 있다. 상기 변수는 예를 들어 간섭계의 전기-기계적 특성의 변화 및 기계적 미러의 물리적인 마모를 포함할 수 있다. 상기 모니터링된 변화를 이용해서 작동 전압을 조정함으로써, 이들 실시예는 이들 변수의 변화를 보상하는 방법을 제공한다. 이하의 설명에 있어서, 온도는 이들 실시예를 예시하는 일례로서 선택된다. 그러나, 단, 이들 실시예는 간섭계 변조기의 노화 등의 기타 인자를 보상하는 데도 동등하게 사용될 수 있어, 온도 보상으로 제한되도록 의도된 것은 아니다.

이들 인자의 몇몇(예컨대, 간섭계 변조기의 전기-기계적 특성의 변화 및 기계적 미러의 물리적 마모)은 전형적으로 상당량의 사용 후 혹은 소정량의 시간의 경과 후에만 바이어스 전압에 영향을 미친다. 그러나, 온도는 단시간에 이동 반사층(14)의 특성에 영향을 미치고, 간섭계 변조기를 동작시키는 데 필요한 전압의 상당한 변화를 일으킬 수 있다. 영도 이하의 겨울철 온도에 노출된 장치에 있어서 또는 여름철 동안 아리조나에서 자동차의 계기반에 놓인 장치 상에서 표시장치 내에 내장된 바와 같이 예를 들어 간섭계 변조기가 이용되는 환경 조건에 의존해서, 상당한 온도 변화가 수시간 혹은 심지어 수분 일어날 수 있다. 이러한 장치 내의 위치에 존재하는 온도를 감지하고 해당 감지된 온도를 그 온도에서 간섭계 변조기를 동작시키는 데 필요한 전압과 상관시키는 소정의 정보를 이용함으로써, 상기 표시장치는 온도의 함수로서 바이어스 및/또는 구동 전압을 조정해서 광범위한 온도 영역에 걸쳐 동작하도록 효과적으로 구동될 수 있다.

도 8은 해방(또는 이완) 상태에 있는 간섭계 변조기(60)의 일 실시예의 사시도이다. 간섭계 변조기(60)는 전형적으로 투명 기판(20) 상에 전극층, 흡수제층 및 유전체층(개별적으로는 도시되어 있지 않음)을 포함하는 광학 적층부(16)를 포 함한다. 기판(20)의 상대적인 두께는 광학 적층부(16)의 두께보다 훨씬 크다. 예를 들어, 몇몇 실시예에 있어서, 기판(20)의 두께는 약 700 ㎛이고, 광학 적층부(16)의 두께는 약 1 ㎛이다. 몇몇 실시예에 있어서, 기판(20)은 유리이다. 지지부(18)는 공동부(19)에 의해 광학 적층부(16)로부터 분리된 이동 반사층(14)용의 지지부를 제공한다.

이동 반사층(14)은 비교적 얇은 층의 제1재료(11)와 비교적 두꺼운 층의 제2재료(13)를 포함할 수 있다. 도 8의 실시예에 있어서, 제1재료(11)는 약 300Å 두께의 층으로 배치된 알루미늄이고, 제2재료(13)는 약 1000Å 두께의 층으로 배치된 니켈이다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제1재료(11)와 제2재료(13)는 다른 재료, 예컨대, 1종 이상의 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 상기 제1재료(11)와 제2재료(13)의 두께는 또한 다른 실시예에서는 상이할 수도 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 이동 반사층(14)은 예를 들어 니켈, 니켈 합금, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어진 균일한 단일층만을 포함하는 모노리식(monolithic)일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 이동 반사층(14)은 재료의 2층 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 제1재료(11)의 층은 제2재료(13)의 층보다 두꺼울 수 있고, 이것은 응력(stress) 및 변형(strain)에 대해서 주된 재료의 관계를 변화시킬 수 있다.

간섭계 변조기의 온도 변화를 통해서 간섭계 변조기에 도입되는 응력 및 그로 인한 변형은 이동 반사층(14)의 이동에 상당히 영향을 미칠 수 있다. 응력은 인접하는 부분에 대해 본체에 의해 단위 면적당 작용하는 힘이고, 변형은 응력에 의해 생긴 치수의 변화 혹은 변형이다. 응력에 대한 내성 및 탄성 한계는 모두 고 체의 조성물에 의존한다. 본체가 당겨지면, 장력 혹은 인장 응력 하에 있다고 말하고, 밀리고 있으면, 압축 혹은 압축 응력 하에 있다고 말한다. 인장 응력은 일반적으로 양의 값으로 간주되는 한편, 압축 응력은 음의 값으로 간주된다. 재료의 온도가 변화됨에 따라, 본체는 제조된 재료의 열팽창계수(CTE: coefficient of thermal expansion)에 따라 팽창하거나 수축된다. 간섭계 변조기의 통상의 작동 온도는 예를 들어 약 -40℃ 내지 +70℃일 수 있다. 온도가 변함에 따라, 기판(20), 이동 반사층(14)의 제1재료(11) 및 제2재료(13)는 각각의 CTE에 따라 다르게 팽창하거나 수축한다. 두개의 상이한 재료의 이 팽창 및 수축은 이동 반사층(14)에 변형을 도입하고, 이것에 의해 이동 반사층(14)의 응력이 대응하는 변화를 일으킨다.

제1재료(11)의 층과 제2재료(13)의 층의 양쪽 모두는 그들의 각각의 CTE로 표현되는 바와 같이 온도의 함수로서 팽창하거나 수축되지만, 보다 두꺼운 층(예를 들어, 제2재료(13))의 CTE가 팽창량 혹은 수축량에 큰 영향을 준다. 기판(20) 및 광학 적층부(16)의 팽창 및 수축량은 보다 큰 두께로 인해 기판(20)의 팽창 및 수축에 의해 영향받는다. 전형적으로, 기판(20)의 CTE는 제2재료(13)의 층의 CTE보다 적으므로, 제2재료(13)의 층이 기준 온도가 변화함에 따라 기판(20)보다 더욱 팽창하거나 수축한다. 그러나, 지지부(18)는 기판(20)에 대해서 상대적으로 이동 반사층(14)의 팽창 및 수축을 규제한다. 따라서, 온도가 변화함에 따라, 이동 반사층(14)은 해당 이동 반사층(14)의 평면 x 및 y 방향의 변형의 변화를 경험하고, 응력(σ)의 대응하는 변화도 이동 반사층(14)의 x 및 y 방향으로 일어난다. 이동 반 사층(14)의 응력은 작동 위치와 비작동 위치 간을 이용하는 그의 능력에 영향을 미치고, 따라서, 바이어스 전압에 영향을 미친다. 일 실시예에 있어서, 기판(20)은 표시등급 코닝(display grade Corning) 1737, 3.76 × 10^-6/℃의 CTE를 가진 알루미노실리케이트 유리를 포함한다. 알루미노실리케이트 유리의 전형적인 조성은 SiO₂ 55.0%, B₂O₃ 7.0%, A1₂O₃ 10.4%, CaO 21.0% 및 Na₂O 1.0%이다.

도 9는 일 실시예에 따른 간섭계 변조기의 온도(x-축)와 바이어스 전압(y-축) 간의 관계를 예시한 그래프이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 간섭계 변조기의 소정의 온도 변화에 따른 바이어스 전압은 간섭계 변조기의 온도와 대략 반대의 관계이며, 예를 들어, 간섭계 변조기의 온도가 증가함에 따라 바이어스 전압이 감소한다. 바이어스 전압의 소량의 변화(예를 들어, 몇몇 실시예에 있어서 약 0.25 볼트 이하)도 간섭계 변조기의 히스테리시스 특징에 의존하는 간섭계 변조기의 동작에 상당히 영향을 미칠 수 있다. 도 9의 그래프에 있어서, 바이어스 전압은 약 25℃의 온도 변화 동안 약 0.25 볼트만큼 변화한다.

도 9에 예시한 바와 같이, 온도의 변화는 이동 반사층(14)의 평면 x 및 y 방향의 응력의 증감을 일으키고, 이것은 바이어스 전압에 영향을 미친다. 간섭계 변조기(60)를 제어하기 위해 인가된 전압의 온도에 기초한 보상은 유리하게는 간섭계 변조기(60)가 항상 동작하는 것을 유지시키는 데 이용될 수 있다. 전형적으로, 간섭계 변조기의 온도가 증가하면 보다 낮은 활성화 전압이 제공되며, 온도가 감소하면 보다 높은 활성화 전압이 제공된다.

전술한 바와 같이, 간섭계 변조기에 인가된 작동 전압은 간섭계 변조기에 인가되는 두 전압(이것은 열방향 전압(예컨대 V_bias)과 행방향 전압일 수 있음) 간의 차이이다. 여기에 기재된 실시예에 있어서, 인가된 행방향 전압은 +ΔV 또는 -ΔV(예를 들어, 도 4 참조)의 값으로부터 변화하지 않는다. 그러나, 열에 인가된 전압은 예컨대 온도의 함수로서 어레이 드라이버(22)에 의해 조절될 수 있고, 따라서, 온도에 대해 보상되는 작동 전압을 제공하고 히스테리시스 창의 중앙 근방에 바이어스 전압을 유지할 수 있다

여기서 작동 전압(Vo_pp)으로도 칭해지는 바이어스 전압, 응력 (σ) 및 온도(T) 간의 관계는 이하의 수학식 1 및 수학식 2로 표시된다:

식 중, σ₀는 예컨대 기준 온도에서의 잔류 응력이고, k는 상수이다. 전형적인 기준 온도는 약 25℃의 실온이다. 일 실시예에서의 이들 변수 간의 일례로서, 온도의 매 1℃ 증가는 이동 반사층의 응력의 2 ㎫ 변화, 그리고 동작 전압의 ~ 11 mV 변이를 초래한다. 통상의 실시예에 있어서, 간섭계 변조기(60)의 층(14) 내의 응력 (σ)은 인장 응력이고, 이것은 σ가 0과 동일하거나 그보다 큰 것을 의미한다.

층(14) 내의 잔류 응력(σ₀)은 이완(비작동) 상태일 때 기준 온도에서의 응력을 의미하며, 이것은 간섭계 변조기(60)를 제작하는 데 이용되는 방법의 결과이다. 제조 방법은 잔류 응력(σ₀)에 영향을 미치는 데, 이것은 간섭계 변조기(60)가 각종 처리 온도에 노출되기 때문이고, 또한 층(14)이 궁극적으로 제거되는 희생층 위에 초기에 형성되기 때문이다.

도 8에 있어서, 층(14) 내에서 각각의 x축 및 y축을 따른 응력(σ_x) 및 (σ_y)은 단위 면적(17)에 대해서 도시되어 있다. 간섭계 변조기의 온도 변화로부터 초래되는 작동 전압의 변화는 이하의 수학식 3에 의해 표시될 수 있다:

식 중, L은 간섭계 변조기의 지지부 간의 거리이고, h는 반사층(14)이 이를 통해서 이동하는 공기 간극 두께이며, σ(T)는 기준 온도(T)의 함수인 이동 반사층(14)의 응력이고, t는 이동 반사층(14)의 두께이다. 공기 간극, 이동 반사층의 두께 및 지지부 간의 거리는 간섭계 변조기의 설계 동안 선택되고, 따라서, 일단 변조기가 제작되면 변화되지 않는다.

응력(σ)의 온도 의존성은 σ = σ₀ - σ_T(T)로서 기재될 수 있고(이때, σ₀는 제작 후의 이동 반사층(14)에서의 기준 온도에서의 잔류 응력임), 이것은 전술 한 바와 같이 제2재료(13)의 CTE에 의해 영향받는다.

이동 반사층(14)과 기판(20) 간의 열팽창 불일치는 열변형과, 열팽창 불일치의 함수인 그로 인한 열응력을 초래한다. 예를 들어, 이동 반사층(14)이 니켈이고 기판(20)이 코닝 유리 제1737호인 경우, 상기 열 불일치(ΔCTE)는 이하의 수학식 4로 기재될 수 있다:

식 중, σ₁ = 13.0 × 10^-6/℃(니켈의 CTE), σ₂ = 3.76 × 10^-6/℃(코닝 유리 제1737호의 CTE)이다. 열변형(ε_T)은 이하의 수학식 5로 기재될 수 있다:

식 중, ΔT는 기준 온도에 대한 온도 변화이다. 얻어지는 열응력은 이하의 수학식 6으로 기재될 수 있다:

식 중, E₁은 니켈의 팽창 계수이고, ΔT는 기준 온도에 대한 온도 변화이다. 이어서, 작동 전압은 이하의 수학식 7 또는 수학식 8에 표시된 바와 같이 온도의 함수로서 기재될 수 있다:

또는

식 중, ΔT는 기준 온도에 대한 온도 변화이다. 수학식 8은 수학식 7의 선형 근사로서 작동 전압을 나타낸다. 단, k₁ 및 k₂는 작동 전압식의 표시를 간단화하는 상수이다.

이동 반사층(14)의 잔류 응력은 이동 반사층(14)과 기판(20) 사이의 CTE, 사용된 각 재료(예컨대, 제1재료(11) 및 제2재료(13))의 층의 두께 및 변조기 제작 수법의 불일치를 최소화하는 변소의 선택에 의해 제작 동안 어느 정도까지 조절가능하다.

수학식 8에 표시된 바와 같이, 작동 전압은 k₁ 및 k₂ 등의 소정의 상수에 의존한다. 그러나, 이들 상수는 예컨대 노화 등의 비선형 효과에 영향을 미치므로, 장기간에 있어서 변화할 수 있다. 이와 같이 해서 이들 효과를 고려한 온도 보상 장치가 바람직하다.

도 10은 3×3 간섭계 변조기 표시장치를 내장한 전자 장치의 일 실시예를 개 략적으로 예시한 시스템 블록도이고, 이때 구동 회로는 온도에 의거해서 어레이(30)를 구동하는 작동 신호를 제공하도록 구성되어 있다. 도 10의 블록도는 어레이 드라이버 회로에 결합된 온도 감지 회로(66)를 예시한다. 센서(66)는 온도 의존적 변수를 감지하고, 온도에 의거한 신호를 어레이 드라이버(22)에 제공한다. 센서(66)는, 센서 회로, 예컨대, 온도를 감지하여 대응하는 신호를 발생하는 회로, 또는 센서로부터의 신호가 온도에 대응하도록 온도에 의해 영향받는 회로의 각종 실시예를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(66)는 온도에 따라 저항이 변화하는 써미스터(thermistor)(도시 생략)를 포함할 수 있다. 온도에 대한 저항의 공지된 의존성 때문에, 저항기는 온도 센서로서 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 센서(66)는 열전쌍(thermocouple)을 포함한다. 이들 장치는 결점을 가지지만, 이들이 상기 선형 관계에 의거해서 어레이 드라이버 출력을 조정하는 데 이용될 수 있는 온도 의존적 출력을 제공할 수 있는 한편, 이들 장치는 표시 소자가 하는 것과 마찬가지 방식으로 노화 혹은 환경적 응력에 대해서 반응하지 않는다. 따라서, 표시 소자의 온도 의존성은 시간에 따라 변화할 수 있고, 이것은 열전쌍 혹은 써미스터계 시스템에 의해 전혀 고려되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 센서(66)는 디스플레이 어레이(30)의 표시 소자와 유사한 구성을 가진 시험 편향 구조체(62)를 포함한다. 상기 센서(66)는 MEMS 표시 소자의 물리적 변화, 예를 들어, 편향을 모니터링하도록 구성되므로, 어레이 드라이버(22)는 온도 변화를 보상하기 위해 구동 신호를 조정하는 이들 변화의 지식을 이용할 수 있다. 이러한 유형의 온도 의존적 장치는 표시 소자 자체로서 노화 및 기타 응력과 유사하게 반응하는 것으로 예상될 수 있다. 따라서, 열전쌍 혹은 써미스터 보다 더욱 정확한 드라이버 보상을 허용하는 것으로 예상될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62)는 온도 의존적 전기 용량을 가진 가변 커패시터를 형성한다. 시험 회로(64)는 시험 편향 구조체(62)의 전기 용량을 모니터링함으로써 편향을 모니터링하고 온도에 의존하는 신호를 발생한다. 몇몇 실시예에 있어서, 편향은 또한 광학적 기구 등과 같은 기타 방법에 의해 모니터링될 수도 있다. 시험 회로(64)는 전기 용량을 모니터링하기 위해 예를 들어 AC 전기 용량 브리지 또는 진동 일체형 전위계 등의 각종 수법을 이용할 수 있다. AC 전기 용량 브리지를 내장한 일 실시예는 나중에 도 12a 및 도 12b에 있어서 상세히 설명될 것이다.

시험 편향 구조체(62)는 원하는 특정 구현예에 따라 각종 장소에 배치될 수 있다. 시험 편향 구조체(62)의 배치는 바람직하게는 시험 편향 구조체(62)가 동작하에 있는 온도가 어레이(30)의 간섭계 변조기들이 동작하에 있는 온도와 소정의 관계를 가지도록 결정된다. 일 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62)는 디스플레이 어레이(30)의 주변에 배치된다.

디스플레이 어레이(30)는 예시적인 실시예에 있어서 간섭계 변조기를 포함하지만, 이것은 그 대신에 MEMS 표시 소자의 기타 형태를 포함할 수도 있다. 그 경우, 시험 편향 구조체(62)는, MEMS 표시 소자 구조가 표시장치에 이용되고 있는 것이라면 어느 것과도 유사한 구성을 가진다.

도 11은 도 10에 있어서의 시험 편향 구조체(62)의 일 실시예를 예시하고 있다. 이 예시적인 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62)는 디스플레이 어레이(30)의 간섭계 변조기와 유사한 구성을 가진다. 상기 시험 편향 구조체(62)는 도 8의 이동 반사층(14)과 유사한 시험 편향 소자(14)를 포함한다. 시험 편향 구조체(62)는 지지부(18) 및 기판(20)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 기판(20)은 기판(20)의 상부에 있는 광학 적층부(16)를 더 포함하지만, 적층부의 광학적 활성부(예를 들어, 전술한 크롬)는, 상기 구조체의 광학 특성이 이용되고 있지 않은 경우 필수는 아니다.

일 실시예에 있어서, 시험 편향 소자(14)는 어레이(30)의 간섭계 변조기의 이동 반사층(14)을 제조하는 이용되는 것과 동일한 재료를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 시험 편향 소자(14)는 어레이(30)의 간섭계 변조기들의 이동 반사층을 제작하는 데 이용되는 동일한 과정에 의해 제작된다. 시험 편향 소자 및 간섭계 변조기들의 이동 반사층은 동시에 혹은 순차적으로 제조될 수 있다. 시험 편향 소자는 간섭계 변조기와 동일한 기판 상에 제조될 수도 있고 제조되지 않을 수도 있다.

소정의 실시예에 있어서, 실질적으로 일정한 DC 성분을 가진 전압이 시험 편향 구조체(62)에 인가된다. 실질적으로 일정한 DC 성분은 시험 편향 구조체(62)가 비작동 상태인 채로 있도록 선택된다. 몇몇 실시예에 있어서, DC 성분은 공칭 기준 온도(예를 들어, 통상의 실온)에서 인가된 바이어스 전압이다. 몇몇 실시예에 있어서, 실질적으로 일정한 전압은 DC-바이어스된 정사각형 파 등과 같은 DC-바이어스된 AC 신호이다. AC 성분의 진폭은 DC 성분의 진폭과 비교해서 상대적으로 작 다. 예를 들어, AC 성분의 진폭은 DC 성분의 하나의 5% 이하일 수 있다. AC 성분의 주기는 상기 구조체(62)의 기계적 응답 시간보다 훨씬 높을 수 있고, 따라서, 이 경우라면, 상기 진폭은 반드시 작을 필요는 없다. 일반적으로, 인가된 전압의 DC 성분은 온도에 의존하는 양만큼 멤브레인을 변형시키고, AC 성분은 전기 용량을 결정하는 데 사용될 수 있는 장치를 통해서 AC 전류를 생성한다.

상기 표시 소자와 유사한 시험 편향 구조체를 이용하는 것은 몇가지 이점을 제공한다. 첫번째로, 편향이 연속적으로 혹은 거의 연속적으로 모니터링될 수 있으므로, 온도의 연속적인 혹은 거의 연속적인 측정을 제공한다. 두번째로, 시험 편향 구조체의 편향은, 이들이 유사한 구조를 지니므로 표시 소자의 편향처럼 노화 등과 같은 유사한 비선형 효과를 받는다. 따라서, 시험 편향 구조체를 사용하는 것은, 온도에 부가해서, 표시 소자의 이들 비선형 효과의 영향에 대한 보상을 더욱 제공할 수 있다. 한편, 상이한 구조를 가진 센서(써미스터 등)는 표시 소자와는 다른 비선형 효과를 받는다. 이들 비선형 효과는 온도 보상의 정확도에 영향을 미칠 수 있다.

소정의 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체는 표시 소자가 구동 신호에 의해 구동되는 것과 마찬가지 방식으로 동시에 실질적으로 구동되므로, 노화는 표시 소자에 대한 것과 마찬가지 방식으로 시험 편향 구조체에 일어난다. 상기 시험 편향 구조체는 편향 측정이 취해진 경우 표시 소자를 구동하는 데 이용되는 이들 구동 신호에 의해 구동되지 않는다.

도 10에 예시된 실시예에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 온도에 대응하는 상기 어레이(30)를 구동하는 신호를 제공하기 위해 센서(66)로부터 신호를 수신하는 데 이용되도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 수신된 온도에 기초한 신호에 의거해서 어레이를 제공하도록 적절한 전압을 결정하기 위해 메모리에 격납된 미리 결정된 검색 테이블을 이용한다. 다른 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)(또는 프로세서(21))의 회로는 도 9에 예시된 곡선을 근사시킬 수 있고(예를 들어, 온도와 동작 전압 간의 관계를 선형으로 근사시킬 수 있고), 이어서, 온도와 동작 전압 간의 상기 규정된 관계를 이용해서 수신된 온도에 기초한 신호에 비례하는 신호를 어레이(30)에 제공한다.

예시적인 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62)는 어레이(30)에서 발견되는 간섭계 변조기와 유사한 구조적 형태를 지닌다. 통상, 이러한 시험 편향 구조체는 표시 목적을 위해 광을 출력하는 데 사용되지 않는다. 시험 편향 구조체의 전체 치수 규모는 어레이(30) 내의 간섭계 변조기의 것과 유사하거나 다를 수 있다. 시험 편향 구조체의 전체 혹은 특정 치수는 의도된 시험 측정 대상물에 의존하는 어레이(30)의 간섭계 변조기에 대해서 변화될 수도 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62)는 온도 변이에 대한 전기 용량 변화의 감도를 증가시키기 위해서 어레이(30)의 간섭계 변조기보다 큰 규모로 제작된다. 대안적인 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62)는 어레이(30)의 것과는 다른 구조적 형태를 가진다. 몇몇 실시예에 있어서, 시험 편향 구조체(62) 및 어레이(30)의 간섭계 변조기는 각각 온도의 제1 및 제2편향 함수를 가지며, 이때 제1 및 제2 편향함수는 서로 소정의 관계를 가진다.

일정한 전압(V_r)이 시험 편향 소자(14)와 광학 적층부(16)(또는 기판(20)) 사이에 인가되면, 시험 편향 소자(14)와 광학 적층부(16) 사이에 형성된 커패시터가 충전된다. 정전기력에 의해 시험 반사 소자(14)가 광학 적층부(16)를 향해 이동된다. 시험 편향 소자(14)와 광학 적층부(16) 간의 거리(d₁)는 전압이 일정한 경우 시험 편향 소자(14)의 가요성에 의존한다. 몇몇 실시예에 있어서, 일정한 전압(V_r)은 시험 편향 소자(14)가 동작 시 작동하지 않고 아래쪽으로 변형되도록 선택된다. 몇몇 실시예에 있어서, 일정한 전압(V_r)은 변조기를 구동하는 데 이용되는 일정한 기준 전압 중의 하나가 되도록 선택된다.

전술한 바와 같이, 온도가 변화됨에 따라, 시험 반사 소자(14)의 응력이 변화한다. 온도가 상승하면, 시험 반사 소자(14)는 더욱 가요성으로 되므로, 거리(d₁)는 전압(V_r)에 의해 감소된다. 상기 소자의 전기 용량은 이어서 증가한다. 한편 온도가 저하하면, 커패시터의 전기 용량이 저하된다. 따라서, 시험 편향 구조체(62)는 온도 의존적인 전기 용량을 지니는 가변 커패시터를 형성한다. 시험 회로(64)(도 10 참조)는, 전기 용량 변화를 모니터링함으로써, 온도를 나타내는 신호를 생성한다.

도 12a는 도 10에 있어서의 센서(66)의 일 실시예를 예시한 기능 블록도이다. 전압원(70)은 전기 용량 브리지에 소정의 AC 전압 신호를 인가한다. 상기 전기 용량 브리지는 2개의 가변 저항기(R₁) 및 (R₂), 고정된 커패시터(C_s) 및 시험 편 향 구조체(62)에 의해 형성된 가변 커패시터(C_x)를 포함한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전기 용량 브리지는 2개의 고정된 저항기(R_s) 및 (R_x)를 더 포함할 수도 있다. 시험 편향 구조체(62)의 전기 용량을 측정하기 위해서, 가변 저항기(R₁) 및 (R₂)의 저항은 브리지의 균형을 이루기 위해 조정되며, V_ab = 0을 부여한다. 브리지가 균형을 이룰 경우, 시험 편향 구조체(62)의 전기 용량은 다음과 같이 수학식 9에 의해 계산될 수 있다:

.

다음에, 시험 편향 구조체(62)의 전기 용량은 온도를 나타내는 신호로서 어레이 드라이버(22)로 전송된다.

브리지가 균형을 이루는 지의 여부를 결정하기 위해서, 점 a와 점 b 간의 전압 전위차(V_ab)는 모니터링된다. 브리지는 (V_ab)가 0에 실질적으로 가까운 소정의 임계값 이하인 경우 균형을 이룬다. 몇몇 실시예에 있어서, 전류 센서는 상기 점 a와 점 b 사이에 접속되어 있다. 브리지는 전류가 소정의 임계값 이하인 경우 균형을 이룬다.

몇몇 실시예에 있어서, 센서(66)는 해당 센서의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 예를 들어, 상기 제어기는 (V_ab)를 측정하고, 브리지가 균형을 이루는지의 여부를 결정하며, 또한 브리지가 균형을 이루도록 가변 저항기(R₁) 및 (R₂)의 저항을 조정하고, 브리지가 균형을 이룰 경우의 가변 저항기(R₁) 및 (R₂)의 저항을 결정하며, 가변 커패시터(62)의 전기 용량을 계산하여, 감지된 전기 용량에 의거해서 신호를 어레이 드라이버(22)에 전송하도록 구성될 수 있다. 제어기는 회로 동작을 제어하는 데 적합한 전자 장치이면 어느 것이라도 가능하다. 다른 실시예에 있어서, 시험 회로(64)는 제어기를 포함하지 않는다. 그 경우, 어레이 드라이버(22) 또는 프로세서(21)(도 10 참조)는 시험 회로(64)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.

시험 회로(64)는 원하는 특정 구현예에 따라 각종 장소에 배치될 수 있다. 시험 회로(64)는 시험 편향 소자(62) 근방에 있을 수 있거나 있지 않을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 시험 회로(64)는 어레이 드라이버(22) 또는 프로세서(21)(도 10 참조) 내에 위치된다.

도 12b는 도 12a에 있어서의 전압원(70)에 의해 인가될 수 있는 전압 신호의 일례를 예시하고 있다. 수직축은 신호의 전압을 나타내는 한편, 수평축은 시간을 나타낸다. 전압 신호는 V_dc+V_a에서 최대치를 가지며 V_dc-V_a에서 최소치를 가지는 DC 바이어스된 정사각형 파이다. DC 바이어스 전압(V_dc)은 가변 커패시터(62)가 기준 전압(V_r)에 가까운 전압으로 되도록 선택된 일정한 전압값이다. 도 11에 대해서 설명된 바와 같이, (V_r)은 시험 편향 구조체(62)를 작동시키지는 않지만 변형시키는 소정의 기준 전압이다. AC 성분의 진폭은 DC 성분과 비교해서 상대적으로 작을 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, (V_dc) 및 (V_a)는 각각 10 볼트 및 0.1 볼트이다.

다른 실시형태에 있어서, 센서(66)는 온도가 변화할 때 가변 커패시터(62)의 전기 용량을 일정하게 유지시키는 피드백 루프(도시 생략)를 포함한다. 가변적인 오프셋 값(V_offset)은 도 12b에 있어서 전압 신호에 가해지고, 얻어진 전압 신호는 가변 커패시터(62)에 인가된다. 기준 온도(T₀)에서, (V_offset)은 0으로 설정된다. 저항기(R₁) 및 (R₂)의 저항은 브리지가 균형을 이루도록 조정된다(즉, V_ab=0). 온도가 변화하는 경우, 피드백 루프는 브리지가 균형을 이룰 때까지 (V_ab)이 측정값에 의거해서 (V_offset)을 조정한다. 이어서, 센서(66)는 온도를 나타내는 신호로서 어레이 드라이버(22)에 오프셋 전압(V_offset) 혹은 총 전압(V_dc + V_offset)의 값을 전송한다. 그 경우, 어레이 드라이버(22)는 온도를 계산할 필요없이 직접 오프셋 전압에 의거해서 구동 전압을 조정할 수 있다. 시험 편향 구조체(62)가 어레이(30)의 간섭계 변조기와 동일한 구조를 가질 경우, 어레이 드라이버(22)는 기준 온도에서 작동하도록 구성된 구동 전압에 가산됨으로써 임의의 온도에서 구동 전압을 간단히 발생시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 센서의 동작(66)은 센서 내부의 제어기에 의해, 프로세서(21)에 의해, 혹은 어레이 드라이버(22)에 의해 제어될 수 있다.

도 13은 단일의 시험 편향 구조체(62)보다는 오히려 시험 편향 구조체(72)들 의 어레이(또는 시험 어레이)를 포함하는 것 이외에는 도 10에 도시된 것과 마찬가지인 3×3 간섭계 변조기 표시장치를 내장하는 전자 장치의 다른 실시예를 개략적 으로 예시한 시스템 블록도이다. 시험 어레이(72)는 도 11에 도시된 것과 유사한 1개 이상의 시험 편향 구조체(62)를 포함하며, 이때 각 시험 편향 구조체(62)는 평행하게 접속되어 있다. 이와 같이 해서, 시험 어레이(72)는 전기 용량이 하나의 시험 편향 구조체(62)에 의해 각각 형성된 커패시터의 전기 용량의 총합이 되는 가변 커패시터를 형성한다. 시험 회로(64)는 시험 편향 구조체(62)에 의해 형성된 가변 커패시터가 이제 시험 어레이(72)에 의해 형성된 가변 커패시터로 대체된 점을 제외하고 이제는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 마찬가지 방식으로 가동한다. 몇몇 실시예에 있어서, 시험 어레이(72)는 어레이(30)에 비교해서 비교적 작다. 시험 어레이는 예를 들어 서로에 대해 단축된 행과 서로에 대해 단축된 열을 지닌 시험 편향 구조체(62)들의 10×10 어레이를 포함할 수 있다.

하나의 시험 편향 구조체(62)를 포함하는 센서(66)에 있어서, 가변 커패시터(62)의 전기 용량은 측정 동안 잡음에 의해 압도되고 포유 전기 용량에 의해 부분적으로 가려지도록 작은 것이 가능해진다. 어레이(30)의 간섭계 변조기보다 큰 규모로 시험 편향 구조체(62)를 제작하는 것은 온도 변이에 대한 감도의 제한된 증가를 제공할 것이다. 또한, 센서(66)는 하나의 시험 편향 구조체(62)가 고장날 경우 기능을 전체적으로 정지시킬 것이다. 도 13에 예시된 바와 같은 예시적인 실시예는 예를 들어 시험 편향 구조체(62)에 의해 형성된 100개의 가변 커패시터를 평행하게 접속함으로써 이들 2가지 문제에 대처한다. 상기 감도는 예를 들어 약 100배만큼 증가된다. 센서(66)는 시험 어레이의 임의의 1개 이상의 시험 편향 구조체가 고장나더라도 충분히 잘 가동할 것이다.

도 14는 도 10에 도시된 것과 같은 표시장치에 있어서의 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다. 상기 실시예에 의하면, 상기 방법의 소정의 단계는 제거되거나 함께 병합되거나 혹은 순서가 재배열될 수도 있다. 이하의 단계는 센서(66), 어레이 드라이버(22) 또는 프로세서(21)(도 10 참조)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 어레이 드라이버(22)는 해당 어레이 드라이버(22)가 상기 방법을 수행하게 하기 위한 수단을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 메모리 내에 격납된 펌웨어(firmware) 혹은 소프트웨어일 수 있다.

상기 방법(1400)은 블록(1410)에서 개시되며, 이때 전압은 1개 이상의 시험 편향 소자(14)에 대해서 인가된다. 상기 전압은 1개 이상의 시험 편향 소자(14)가 비작동 상태인 채로 있도록 선택된다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전압은 어레이(30)를 구동하는 데 인가된 고정된 기준 전압 등과 같은 일정한 전압이다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전압은 실질적으로 일정하다. 일 실시예에 있어서, 상기 전압은 DC-바이어스된 정사각형 파 등과 같은 DC-바이어스된 AC 신호이다. AC 성분의 진폭은 DC 성분의 진폭과 비교해서 상대적으로 작다. 예를 들어, AC 성분의 진폭은 DC 성분의 하나의 5% 이하일 수 있다.

다음에, 블록(1420)에서, 1개 이상의 시험 편향 소자(14)의 온도 의존적 편향이 측정된다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 편향은 1개 이상의 시험 편향 소자(14)와 기판(20) 사이의 전기 용량을 측정함으로써 측정된다. 블록(1430)으로 이동해서, 구동 신호는 편향 측정치에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이(30)에 제공된다.

도 15는 도 10에 도시된 것과 같은 표시장치에 있어서의 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도이다. 실시예에 따라, 상기 방법의 소정의 단계는 제거되거나 함께 병합되거나 혹은 순서가 재배열될 수도 있다. 이하의 단계는 센서(66), 어레이 드라이버(22) 또는 프로세서(21)(도 10 참조)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 어레이 드라이버(22)는 해당 어레이 드라이버(22)가 상기 방법을 수행하게 하기 위한 수단을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 메모리 내에 격납된 펌웨어 혹은 소프트웨어일 수 있다.

방법(1500)은 블록(1510)에서 개시되며, 여기서, DC 성분을 포함하는 가변 전압은 1개 이상의 시험 편향 소자(14)에 대해서 인가된다. 가변 전압은 1개 이상의 시험 편향 소자(14)가 비작동 상태인 채로 있도록 선택된다. 몇몇 실시예에 있어서, 가변 전압은 어레이(30)를 구동하도록 인가된 일전한 기준 전압 등과 같은 가변 진폭을 지닌 DC 신호일 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 가변 전압은 DC-바이어스된 정사각형 파 등과 같은 DC-바이어스된 AC 신호이다. AC 성분의 진폭은 DC 성분의 진폭과 비교해서 상대적으로 작다. 예를 들어, AC 성분의 진폭은 DC 성분의 하나의 5% 이하일 수 있다.

다음에, 블록(1520)에서, DC 성분의 전압은, 감지된 편향이 기준값과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 값으로 1개 이상의 시험 편향 소자(14)의 편향에 의거해서 조정된다. 상기 기준값은 1개 이상의 시험 편향 소자가 기준 온도에 있을 때 측정된 편향이다. 몇몇 실시예에 있어서, DC 성분의 전압은 1개 이상의 시험 편향 소자(14)의 편향을 나타내는 신호로부터 피드백 루프에 의해 조정된다. 1개 이상 의 편향 소자는 동작 동안 비작동 상태인 채로 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 1개 이상의 시험 편향 소자(14)와 기판(20) 상의 전극 사이의 전기 용량을 측정함으로써 편향이 측정된다. 블록(1530)으로 이동하면, 구동 신호는 DC 성분의 전압값에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이(30)에 제공된다. 몇몇 실시예에 있어서, 구동 신호는 온도의 계산을 필요로 하는 일 없이 상기 DC 성분의 전압값에 의거해서 제공된다.

이상에서는 본 발명의 특정 실시예들을 상세히 설명하였다. 그러나, 아무리 상기 상세한 설명이 본문에 제시되어 있더라도, 본 발명은 많은 방법으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 단, 본 발명의 소정의 특성 혹은 측면들을 설명할 때의 특정 기술 용어의 이용은 그 기술 용어가 관련되는 본 발명의 특성 혹은 측면들의 어떠한 구체적인 특징들을 포함하는 것으로 제한하기 위해 여기에서 재차 정의되고 있는 것을 의미하도록 취해진 것은 아니다.

Claims

마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical system) 표시 소자들의 어레이;

적어도 하나의 시험 편향 소자(test deflecting element);

상기 시험 편향 소자에 접속되어, 상기 시험 편향 소자를 작동시키는 일 없이 해당 시험 편향 소자의 편향을 모니터링하고 해당 편향에 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 편향 감지 회로; 및

상기 MEMS 표시 소자들의 어레이 및 상기 편향 감지 회로에 접속되어, 상기 편향 감지 회로로부터 전달된 신호에 적어도 부분적으로 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이를 구동하도록 구성된 구동 회로를 포함하는 표시장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는 상기 구동 회로 내에 위치되어 있는 것인 표시장치.
제1항에 있어서, 각각의 MEMS 표시 소자는 간섭계 변조기(interferometric modulator)를 포함하고, 상기 간섭계 변조기는 전극층, 편향 소자 및 상기 전극층 과 상기 편향 소자에 의해 규정된 간극을 포함하며, 상기 편향 소자는 해당 편향 소자와 상기 전극층 사이에 인가된 전압에 응답해서 상기 간극 내에서 이동하는 것인 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 시험 편향 소자의 편향은 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수의 함수인 것인 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호는 상기 시험 편향 소자의 편향을 나타내는 신호를 포함하는 것인 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 시험 편향 소자는 기판 상에 형성되어 있는 것인 표시장치.
제7항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는 상기 시험 편향 소자와 상기 기판 사이의 전기 용량(capacitance)을 모니터링함으로써 상기 시험 편향 소자의 편향을 모니터링하도록 구성된 것인 표시장치.
제7항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는 상기 시험 편향 소자와 상기 기판 사이의 실질적으로 일정한 전압을 인가하도록 구성된 것인 표시장치.
제7항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는, 상기 시험 편향 소자와 상기 기판 사이에 인가된 전압을, 상기 시험 편향 소자의 편향이 기준값과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 제1전압으로 조정하도록 구성된 것인 표시장치.
제10항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호는 상기 제1전압을 포함하는 것인 표시장치.
제10항에 있어서, 상기 시험 편향 소자의 편향은, 상기 시험 편향 소자와 상기 기판 사이에 기준 전압이 인가되고 상기 시험 편향 소자가 기준 온도에 있을 때 기준값에 있는 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 각각 제1 및 제2 전기 기계적 응답을 가지며, 상기 제1 및 제2 전기 기계적 응답은 서로 소정의 관계를 가지는 것인 표시장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기 기계적 응답은 각각 온도의 함수인 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자와 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동일한 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자의 규모는 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자보다 실질적으로 큰 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동일한 재료로 제조된 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동일한 방법에 의해 형성된 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동시에 형성된 것인 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 시험 편향 소자와 상기 간섭계 변조기들의 어레이는 공통 기판 상에 형성된 것인 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는 실질적으로 연속적으로 편향을 모니터링하도록 구성된 것인 표시장치.
제1항에 있어서,

디스플레이;

상기 디스플레이와 연통하여, 이미지 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및

상기 프로세서와 연통하도록 구성된 메모리 장치를 추가로 포함하는 표시장치.
제22항에 있어서, 상기 디스플레이에 적어도 하나의 신호를 전송하도록 구성된 드라이버 회로를 추가로 포함하는 표시장치.
제23항에 있어서, 상기 드라이버 회로에 상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 전송하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하는 표시장치.
제22항에 있어서, 상기 프로세서에 상기 이미지 데이터를 전송하도록 구성된 이미지 소스 모듈(image source module)을 추가로 포함하는 표시장치.
제25항에 있어서, 상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 트랜스시버(transceiver) 및 송신기의 적어도 하나를 포함하는 것인 표시장치.
제22항에 있어서, 입력 데이터를 수신하고 해당 입력 데이터를 상기 프로세 서에 전달하도록 구성된 입력 장치를 추가로 포함하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수는 온도를 포함하는 것인 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수는 노화(aging)를 포함하는 것인 표시장치.
MEMS 표시 소자들의 어레이;

기판 상에 형성된 시험 편향 소자들의 어레이; 및

상기 시험 편향 소자들의 어레이에 접속되어, 해당 시험 편향 소자들의 어레이의 전기 용량을 모니터링하고 해당 전기 용량에 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 편향 감지 회로; 및

상기 MEMS 표시 소자들의 어레이 및 상기 편향 감지 회로에 접속되어, 상기 편향 감지 회로로부터 전달된 신호에 적어도 부분적으로 의거해서 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이를 구동하도록 구성된 구동 회로를 포함하되,

상기 시험 편향 소자는 각각 평행하게 접속되어 있는 것인 표시장치.
제30항에 있어서, 각각의 MEMS 표시 소자는 간섭계 변조기를 포함하고, 상기 간섭계 변조기는 전극층, 편향 소자 및 상기 전극층과 상기 편향 소자에 의해 규정된 간극을 포함하며, 상기 편향 소자는 해당 편향 소자와 상기 전극층 사이에 인가 된 전압에 응답해서 상기 간극 내에서 이동하는 것인 표시장치.
제30항에 있어서, 각 시험 편향 소자의 편향은 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수의 함수인 것인 표시장치.
제30항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호는 상기 전기 용량을 나타내는 신호를 포함하는 것인 표시장치.
제30항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는 각 시험 편향 소자와 상기 기판 사이에 공통의 실질적으로 일정한 전압을 인가하도록 구성된 것인 표시장치.
제34항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는, 각 시험 편향 소자와 상기 기판 사이에 인가된 상기 공통의 전압을, 각 시험 편향 소자의 편향이 기준값과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 제1전압으로 조정하도록 구성된 것인 표시장치.
제35항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호는 상기 제1전압을 포함하는 것인 표시장치.
제35항에 있어서, 각 시험 편향 소자의 편향은, 상기 시험 편향 소자와 상기 기판 사이에 기준 전압이 인가되고 상기 시험 편향 소자가 기준 온도에 있을 때 기준값에 있는 것인 표시장치.
제31항에 있어서, 각 시험 편향 소자와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 각각 제1 및 제2 전기 기계적 응답을 가지며, 상기 제1 및 제2 전기 기계적 응답은 서로 소정의 관계를 가지는 것인 표시장치.
제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기 기계적 응답은 각각 온도의 함수인 것인 표시장치.
제31항에 있어서, 각 시험 편향 소자와 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동일한 것인 표시장치.
제31항에 있어서, 각 시험 편향 소자와 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동일한 재료로 제조된 것인 표시장치.
제31항에 있어서, 상기 시험 편향 소자들의 어레이와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동일한 방법에 의해 형성된 것인 표시장치.
제31항에 있어서, 상기 시험 편향 소자들의 어레이와, 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 상기 편향 소자는 실질적으로 동시에 형성된 것인 표시장치.
제31항에 있어서, 상기 시험 편향 소자들의 어레이와 상기 간섭계 변조기들의 어레이는 공통 기판 상에 형성된 것인 표시장치.
삭제
제30항에 있어서, 상기 편향 감지 회로는 각 시험 편향 소자가 작동되는 것을 방지하도록 구성된 것인 표시장치.
제30항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수는 온도를 포함하는 것인 표시장치.
제30항에 있어서, 상기 MEMS 표시 소자들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수는 노화를 포함하는 것인 표시장치.
1개 이상의 시험 편향 소자가 비작동 상태인 채로 있도록 선택된 전압을 상기 1개 이상의 시험 편향 소자에 대해서 인가하는 단계;

상기 1개 이상의 시험 편향 소자의 편향을 측정하는 단계; 및

상기 편향 측정치에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이에 구동 신호를 제공하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
제49항에 있어서, 상기 편향을 측정하는 단계는 상기 1개 이상의 시험 편향 소자와 기판 사이의 전기 용량을 측정하는 단계를 포함하는 것인, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
제49항에 있어서, 상기 전압은 실질적으로 일정한 것인, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
제49항에 있어서, 상기 편향은 상기 간섭계 변조기들의 어레이의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수의 함수인 것인, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
제52항에 있어서, 상기 1개 이상의 변수는 온도를 포함하는 것인, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
제52항에 있어서, 상기 1개 이상의 변수는 노화를 포함하는 것인, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
1개 이상의 시험 편향 소자에 DC 성분을 포함하는 가변 전압을 인가하는 단계;

상기 DC 성분의 전압을, 상기 1개 이상의 시험 편향 소자의 편향이 기준값과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 값으로 조정하는 단계로서, 이때 1개 이상의 시험 편항 소자는 비작동 상태인 채로 있도록 하는 것인 조정 단계; 및

상기 값에 적어도 부분적으로 의거해서 간섭계 변조기들의 어레이에 구동 신호를 제공하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
제55항에 있어서, 상기 편향은 상기 1개 이상의 시험 편향 소자와 기판 사이의 전기 용량에 적어도 부분적으로 의거해서 측정되는 것인, 간섭계 변조기들의 어레이를 구동하는 방법.
이미지 데이터를 표시하는 표시 수단;

상기 표시 수단과는 상이한 적어도 하나의 시험 편향 소자;

상기 시험 편향 소자의 편향을 모니터링하되, 해당 시험 편향 소자를 작동시키는 일 없이 상기 시험 편향 소자의 편향을 모니터링하고 해당 편향에 의거해서 상기 표시 수단의 동작에 영향을 미치는 1개 이상의 변수를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 편향 모니터링 수단; 및

상기 신호에 의거해서 상기 표시 수단을 구동하는 구동 수단을 포함하는 표시장치.
제57항에 있어서, 상기 표시 수단은 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 것인 표시장치.
제57항에 있어서, 상기 1개 이상의 변수는 온도를 포함하는 것인 표시장치.
제57항에 있어서, 상기 1개 이상의 변수는 노화를 포함하는 것인 표시장치.
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