KR101431785B1 - 다상 반사형 변조기 표시장치용의 혼성 컬러 합성 - Google Patents

다상 반사형 변조기 표시장치용의 혼성 컬러 합성 Download PDF

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Abstract

복수개의 광변조기(91) 및 해당 복수개의 광변조기의 반사측 상에 있는 복수개의 필터 소자(95)를 포함하는 표시장치(90)가 제공된다. 상기 복수개의 광변조기(91)는 제1세트의 광변조기(92) 및 제2세트의 광변조기(94)를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기(91)의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있다. 각 위치는 상이한 분광 반사율을 지닌다. 상기 복수개의 필터 소자(95)는 상기 제1세트의 광변조기(92)에 대응하는 제1세트의 필터 소자(96)와 상기 제2세트의 광변조기(94)에 대응하는 제2세트의 필터 소자(98)를 포함한다. 상기 제1세트의 필터 소자(96)는 상기 제2세트의 필터 소자(98)와는 다른 분광 투과율을 지닌다.
표시장치, 광변조기, 필터 소자, 분광 투과율, 분광 반사율

Description

다상 반사형 변조기 표시장치용의 혼성 컬러 합성{HYBRID COLOR SYNTHESIS FOR MULTISTATE REFLECTIVE MODULATOR DISPLAYS}
본 발명의 기술분야는 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical system)에 관한 것으로, 특히 MEMS를 포함하는 표시장치(디스플레이)에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로기계 소자, 작동기 및 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 소자는 기판 및/또는 증착된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 기타 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치의 한 형태는 간섭계 변조기(interferometric modulator)라 불린다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator)라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 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 도전 판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 공기 간극(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 광범위하며, 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.
소정의 실시형태에 있어서, 표시장치는 복수개의 광변조기(optical modulator) 및 상기 복수개의 광변조기의 반사측 상에 있는 복수개의 필터 소자를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기는 제1세트의 광변조기 및 제2세트의 광변조기를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있다. 각 위치는 상이한 분광 반사율(spectral reflectance)을 지닌다. 상기 복수개의 필터 소자는 상기 제1세트의 광변조기에 대응하는 제1세트의 필터 소자 및 상기 제2세트의 광변조기에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함한다. 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자와는 상이한 분광 투과율(spectral transmittance)을 지닌다.
소정의 실시형태에 있어서, 표시장치는 적어도 제1색, 제2색 및 제3색 간에 광을 광학적으로 변조시키기 위한 제1변조수단; 상기 제1색, 제2색 및 제3색 간에 광을 광학적으로 변조시키기 위한 제2변조수단; 상기 제1변조수단에 의해 변조된 광을 여파시키는(filtering) 제1여파수단; 및 상기 제2변조수단에 의해 변조된 광을 여파시키는 제2여파수단을 포함한다. 상기 제1여파수단은 상기 제2여파수단과는 상이한 분광 투과율을 지닌다.
소정의 실시형태에 있어서, 화상 생성 방법은 복수개의 광변조기 및 상기 복수개의 광변조기의 반사측 상에 있는 필터를 포함하는 표시장치를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기는 제1세트의 광변조기와 제2세트의 광변조기를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있다. 각 위치는 상이한 분광 반사율을 지닌다. 상기 필터는 상기 제1세트의 광변조기에 대응하는 제1세트의 필터 소자 및 상기 제2세트의 광변조기에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함한다. 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자와는 상이한 분광 투과율을 지닌다. 상기 방법은 상기 표시장치 상으로 광원으로부터의 광을 유도시키는 단계 및 상기 복수개의 광변조기를 상기 위치들 간에 선택적으로 전환시키는 단계를 포함한다.
소정의 실시형태에 있어서, 표시장치의 제조방법은 복수개의 광변조기를 형성하는 단계 및 상기 복수개의 광변조기의 반사측 상에 있는 복수개의 필터 소자를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기는 제1세트의 광변조기와 제2세트의 광변조기를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있다. 각 위치는 상이한 분광 반사율을 지닌다. 상기 복수개의 필터 소자는 상기 제1세트의 광변조기에 대응하는 제1세트의 필터 소자 및 상기 제2세트의 광변조기에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함한다. 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자와는 상이한 분광 투과율을 지닌다.
도 1은 제1간섭계 변조기의 이동 반사층(movable reflective layer)이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 디스플레이(표시장치)의 일 실시예의 일부를 나타낸 등각 투상도;
도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 내장한 전자 장치의 일 실시예를 예시한 시스템 블록도;
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시예에 대해 이동 미러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;
도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하는 데 사용될 수 있는 1세트의 행방향 전압(row 전압) 및 열방향 전압(column 전압)을 나타낸 도면;
도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에서의 표시 데이터의 프레임의 일례를 나타낸 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 8a 내지 도 8c는 다상(multi-state) 간섭계 변조기의 일례의 개략 측면 단면도
도 9는 복수개의 간섭계 변조기 및 복수개의 필터 소자의 일례를 포함하는 표시장치의 일 실시예의 전개 사시도;
도 10은 다상 간섭계 변조기용의 반사 스펙트럼의 일례를 나타낸 도면;
도 11은 예시적인 필터 소자 대 파장의 분광 투과율을 플롯한 차트;
도 12a 내지 도 12d는 복수개의 필터 소자의 또 다른 예를 나타낸 도면;
도 13a 내지 도 13d는 각종 위치의 복수개의 간섭계 변조기 및 복수개의 필터 소자를 포함하는 표시장치의 일 실시예의 전개 사시도;
도 14a 내지 도 14d는 각종 위치의 복수개의 간섭계 변조기 및 복수개의 필터 소자를 포함하는 표시장치의 다른 실시예의 전개 사시도;
도 15a 내지 도 15g는 각종 위치의 1쌍의 간섭계 변조기 및 대응하는 1쌍의 필터 소자의 일 실시예의 전개 사시도;
도 16a 내지 도 16f는 각종 위치의 1쌍의 간섭계 변조기 및 대응하는 1쌍의 필터 소자의 다른 실시예의 전개 사시도;
도 17은 복수개의 간섭계 변조기 및 복수개의 필터 소자를 포함하는 투사형 표시장치의 개략도.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 임의의 특정 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 본 설명에 있어서, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호들로 표기된 도면을 참조한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 실시예들은 동화상(예를 들어, 비디오)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 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 이미지의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 구현되거나 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 것들과 유사한 구조의 MEMS 장치는 또한 전자 스위칭 장치 등에서와 같이 표시장치가 아닌 응용품에도 사용될 수 있다.
혼성 공간-시간 컬러 합성(hybrid spatial-temporal color synthesis)을 채용함으로써 2개의 광변조기를 이용하여 3원색으로부터 컬러 화상을 부여할 수 있는 장치가 제공된다. 각 광변조기는 3개의 분광 반사율을 생성하며, 필터 소자와 쌍을 이루어 1색 혹은 2색의 원색을 생성한다. 컬러 화소는 광변조기 및 필터 소자를 포함하여 3원색을 생성할 수 있고, 이것은 다른 2색의 원색을 생성하는 광변조기 및 필터 소자와 쌍을 이루어 하나의 원색을 생성한다. 이러한 접근법은 하나의 화소 내의 광변조기(또는 "부화소(sub-pixel)")의 수를 3개에서 2개로 감소시켜, 종래의 RGB 표시장치와 같은 수의 열방향 드라이버를 유지한 채로 해상도를 증가시키고 고정-패턴 노이즈(fixed-pattern noise)를 저감시킬 수 있게 된다. 대안적으로는, 열방향 드라이버의 수는 종래의 RGB 표시장치와 같은 해상도를 유지한 채로 저감시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 광변조기 및 그들의 대응하는 필터 소자의 크기는 상이한 원색의 휘도를 고려해서 최적화되어 있을 수 있다. 광변조기가 협대역 발광체보다는 오히려 간섭계 변조기를 포함하는 실시예에서는, 블랭킹 필드(blanking fields)가 유리하게 제거되어, 대역폭을 증가시킬 수 있다. 이러한 변조기 및 필터를 포함하는 투사 장치는, 광변조기가 색 분리를 수행할 수 있기 때문에, 컬러 휠(color wheel)을 유리하게 제거할 수 있다. 이러한 장치를 이용해서 화상을 생성하는 방법도 제공된다.
간섭계 MEMS 표시 소자를 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시예가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 밝은 상태 또는 어두운 상 태이다. 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 색(컬러)에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 백색 및 흑백 표시 외에 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 디스플레이는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공진 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(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.
도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층 을 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 전기 전도성이고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어 하나 이상의 상기 층들을 투명 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분 반사층은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등의 부분적으로 반사성인 각종 재료로 형성될 수 있다. 부분 반사층은 1층 이상의 재료 층으로 형성될 수 있고, 이들 각 층은 단일 재료 혹은 재료들의 조합으로 형성될 수도 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. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(즉, 지지부)(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(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, 이동식 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 예시된 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 화소에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 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 내포할 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 프로 세서 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 패널 혹은 디스플레이 어레이(디스플레이)(30)에 신호를 제공하는 행방향 드라이버 회로(24) 및 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1선으로 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 볼트의 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, 여기에서 인가된 전압, 도 3에 예시된 예에서 약 3 볼트 내지 7 V의 전압 범위의 창이 존재하고, 이 범위 내에서 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적이다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창" 또는 "안정성 창"이라고 칭한다. 도 3 의 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 전압 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 설 정되었던 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 곡선을 나타내는 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시예에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -Vbias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, -Vbias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -Vbias이거나 +Vbias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +Vbias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +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 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 바와 같이 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼 트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 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 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
도 6a 및 도 6b는 표시 장치(40)의 일 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 디스플레이를 포함한다.
예시적 표시 장치(40)의 일 실시예의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 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 구 성 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 전압을 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 전압을 송수신한다. 다른 실시예에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 전압을 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이동 전화 네트워크 내에서 연통하기 위해 사용되는 기타 공지된 전압을 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 전압을 미리 처리하여 이 전압이 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 전압도 처리하여 이 전압이 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 저장하거나 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, 채도(color saturation), 그레이 스케일 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 신호를 스피커(45)에 전송하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호를 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 디스플레이)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 디스플레 이 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 리튬 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 최적화 조건들을 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 접속된다. 여기서, 이들 접속부를 지지 기둥이라 칭한다. 도 7d에 나타낸 실시예는 변형가능한 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 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 송신될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.
도 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 7e에 있어서의 버스 구조체(44)를 가능하게 하여, 변조기의 광학적 특성을 변조기의 전자 특성, 예컨대 어드레싱 및 그 어드레싱으로부터 초래되는 이동과 분리시키는 능력을 제공한다. 이 분리가능한 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.
모든 컬러 표시장치에 대한 공통의 문제는, 이들이 자체 발광형이든지 비자체 발광형이든지에 관계없이, 제한된 세트의 원색으로부터 풀 컬러 화상의 합성이다. 컬러 합성에 대한 몇몇 접근법은 전통적으로 전자 표시장치에 이용되어 왔다. 이들 중 가장 성공적인 것은, 추가의 혼색의 원리에 준하는 것으로, 광학적 중첩, 공간 컬러 합성 및 시간 컬러 합성을 포함한다.
3원색 화상의 직접적인 광학적 중첩은 투사형 표시장치 시스템에서 효과적으로 통상 이용되는 방법이지만, 대부분의 직시형 컬러 표시 기술에 대해서 용이하게 다루기 쉬운 것은 아니다. 공간 컬러 합성은 분명히 가장 성공적인 컬러 합성 방법이었고, 음극선관(CRT) 및 액정표시장치(LCD)와 같은 장치에서 현대의 컬러 표시 기술의 기반을 유지한다. 공간 컬러 합성은 전체 스펙트럼을 생성하기 위해서 3색 이상의 원색(전형적으로는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B))의 부화소를 근접하여 혼합한다. 그러나, 공간 컬러 합성은 화질 및 표시 효율 저감시킨다고 하는 2가지 중대한 제한을 지닌다.
첫번째로, 컬러 합성을 위해 이용가능한 공간 영역의 이용이 표시장치의 공간 결상 전위를 감소시키기 때문에 잠재적인 표시 해상도가 희생된다. 원색 요소가 인간 시각 체계(HVS: human visual system)의 공간적인 통합 영역 내에 내포되어 있어야만 하기 때문에, 공간 컬러 합성은 높은 부화소 밀도를 필요로 한다. 상기 요소(예컨대, 부화소)가 너무 크면, 완전한 컬러 합성이 실패하여 컬러 줄무늬가 화상에 나타날 것이다. 그와 같이, 컬러 합성을 위한 이용가능한 공간 영역의 이용은 표시장치용의 공간 결상 전위를 감소시킨다. 일반적으로, 풀 컬러 전범위를 합성하기 위하여 RGB 공간 모자이크의 사용은 컬러 합성에 대한 표시장치의 해상 전위의 대략 2/3의 희생을 가져온다. 청색 부화소에 할당된 표시 영역은, 당해 청색 부화소가 휘도에 거의 기여하지 않고 단파장이 HVS에 의해 매우 낮은 공간 해상도에서만 처리되기 때문에, 특히 비경제적이다.
두번째로, 원색 부화소, 특히 청색 부화소 요소로 인한 모자이크는, 고정-패턴 노이즈를 생성한다. 몇몇 모자이크에 있어서 높은 고정-패턴 노이즈의 주된 공급원은 저휘도 청색 부화소(혹은 통상 이용되는 줄무늬 모자이크의 경우 청색 줄무늬)이고, 이것은 전형적으로 표시된 백색 필드의 휘도의 단지 약 8%를 차지하며, 따라서, 비교적 밝은 주위에 있어서 어두운 영역으로 보이게 된다. 녹색, 적색 및 청색 부화소 영역이 가시 스펙트럼에서 동일한 방사 휘도를 지닌다면, 녹색 영역은, HVS 발광 효율 기능이 당해 스펙트럼의 녹색 영역에서 최고 한도에 이르기 때문에, 3색 중 가장 밝게 보일 것이다. 마찬가지로, HVS 발광 효율로 인해, 적색 영역은 덜 밝을 것이고, 청색 영역은 훨씬 더 저감된 휘도를 보일 것이다. 휘도가 R, G 및 B의 가중치로부터 계산되면, G에 대한 가중 계수는 크고(예컨대, 약 0.55 내지 0.8 사이), R에 대한 가중 계수는 중간(예컨대, 약 0.15 내지 0.35 사이)이며, B에 대한 가중 계수는 작을 것(예컨대, 약 0.05 내지 0.15 사이)이다.
일시적 컬러(혹은 "프레임-순차" 혹은 "필드-순차") 합성은 공간 컬러 합성에 고유한 공간 해상도의 손실을 피하여 고정-패턴 노이즈를 생성하지 않는다. 시간 컬러 합성은, 공간 컬러 합성과 달리, 공간적으로 분리된 원색 부화소의 통합에 의존하지 않는다. 대신에, 원색 화소는 동일한 망막 위치에서 시간적으로 순차 결상되어, 시간적으로 적분(통합)되어, 풀 컬러 스펙트럼을 합성한다(눈 및/또는 머리 운동으로 인한 위치 이동이 없는 것으로 가정함). 이 시간 컬러 접근법은 R, G 및 B 발광원의 순차 활성화, 또는 선택적으로 활성화되는 3원색 필터(예컨대, R, G 및 B 또는 황색(Y), 시안(색)(C) 및 마젠타(색)(M))를 통한 광대역 광의 통과 등을 비롯하여 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 원색 구성요소들은 동일한 공간적 위치에 대해 모두 결상되어 공간적인 모자이크가 없기 때문에, 시간 컬러 합성은 공간 해상도의 손실을 유리하게 회피한다. 또한, 시간 컬러 합성은, 모자이크가 없기 때문에, 고정-패턴 노이즈를 생성하지 않는다. 그러나, 시간 컬러 합성의 2개의 중요한 제한은 시간 컬러 합성을 이용하는 표시장치의 효율을 규제한다.
첫번째로, 시간 컬러 합성은 효과적인 추가의 혼색을 생성하지만, 시간-가변 성분 간의 휘도차는 감지할 수 있는 휘도 플리커(깜박거림)를 생성할 수 있다. 개별의 원색 필드가 총 표시 시청 기간(total display viewing period)의 1/3동안에만 존재하기 때문에, 시간 컬러 합성 표시장치는 감지가능한 플리커를 최소화하기에 충분히 높은 리프레시 속도(refresh rate)로 풀 컬러 화상을 생성하기 위하여 높은 시스템 대역폭을 필요로 한다. 단색 혹은 공간 컬러 합성 표시장치에 상당하는 높은 시스템 대역폭 및 풀 컬러 프레임 리프레시 속도(즉, 공간 컬러 합성 표시장치의 리프레시 속도의 3배의 컬러 필드율(filed rate))에 의해서도, 시간 컬러 합성 표시장치는 여전히 순차 컬러 화상 필드 간에 존재하는 잔여 휘도 변조로 인한 화상 플리커를 일으키기 쉽다.
두번째로, 표시된 화상과 관찰자의 망막 간의 상대적인 이동이 관찰자의 머리 및/또는 눈 운동으로부터 일어나든지 혹은 화상으로부터 일어나든지 간에, 훨씬 더 상이한 제한이 상기 상대적인 이동으로부터 기인한다. 양 경우에 있어서, 시간-가변 컬러 성분요소는 동일한 망막 영역 상에 더 이상 결상되지 않고, 관찰자는 "컬러 브레이크-업"(color break-up) 또는 "무지개 효과"로 알려진 것으로 되는 것 을 경험한다. 커다란 고속의 꿈틀거리는 눈 운동의 존재 하에 RGB 시간 컬러 합성 표시장치에 대한 컬러 브레이크-업을 피하는 것은 일반적으로 플리커를 피하는 데 필요로 하는 것 이상으로 충분한 리프레시 빈도를 필요로 하며, 이것은 전형적으로 초당 360 내지 480 필드의 범위의 컬러 필드율을 수반하고, 또한 표시 휘도 및 콘트라스트가 높을 경우 초당 1,000 필드를 용이하게 초과할 수 있다. 이들 높은 필드율은 시간 컬러 합성 표시장치뿐만 아니라 그들의 구동 전자장치에 대해서도 엄격한 대역폭 제한을 부여하고, 원색의 화상 필드의 시간적 분리를 매우 어렵게 한다.
화질은 표시 기술의 발전의 배후에서 구동력을 지녀왔다. 모든 주된 시장 부분에 있어서, 보다 높은 표시 해상도 및 증강된 컬러 품질을 향한 여세는 불가피하다. 따라서, 이것은 공간 컬러 합성과 시간 컬러 합성의 양쪽 모두의 제한을 드러내고 있고, 색을 합성하는 어느 방법이 단독으로 표시 화질에 대한 계속 증가하는 요구를 충분히 충족시킬 수 있을지의 여부에 대해 문제를 제기하고 있다. 컬러 합성에 대한 새로운 접근법은 표시 기술의 진화를 지지할 수 있다.
전자 표시장치에서 색을 합성하기 위한 전통적인 방법의 제한을 인식하여, 공간 영역과 시간 영역의 양쪽 모두에 걸쳐 컬러 합성 기능을 분배시키는 새로운 혼성 공간-시간법이 최근 제안되어 있다. 이 방법의 일 실시예가 투과형 LCD에 대해서 제안되어 있다. 혼성 공간-시간 컬러 합성은 공간 영역과 시간 영역의 양쪽 모두에 걸쳐 컬러 합성 기능을 분배한다. 일반적인 접근법은 원색 부화소의 개수를 3개에서 2개로 저감시키고, 제3원색을 시간적 합성에 의해 생성한다. 상이한 분광 분포(spectral power distribution)를 지닌 2개의 시간적으로 교대로 되어 있는 발광체가 전형적으로 이용되며, 각각 상이한 대응하는 색 선택 필터를 지닌 2개의 부화소의 양쪽 모두를 통해서 발광한다. 예를 들어, 황색 및 청색 발광체는 마젠타 및 시안 컬러 필터의 모자이크를 지닌 LCD 패널과 조합될 수 있다. 황색 발광체가 하나의 시간 필드 동안 온 상태로 전환되면, 활성화된 시안색 부화소에서의 표시 출력은, 시안 컬러 필터가 황색 분광 광 분포의 녹색 부분을 투과하기 때문에 녹색으로 되고, 활성화된 마젠타색 부화소에서의 표시 출력은, 마젠타 컬러 필터가 황색 분광 광 분포의 적색 부분을 투과하기 때문에 적색으로 될 것이다. 청색 발광체가 인접한 시간 필드 동안 온 상태로 전환되면, 활성화된 시안색 및 마젠타색 부화소에서의 표시 출력은, 시안 및 마젠타 컬러 필터의 양쪽 모두가 청색 발광체의 동일한 단파장 분광 영역을 투과하기 때문에 청색으로 될 것이다.
혼성 공간-시간 컬러 합성은, RGB 수직방향 스트라이프 화소 모자이크와 공간 컬러 합성을 이용하는 풀컬러 표시장치와 동일한 개수의 수평방향 부화소 및 열 방향 드라이버를 이용할 경우, 없어지도록 낮은 수준의 고정-패턴 노이즈에 따라, 수평 및 수직방향 치수를 따라 유효 공간 해상도의 3배까지의 증가를 제공할 수 있다. 대안적으로, 혼성 공간-시간 컬러 합성이 비교할만한 수준의 유효 해상도를 제공하도록 감소된 화소 밀도 및 열방향 드라이버와 함께 이용될 수 있다. 이러한 접근법은 감소된 수준의 고정-패턴 노이즈를 보유할 수 있고, 잠재적으로 비용을 감소시키면서 향상된 표시 효율(증가된 화소 개구비를 통해서)을 제공할 수 있다. 그러나, LCD용의 혼성 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 주된 결점은 각 필드에서 각 발광체에 의한 모든 부화소의 동시 조명이다.
LCD에서 소정의 색을 생성시키기 위하여, 하나의 시간 필드와 제2의 인접한 시간 필드 사이의 블랭킹 필드를 기입할 필요가 있다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색으로부터 시안색을 작성하는 것은 통상 녹색과 청색을 조합함으로써 달성된다. 상기 예의 LCD에 있어서 녹색과 청색을 생성하기 위해서, 황색 발광체를 온 상태로 전환시킴으로써, 활성화된 시안색 부화소에서 녹색을 생성하고, 이어서, 부화소에 잔류 녹색이 남지 않은 것을 확실하게 하기 위하여 블랭킹 필드를 기입한다. 이어서, 청색 발광체를 온 상태로 전환시킴으로써, 활성화된 시안색 부화소에서 청색을 생성한다. 동일한 화소 내에서 녹색과 청색을 시간 조합하는 것은 관찰자의 눈에 시안색을 생성한 것으로 된다. 그 다음 색이 생성되기 전에 부화소에 잔류 청색이 남지 않은 것을 확실하게 하기 위하여 제2블랭킹 필드를 기입한다. 이들 블랭킹 필드는 시간이 걸리며, 따라서, LCD의 쓰루풋(throughput; 처리량)을 저감시킨다. 블랭킹 필드를 구비한 LCD는 동일한 기간에 순차 색을 생성하기 위하여 증가된 빈도를 필요로 하고, 재차 엄격한 대역폭 요건 및/또는 플리커를 부과한다. 게다가, 비블랭킹 필드(non-blanking field) 동안 LCD 광원에 제공되는 전력은 전형적으로 블랭킹 필드 동안 발광되는 광의 결여를 보상하기 위해 증가되어, LCD의 전력 소비를 증가시키므로 불리하다.
간섭계 변조기 기술은 풀 컬러 표시장치(즉, 3색 이상의 원색이 컬러 화상을 부여하는 표시장치)를 생성하기 위한 유일한 난제를 제기한다. 이들 난제는 이하의 작동 특징으로부터 기인한다: 장치가 각 부화소 요소에서 반사 스펙트럼에 대한 규제를 지닌 반사형 공간 광 변조기이고; 부화소 어레이의 공간 구조 및 밀도가 설계 규칙 및 타이밍 기반 어드레스 제한에 의해 제한되며; 화소 동작의 쌍안정 및 이진 속성이 일반적으로 공간 및/또는 시간 컬러 합성을 통한 그레이 스케일 레벨의 합성을 이용하고; 높은 화소 밀도 간섭계 변조기 장치가 그레이 스케일 및 컬러의 양쪽 모두에 대한 높은 수준의 합성에 대한 필요 및 기본적인 작동 규제로 인해 비교적 낮은 시간 프레임율(frame rate)로 제한되기 쉽다.
풀 컬러 표시장치에 대한 간섭계 변조기 기술에 의해 제기된 유일한 난제에 따라 당해 장치의 동작의 유일한 모드에 의해 커다란 기회가 제공된다. 특히, 부화소 레벨에서 2개 이상의 반사율 기능 간에 전환하는 능력은 풀 컬러 간섭계 변조기 디스플레이에 대한 컬러 합성의 방법에서 상당한 유연성을 제공한다.
본 명세서에 기재된 간섭계 변조기의 실시예는 하나 이상의 반사 상태 및 비반사(예컨대, 흑색) 상태에서 동작한다. 소정의 실시형태에 있어서, 각 반사 상태는 변조기(12)가 반사 상태에 있을 경우 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리에 의해 결정되는 색의 광 혹은 백색광을 생성한다. 다른 실시예, 예를 들어 미국 특허 제5,986,796호 공보에 개시된 실시예에서, 반사층(14)은 공동부(19)의 크기, 따라서 반사광의 색을 변화시키도록 광학 적층부(16)에 대한 위치의 범위에서 위치결정된다.
간섭계 변조기(12)는 반사층(14)과 광학 적층부(16) 사이에 형성된 광학적 공동부(19)를 포함한다. 광학적 공동부(19)의 유효 광로 길이(L)는 당해 광학적 공동부(19)의 공명 파장(λ), 따라서, 간섭계 변조기(12)의 공명 파장을 결정한다. 소정의 실시형태에 있어서, 상기 유효 광로 길이(L)는 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리와 실질적으로 동일하다. 소정의 실시형태에 있어서, 백색광은 약 100 Å(10 ㎚) 미만의 유효 광로 길이(L)를 지님으로써 생성될 수 있다. 간섭계 변조기(12)의 공명 파장(λ)은 일반적으로 간섭계 변조기(12)에 의해 반사된 광의 인지된 색에 대응하며, 이것은 소정의 실시예에서는 이하의 수학식 1로 표시되며, 해당 식 1에서 있어서 N은 정수이다:
Figure 112009049184212-pct00001
.
이와 같이 해서, 선택된 공명 파장(λ)은 0.5λ(N=1), λ(N=2), 1.5λ(N=3) 등의 유효 광로 길이(L)을 지닌 간섭계 변조기(12)에 의해 반사된다. 정수 N은 반사광의 간섭의 "차수"(order)라 칭해질 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 간섭계 변조기의 차수는 또한 반사층(14)이 적어도 하나의 위치에 있을 때 간섭계 변조기에 의해 반사된 광의 차수 N이라고도 칭한다. 예를 들어, 1차(N=1) 적색 간섭계 변조기는 약 650 ㎚의 파장(λ)에 대응하는 약 325 ㎚의 유효 광로 길이(L)를 지닐 수 있다. 따라서, 2차(N=2) 적색 간섭계 변조기는 약 650 ㎚의 유효 광로 길이(L)를 지닐 수 있다. 간섭계 변조기 디스플레이에서 이용되는 소정의 통상 색에 대한 파장 범위의 예의 리스트가 하기 표 1에 표시되어 있다.
색 파장(㎚)
보라색 380-420
인디고 420-440
청색 440-500
시안색 500-520
녹색 520-565
황색 565-590
오렌지색 590-625
적색 625-740
공동부(19)가 대략 1의 반사율을 지닌 유체(예컨대, 공기)를 포함할 경우, 유효 광로 길이(L)는 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리와 실질적으로 동일하다. 또, 공동부(19)가 1보다 큰 반사율을 지닌 유체를 포함할 경우, 유효 광로 길이(L)는 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리와 다를 수 있다. 광학 적층부(16)가 절연층을 포함하는 실시예에 있어서, 유효 광로 길이(L)는, 당해 유효 광로 길이(L)가 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리와 다르도록, 절연층의 반사율 및 두께에 의해 영향을 받는다. 소정의 실시형태에 있어서, 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리는, 간섭계 변조기(12)의 제작 동안 반사층(14)과 광학 적층부(16) 사이에 위치된 희생재료의 두께를 변경함으로써 공동부(19) 내의 유체 및/또는 광학 적층부(16) 내의 절연층을 보상하도록 선택된다.
일반적으로, 보다 고차의 변조기는 좁은 범위의 파장에 걸쳐 광을 반사하고, 따라서, 더욱 포화된 착색광을 생성한다. 보다 고차의 변조기는 일반적으로 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간에 보다 큰 거리를 이용하는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 보다 고차의 변조기는 보다 좁은 범위의 파장을 반사하므로, 반사된 광자의 개수가 감소되어 표시가 덜 밝게 된다.
도 9는 공간-시간 컬러 합성을 이용할 수 있는 표시장치(90)의 전개 개략도를 나타내고 있다. 표시장치(90)는 복수개의 광변조기(예컨대, 간섭계 변조기(91))와 복수개의 필터 소자(95)를 포함한다. 상기 복수개의 광변조기(91)는 제1세트의 광변조기(92)와 제2세트의 광변조기(94)를 포함한다. 제1세트의 광변조기(92)는 제2세트의 광변조기(94)와 동일 혹은 상이할 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에 있어서, 제1세트의 광변조기를 형성하는 단계는 제1세트의 처리 단계를 포함하고, 제2세트의 광변조기를 형성하는 단계는 제2세트의 처리 단계를 포함하며, 상기 제2세트의 처리 단계는 제1세트의 처리 단계를 포함한다. 각 광변조기(91)는 적어도 제1상태, 제2상태 및 제3상태 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있고, 이들 각 상태는 상이한 분광 반사율을 지닌다. 상기 복수개의 필터 소자(95)는 상기 복수개의 광변조기(91)의 반사측 상에 배치되어 있다. 상기 복수개의 필터 소자(95)는 상기 제1세트의 광변조기(92)에 대응하는 제1세트의 필터 소자(96) 및 상기 제2세트의 광변조기(94)에 대응하는 제2세트의 필터 소자(98)를 포함한다. 상기 제1세트의 필터 소자(96)는 제2세트의 필터 소자(98)와는 다른 분광 투과율을 지닌다. 본 명세서에서 이용하는 바와 같이, "대응하는"이란 용어는 광로 내에 실질적으로 배치되는 것, 예를 들어 광로 내에 동일한 크기, 형상, 배향 및 위치를 지닌 것을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 광범위한 용어이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에 기재된 소정의 실시예와 호환가능한 다상 간섭계 변조기(80)의 일례의 개략 측면 단면도이다. 변조기(80)는 광학 적층부(16)의 전극과 버스 적층부(bus stack)(82)의 전극 사이에 위치된 이동 반사층(14)을 포함하고, 이완 상태, 제1작동 상태 및 제2작동 상태 간에 이동가능하다. 다상 간섭계 변조기의 기타 구성도 본 명세서에 기재된 소정의 실시예와 호환가능하다.
도 8a 내지 도 8c의 변조기(80)의 예에 있어서, 버스 적층부(82)는 기둥부(18)에 대향하는 반사층(14) 측 상에 형성된 기둥부(81) 상에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 지칭되는 바와 같은 버스 적층부(82)는 전형적으로 수개의 융합층을 포함하며, 이들은 알루미늄 등의 도전성 전극층과, 절연성 유전체층을 포함할 수 있다. 소정의 바람직한 실시예에 있어서, 버스 적층부(82)는, 반사층(14)의 도전부와 버스 적층부(82)의 전극 간의 전기적 단락을 방지하기 위하여, 반사층(14)과 당해 버스 적층부(82)의 전극 사이에 절연층을 포함한다. 버스 적층부(82)는, 예를 들어, 반사층(14)의 정상부 상에 형성된 희생층 위에 상기 층들의 하나 혹은 그 이상을 증착시킴으로써 제작될 수 있다.
변조기(80)는 제1상태의 제1분광 반사율, 제2상태의 제2분광 반사율 및 제3상태의 제3분광 반사율을 생성할 수 있다. 도 8a는 광학 적층부(16) 및 버스 적층부(82)에서 먼 반사층(14)을 지닌 이완 상태에서의 변조기(80)를 나타내고 있다. 이완 상태는 제1, 제2 또는 제3상태를 포함할 수 있다. 도 8b는 광학 적층부(16)에 인접한 반사층(14)을 구비한 제1작동(혹은 "구동") 상태의 변조기(80)를 나타내고 있다. 제1작동 상태는 제1, 제2 또는 제3상태를 포함할 수 있다. 도 8c는 버스 적층부(82)에 인접한 반사층(14)을 구비한 제2작동(혹은 "역구동") 상태의 변조기(80)를 나타내고 있다. 제2작동 상태는 제1, 제2 또는 제3상태를 포함할 수 있다. 이완 상태와 제1 및 제2작동 상태의 각각에 있어서 반사층(14)으로부터 광학 적층부(16) 내의 부분 반사층까지의 거리, 공동부(19) 내의 유체 및 광학 적층부(16) 내의 절연층의 특성은 이들 상태에 있는 변조기(80)의 분광 반사율에 영향을 미칠 수 있다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 도 8c의 역구동 상태는 많은 방식으로 달성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 역구동 상태는 위쪽 방향으로 반사층(14)을 정전적으로 잡아당길 수 있는 버스 적층부(82)에 있어서 전극 혹은 도전층의 사용을 통해 달성된다. 이러한 실시예에 있어서, 변조기(80)는 단일의 이동 반사층(14) 주변에 대칭적으로 위치된 2개의 간섭계 변조기를 기본적으로 포함한다. 이 형태에 의하면, 광학 적층부(16) 및 버스 적층부(82)의 전극의 각각에 반대 방향으로 반사층(14)을 끌어당길 수 있다.
버스 적층부(82)의 층들을 제조하는 데 이용되는 재료는 광학 적층부(16)를 제조하는 데 이용되는 재료와는 다를 수 있다. 예를 들어, 버스 적층부(82)는 광을 투과시킬 필요는 없다. 또한, 버스 적층부(82)의 도전층이 그의 변형된 상향 위치에서 반사층(14)의 유효 범위를 벗어나 위치되면, 변조기(80)는 반사층(14)과 버스 적층부(82) 내의 도전층 사이에 절연층을 포함하거나 혹은 포함하지 않을 수 있다.
도 8a의 이완 상태로부터 도 8b의 구동 상태로 반사층(14)을 구동하기 위하여 광학 적층부(16)에 인가되는 전압은 도 8c의 역구동 상태로부터 도 8b의 구동 상태로 반사층(14)을 구동하기 위하여 광학 적층부(16)에 인가되는 전압과는 다를 수 있다. 또, 도 8a의 이완 상태로부터 도 8c의 역구동 상태로 반사층(14)을 구동하기 위하여 버스 적층부(82)에 인가되는 전압은 도 8b의 구동 상태로부터 도 8c의 역구동 상태로 반사층(14)을 구동하기 위하여 버스 적층부(82)에 인가되는 전압과는 다를 수 있다. 또한, 도 8a의 이완 상태 또는 도 8b의 구동 상태로부터 도 8c의 역구동 상태로 반사층(14)을 구동하기 위하여 버스 적층부(82)에 인가되는 전압은 도 8a의 이완 상태 또는 도 8c의 역구동 상태로부터 도 8b의 구동 상태로 반사층(14)을 구동하기 위하여 광학 적층부(16)에 인가되는 전압과 동일하거나 동일하지 않을 수도 있다. 이러한 전압은 소정의 용도 및 편향량에 따라 좌우될 수 있고, 본 명세서의 개시 내용에 비추어 당업자에 의해 결정될 수 있다.
도 10은 본 명세서에 기재된 소정의 실시예에 따른 다상 간섭계 변조기용의 반사 스펙트럼의 일례를 나타낸다. 대시선(102)으로 표시된 제1상태의 분광 반사율은 실질적으로 황색이고, 점선(104)으로 표시된 제2상태의 분광 반사율은 실질적으로 시안색이며, 실선(106)으로 표시된 제3상태의 분광 반사율은 실질적으로 흑색이다. 이러한 스펙트럼을 생성하기 위하여, 도 8a에 있어서의 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리는 약 250 내지 260 ㎚ 사이(예컨대, 1차 시안색 반사율에 대해서), 약 500 내지 520 ㎚ 사이(예컨대, 2차 시안색 반사율에 대해서) 또는 약 750 ㎚ 내지 780 ㎚ 사이(예컨대, 3차 시안색 반사율에 대해서)일 수 있고, 도 8c에 있어서의 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리는 약 283 내지 295 ㎚ 사이(예컨대, 1차 황색 반사율에 대해서), 약 565 내지 590 ㎚ 사이(예컨대, 2차 황색 반사율에 대해서) 또는 약 848 ㎚ 내지 885 ㎚ 사이(예컨대, 3차 황색 반사율에 대해서)일 수 있다. 보다 고차에 대응하는 거리도 가능하다. 상기 거리는 공동부(19) 내의 유체, 광학 적층부(16) 내의 절연층의 성질, 장치의 전체 두께 및 장치를 제작하는 데 이용되는 증착 정밀도와 제거 공정등에 좌우될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
소정의 실시형태에 있어서, 제1상태의 분광 반사율은 실질적으로 황색이고, 제2상태의 분광 반사율은 실질적으로 청색이며, 제3상태의 분광 반사율은 실질적으로 흑색이다. 이러한 반사율을 생성하기 위하여, 도 8a에 있어서의 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리는 약 220 내지 250 ㎚ 사이(예컨대, 1차 청색 반사율에 대해서), 약 440 내지 500 ㎚ 사이(예컨대, 2차 청색 반사율에 대해서) 또는 약 660 ㎚ 내지 750 ㎚ 사이(예컨대, 3차 청색 반사율에 대해서)일 수 있고, 도 8c에 있어서의 반사층(14)과 광학 적층부(16) 간의 거리는 약 283 내지 295 ㎚ 사이(예컨대, 1차 황색 반사율에 대해서), 약 565 내지 590 ㎚ 사이(예컨대, 2차 황색 반사율에 대해서) 또는 약 848 ㎚ 내지 885 ㎚ 사이(예컨대, 3차 황색 반사율에 대해서)일 수 있다. 보다 고차에 대응하는 거리도 가능하다.
소정의 실시형태에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자(95)는 각각의 필터 소자(95)에 대응하는 염료 혹은 안료의 농도를 지닌 투명 재료(예컨대, 유리, 플라스틱 등)를 포함한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자(95)는 혼성 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 LCD 표시장치에 이용되는 유사한 복수개의 필터 소자의 두께의 약 절반이다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자(95)는 혼성 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 LCD 표시장치에 구비되는 유사한 복수개의 필터 소자의 약 절반의 농도의 염료 혹은 안료를 지닌다. 적절한 컬러 필터는, 예를 들어, 일본의 토쿄에 소재한 토판사(Toppan)로부터, 그리고, 미국 미조리주의 롤라시에 소재한 브루어 사이언스사(Brewer Science, Inc.)로부터 입수할 수 있다.
도 11은 예시적인 필터 소자(95) 대 파장(λ)의 분광 투과율을 그래프로 나타낸 차트이다. 점선(112)으로 표시된 시안 필터 소자는 약 430 내지 530 ㎚의 광을 실질적으로 투과시킨다. 대시선(114)으로 표시된 마젠타 필터 소자는 약 380 내지 480 ㎚ 및 약 600 내지 740 ㎚의 광을 실질적으로 투과시킨다. 실선(116)으로 표시된 황색 필터 소자는 약 500 내지 740 ㎚의 광을 실질적으로 투과시킨다.
소정의 실시형태에 있어서, 각 필터 소자의 크기와 형상은 대응하는 간섭계 변조기(예컨대, 도 9 및 도 12a에 도시됨)의 크기와 형상에 대응한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자(95)는 상기 제1세트의 필터 소자(96)가 실질적으로 수직인 두 방향에서 상기 제2세트의 필터 소자와 교대로 되어 있는 바둑판 무늬를 형성한다(예컨대, 도 9에 도시됨). 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자(95)는 상기 제1세트의 필터 소자(96)가 한 방향에서 상기 제2세트의 필터 소자(98)와 교대로 되어 있는 일련의 수직방향 줄을 형성한다(예컨대, 도 12a에 도시됨).
몇몇 실시형태에 있어서, 각 필터 소자(96), (98)의 형상은 실질적으로 직사각형(예컨대, 도 9에 도시됨)이다. 소정의 실시예에 있어서, 각 필터의 크기와 형상은 복수개의 간섭계 변조기(예컨대, 도 12b 및 도 12c에 도시됨)의 크기와 형상에 대응한다. 이러한 실시예에 있어서, 필터 소자의 일부는, 상기 복수개의 광변조기 내의 각각의 광변조기에 대응하도록 당해 광변조기의 광로 내에 배치된다. 그와 같이, 화소는 각각 대응하는 상이한 필터 소자를 지니는 1쌍의 광변조기를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 이용하는 바와 같이, "대응하는"이란 용어는 이들로 제한되지는 않지만 실질적으로 동일한 치수를 지니는 것을 비롯한 광범위한 용어이다. 소정의 실시예에 있어서, 간섭계 변조기(92), (94) 및 대응하는 필터 소자(96), (98)는, 이들로 제한되지는 않지만, 사각형, 삼각형, 사다리꼴 및 다각형을 비롯한 기타 형상을 지닌다.
도 13a 내지 도 13d는 각종 상태의 복수개의 광변조기(예컨대, 간섭계 변조기(91))를 지닌 표시장치(90)의 일례를 나타내고 있다. 상기 복수개의 광변조기(91)는 제1세트의 광변조기(92)와 제2세트의 광변조기(94)를 포함한다. 도 13a 내지 도 13d에 도시된 실시예에 있어서, 광변조기(92), (94)는 이동 반사층(14)을 포함하는 복수개의 간섭계 변조기를 포함한다. 상기 표시장치(90)는 시안색의 분광 투과율을 지닌 동시에 제1세트의 광변조기(92)에 대응하는 제1세트의 필터 소자(96) 및 마젠타색의 분광 투과율을 지닌 동시에 제2세트의 광변조기(94)에 대응하는 제2세트의 필터 소자(98)를 포함하는 복수개의 필터 소자(95)를 포함한다. 도 13a에 있어서, 광변조기(91)는 모두 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각 변조기(91)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기를 이용해서, 광학 적층부(16)에 인접한 반사층(14)과 함께 작동 상태에 있다. 대응하는 필터 소자의 분광 투과율에 관계없이, 도 13a의 변조기(91) 전체에 대응하는 화소는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다.
도 13b에 있어서, 광변조기(91)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각각의 변조기(91)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기를 이용해서, 이완 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1세트의 필터 소자(96)를 투과해서 광변조기(91)로부터 반사된 후 재차 제1세트의 필터 소자(96)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2세트의 필터 소자(98)를 투과해서 광변조기(91)로부터 반사된 후 재차 제2세트의 필터 소자(98)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 도 13c에 있어서, 광변조기(91)는 청색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각각의 변조기(91)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기를 이용해서, 버스 적층부(82)에 인접한 반사층(14)과 함께 작동 상태에 있다. 대응하는 필터 소자의 분광 투과율에 관계없이, 도 13c의 변조기(91) 전체에 대응하는 화소는 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 도 13d에 있어서, 광변조기(91)는 황색, 청색 및 흑색의 분광 반사율을 지닌 각종 상태에 있다. 따라서, 특정 광변조기(91)를 선택적으로 작동시킴으로써, 상기 표시장치(90)는 녹색, 적색, 청색 및 흑색 영역을 포함하는 화소에 의해 화상을 형성할 수 있다.
도 14a 내지 도 14d는 각종 상태의 복수개의 광변조기(예컨대, 간섭계 변조기(91))를 지닌 표시장치(90)의 일례를 나타내고 있다. 상기 복수개의 광변조기(91)는 제1세트의 광변조기(92)와 제2세트의 광변조기(94)를 포함한다. 도 13a 내지 도 13d에 나타낸 실시예에 있어서, 광변조기(92), (94)는 이동 반사층(14)을 포함하는 복수개의 간섭계 변조기를 포함한다. 상기 표시장치(90)는 녹색의 분광 투과율을 지니는 동시에 제1세트의 광변조기(92)에 대응하는 제1세트의 필터 소자(96)와, 마젠타색의 분광 투과율을 지니는 동시에 제2세트의 광변조기(94)에 대응하는 제2세트의 필터 소자(98)를 포함하는 복수개의 필터 소자(95)를 포함한다. 도 14a에 있어서, 광변조기(91)는 모두 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각각의 변조기(91)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기를 이용해서, 광학 적층부(16)에 인접한 반사층(14)과 함께 작동 상태에 있다. 대응하는 필터 소자의 분광 투과율에 관계없이, 도 14a의 변조기(91) 전체에 대응하는 화소는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다.
도 14b에 있어서, 광변조기(91)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각각의 변조기(91)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기를 이용해서, 이완 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1세트의 필터 소자(96)를 투과해서 광변조기(91)로부터 반사된 후 재차 제1세트의 필터 소자(96)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2세트의 필터 소자(98)를 투과해서 광변조기(91)로부터 반사된 후 재차 제2세트의 필터 소자(98)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 도 14c에 있어서, 광변조기(91)는 시안색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c를 이용해서, 각각의 변조기(91)는 버스 적층부(82)에 인접한 반사층(14)과 함께 작동 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1세트의 필터 소자(96)를 투과해서 광변조기(91)로부터 반사된 후 재차 제1세트의 필터 소자(96)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2세트의 필터 소자(98)를 투과해서 광변조기(91)로부터 반사된 후 재차 제2세트의 필터 소자(98)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 도 14d에 있어서, 광변조기(91)는 황색, 시안색 및 흑색의 분광 반사율을 지닌 각종 상태에 있다. 따라서, 특정 광변조기(91)를 작동시킴으로써, 표시장치(90)는 녹색, 적색, 청색 및 흑색 영역을 포함하는 화소에 의해 화상을 생성할 수 있다. 다른 분광 반사율을 지닌 광변조기 및 다른 분광 투과율을 지닌 필터 소자를 포함하는 표시장치도 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
소정의 실시형태에 있어서, 표시장치(90)는 풀 컬러 스펙트럼을 생성하도록 구성되어 있다(즉, 컬러 화상을 부여하는 데 적합한 3색 이상의 원색을 생성하는 표시장치). 적절한 분광 반사율을 지닌 1쌍의 광변조기와 적절한 분광 투과율을 지닌 1쌍의 필터 소자는 적절한 공간 및/또는 시간 합성에 의해 풀 컬러 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이와 같이 해서, 복수개의 광변조기 및 복수개의 필터 소자는 컬러 화상을 생성할 수 있다. 이하의 예는 제한하기 위해 의도된 것은 아니고, 여기서는 제1, 제2 및 기타 색을 이용하는 기타 조합도 개시되어 있다.
도 15a 내지 도 15g는 제1화소 요소(151)와 제2화소 요소(152)를 포함하는 풀 컬러 표시장치의 일부의 예시적인 일례를 나타내고 있다. 각 화소 요소(151), (152)는 각각 황색, 청색 및 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태 간에 전환될 수 있는 광변조기(153), (155)를 포함한다. 제1화소 요소(151)는 마젠타색의 분광 투과율을 지닌 대응하는 제1필터 소자(154)를 포함한다. 제2화소 요소(152)는 시안색의 분광 투과율을 지닌 제2필터 소자(156)를 포함한다. 상기 표시장치는 풀 컬러 스펙트럼을 생성하도록 공간 및/또는 시간 컬러 합성을 이용할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 제1 및 제2화소 요소(151), (152)의 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 백색의 형성의 실시예를 도시하고 있다. 도 15a에 있어서, 광변조기(153), (155)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각각의 변조기(153), (155)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기(80)를 이용해서, 이완 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과해서 광변조기(153)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(154)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과해서 광변조기(155)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(156)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 단일 시간 필드에서 적색과 녹색의 표시는 관찰자(99)에게 황색으로 보이는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 도 15b에 도시된 인접한 시간 필드에서, 광변조기(155)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태인 채로 있고, 광변조기(153)는 청색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 변조기(153)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기(80)를 이용해서, 버스 적층부(82)에 인접한 반사층(14)과 함께 작동 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과해서 광변조기(153)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(154)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과해서 광변조기(155)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(156)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 단일 시간 필드에서, 청색과 녹색의 표시는 관찰자(99)에게 시안색으로 보이는 것을 이해할 수 있을 것이다. 녹색, 청색 및 적색의 분광 반사율을 지닌 광을 공간적으로 또한 시간적으로 혼합하는 것은 백색을 적절한 비율로 합성할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 녹색, 적색 및 청색의 가중 계수는 각각 약 0.7152, 0.2126 및 0.0722이다. 몇몇 실시예에 있어서, 녹색, 적색 및 청색의 가중 계수는 각각 약 0.587, 0.299 및 0.114이다.
도 15c 내지 도 15g는 단일 시간 필드에서(예컨대, 도 15a 및 도 15b에 대해서 각각 위에서 설명한 황색 및 시안색에 부가해서) 소정의 다른 원색의 형성을 도시하고 있다. 도 15c에 있어서, 광변조기(예컨대, 간섭계 변조기)(153), (155)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각각의 변조기(153), (155)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기(80)를 이용해서, 광학 적층부(16)에 인접한 반사층(14)과 함께 작동 상태에 있다. 광변조기(153)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과한 광은 광변조기(153)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제1화소 요소(151)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 광변조기(155)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과한 광은 광변조기(155)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제2화소 요소(152)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 흑색을 합성할 수 있다.
도 15d에 있어서, 광변조기(153)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있고, 광변조기(155)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광변조기(153)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과한 광은 광변조기(153)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제1화소 요소(151)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과해서 광변조기(155)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(156)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 녹색을 합성할 수 있다.
도 15e에 있어서, 광변조기(153), (155)는 청색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과해서 광변조기(153)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(154)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과해서 광변조기(155)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(156)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 청색을 합성할 수 있다. 상기 표시장치는, 제1광변조기(153) 또는 제2광변조기(155)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우 청색도 합성할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 15f에 있어서, 광변조기(153)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있고, 광변조기(155)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과해서 광변조기(153)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(154)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 광변조기(155)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있을 경우, 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과한 광은 광변조기(155)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제2화소 요소(152)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 적색을 합성할 수 있다.
도 15g에 있어서, 광변조기(153)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있고, 광변조기(155)는 청색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(154)를 투과해서 광변조기(153)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(154)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(156)를 투과해서 광변조기(155)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(156)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 마젠타색을 합성할 수 있다.
컬러 이론에 따르면, 적색, 녹색 및 청색의 각종 혼색이 풀 컬러 스펙트럼을 합성하는 데 이용될 수 있다. 일례로서, 도 15f의 적색과 도 15d의 녹색을 시간적으로 혼합하는 것은 오렌지색을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 도 15d의 녹색과 도 15e의 청색과 도 15f의 적색을 시간적으로 혼합하는 것은 또한 백색을 생성할 수 있다. 이들 성분의 색은 HVS가 당해 성분의 색을 해상할 수 없도록 1/60초(대략 16밀리초) 미만에서 시간적으로 혼합되는 것이 바람직하다.
도 16a 내지 도 16f는 제1화소 요소(161) 및 제2화소 요소(162)를 포함하는 풀 컬러 표시장치의 일부의 예시적인 실시예를 나타내고 있다. 각 화소 요소(161), (162)는 각각 황색, 시안색 및 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태 간에 전환될 수 있는 광변조기(예컨대, 간섭계 변조기)(163), (165)를 포함한다. 제1화소 요소(161)는 마젠타색의 분광 투과율을 지닌 대응하는 제1필터 소자(164)를 포함한다. 제2화소 요소(162)는 녹색의 분광 투과율을 지닌 제2필터 소자(166)를 포함한다. 상기 표시장치는 풀 컬러 스펙트럼을 생성하기 위하여 공간 및/또는 시간 컬러 합성을 이용할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 제1 및 제2화소 요소(161), (162)의 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 백색의 형성의 실시예를 도시하고 있다. 도 16a에 있어서, 광변조기(163), (165)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 각 변조기(163), (165)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기(80)를 이용해서, 이완 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(164)를 투과해서 광변조기(163)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(164)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(166)를 투과해서 광변조기(165)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(166)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 단일 시간 필드에서 적색 및 녹색의 표시는 관찰자(99)에게 황색으로 보이는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 16b에 도시된 인접한 시간 필드에서, 광변조기(165)는 황색의 분광 반사율을 지니는 상태인 채로 있고, 광변조기(163)는 시안색의 분광 반사율을 지니는 상태에 있다. 변조기(163)는, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c의 변조기(80)를 이용해서, 버스 적층부(82)에 인접한 반사층(14)에 의해 작동 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(164)를 투과해서 광변조기(163)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(164)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(166)를 투과해서 광변조기(165)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(166)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 단일 시간 필드에서, 청색과 녹색의 표시는 관찰자(99)에게 시안색으로 보이는 것을 이해할 수 있을 것이다. 녹색, 청색 및 적색의 분광 반사율을 지닌 광을 공간적으로 또한 시간적으로 혼합하는 것은 백색을 적절한 비율로 합성할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 녹색, 적색 및 청색의 가중 계수는 각각 약 0.7152, 0.2126 및 0.0722이다. 몇몇 실시예에 있어서, 녹색, 적색 및 청색의 가중 계수는 각각 약 0.587, 0.299 및 0.114이다. 광변조기(165)가 시간 필드에서 시안색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우(즉, 제1화소 요소가 관찰자(99)에게 녹색으로 보임) 백색도 생성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 16c 내지 도 16f는 단일 시간 필드에서(예컨대, 도 16a 및 도 16b에 대해서 각각 위에서 설명한 황색 및 시안색에 부가해서) 소정의 다른 원색의 형성을 도시하고 있다. 도 16c에 있어서, 광변조기(163), (165)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광변조기(163)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제1필터 소자(164)를 투과한 광은 광변조기(163)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제1화소 요소(161)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 광변조기(165)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제2필터 소자(166)를 투과한 광은 광변조기(165)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제2화소 요소(162)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 흑색을 합성할 수 있다.
도 16d에 있어서, 광변조기(163)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있고, 광변조기(165)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광변조기(163)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제1필터 소자(164)를 투과한 광은 광변조기(163)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제1화소 요소(161)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 광원(93)으로부터 제2필터 소자(166)를 투과해서 광변조기(165)로부터 반사된 후 재차 제2필터 소자(166)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 녹색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 녹색을 합성할 수 있다. 광변조기(165)가 시안색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우(즉, 제1화소 요소가 관찰자(99)에게 녹색으로 보임) 녹색도 생성할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 16e에 있어서, 광변조기(163)는 시안색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있고, 광변조기(165)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(164)를 투과해서 광변조기(163)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(164)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 청색으로 보인다. 광변조기(165)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제2필터 소자(166)를 투과한 광은 광변조기(165)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제2화소 요소(162)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 청색을 합성할 수 있다.
도 16f에 있어서, 광변조기(163)는 황색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있고, 광변조기(165)는 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있다. 광원(93)으로부터 제1필터 소자(164)를 투과해서 광변조기(163)로부터 반사된 후 재차 제1필터 소자(164)를 투과한 광은, 관찰자(99)에게 적색으로 보인다. 광변조기(165)가 흑색의 분광 반사율을 지닌 상태에 있는 경우, 광원(93)으로부터 제2필터 소자(166)를 투과한 광은 광변조기(165)에 의해 실질적으로 소멸적으로 반사되므로, 제2화소 요소(162)는 관찰자(99)에게 흑색으로 보인다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치는 적색을 합성할 수 있다.
컬러 이론에 따르면, 적색, 녹색 및 청색의 각종 혼색이 풀 컬러 스펙트럼을 합성하는 데 이용될 수 있다. 일례로서, 도 16f의 적색과 도 16d의 녹색을 시간적으로 혼합하는 것은 오렌지색을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 도 16d의 녹색과 도 16e의 청색과 도 16f의 적색을 시간적으로 혼합하는 것은 또한 백색을 생성할 수 있다.
상기 실시예 및 기타 적절한 실시예의 색의 가중 계수는 해상도를 증가시키고/시키거나 고정-패턴 노이즈를 감소시키기 위하여 최적화되어 있을 수 있다. 예를 들어, 제1화소 요소의 광변조기는 76.3%의 시간에 대해서 제1상태에 있고, 23.7%의 시간에 대해서 제2상태에 있을 수 있는 한편, 제2화소 요소의 광변조기는 100%의 시간에 대해서 제1상태에 있지만, 다른 비율도 가능하다. 다른 예에 대해서, 제1필터 소자의 면적은 제2필터 소자의 면적보다 작을 수 있다(예컨대, 제2필터소자의 면적의 약 50% 내지 75% 미만 사이). 도 12d는 제1세트의 필터 소자(96)가 제2세트의 필터 소자(98)보다 큰 실시예를 나타내고 있지만, 다른 비율도 가능하다.
전술한 바와 같이, 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 LCD는 발광체 천이 간에 블랭킹 필드를 필요로 한다. 광변조기를 포함하는 표시장치는, 반사 색이 개별의 부화소 수준에서 제어가능하기 때문에 블랭킹 필드를 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 인접한 부화소가 한번에 동일한 발광체에서 반드시 조명되는 LCD와는 대조적으로, 1개의 부화소가 청색을 반사하는 동시에 인접한 부화소가 황색을 반사할 수 있다. 블랭킹 필드의 제거는 광 효율을 유리하게 증가시키고 소비 전력을 감소시킨다.
소정의 실시형태에 있어서, 광변조기에 의해 반사된 광은 외부 주변 광대역 광원으로부터 들어온다. 주변 광대역 광원의 예로는 태양광 및 인조광(예컨대, 형광성 혹은 필라멘트 백열 전구)을 들 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 소정의 실시예(예컨대, 후술하는 투사형 표시장치)에 있어서, 표시장치는 하나의 광원 혹은 복수개의 광원을 포함한다. 혼성 공간-시간 컬러 합성을 이용하고 광원을 포함하는 광학 변조기 표시장치는 광대역 광(예컨대, 금속 할로겐화물 램프로부터) 또는 협대역 광(예컨대, LED 투사 조명기로부터)을 유리하게 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 협대역 광원은 보다 양호한 컬러 표시 성능(예를 들어, 채도, 전체 컬러 범위)을 제공한다.
본 명세서에 기재된 혼성 공간-시간 컬러 합성을 이용하는 광학 변조기 표시장치는 또한 투사형 표시장치 내에 일체화되어 있을 수 있다. 도 17은 표시장치(90)와 유사한 복수개의 광변조기 및 복수개의 필터 소자를 포함하는 투사 디스플레이(170)를 나타내고 있다. 당해 투사 디스플레이(170)는 램프(172), 집광 렌즈(174), 정형화 렌즈(176) 및 투사 렌즈(178)를 추가로 포함한다. 전술한 바와 같이, 램프(172)는 광대역 광원(예컨대, 금속 할로겐화물 램프) 또는 복수개의 협대역 광원(예컨대, LED들)을 포함할 수 있다. 기타 광원도 가능하다. 렌즈(174), (176), (178)는 플라스틱, 유리 등으로 구성될 수 있고, 또한 이것은 당업계에 충분히 공지되어 있다. 이러한 투사형 표시장치는, 광변조기가 (예컨대, 상이한 분광 반사율을 지닌 광을 반사함으로써) 색 분리를 수행할 수 있기 때문에, 전통적인 투사형 표시장치(예컨대, DLP)에 내포된 집광 렌즈(174)와 정형화 렌즈(176) 사이에 배치된 컬러 휠을 유리하게 제거할 수 있다.
이상에서는 각종 구체적인 실시예에 대해 설명하였다. 본 발명은 이들 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였으나, 이러한 설명은 본 발명을 예시하기 위하여 의도된 것일 뿐, 제한하기 위해 의도된 것은 아니다. 당업자라면 첨부된 청구의 범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 진정한 범주로부터 벗어나는 일없이 각종 변형 및 응용이 가능할 수 있다.

Claims (39)

  1. 제1세트의 광변조기(optical modulator)와 제2세트의 광변조기를 포함하는 복수개의 광변조기; 및
    상기 복수개의 광변조기의 반사측 상에 있는 복수개의 필터 소자를 포함하되,
    상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있는 이동가능한 반사층을 포함하고, 이들 각 위치는 상이한 분광 반사율(spectral reflectance)을 지니며,
    상기 복수개의 필터 소자는 상기 제1세트의 광변조기에 대응하는 제1세트의 필터 소자 및 상기 제2세트의 광변조기에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함하고, 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자와는 상이한 분광 투과율(spectral transmittance)을 지니는 것인 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 각 필터 소자의 크기와 형상은 대응하는 광변조기의 크기와 형상에 대응하는 것인 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자는, 상기 제1세트의 필터 소자가 수직인 두 방향에서 상기 제2세트의 필터 소자와 교대로 되어 있는 바둑판 무늬를 형성하는 것인 표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 필터 소자는, 상기 제1세트의 필터 소자가 한 방향에서 상기 제2세트의 필터 소자와 교대로 되어 있는 줄무늬를 형성하는 것인 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1세트의 광변조기의 제 1위치는 상기 제2세트의 광변조기의 제 1위치의 분광 반사율과 동일하고, 상기 제1세트의 광변조기의 제 2위치는 상기 제2세트의 광변조기의 제 2위치의 분광 반사율과 동일하고, 상기 제1세트의 광변조기의 제 3위치는 상기 제2세트의 광변조기의 제 3위치의 분광 반사율과 동일한 것인 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1세트의 광변조기의 제1위치, 제2위치 및 제3위치 중 적어도 하나는 상기 제2세트의 광변조기의 제1위치, 제2위치 및 제3위치와는 다른 분광 반사율을 지니는 것인 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장치는 컬러 화상을 생성하도록 구성되어 있는 것인 표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 장치는 컬러 화상을 부여하기 위한 3원색을 생성하도록 구성되어 있는 것인 표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1세트의 필터 소자는 마젠타색(magenta)의 분광 투 과율을 지니고, 상기 제2세트의 필터 소자는 시안색(cyan)의 분광 투과율을 지니는 것인 표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1위치의 분광 반사율은 황색이고, 상기 제2위치의 분광 반사율은 청색이며, 상기 제3위치의 분광 반사율은 흑색인 것인 표시장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1세트의 필터 소자는 마젠타색의 분광 투과율을 지니고, 상기 2세트의 필터 소자는 녹색의 분광 투과율을 지니는 것인 표시장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자의 면적보다 적은 면적을 지니는 것인 표시장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1세트의 필터 소자의 면적은 상기 제2세트의 필터 소자의 면적보다 50% 내지 75% 적은 것인 표시장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1위치의 분광 반사율은 황색이고, 상기 제2위치의 분광 반사율은 시안색이며, 상기 제3위치의 분광 반사율은 흑색인 것인 표시장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1위치의 분광 반사율은 백색이고, 상기 제3위치의 분광 반사율은 흑색인 것인 표시장치.
  16. 제1항에 있어서, 광원을 추가로 포함하는 표시장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 광원은 광대역 광원을 포함하는 것인 표시장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 광원은 복수개의 협대역 광원을 포함하는 것인 표시장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 광변조기는 주변 광(ambient light)을 반사하도록 구성된 것인 표시장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제1위치는 제1작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제1작동 위치이고, 상기 제2위치는 이완 위치이며, 상기 제3위치는 제2작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제2작동 위치인 것인 표시장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시장치는 상기 제1 및 제2세트의 광 변조기만을 이용해서 3원색으로부터의 컬러 표시를 표시가능한 것인 표시장치.
  22. 적어도 제1색, 제2색 및 제3색 간에 광을 광학적으로 변조시키기 위한 제1변조수단;
    상기 제1색, 제2색 및 제3색 간에 광을 광학적으로 변조시키기 위한 제2변조수단;
    상기 제1변조수단에 의해 변조된 광을 여파시키는(filtering) 제1여파수단; 및
    상기 제2변조수단에 의해 변조된 광을 여파시키는 제2여파수단을 포함하되,
    상기 제1여파수단은 상기 제2여파수단과는 상이한 분광 투과율을 지니는 것인 표시장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1변조수단 및 제2변조수단은 이동가능한 반사층을 각각 포함하는 복수개의 광변조기를 포함하며, 상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 상기 제1색, 제2색 및 제3색 간에 광을 변조시키기 위하여 선택적으로 전환되도록 구성되어 있는 것인 표시장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제1여파수단은 상기 제1변조수단에 대응하는 제1세트의 필터 소자를 포함하고, 상기 제2여파수단은 상기 제2변조수단에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함하는 것인 표시장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2변조 수단은 제1작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제1작동 위치에서 상기 제1색을 표시하고, 이완 위치에서 상기 제2색을 표시하며, 제2작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제2작동 위치에서 상기 제3색을 표시하는 것인 표시장치.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시장치는 상기 제1 및 제2변조 수단만을 이용해서 3원색으로부터의 컬러 표시를 표시가능한 것인 표시장치.
  27. 제1세트의 광변조기와 제2세트의 광변조기를 포함하는 복수개의 광변조기; 및 상기 복수개의 광변조기의 반사측 상에 있는 필터를 포함하는 표시장치를 제공하는 단계로서, 상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있는 이동가능한 반사층을 포함하고, 이들 각 위치는 상이한 분광 반사율을 지니며, 상기 필터는 상기 제1세트의 광변조기에 대응하는 제1세트의 필터 소자 및 상기 제2세트의 광변조기에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함하고, 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자와는 상이한 분광 투과율을 지니는 것인 표시장치의 제공 단계;
    상기 표시장치 상으로 광원으로부터의 광을 유도시키는 단계; 및
    상기 복수개의 광변조기를 상기 위치들 간에 선택적으로 전환시키는 단계를 포함하는 화상 생성 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1세트의 필터 소자는 마젠타색의 투과 스펙트럼을 지니고, 상기 제2세트의 필터 소자는 시안색의 투과 스펙트럼을 지니며, 상기 제1위치는 황색의 분광 반사율을 지니고, 상기 제2위치는 청색의 분광 반사율을 지니며, 상기 제3위치는 흑색의 분광 반사율을 지니는 것인 화상 생성 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 제1세트의 필터 소자는 마젠타색의 투과 스펙트럼을 지니고, 상기 제2세트의 필터 소자는 녹색의 투과 스펙트럼을 지니며, 상기 제1위치는 황색의 분광 반사율을 지니고, 상기 제2위치는 시안색의 분광 반사율을 지니며, 상기 제3위치는 흑색의 분광 반사율을 지니는 것인 화상 생성 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 광을 유도시키는 단계는 광대역 광원으로부터의 광을 유도시키는 단계를 포함하는 것인 화상 생성 방법.
  31. 제27항에 있어서, 상기 광을 유도시키는 단계는 복수개의 협대역 광원으로부터의 광을 유도시키는 단계를 포함하는 것인 화상 생성 방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 제1위치는 제1작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제1작동 위치이고, 상기 제2위치는 이완 위치이며, 상기 제3위치는 제2작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제2작동 위치인 것인 화상 생성 방법.
  33. 제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시장치는 상기 제1 및 제2세트의 광 변조기만을 이용해서 3원색으로부터의 컬러 표시를 표시가능한 것인 화상 생성 방법.
  34. 제1세트의 광변조기와 제2세트의 광변조기를 포함하는 복수개의 광변조기를 형성하는 단계; 및
    상기 복수개의 광변조기의 반사측 상에 복수개의 필터 소자를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 복수개의 광변조기 중의 각 광변조기는 적어도 제1위치, 제2위치 및 제3위치 간에 선택적으로 전환되도록 구성되어 있는 이동가능한 반사층을 포함하고, 이들 각 위치는 상이한 분광 반사율을 지니며;
    상기 복수개의 필터 소자는 상기 제1세트의 광변조기에 대응하는 제1세트의 필터 소자 및 상기 제2세트의 광변조기에 대응하는 제2세트의 필터 소자를 포함하고, 상기 제1세트의 필터 소자는 상기 제2세트의 필터 소자와는 상이한 분광 투과율을 지니는 것인, 표시장치의 제조방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1세트의 광변조기를 형성하는 단계는 제1세트의 처리 단계를 포함하고, 상기 제2세트의 광변조기를 형성하는 단계는 제2세트의 처리 단계를 포함하며, 상기 제2세트의 처리 단계는 상기 제1세트의 처리 단계를 포함하는 것인, 표시장치의 제조방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 복수개의 광변조기를 형성하는 단계는 제1두께를 지닌 제1희생층 및 제2두께를 지닌 제2희생층을 증착시키는 단계를 포함하되, 상기 제1희생층 및 제2희생층의 두께는 상기 제1위치 및 제2위치의 분광 반사율을 결정하는 것인, 표시장치의 제조방법.
  37. 제34항에 있어서, 광원을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 표시장치의 제조방법.
  38. 제34항에 있어서, 상기 제1위치는 제1작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제1작동 위치이고, 상기 제2위치는 이완 위치이며, 상기 제3위치는 제2작동 전극에 인가된 신호에 응답하여 제2작동 위치인 것인, 표시장치의 제조방법.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시장치는 상기 제1 및 제2세트의 광 변조기만을 이용해서 3원색으로부터의 컬러 표시를 표시가능한 것인, 표시장치의 제조방법.
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