KR101775745B1 - 디스플레이 디바이스용 반사형 및 투과반사형 동작 모드들 - Google Patents

디스플레이 디바이스용 반사형 및 투과반사형 동작 모드들 Download PDF

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Abstract

직시형 디스플레이 장치는 투명 기판, 내부 광 소스, 투명 기판에 커플링된 복수의 광 변조기들, 및 상기 개의 광 변조기들 및 내부 광 소스의 상태들을 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 제어기는 디스플레이가 투과형, 반사형 및 투과반사형 모드 중 하나로부터 상기 모드들 중 제 2 모드로 천이하게끔 구성된다.

Description

디스플레이 디바이스용 반사형 및 투과반사형 동작 모드들{REFLECTIVE AND TRANSFLECTIVE OPERATION MODES FOR A DISPLAY DEVICE}
관련 출원들에의 상호-참조
본 출원은 2010 년 3 월 11 일자로 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 61/339,946 호에 대한 우선권을 주장하는데, 이 출원의 개시물은 참조에 의해 전부 본원에 원용된다.
모바일 멀티-미디어 기능성이 급속도로 증가함에 따라, 휴대용 전자 디바이스들이 사람들의 일상 생활들에서 점점 필수적인 일부가 되어가고 있다. 이와 같이, 모바일 디바이스들이, 배터리 수명을 희생하지 않으면서 다양한 주변 광 조건들 및 애플리케이션들에서 더 높은 디스플레이 성능을 제공할 것이 점점 요구된다. 또한, 휴대용 디바이스들이 점차 더 많은 피쳐들을 포함하고 점점 복잡해짐에 따라, 배터리 전력이 점점 이러한 디바이스들의 성능의 제한 인자가 되어 가고 있다. 종래의 휴대용 디바이스들용 디스플레이들은 사용자로 하여금 전력 소비 및 디스플레이 성능 사이에서 트레이드 오프를 하도록 요청하며, 디스플레이 설정들 및 전력 사용에 대하여 제어 권한을 거의 제공하지 않는다.
최근에, 다중 모드들에서 동작할 수 있으며 주변 광을 이용하여 디스플레이 성능을 향상할 수 있는 디스플레이들이 개발되어 왔다. 예를 들어, 이러한 모드들은, 백 라이트로부터의 광이 변조되는 투과형 모드, 주변 광이 변조되는 반사형 모드, 백라이트로부터의 광 및 상대적으로 큰 양의 주변 광 모두가 변조되어 이미지를 형성하는 투과반사형 모드를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 젭슨 (Jepsen) 에 의한 미국 특허 출원 공개 번호 제 2010/0020054 호는 분리된 투과형 및 반사형 부분들을 포함하는 픽셀들을 가지는 LCD 디스플레이를 기술한다. 그 결과로서, 투과형 모드에서 디스플레이의 유효 구경비 (aperture ratio) 가 그 내부의 전체 픽셀이 투과형인 디스플레이들에 비하여 감소된다. 젭슨의 공개물의 LCD 디스플레이는 또한 양 부분들을 분리하여 제어한다. 분리된 제어 기능성은 각 부분을 독립적으로 제어하기 위한 분리된 데이터 상호접속들 및 추가적 드라이버들을 요구하는데, 이것은 후면 설계 (backplane design) 의 복잡도를 현저하게 가중시키고 광 투과를 위한 칩 상의 공간을 더 감소시킨다.
동일한 데이터 상호접속들을 이용하여 투과형, 반사형 및/또는 일정 범위의 투과반사형 동작 모드들 간에 천이를 함으로써 디스플레이의 반사형 및 투과형 출력들을 모두 제어할 수 있는 휴대용 디바이스 디스플레이들에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 디스플레이의 유효 구경비를 희생하지 않으면서 투과형, 반사형 및/또는 일정 범위의 투과반사형 동작 모드들을 제공하는 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.
일 양태에 따르면, 직시형 디스플레이 장치는 투명 기판, 내부 광 소스, 투명 기판에 커플링된 복수의 광 변조기들, 및 복수의 광 변조기들 및 내부 광 소스의 상태들을 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 제어기는, 내부 광 소스를 조사하고, 복수의 광 변조기들이 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조하도록 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 복수의 광 변조기들에 커플링된 제 1 세트 데이터 전압 상호접속들을 통해 출력함으로써, 디스플레이가 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 구성된다. 제어기는 더 나아가, 디스플레이 장치에 동작의 반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 검출하며, 상기 신호에 응답하여, 동작의 반사형 모드로 천이하고, 내부 광 소스를 비-조사된 상태로 유지하는 동안, 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 데이터 전압 상호접속들의 동일한 제 1 세트를 통해 복수의 광 변조기들로 출력하여 주변 (ambient) 으로부터 유래하는 광을 변조함으로써, 동작의 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 구성된다.
어떤 실시형태들에서는, 투과형 모드에서, 복수의 광 변조기들은 내부 광 소스에 의해 방출된 광 및 주변으로부터 유래한 광 모두를 변조한다. 일부 양태들에서, 제어기는 신호를 사용자로부터의 입력으로서 수신한다. 일부 양태들에서, 반사형 모드로의 천이는 디스플레이 장치에 의한 전력 소모를 감소시킨다. 어떤 실시형태들에서, 제어기는 또한, 이미지들이 디스플레이 디바이스의 다른 동작 모드보다 더 많은 컬러들을 가지고 디스플레이되는 동작 모드로 천이하도록 구성된다. 일부 양태들에서, 제어기는 디스플레이 장치에 의해 디스플레이될 정보로부터 신호를 유도한다. 일부 양태들에서, 제어기는 배터리 내에 저장된 에너지의 양으로부터 신호를 유도한다. 어떤 실시형태들에서, 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 내부 광 소스에 의해 출력된 광을 변조하는 것을 포함하는데, 여기서 내부 광 소스에 의해 출력된 광은 제 1 강도를 가진다.
어떤 실시형태들에서, 제어기는 광 변조기들에 의해 변조되는 광의 적어도 약 30 % 가 주변으로부터 유래하는 동작의 투과반사형 모드 (transflective mode) 로 천이하도록 더욱 구성된다. 다양한 실시형태들에서, 제어기는 주변 광을 검출하고, 검출된 주변 광에 응답하여 동작의 투과반사형 모드로 천이하며, 검출된 주변 광에 기초하여 제 1 강도를 조정하도록 구성된다. 어떤 양태들에서, 제 1 강도를 조정하는 것은 내부 광 소스의 강도를 감소시키는 것을 포함한다. 일부 양태들에서, 제어기는 검출된 주변 광에 기초한 신호에 응답하여 반사형 모드로 천이하도록 구성된다.
어떤 실시형태들에서, 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 이미지에 대한 그레이스케일 분할들 (grayscale divisions) 의 제 1 수에 따라 광을 변조하는 것을 포함하고, 투과반사형 또는 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 그레이스케일 분할들의 제 2 수에 따라 광을 변조하는 것을 포함하며, 그레이스케일 분할들의 제 2 수는 그레이스케일 분할들의 제 1 수보다 적다. 어떤 양태들에서, 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 이미지를 흑백 이미지로서 변조하는 것을 포함한다. 어떤 양태들에서, 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 적어도 3 개의 그레이스케일 분할들을 가지고 광을 변조하는 것을 포함한다. 어떤 양태들에서, 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 이미지를 흑백 이미지로서 변조하는 것을 포함한다. 어떤 양태들에서, 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 적어도 3 개의 그레이스케일 분할들을 가지고 광을 변조하는 것을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 광을 변조하여 컬러 이미지를 형성하는 것을 포함하며, 여기서 이미지는 컬러당 단지 하나의 그레이스케일 분할을 가지고 변조된다. 일부 양태들에서, 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 광을 변조하여 컬러 이미지를 형성하는 것을 포함하며, 여기서 이미지는 컬러당 적어도 2 개의 그레이스케일 분할들을 가지고 변조된다. 일부 실시형태들에서, 내부 광 소스는 상이한 컬러들에 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 광 소스들을 포함하고, 제어기는 검출된 주변 광의 적어도 하나의 컬러 성분을 측정하며, 검출된 주변 광의 적어도 하나의 컬러 성분의 측정에 기초하여 제 1 및 제 2 광 소스들 중 적어도 하나의 제 1 강도를 조정한다. 어떤 양태들에서, 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 제 1 프레임 레이트에 따라 광을 변조하는 것을 포함한다. 일부 양태들에서, 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 제 2 프레임 레이트에 따라 광을 변조하는 것을 포함하고, 여기서 제 2 프레임 레이트는 제 1 프레임 레이트보다 적다. 어떤 양태들에서, 동작의 반사형 모드로 천이하는 것은 메모리로부터 반사형 모드에 대응하는 동작 파라미터들을 로딩하는 것을 포함한다. 일부 양태들에서, 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 컬러 이미지를 디스플레이를 위한 흑백 이미지로 변환하는 것을 포함한다.
어떤 실시형태들에서, 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 복수의 광 변조기들로의 이미지 데이터의 로딩을 제어하는 타이밍 신호들의 제 1 시퀀스에 따라 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함한다. 일부 양태들에서, 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 복수의 광 변조기들로의 이미지 데이터의 로딩을 제어하는 타이밍 신호들의 동일한 제 1 시퀀스에 따라 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함한다. 어떤 양태들에서, 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은, 제 1 시퀀스와는 상이한 타이밍 신호들의 제 2 시퀀스에 따라 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함한다. 어떤 양태들에서, 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 복수의 광 변조기들로 이미지 데이터의 서브세트를 로딩하는 것을 포함한다.
어떤 실시형태들에서, 위에서 기술된 바와 같은 디스플레이 장치를 제어하기 위한 방법은, 디스플레이 장치에 의해, 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계, 디스플레이 장치에 동작의 반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 검출하는 단계, 디스플레이 장치에 의해, 상기 신호에 응답하여, 동작의 반사형 모드로 천이하는 단계, 및 디스플레이 장치에 의해, 동작의 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 이 방법은 디스플레이 장치에 동작의 투과반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 검출하는 단계, 디스플레이 장치에 의해, 상기 신호에 응답하여, 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 단계, 및 디스플레이 장치에 의해, 동작의 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계를 더 포함한다.
어떤 실시형태들에서, 디스플레이 장치는 적어도 하나의 내부 광 소스, 주변 광 및 적어도 하나의 내부 광 소스로부터 방출된 광을 수광하기 위한 적어도 하나의 반사형 광 공동 (optical cavity), 뷰어를 향하여 반사형 광 공동을 떠나는 광을 변조하기 위한 복수의 광 변조기들, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 내부 광 소스를 조사하고, 복수의 광 변조기들이 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조하도록 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써, 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 구성된다. 제어기는 더 나아가, 디스플레이 장치에 동작의 반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 검출하며, 상기 신호에 응답하여, 동작의 반사형 모드로 천이하고, 내부 광 소스를 비-조사된 상태로 유지하는 동안, 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 표시하는 신호들을 복수의 광 변조기들로 출력하여 주변으로부터 유래하는 광을 변조함으로써, 동작의 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서는, 복수의 데이터 상호접속들은 복수의 광 변조기들 및 제어기에 커플링되는데, 여기서 데이터 상호접속들은 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력하기 위해 이용된다. 어떤 양태들에서는, 투과형 모드에서는, 복수의 광 변조기들은 내부 광 소스에 의해 방출된 광 및 주변으로부터 유래한 광 모두를 변조한다. 일부 양태들에서는, 투과형 모드에서 적어도 하나의 내부 광 소스는 제 1 강도를 가지는 광을 출력한다.
어떤 실시형태들에서는, 제어기는 광 변조기들에 의해 변조되는 광의 적어도 약 30 % 가 주변으로부터 유래하는 투과반사형 모드로 천이하도록 더욱 구성되며, 투과반사형 모드에서, 제어기는 주변 광 및 적어도 하나의 내부 광 소스에 의해 방출된 광 모두를 변조하도록 복수의 광 변조기들을 제어하기 위한 신호들을 출력한다. 일부 양태들에서, 적어도 하나의 내부 광 소스에 의해 방출된 광은 제 1 강도보다 적은 강도에 있으며, 따라서 사용자에게 출력되는 주변 광의 백분율을 증가시킨다.
어떤 실시형태들에서, 디스플레이 장치는 주변 광을 검출 및 측정하기 위한 센서를 포함한다. 일부 양태들에서는, 투과반사형 모드에서, 제어기는 검출된 주변 광 내의 적어도 하나의 컬러 성분에 기초하여 적어도 하나의 내부 광 소스에 의해 방출되는 광의 강도를 감소시킨다. 어떤 실시형태들에서, 적어도 하나의 광 공동은 후방 대향 (rear-facing) 반사층 및 전방 대향 반사층을 포함한다.
어떤 실시형태들에서, 위에서 기술된 바와 같은 디스플레이 장치를 제어하기 위한 방법은, 디스플레이 장치에 의해, 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계, 디스플레이 장치에 동작의 반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 검출하는 단계, 디스플레이 장치에 의해, 상기 신호에 응답하여, 동작의 반사형 모드로 천이하는 단계, 및 디스플레이 장치에 의해, 동작의 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함한다. 어떤 실시형태들에서, 이 방법은 디스플레이 장치에 동작의 투과반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 검출하는 단계, 상기 신호에 응답하여, 디스플레이 장치에 의해 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 단계, 및 디스플레이 장치에 의해, 동작의 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함한다.
후속하는 상세한 설명에서는, 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어질 것인데, 도면들은 다음과 같다:
도 1a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 MEMS-기반 디스플레이 장치의 개략도이다;
도 1b 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 호스트 디바이스의 블록도이다;
도 2a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 도 1a 의 직시형 MEMS-기반 디스플레이 장치에 내장되기에 적합한 예시적인 셔터-기반 광 변조기의 사시도이다;
도 2b 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 포함되기에 적합한 예시적인 무-셔터-기반 광 변조기의 단면도이다;
도 2c 는 광보상 벤드 (optically compensated bend, OCB) 모드에서 동작하는 필드 순차 (field sequential) 액정 디스플레이의 일 예이다.
도 3a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 도 1a 의 직시형 MEMS-기반 디스플레이 장치에 내장된 광 변조기들을 제어하기에 적합한 제어 매트릭스의 개략도이다;
도 3b 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 셔터-기반 광 변조기들의 어레이의 사시도이다;
도 4a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라, 필드 순차 컬러를 이용하여 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 프로세스에 대응하는 타이밍도이다;
도 4b 는 본 발명에 적합한 램프들에 대한 다른 펄스 프로파일들을 도시하는 도면이다;
도 4c 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라, 이진 시분할 그레이스케일의 일련의 서브-프레임 이미지들을 이용한 이미지의 형성을 위해 제어기에 의해 채택되는 타이밍 시퀀스이다;
도 4d 는, 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 이미지 프레임들이 해당 이미지 프레임의 각 컬러 성분에 대하여 4 개의 서브-프레임 이미지들을 디스플레이함으로써 디스플레이되는 부호화된-시분할 그레이스케일 어드레싱 프로세스에 대응하는 타이밍도이다;
도 4e 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 상이한 컬러들의 램프들이 동시에 조사될 수도 있는 하이브리드 부호화된-시분할 및 강도 그레이스케일 디스플레이 프로세스에 대응하는 타이밍도이다;
도 5 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 어떤 셔터-기반 공간 광 변조기의 단면도이다;
도 6a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 어떤 셔터-기반 공간 광 변조기의 단면도이다;
도 6b 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 어떤 셔터-기반 공간 광 변조기의 단면도이다;
도 6c 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 어떤 셔터-기반 공간 광 변조기의 단면도이다;
도 7 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 광 검출기를 포함하는 어떤 셔터-기반 공간 광 변조기의 단면도이다;
도 8 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 디스플레이 내에서 이용되기 위한 제어기의 블록도이다;
도 9 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 디스플레이에 의해 이용되기에 적합한, 이미지들을 디스플레이하기 위한 프로세스의 흐름도이다;
도 10 은 제어기가 들어오는 이미지 데이터의 콘텐츠에 기초하여 디스플레이 특성들을 적응시킬 수 있는 디스플레이 방법을 묘사한다;
도 11 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 디스플레이에서 이용되기 위한 제어기의 블록도이다;
도 12 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 디스플레이 제어기에 의해 이용되기에 적합한, 이미지들을 디스플레이하기 위한 프로세스의 흐름도이다;
도 1a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 MEMS-기반 디스플레이 장치 (100) 의 개략도이다. 디스플레이 장치 (100) 는 행들 및 열들로 배열된 복수의 광 변조기들 (102a-102d) (총괄하여 "광 변조기들 (102)") 을 포함한다. 디스플레이 장치 (100) 에서는, 광 변조기들 (102a 및 102d) 은 광이 통과하도록 허용하는 열린 상태에 있다. 광 변조기들 (102b 및 102c) 은 광의 통과를 차단하는 닫힌 상태에 있다. 광 변조기들 (102a-102d) 의 상태들을 선택적으로 설정함으로써, 램프 또는 램프들 (105) 에 의해 조사되면 디스플레이 장치 (100) 는 후면 발광 (backlit) 디스플레이를 위한 이미지 (104) 를 형성하도록 이용될 수 있다. 다른 실시형태에서는, 장치 (100) 는 장치의 외부에서 유래하는 주변 광의 반사를 이용하여 이미지를 형성할 수도 있다. 어떤 실시형태들에서는, 장치 (100) 는 백라이트로부터의 그리고 주변 광으로부터의 광의 조합을 변조함으로써 이미지를 형성할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 장치 (100) 는 디스플레이의 전면에 위치한 램프 또는 램프들로부터의 광의 반사를 통해, 즉 프론트 라이트 (front light) 를 이용함으로써 이미지를 형성할 수도 있다.
디스플레이 장치 (100) 에서, 각각의 광 변조기 (102) 는 이미지 (104) 내의 픽셀 (106) 에 대응한다. 다른 실시형태들에서, 디스플레이 장치 (100) 는 복수의 광 변조기들을 이용하여 이미지 (104) 내의 픽셀 (106) 을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치 (100) 는 3 개의 컬러-특정 광 변조기들 (102) 을 포함할 수도 있다. 특정 픽셀 (106) 에 대응하는 하나 이상의 컬러-특정 광 변조기들 (102) 을 선택적으로 오픈함으로써, 디스플레이 장치 (100) 는 이미지 (104) 내의 컬러 픽셀 (106) 을 생성할 수 있다. 다른 예에서, 디스플레이 장치 (100) 는 이미지 (104) 내에 그레이스케일을 제공하기 위해 하나의 픽셀 (106) 당 2 개 이상의 광 변조기들 (102) 을 포함한다. 어떤 이미지에 대하여, "픽셀" 은 이미지의 해상도에 의해 정의되는 가장 작은 픽쳐 요소에 대응한다. 디스플레이 장치 (100) 의 구조적 구성 요소들에 대하여, "픽셀" 이라는 용어는 이미지의 단일 픽셀을 형성하는 광을 변조하는데 이용되는 결합된 기계적 및 전기적 구성 요소들을 가리킨다.
디스플레이 장치 (100) 는, 이것이 투사형 (projection) 애플리케이션들을 위해 필요한 이미징 옵틱스 (imaging optics) 들을 요구하지 않는다는 점에서 직시형 디스플레이이다. 투사형 디스플레이에서는, 디스플레이 장치의 표면에 형성되는 이미지가 스크린 상에 또는 벽 상에 투사된다. 디스플레이 장치는 투사된 이미지보다 실질적으로 작다. 직시형 디스플레이에서, 사용자는 디스플레이 장치를 직접적으로 주시함으로써 이미지를 보는데, 이 장치는 광 변조기들 및 디스플레이 상에서 보여지는 휘도 및/또는 콘트라스트를 향상시키기 위한 백라이트 또는 프론트 라이트를 선택적으로 포함한다.
직시형 디스플레이들은 투과형, 반사형, 또는 투과반사형 모드들에서 동작할 수도 있다. 투과형 모드에서, 광 변조기들은 디스플레이의 후방에 위치한 램프 또는 램프들로부터 유래한 광을 필터링하거나 또는 선택적으로 차폐한다. 램프들로부터의 광은 각 픽셀이 선택적으로 조사될 수 있도록 선택적으로 도광판 (lightguide) 또는 "백라이트" 로 주입된다. 투과형 직시형 디스플레이들은 흔히 투명 또는 유리 기판들 상에 설치되어, 광 변조기들을 포함하는 하나의 기판이 직접적으로 백라이트 상부에 위치되는 샌드위치 어셈블리 배치를 용이하게 한다. 반사형 모드에서는, 디스플레이의 후방에 위치한 램프 또는 램프들이 턴 오프된 동안 광 변조기들이 주변 광을 필터링하거나 선택적으로 차폐한다. 투과반사형 모드에서, 광 변조기들은 디스플레이의 후방에 위치한 램프 또는 램프들로부터 유래한 광 및 주변 광 모두를 필터링하거나 선택적으로 차폐한다. 어떤 실시형태들에서는, 투과반사형 모드에서, 주변 광이 이미지의 전체 휘도를 증가시키기 때문에 디스플레이 품질을 희생하지 않으면서도 램프 강도가 감소될 수도 있다. 몇 가지 경우들에서, 일부 주변 광은 투과형 모드에서 변조된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 디스플레이 디바이스 동작 모드는, 광 변조기들에 의해 변조되는 전체 광의 30% 초과 100% 미만이 주변 광이라면 투과반사형이라고 간주될 것이다.
각각의 광 변조기 (102) 는 셔터 (108) 및 어퍼처 (aperture, 109) 를 포함한다. 이미지 (104) 내의 픽셀 (106) 을 조사하기 위해, 셔터 (108) 는 뷰어를 향하여 광이 어퍼처 (109) 를 통과하는 것을 셔터가 허용하도록 위치된다. 픽셀 (106) 이 켜지지 않은 상태를 유지하기 위해, 셔터 (108) 는 이것이 어퍼처 (109) 를 통한 광의 통과를 차단하도록 위치된다. 어퍼처 (109) 는 각각의 광 변조기 (102) 내의 반사형 또는 광-흡수형 물질을 관통해 패터닝된 개구부에 의해 정의된다.
디스플레이 장치는 셔터들의 움직임을 제어하기 위해 기판 및 광 변조기들에 연결되는 제어 매트릭스를 또한 포함한다. 제어 매트릭스는, 픽셀들의 행마다 적어도 하나의 쓰기-허용 상호접속 (110) ("스캔-라인 상호접속"이라고도 불린다), 픽셀들의 각 열에 대한 하나의 데이터 상호접속 (112), 및 모든 픽셀들로 또는 적어도 디스플레이 장치 (100) 내의 다중 열들 및 다중 행들 모두로부터의 픽셀들로 공통 전압을 제공하기 위한 하나의 공통 상호접속 (114) 을 포함하는 일련의 전기적 상호접속들 (예를 들어, 상호접속들 (110, 112, 및 114)) 을 포함한다. 적절한 전압 ("쓰기-허용 전압, Vwe") 의 인가에 응답하여, 픽셀들의 주어진 행에 대한 쓰기-허용 상호접속 (110) 이 해당 행 내의 픽셀들이 신규한 셔터 움직임 명령들을 수락하도록 준비시킨다. 데이터 상호접속들 (112) 은 이러한 신규한 움직임 명령들을 데이터 전압 펄스들의 형태에서 통신한다. 일부 실시형태들에서는, 데이터 상호접속들 (112) 에 인가된 데이터 전압 펄스들이 셔터들의 정전식 움직임에 직접적으로 기여한다. 다른 실시형태들에서, 데이터 전압 펄스들은 개별 작동 전압들 (actuation voltages) 의 광 변조기들 (102) 로의 인가를 제어하는 스위치들, 예를 들어 트랜지스터들 또는 다른 비선형 회로 소자들을 제어하는데, 이러한 전압들은 통상적으로 그 크기에 있어서 데이터 전압들보다 크다. 그러면, 이러한 작동 전압들의 인가가 셔터들 (108) 의 정전 구동 움직임을 초래한다.
도 1b 는 호스트 디바이스 (120) (즉, 셀룰러 전화기, PDA, MP3 플레이어 등) 의 블록도이다. 호스트 디바이스는 디스플레이 장치 (128), 호스트 프로세서 (122), 환경 센서들 (124), 사용자 입력 모듈 (126), 및 전력 소스를 포함한다.
디스플레이 장치 (128) 는 복수의 스캔 드라이버들 (130) ("쓰기 허용 전압 소스들"이라고도 불린다), 복수의 데이터 드라이버들 (132) ("데이터 전압 소스들"이라고도 불린다), 제어기 (134), 공통 드라이버들 (138), 램프들 (140-146), 및 램프 드라이버들 (148) 을 포함한다. 스캔 드라이버들 (130) 은 쓰기 허용 전압들을 스캔-라인 상호접속들 (110) 로 인가한다. 데이터 드라이버들 (132) 은 데이터 전압들을 데이터 상호접속들 (112) 로 인가한다.
디스플레이 장치의 일부 실시형태들에서, 데이터 드라이버들 (132) 은, 특히 이미지 (104) 의 그레이스케일이 아날로그 방식으로 유도될 광 변조기들에게 아날로그 데이터 전압들을 제공하도록 구성된다. 아날로그 동작에서는, 상호접속들 (112) 을 통해 소정 범위의 중간 전압들이 인가되면, 셔터들 (108) 들에 소정 범위의 중간 열린 상태들이 발생하고 이에 따라서 이미지 (104) 내에 소정 범위의 중간 조사 상태들 또는 그레이스케일들이 발생하도록 광 변조기들 (102) 이 설계된다. 다른 경우들에서는, 데이터 드라이버들 (132) 이 2 개, 3 개, 또는 4 개의 디지털 전압 레벨들의 감소된 세트만을 데이터 상호접속들 (112) 로 인가하도록 구성된다. 이러한 전압 레벨들은 디지털 방식으로 각 셔터들 (108) 에게 열린 상태, 닫힌 상태, 또는 다른 별개의 상태를 설정하도록 설계된다.
스캔 드라이버들 (130) 및 데이터 드라이버들 (132) 은 디지털 제어기 회로 (134) ("제어기 (134)"라고도 불린다) 로 연결된다. 제어기는 데이터를 거의 직렬 (serial) 방식으로, 이미지 프레임들에 의해 행들로 그룹화된 미리결정된 시퀀스들로 조직화된 데이터 드라이버들 (132) 로 전송한다. 데이터 드라이버들 (132) 은 직렬/병렬 데이터 컨버터들, 레벨 시프팅, 그리고 몇 가지 애플리케이션들에 대해서는 디지털/아날로그 전압 컨버터들을 포함할 수 있다.
디스플레이 장치 (100) 는 선택적으로 일 세트의 공통 드라이버들 (138) 을 포함하는데, 이것은 공통 전압 소스들이라고도 불린다. 일부 실시형태들에서, 공통 드라이버들 (138) 은, 예를 들어 전압을 일련의 공통 상호접속들 (114) 로 공급함으로써 DC 공통 포텐셜을 광 변조기들의 어레이 내의 모든 광 변조기들로 제공한다. 다른 실시형태들에서는, 공통 드라이버들 (138) 은 제어기 (134) 로부터의 커맨드들을 추종 (following) 하여, 전압 펄스들 또는 신호들을, 예를 들어 어레이의 다중 행들 및 열들 내의 모든 광 변조기들의 동시 작동을 구동 및/또는 개시할 수 있는 광역 작동 펄스들을 광 변조기들의 어레이로 발급한다 (issue).
상이한 디스플레이 기능들을 위해 드라이버들 전부 (예를 들어, 스캔 드라이버들 (130), 데이터 드라이버들 (132), 및 공통 드라이버들 (138)) 가 제어기 (134) 에 의해 시간-동기화된다. 제어기로부터의 타이밍 커맨드들이 램프 드라이버들 (148) 을 통한 적색, 녹색 및 청색 및 백색 램프들 (각각, 140, 142, 144, 및 146) 의 조사, 픽셀들의 어레이 내의 특정 행들의 쓰기-허용 및 시퀀싱, 데이터 드라이버들 (132) 로부터의 전압들의 출력, 및 광 변조기 작동을 제공하는 전압들의 출력을 조절한다.
제어기 (134) 는 셔터들 (108) 각각이 신규 이미지 (104) 에 적절한 조사 레벨들로 재설정될 수 있도록 하는, 시퀀싱 또는 어드레싱 기법을 결정한다. 적합한 어드레싱, 이미지 형성, 및 그레이스케일 기술들에 대한 세부 사항들은, 참조에 의해 본원에 원용되는 미국 특허 출원 공개 번호들 제 US 200760250325 A1 호 및 제 US 20015005969 A1 호에서 발견될 수 있다. 신규한 이미지들 (104) 은 주기적인 간격으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 비디오 디스플레이들의 경우에는 컬러 이미지들 (104) 또는 비디오의 프레임들이 10 내지 300 헤르츠만큼의 범위를 가지는 주파수들로 리프레시된다. 일부 실시형태들에서, 이미지 프레임들이 적색, 녹색, 및 청색과 같은 교번하는 일련의 컬러들로써 조사되도록, 어레이로의 이미지 프레임의 설정이 램프들 (140, 142, 144, 및 146) 의 조사를 이용하여 동기화된다. 각각의 개별 컬러에 대한 이미지 프레임들은 컬러 서브-프레임이라고 불린다. 필드 순차 컬러 방법 (field sequential color method) 이라고 불리는 이러한 방법에서, 컬러 서브-프레임들이 20 Hz를 넘는 주파수들에서 교번된다면, 인간의 두뇌는 교번하는 프레임 이미지들을 폭넓고 연속적인 범위의 컬러들을 가지는 이미지의 인식으로 표준화한다. 다른 실시형태들에서는, 원색들 (primary colors) 을 가지는 4 개 이상의 램프들이 적색, 녹색, 및 청색 이외의 원색들을 채택하는 디스플레이 장치 (100) 내에 채택될 수 있다.
디스플레이 장치 (100) 가 열린 및 닫힌 상태들 사이에서의 셔터들 (108) 의 디지털 스위칭을 위해 설계되는 일부 실시형태들에서는, 제어기 (134) 는 이미 설명된 바와 같은 시분할 그레이스케일의 방법에 의해 이미지를 형성한다. 다른 실시형태들에서, 디스플레이 장치 (100) 는 픽셀당 다중 셔터들 (108) 의 이용을 통해 그레이스케일을 제공할 수 있다.
몇 가지 구현들에서는, 이미지 상태 (104) 를 위한 데이터가, 스캔 라인들이라고도 불리는 개별 행들의 순차적 어드레싱에 의해 변조기 어레이로 제어기 (134) 에 의해 로딩된다. 시퀀스 내의 각 행 또는 스캔 라인에 대하여, 스캔 드라이버 (130) 는 쓰기-허용 전압을 어레이의 해당 행에 대한 쓰기 허용 상호접속 (110) 으로 인가하고, 후속하여 데이터 드라이버 (132) 는 원하는 셔터 상태에 대응하는 데이터 전압들을 선택된 행 내의 각 열에 대하여 공급한다. 이러한 프로세스는 데이터가 해당 어레이 내의 모든 행들에 대하여 로딩된 바 있을 때까지 반복된다. 일부 실시형태들에서는, 데이터 로딩을 위한 선택된 행들의 시퀀스는 선형이며, 어레이의 상단으로부터 하단으로 진행한다. 다른 실시형태들에서, 선택된 행들의 시퀀스는 시각적 아티팩트들을 최소화하기 위해 의사-무작위화된다. 그리고 다른 실시형태들에서는, 시퀀싱은 블록들에 의해 조직화되는데, 여기서 어떤 블록에 대하여, 예를 들어 시퀀스 내의 어레이의 매 5 번째 행들만을 어드레싱함으로써 이미지 상태 (104) 의 소정 프랙션에 대한 데이터만이 어레이로 로딩된다.
몇 가지 구현들에서는, 이미지 데이터를 어레이로 로딩하기 위한 프로세스는 시간적으로 셔터들 (108) 을 작동시키는 프로세스로부터 분리된다. 이러한 실시형태들에서는, 변조기 어레이는 어레이 내의 각 픽셀에 대한 데이터 메모리 소자들을 포함할 수도 있고, 제어 매트릭스는 메모리 소자들 내에 저장된 데이터에 따라 셔터들 (108) 의 동시 작동을 개시하기 위한 트리거 신호들을 공통 드라이버 (138) 로부터 운반하기 위한 광역 작동 상호접속을 포함할 수도 있다. 그들 중 많은 것들이 미국 특허 출원 제 11/643,042 호에 설명되는 다양한 어드레싱 시퀀스들이 제어기 (134) 를 이용하여 조절될 수 있다.
다른 실시형태들에서는, 픽셀들의 어레이 및 이 픽셀들을 제어하는 제어 매트릭스는 직교 행들 및 열들이 아닌 구성들로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 픽셀들은 육각형 어레이들 또는 곡선형 (curvilinear) 행들 및 열들로 배치될 수 있다. 일반적으로는, 본 명세서에서 이용되는 것과 같은 스캔-라인이라는 용어는 쓰기-허용 상호접속을 공유하는 임의의 복수의 픽셀들을 가리키게 될 것이다.
호스트 프로세서 (122) 는 일반적으로 호스트의 동작들을 제어한다. 예를 들어, 호스트 프로세서는 휴대용 전자 디바이스를 제어하기 위한 범용 또는 전용 프로세서일 수도 있다. 호스트 디바이스 (120) 내에 포함되는 디스플레이 장치 (128) 에 관련하여, 호스트 프로세서는 해당 호스트에 대한 추가적 데이터는 물론 이미지 데이터를 출력한다. 이러한 정보는, 주변 광 또는 온도; 예를 들어 호스트의 동작 모드 또는 호스트의 전력 소스 내에 남아있는 전력량을 포함하는, 호스트에 대한 정보; 이미지 데이터의 콘텐츠에 대한 정보; 이미지 데이터의 타입에 대한 정보; 및/또는 이미징 모드를 선택하는 데에 이용될 디스플레이 장치용 명령들과 같은, 환경 센서들로부터의 데이터를 포함할 수도 있다.
사용자 입력 모듈 (126) 은 직접적으로 또는 호스트 프로세서 (122) 를 통해, 사용자의 개인적 선호사항들 (personal preferences) 을 제어기 (134) 로 전달한다. 일 실시형태에서는, 사용자 입력 모듈은 사용자가 "더 깊은 컬러", "더 양호한 콘트라스트", "저전력", "증가된 휘도", "스포츠", "실시간 중계 (live action)", 또는 "애니메이션" 과 같은 개인적 선호사항들을 프로그래밍하는 소프트웨어에 의해 제어된다. 다른 실시형태에서는, 이러한 선호사항들은 스위치 또는 다이얼과 같은 하드웨어를 이용하여 호스트로 입력된다. 제어기 (134) 로의 복수의 데이터 입력들은 최적의 이미징 특징들에 대응하는 다양한 드라이버들 (130, 132, 138, 및 148) 로 데이터를 제공하도록 제어기를 디렉팅한다.
환경 센서 모듈 (124) 도 호스트 디바이스의 일부로서 포함된다. 환경 센서 모듈은 온도 및/또는 주변 조명 조건들과 같은 주변 환경에 대한 데이터를 수신한다. 센서 모듈 (124) 은, 디바이스가 실내 또는 사무실 환경 대 밝은 야외광에 있는 외부 환경 대 야간의 실외 환경 중 어디서 동작하고 있는지를 구별하도록 프로그래밍될 수 있다. 센서 모듈은 이러한 정보를 디스플레이 제어기 (134) 로 통신함으로써, 제어기가 주변 환경에 응답하여 보기 (viewing) 조건들 및/또는 디스플레이 모드들을 최적화할 수 있도록 한다.
도 2a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 도 1a 의 직시형 MEMS-기반 디스플레이 장치 (100) 에 내장되기에 적합한 예시적인 셔터-기반 광 변조기 (200) 의 사시도이다. 광 변조기 (200) 는 액추에이터 (204) 에 커플링되는 셔터 (202) 를 포함한다. 2005 년 10 월 14 일에 출원된 미국 특허 번호 제 7,271,945 호에 설명되는 바와 같이, 액추에이터 (204) 는 2 개의 개별적인 순응 (compliant) 전극 빔 액추에이터들 (205) ("액추에이터들 (205)") 로부터 형성된다. 셔터 (202) 는 일측에서 액추에이터들 (205) 로 커플링된다. 액추에이터들 (205) 은 셔터 (202) 를 실질적으로 표면 (203) 에 평행한 동작면에서 표면 (203) 위에서 가로질러 (traversely) 이동시킨다. 셔터 (202) 의 반대측은 액추에이터 (204) 에 의해 인가되는 힘들에 대항하는 복원력을 제공하는 스프링 (207) 에 커플링된다.
각 액추에이터 (205) 는 셔터 (202) 를 로드 앵커 (208) 로 연결시키는 순응 로드 빔 (206) 을 포함한다. 로드 앵커들 (208) 은 순응 로드 빔들 (206) 과 함께, 셔터 (202) 가 표면 (203) 에 근접하게 걸린 상태로 유지하는 기계적 지지체로서 동작한다. 표면은 광의 통과를 허용하기 위한 하나 이상의 어퍼처 홀들 (211) 을 포함한다. 로드 앵커들 (208) 은 순응 로드 빔들 (206) 및 셔터 (202) 를 표면 (203) 에 물리적으로 연결시키고, 로드 빔들 (206) 을 바이어스 전압으로, 몇 가지 경우들에서는 접지로 전기적으로 연결시킨다.
기판이 실리콘과 같이 불투명하다면, 어퍼처 홀들 (211) 은 기판 (204) 을 관통해 홀들의 어레이를 에칭함으로써 기판 내에 형성된다. 만일 기판 (204) 이 유리 또는 플라스틱과 같이 투명하다면, 처리 시퀀스의 제 1 단계는 광 차폐 층을 기판 상에 퇴적하고 광 차폐 층을 에칭하여 홀들 (211) 의 어레이를 생성하는 것을 수반한다. 어퍼처 홀들 (211) 은 일반적으로 원형이거나, 타원형이거나, 다각형이거나, 구불구불하거나 (serpentine), 또는 형상이 불규칙적일 수 있다.
또한, 각 액추에이터 (205) 는 각 로드 빔 (206) 에 근접하여 위치되는 순응 구동 빔 (216) 을 포함한다. 구동 빔들 (216) 은 일단에서 구동 빔들 (216) 사이에서 공유되는 구동 빔 앵커 (218) 로 커플링한다. 각 구동 빔 (216) 의 타단은 자유롭게 이동한다. 각 구동 빔 (216) 은, 구동 빔 (216) 의 자유단 및 로드 빔 (206) 의 앵커링된 단부 근방에서 로드 빔 (206) 에 가장 근접하도록 만곡된다.
동작 시에, 광 변조기 (200) 를 내장한 디스플레이 장치는 구동 빔 앵커 (218) 를 통해 전기적 포텐셜을 구동 빔들 (216) 로 인가한다. 제 2 전기적 포텐셜이 로드 빔들 (206) 로 인가될 수도 있다. 구동 빔들 (216) 및 로드 빔들 (206) 사이의 결과적으로 얻어지는 포텐셜 차분이 구동 빔들 (216) 의 자유단들을 로드 빔들 (206) 의 앵커링된 단부들을 향하여 견인하고 (pull), 로드 빔들 (206) 의 셔터 단부들을 구동 빔들 (216) 의 앵커링된 단부들을 향하여 견인하는데, 그럼으로써 셔터 (202) 를 구동 앵커 (218) 를 향하여 가로질러 구동한다. 순응 부재들 (206) 은 스프링들로서 작동하여, 빔들 (206 및 216) 사이의 전압 포텐셜이 제거되면, 로드 빔들 (206) 이 셔터 (202) 를 다시 그 초기 위치로 밀어냄으로써 로드 빔들 (206) 내에 저장된 응력을 이완시키도록 한다.
광 변조기 (200) 와 같은 광 변조기는 전압들이 제거된 이후에 셔터를 자신의 휴지 위치로 복원하기 위한, 스프링과 같은 수동 복원력을 내장한다. 미국 특허 번호 제 7,271,945 호 및 특허 출원 번호 제 US2006-0250325 A1 호에 설명된 바와 같은 다른 셔터 어셈블리들은, 셔터를 열린 또는 닫힌 상태로 이동시키기 위한 "열린" 및 "닫힌" 액추에이터들의 이중 세트 및 "열린" 및 "닫힌" 전극들의 개별 세트들을 내장한다.
미국 특허 번호 제 7,271,945 호 및 출원 공개 번호 제 US2006-0250325 A1 호는, 적절한 그레이스케일을 가지고 이미지들을, 많은 경우들에서는 움직이는 이미지들을 생성하기 위해 제어 매트릭스를 통해 셔터들의 어레이 및 어퍼처들이 제어될 수 있는 다양한 방법들을 설명한 바 있다. 몇 가지 경우들에서는, 디스플레이의 주위에 존재하는 드라이버 회로들에 연결되는 행 및 열 상호접속들의 수동 매트릭스 어레이를 이용하여 제어가 달성된다. 다른 경우들에서는, 어레이의 각 픽셀 내에 스위칭 및/또는 데이터 저장 요소들을 포함함으로써 (소위 능동 매트릭스) 디스플레이의 속도, 그레이스케일 및/또는 전력 소모 성능을 개선하는 것이 적절하다.
본 명세서에서 설명되는 제어 매트릭스들은 위에서 설명된 광 변조기들과 같은 셔터-기반 MEMS 광 변조기들을 제어하는 데에 한정되지 않는다. 도 2b 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 포함되기에 적합한 예시적인 무-셔터-기반 광 변조기의 단면도이다. 구체적으로는, 도 2b 는 전기습윤-기반 광 변조 어레이 (270) 의 단면도이다. 광 변조 어레이 (270) 는 광 공동 (optical cavity) (274) 위에 형성된 복수의 전기습윤-기반 광 변조 셀들 (272a-272B) (총괄하여 "셀들 (272)") 을 포함한다. 또한, 광 변조 어레이 (270) 는 셀들 (272) 에 대응되는 컬러 필터들 (276) 의 일 세트를 포함한다.
각 셀 (272) 은 물 (또는 다른 투명 도전성 또는 극성 유체) 의 층 (278), 광 흡수 오일의 층 (280), 투명 전극 (282) (예를 들어, 인듐-주석 산화물로 제조됨) 및 광 흡수 오일의 층 (280) 및 투명 전극 (282) 사이에 위치한 절연 층 (284) 을 포함한다. 이러한 셀들의 예시적인 실시형태는, 2005 년 5 월 19 일에 공개되며 "디스플레이 디바이스" 라는 명칭을 가지는 미국 특허 출원 공개 번호 제 2005/0104804 호에 더 설명된다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태에서는, 전극은 셀 (272) 의 후방 표면의 일부를 차지한다.
셀 (272) 의 후방 표면의 나머지는 광 공동 (274) 의 전방 표면을 형성하는 반사형 어퍼처 층 (286) 으로부터 형성된다. 반사형 어퍼처 층 (286) 은 반사형 금속 또는 유전체 미러를 형성하는 박막들의 스택 (stack) 과 같은 반사형 재료로부터 형성된다. 각 셀 (272) 에 대하여, 반사형 어퍼처 층 (286) 내에 어퍼처가 형성되어 광이 통과하도록 허용한다. 셀에 대한 전극 (282) 은, 다른 유전체 층에 의해 분리되는, 어퍼처 내에 그리고 반사형 어퍼처 층 (286) 을 형성하는 재료 상에 퇴적된다.
광 공동 (274) 의 나머지는 반사형 어퍼처 층 (286) 에 인접하게 위치된 도광판 (288) 및 반사형 어퍼처 층 (286) 의 반대편의 도광판 (288) 의 측면 상의 제 2 반사층 (290) 을 포함한다. 제 2 반사층에 근접하여, 일련의 광 리디렉터들 (291) 이 도광판의 후방 표면에 형성된다. 광 리디렉터들 (291) 은 분산 또는 정반사성 반사체들 (specular reflectors) 일 수도 있다. 더 많은 광 소스들 (292) 중 하나가 광을 (294) 도광판 (288) 내에 주입한다.
다른 실시형태에서는, 추가적인 투명 기판이 도광판 (290) 및 광 변조 어레이 (270) 사이에 위치된다. 이러한 실시형태에서는, 반사형 어퍼처 층 (286) 이 도광판 (290) 의 표면 대신에 추가적인 투명 기판 상에 형성된다.
동작 시에, 셀 (예를 들어, 셀 (272b 또는 272c)) 의 전극 (282) 에 전압을 인가하면, 셀 내의 광 흡수 오일 (280) 이 셀 (272) 의 한 부분으로 모이도록 야기한다. 그 결과로서, 광 흡수 오일 (280) 은 더 이상 반사형 어퍼처 층 (286) 내에 형성된 어퍼처를 통한 광의 통과를 차단하지 않는다 (예를 들어, 셀들 (272b 및 272c) 을 참고한다). 그러면, 어퍼처에서 백라이트를 탈출하는 광은, 셀을 통해 그리고 컬러 필터들 (276) 의 세트 내의 대응하는 컬러 (예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색) 필터를 통해 탈출하여 이미지 내에 컬러 픽셀을 형성할 수 있다. 전극 (282) 이 접지되면, 광 흡수 오일 (280) 은 반사형 어퍼처 층 (286) 내에서 어퍼처를 커버하여, 이를 통과하려고 시도하는 임의의 광 (294) 을 흡수한다.
전압이 셀 (272) 에 인가될 때 오일 (280) 이 모이는 영역은 이미지의 형성에 관련해서는 낭비되는 공간을 구성한다. 전압이 인가되건 되지 않건, 이 영역은 광을 통과시킬 수 없으며, 따라서 반사형 어퍼처들 층 (286) 의 반사형 부분들을 포함하지 않는다면, 그렇지 않은 경우 이미지의 형성에 기여하도록 이용될 수 있었을 광을 흡수하게 된다. 그러나, 반사형 어퍼처 층 (286) 을 포함하면, 그렇지 않은 경우 흡수되어 버렸을 광이 다른 어퍼처를 통해 탈출하도록 도광판 (290) 내로 다시 반사된다. 전기습윤-기반 광 변조 어레이 (270) 는 본 명세서에서 설명되는 제어 매트릭스들에 의해 제어되기에 적합한 무-셔터-기반 MEMS 변조기의 유일한 예가 아니다. 무-셔터-기반 MEMS 변조기들의 다른 형태들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 설명되는 제어 매트릭스들의 다양한 것들에 의해 유사하게 제어될 수 있다.
MEMS 디스플레이들에 추가하여, 본 발명은 또한 예를 들어 도 2c 에 도시된 바와 같은 광보상 벤드 (optically compensated bend, OCB) 모드에서 동작하는 액정 디스플레이들을 포함하는 필드 순차 액정 디스플레이들을 이용할 수도 있다. OCB 모드 LCD 디스플레이를 필드 순차 컬러 방법과 커플링하면 저전력 고해상도 디스플레이들을 허용한다. 도 2c 의 LCD 는 원형 편광자 (230), 이축성 위상차 막 (biaxial retardation film) (232), 및 PDM (polymerized discotic material) (234) 으로 구성된다. 이축성 위상차 막 (232) 은 이축성 전송 속성들을 가지는 투명 표면 전극들을 포함한다. 이러한 표면 전극들이 전압이 액정 분자들 사이에 인가되면, PDM 층의 액정 분자들을 특정 방향으로 정렬시키도록 작용한다. 필드 순차 LCD의 용법이 더 상세하게 T. Ishinabe 등의, "High Performance OCB-mode for Field Sequential Color LCDs", Society for Information Display Digest of Technical Papers, 987 (2007). 에서 설명되는데, 이것은 참조에 의해 본원에 원용된다.
도 3a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 도 1a 의 직시형 MEMS-기반 디스플레이 장치 (100) 에 내장된 광 변조기들을 제어하기에 적합한 제어 매트릭스 (300) 의 개략도이다. 도 3b 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 도 3a 의 제어 매트릭스 (300) 에 연결되는 셔터-기반 광 변조기들의 어레이 (320) 의 사시도이다. 제어 매트릭스 (300) 는 픽셀들의 어레이 (320)("어레이 (320)") 에 어드레싱할 수도 있다. 각 픽셀 (301) 은 도 2a 의 셔터 어셈블리 (200) 와 같은, 액추에이터 (303) 에 의해 제어되는 탄성 셔터 어셈블리 (302) 를 포함한다. 또한, 각 픽셀은 어퍼처들 (324) 을 포함하는 어퍼처 층 (322) 을 포함한다. 셔터 어셈블리 (302) 와 같은 셔터 어셈블리들 및 이에 대한 개조들의 전기적 및 기계적 설명들이 미국 특허 출원 번호들 제 11/251,035 호 및 11/326,696 호에서 발견될 수 있다. 또한, 다른 제어 매트릭스들에 대한 설명들이 미국 특허 출원 번호 제 11/607,715 호에서 발견될 수 있다.
제어 매트릭스 (300) 는 셔터 어셈블리들 (302) 이 형성되는 기판 (304) 의 표면에 분산되거나 박막-퇴적된 전기 회로로서 제작된다. 제어 매트릭스 (300) 는 제어 매트릭스 (300) 내의 픽셀들 (301) 의 각 행에 대한 스캔-라인 상호접속 (306) 및 제어 매트릭스 (300) 내의 픽셀들 (301) 의 각 열에 대한 데이터-상호접속 (308) 을 포함한다. 각 스캔-라인 상호접속 (306) 은 쓰기-허용 전압 소스 (307) 를 픽셀들 (301) 의 대응하는 행 내의 픽셀들 (301) 로 전기적으로 연결한다. 각 데이터 상호접속 (308) 은 데이터 전압 소스 ("Vd 소스") (309) 를 픽셀들 (301) 의 대응하는 열 내의 픽셀들 (301) 로 전기적으로 연결한다. 제어 매트릭스 (300) 에서는, 데이터 전압 (Vd) 이 셔터 어셈블리들 (302) 의 작동을 위해 필요한 에너지의 대부분을 제공한다. 그러므로, 데이터 전압 소스 (309) 는 작동 전압 소스로서도 기능한다.
도 3a 및 3b 를 참조하면, 픽셀들 (320) 의 어레이 내의 각 픽셀 (301) 에 대하여 또는 각 셔터 어셈블리 (302) 에 대하여, 제어 매트릭스 (300) 는 트랜지스터 (310) 및 커패시터 (312) 를 포함한다. 각 트랜지스터 (310) 의 게이트는 픽셀 (301) 이 위치한 어레이 (320) 내의 행의 스캔-라인 상호접속 (306) 에 전기적으로 연결된다. 각 트랜지스터 (310) 의 소스는 자신의 대응하는 데이터 상호접속 (308) 에 전기적으로 연결된다. 어떤 실시형태들에서는, 동일한 데이터 상호접속 (308) 이 투과형 및 반사형 모드들 모두에 대한 셔터 천이 명령들을 제공한다. 각 셔터 어셈블리 (302) 의 액추에이터들 (303) 은 2 개의 전극들을 포함한다. 각 트랜지스터 (310) 의 드레인은 대응하는 커패시터 (312) 의 일 전극에 그리고 대응하는 액추에이터 (303) 의 전극들 중 하나에 전기적으로 병렬 연결된다. 커패시터 (312) 의 다른 전극 및 셔터 어셈블리 (302) 내의 액추에이터 (303) 의 다른 전극은 공통 또는 접지 포텐셜에 연결된다. 다른 실시형태들에서는, 트랜지스터들 (310) 은 반도체 다이오드들 및/또는 금속-유전체-금속 샌드위치 타입의 스위칭 소자들로 대체될 수 있다.
동작 시에, 이미지를 형성하기 위해, 순서대로 Vwe를 각 스캔-라인 상호접속 (306) 에 인가함으로써 제어 매트릭스 (300) 는 시퀀스 내의 어레이 (320) 내의 각 행을 쓰기-허용한다. 쓰기-허용된 행에 대하여, 행 내의 픽셀들 (301) 의 트랜지스터들 (310) 의 게이트들에 Vwe를 인가하면, 트랜지스터들 (310) 을 통과하며 데이터 상호접속들 (308) 을 통과하는 전류의 흐름이 소정 포텐셜이 셔터 어셈블리 (302) 의 액추에이터 (303) 로 인가되도록 허용한다. 해당 행이 쓰기-허용되는 동안, 데이터 전압들 (Vd) 이 데이터 상호접속들 (308) 로 선택적으로 인가된다. 아날로그 그레이스케일을 제공하는 실시형태들에서는, 각 데이터 상호접속 (308) 에 인가된 데이터 전압은 쓰기-허용된 스캔-라인 상호접속 (306) 및 데이터 상호접속 (308) 의 교차점에 위치한 픽셀 (301) 의 원하는 휘도에 관련하여 변경된다. 디지털 제어 기법들을 제공하는 실시형태들에서는, 데이터 전압은 상대적으로 낮은 크기의 전압 (즉, 접지에 가까운 전압) 이거나 또는 Vat (작동 문턱 전압) 을 만족하거나 이를 초과하도록 선택된다. Vat 가 데이터 상호접속 (308) 에 인가되는 것에 응답하여, 대응하는 셔터 어셈블리 (302) 내의 액추에이터 (303) 가 작동하여 해당 셔터 어셈블리 (302) 내의 셔터를 개방한다. 데이터 상호접속 (308) 에 인가된 전압은 제어 매트릭스 (300) 가 Vwe를 행에 인가하는 것을 중단한 후에도 픽셀 (301) 의 커패시터 (312) 내에 저장된 채로 유지된다. 그러므로, 셔터 어셈블리 (302) 가 작동하기에 충분히 긴 시간동안 행에 인가된 전압 Vwe를 대기 및 홀드하는 것이 필요하지 않다; 이러한 작동법은 쓰기-허용 전압이 해당 행으로부터 제거되어 버린 이후에도 진행할 수 있다. 커패시터들 (312) 은 어레이 (320) 내의 메모리 소자들로서도 기능함으로써, 이미지 프레임의 조사를 위해 필요한 만큼 긴 기간 동안에 작동 명령들을 저장한다.
어레이 (320) 의 제어 매트릭스 (300) 는 물론 픽셀들 (301) 도 기판 (304) 상에 형성된다. 어레이는 기판 (304) 상에 배치되며, 어레이 (320) 내의 개별 픽셀들 (301) 에 대한 어퍼처들 (324) 의 일 세트를 포함하는 어퍼처 층 (322) 을 포함한다. 어퍼처들 (324) 은 각 픽셀 내에서 셔터 어셈블리들 (302) 들과 함께 정렬된다. 일 실시형태에서는, 기판 (304) 은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명 재료로 제조된다. 다른 실시형태에서는, 기판 (304) 은 불투명 재료로 제작되지만, 여기서 홀들이 에칭되어 어퍼처들 (324) 을 형성한다.
셔터 어셈블리들 (302) 의 구성 요소들은 제어 매트릭스 (300) 와 동시에 또는 동일한 기판 상의 후속 처리 단계들에서 처리된다. 제어 매트릭스 (300) 내의 전기적 구성 요소들은, 액정 디스플레이들용 박막 트랜지스터 어레이들의 제작과 공통되는 많은 박막 기술들을 이용하여 제작된다. 이용 가능한 기술들은 Den Boer, Active Matrix Liquid crystal Displays (Elsevier, Amsterdam, 2005) 내에 설명되는데, 이것은 참조로서 본원에 원용된다. 셔터 어셈블리들은 미세기계 가공 (micromachining) 기술과 유사한 기술들을 이용하거나 미소 기계적 (micromechanical) 디바이스들 (즉, MEMS 디바이스) 의 제작으로부터 제작된다. 수많은 적용 가능한 박막 MEMS 기술들이 Rai-Choudhury, ed., Handbook of Microlithography, Micromachining & Microfabrication (SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash. 1997) 에 설명되는데, 이 문헌은 참조로서 본원에 원용된다. 유리 기판들 상에 형성된 MEMS 광 변조기들에 특화된 제작 기술들은 미국 특허 출원 번호들 제 11/361,785 호 및 제 11/731,628 호에서 발견될 수 있으며, 이 문서들은 참조로서 본 원에 원용된다. 예를 들어, 이러한 출원들에서 설명된 바와 같이, 셔터 어셈블리 (302) 는 비정질 실리콘의 박막들로부터 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition) 프로세스에 의해 퇴적되어 형성될 수 있다.
액추에이터 (303) 와 함께 셔터 어셈블리 (302) 는 쌍안정성 (bi-stable) 을 갖도록 제조될 수 있다. 즉, 셔터들은 어느 위치에서나 이들을 홀딩하기 위해 전력이 거의 요구되지 않거나 전력이 요구되지 않는 적어도 2 개의 평형 위치들 (예를 들어, 열린 또는 닫힌) 에 존재할 수 있다. 특히, 셔터 어셈블리 (302) 는 기계적으로 쌍안정할 수 있다. 셔터 어셈블리 (302) 의 셔터가 제자리에 설정되기만 하면, 해당 위치를 유지하기 위해 전기적 에너지 또는 홀딩 전압이 필요하지 않다. 셔터 어셈블리 (302) 의 물리적 소자들에 인가되는 기계적인 스트레스들이 셔터를 제자리에서 홀딩할 수 있다.
또한, 액추에이터 (303) 와 함께 셔터 어셈블리 (302) 는 전기적으로 쌍안정성을 갖도록 제조될 수 있다. 전기적으로 쌍안정한 셔터 어셈블리에서는, 닫힌 액추에이터에 인가되면 (셔터는 열리거나 닫힌 상태 중 하나로) 대항력 (opposing force) 이 해당 셔터에 인가된다 하더라도 액추에이터를 닫히게 하고 셔터를 제자리에서 유지하는, 셔터 어셈블리의 작동 전압 미만의 일정 범위의 전압들이 존재한다. 대항력은 셔터-기반 광 변조기 (200) 내의 스프링 (207) 과 같은 스프링에 의해 인가될 수도 있고, 또는 대항력은 "열린" 또는 "닫힌" 액추에이터와 같은 대항 액추에이터 (opposing actuator) 에 의해 인가될 수도 있다.
광 변조기 어레이 (320) 는 픽셀당 하나의 단일 MEMS 광 변조기를 가지는 것으로서 도시된다. 각 픽셀당 다중 MEMS 광 변조기들이 제공됨으로써, 각 픽셀 내에서 단지 이진인 "온" 또는 "오프" 인 광학적 상태들보다 많은 상태들이 존재할 가능성을 제공하는 다른 실시형태들도 가능하다. 픽셀 내에 다중 MEMS 광 변조기들이 제공되며, 그리고 광 변조기들의 각각과 연관되는 어퍼처들 (324) 이 불균등한 면적들을 가지는, 부호화된 영역 분할 (coded area division) 그레이스케일의 어떤 형태들도 가능하다.
다른 실시형태들에서는, 다른 MEMS-기반 광 변조기들은 물론, 롤러-기반 광 변조기 (220), 광 탭 (250), 또는 전기습윤-기반 광 변조 어레이 (270) 가 광 변조기 어레이 (320) 내의 셔터 어셈블리 (302) 를 대체할 수 있다.
도 3b 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 셔터-기반 광 변조기들의 어레이 (320) 의 사시도이다. 또한, 도 3b 는 백라이트 (330) 상부에 배치된 광 변조기들의 어레이 (320) 를 예시한다. 일 실시형태에서는, 백라이트 (330) 는 투명 재료, 즉 유리 또는 플라스틱으로 제조되고, 램프들 (382, 384, 및 386) 로부터의 광을 디스플레이 평면 전체에 균일하게 분배하기 위한 도광판으로서 기능한다. 필드 순차 디스플레이로서 디스플레이 (380) 를 어셈블리할 때, 램프들 (382, 384, 및 386) 은, 예를 들어, 각각 적색, 녹색, 및 청색 램프들과 같은 다른 컬러 램프들일 수 있다.
복수의 상이한 타입들의 램프들 (382-386) 이 디스플레이들 내에 채택될 수 있는데, 여기에는: 백열 램프들, 형광 램프들, 레이저들, 또는 발광 다이오드들 (LEDs) 이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다. 게다가, 직시형 디스플레이 (380) 의 램프 (382-386) 는 다중 램프들을 포함하는 단일 어셈블리로 통합될 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 LED 들의 조합은 소형 반도체 칩에서 백색 LED와 함께 통합되거나 백색 LED를 대체할 수 있으며, 또는 소형 다중-램프 패키지 내에 어셈블리될 수 있다. 이와 유사하게, 각 램프는 4-컬러 LED들의 어셈블리를, 예를 들어 적색, 황색, 녹색, 및 청색 LED들의 조합을 나타낼 수 있다.
셔터 어셈블리들 (302) 은 광 변조기들로서 기능한다. 연관된 제어 매트릭스로부터의 전기적 신호들을 이용함으로써, 셔터 어셈블리들 (302) 이 열린 또는 닫힌 상태로 설정될 수 있다. 열린 셔터들만이 도광판 (330) 으로부터의 광이 통과하여 뷰어에게 도달함으로써, 투과형 모드에서 직시형 이미지를 형성할 수 있도록 허용한다.
직시형 디스플레이 (380) 에서는, 광 변조기들은 도광판 (330) 으로부터 멀리 그리고 뷰어를 향해 대향하는 기판 (304) 의 표면에 형성된다. 다른 실시형태들에서는, 기판 (304) 은, 광 변조기들이 도광판을 향해 대향하는 표면에 형성되도록 뒤집힐 수 있다. 이러한 실시형태들에서는, 가끔은 어퍼처 층 (322) 과 같은 어퍼처 층을 도광판 (330) 의 상단 표면 상에 직접적으로 형성하는 것이 바람직하다. 다른 실시형태들에서는 유리 또는 플라스틱의 개별 피스를 도광판 및 광 변조기들 사이에 삽입하는 것이 유용한데, 유리 또는 플라스틱의 이러한 개별적인 피스는 어퍼처 층 (322) 과 같은 어퍼처 층 및 어퍼처 홀들 (324) 과 같은 연관된 어퍼처 홀들을 포함한다. 셔터 어셈블리들 (302) 의 평면 및 어퍼처 층 (322) 사이의 간격은 가능한 한 가깝게 유지되는 것이 바람직한데, 바람직하게는 10 미크론 미만이며, 몇 가지 경우들에서는 1 미크론만큼 가까운 것이 바람직하다. 본 발명에 유용한 다른 광학 어셈블리들의 설명들은 2005 년 9 월 2 일에 출원되며, 발명의 명칭이 "Methods and Apparatus for Spatial Light Modulation" 인 미국 특허 출원 공개 번호 제 20060187528A1 호 내에서는, 그리고 2007 년 12 월 6 일에 공개되며, 발명의 명칭이 "Display Apparatus with Improved Optical Cavities" 인 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2007-0279727 A1 호 내에서 발견될 수 있으며, 이들 모두는 참조로서 본원에 원용된다.
몇 가지 디스플레이들에서는, 컬러 픽셀들이 상이한 컬러들, 예를 들어 적색 녹색 및 청색의 컬러들에 대응하는 광 변조기들의 그룹들을 조사함으로써 발생된다. 그룹 내의 각각의 광 변조기는 원하는 컬러를 획득하기 위한 대응하는 필터를 가진다. 그러나, 필터들은 광의 많은 양을 흡수하며, 몇 가지 경우들에서는 필터들을 통과하는 광의 60 % 만큼을 흡수하는데, 따라서 디스플레이의 효율 및 휘도를 제한한다. 또한, 픽셀당 다중 광 변조기들을 이용하면 디스플레이된 이미지에 기여하도록 이용될 수 있는 디스플레이 상의 공간의 양을 감소시키고, 이러한 디스플레이의 휘도 및 효율을 더욱 제한한다.
인간의 두뇌는, 예를 들어, 20 Hz 보다 큰 주파수에서 신속하게 변경하는 이미지들을 보는데 응답하여, 이미지들을 함께 평균화하여 대응하는 주기 내에 디스플레이된 이미지들의 조합인 하나의 이미지를 인식한다. 당업계에서 필드 순차 컬러라고 알려지는 기술을 이용하여, 디스플레이의 각 픽셀에 대하여 단지 단일 광 변조기들만을 이용하는 동안 컬러 이미지들을 디스플레이하는데 이러한 현상이 이용될 수 있다. 필드 순차 컬러 기술들을 디스플레이들에서 이용하면, 픽셀당 컬러 필터들 및 다중 광 변조기들에 대한 필요성을 제거한다. 필드 순차 컬러 허용 디스플레이에서는, 디스플레이될 이미지 프레임은 복수의 서브-프레임 이미지들로 분할되는데, 각각은 원본 이미지 프레임의 특정 컬러 성분 (예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색) 에 대응한다. 각 서브-프레임 이미지에 대하여, 디스플레이의 광 변조기들은 해당 이미지에 대한 그 컬러 성분의 기여에 대응하는 상태들로 설정된다. 그러면, 광 변조기들은 대응하는 컬러의 램프에 의해 조사된다. 서브-이미지들은 순차적으로, 두뇌가 일련의 서브-프레임 이미지들을 단일 이미지로서 인식하기에 충분한 주파수 (예를 들어, 60 Hz 보다 큰 주파수) 로 디스플레이된다. 서브-프레임들을 생성하는데 이용되는 데이터는 흔히 다양한 메모리 구성 요소들 내에 분할된다. 예를 들어, 몇 가지 디스플레이들에서는 디스플레이의 주어진 행에 대한 데이터는 해당 행 전용인 시프트-레지스터 내에 유지된다. 고정된 클록 싸이클에 따라, 이미지 데이터가 각 시프트 레지스터 내로 천이되거나 그로부터 디스플레이의 해당 행 내의 대응하는 열 내의 광 변조기로 천이된다. 디스플레이들을 제어하기 위한 회로들의 다른 실시형태들은, 2007 년 4 월 19 일에 공개되며, 발명의 명칭이 "Circuits for Controlling Display Apparatus" 인 미국 특허 공개 번호 제 US 2007-0086078 A1 호에 설명되는데, 이것은 참조로서 본 원에 원용된다.
도 4a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라, 예를 들어 위의 도면들에서 설명된 바와 같은 MEMS 직시형 디스플레이에 의해 구현될 수 있는 필드 순차 컬러를 이용하여 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 프로세스에 대응하는 타이밍도이다. 도 4b, 4c, 4d 및 4e 의 타이밍도들을 포함하여, 본 명세서에 포함된 타이밍도들은 다음의 부호 규칙들에 따른다. 타이밍도들의 상단 부분들은 광 변조기 어드레싱 이벤트들을 예시한다. 하단 부분들은 램프 조사 이벤트들을 예시한다.
어드레싱 부분들은 시간에서 이격된 대각선들에 의해 어드레싱 이벤트들을 묘사한다. 각 대각선은, 한번에 한 행씩 데이터가 광 변조기들의 어레이의 각 행으로 로딩되는 시간인 일련의 개별 데이터 로딩 이벤트들에 대응한다. 디스플레이 내에 포함된 변조기들을 어드레싱 및 구동하는데 이용되는 제어 매트릭스에 의존하여, 각 로딩 이벤트는 주어진 행 내의 광 변조기들이 작동하도록 허용하는 대기 기간을 요구할 수도 있다. 일부 실시형태들에서는, 광 변조기들의 어레이 내의 모든 행들은 광 변조기들 중 임의의 것의 작동 이전에 어드레싱된다. 데이터를 광 변조기들의 어레이의 최후 행으로 로딩하는 것이 완료되면, 모든 광 변조기들이 실질적으로 동시에 작동된다.
램프 조사 이벤트들은 디스플레이 내에 포함된 램프의 각 컬러에 대응하는 펄스열들 (pulse trains) 에 의해 예시된다. 각 펄스는 대응하는 컬러의 램프가 조사되었으며, 이에 의해 직전 어드레싱 이벤트에서 광 변조기들의 어레이 내에 로딩된 서브-프레임 이미지를 디스플레이한다는 것을 표시한다.
주어진 이미지 프레임의 디스플레이 내의 제 1 어드레싱 이벤트가 시작되는 시점은 각 타이밍도에서 AT0 이라고 명명된다. 타이밍도들의 거의 전부에서는, 이러한 시간은 전압 펄스 (vsync) 의 검출 직후에 해당하며, 이것은 디스플레이에 의해 수신된 각 비디오 프레임의 시작에 선행한다. 각 후속 어드레싱 이벤트가 발생하는 시점들이 AT1, AT2, …AT(n-1) 이라고 명명되는데, 여기서 n은 이미지 프레임을 디스플레이하는데 이용되는 서브-프레임 이미지들의 수이다. 몇 몇의 타이밍도들에서는, 대각선들이 광 변조기들의 어레이에 로딩되고 있는 데이터를 표시하기 위해 더 명명된다. 예를 들어, 도 4 의 타이밍도에서는, D0 은 어느 프레임에 대한 광 변조기들의 어레이로 로딩된 제 1 데이터를 나타내고, D(n-1) 은 해당 프레임에 대한 광 변조기들의 어레이로 로딩된 최후 데이터를 나타낸다. 도 4b 내지 도 4d 의 타이밍도들에서는, 각 어드레싱 이벤트 도중에 로딩된 데이터는 하나의 비트평면 (bitplane) 에 대응한다.
비트평면은 광 변조기들의 어레이의 다중 행들 및 다중 열들 내의 변조기들에 대한 원하는 변조기 상태들을 식별하는 데이터의 연접 세트 (coherent set) 이다. 더 나아가, 각 비트평면은 이진 부호화 기법에 따라 유도된 일련의 서브-프레임 이미지들 중 하나에 대응한다. 즉, 이미지 프레임의 컬러 성분에 대한 각 서브-프레임 이미지는 이진 수열 1, 2, 4, 8, 16 등에 따라 가중치 부여된다. 가장 낮은 가중치를 가지는 비트평면은 최소 유효 (least significant) 비트평면이라고 불리고, 대응하는 컬러 성분의 첫 번째 글자 및 이에 후속하는 숫자 0 에 의해 타이밍도 내에서 명명되고 그리고 본 명세서에서 불린다. 컬러 성분들에 대한 각각의 차대 (next-most) 유효 비트평면에 대하여, 컬러 성분들의 첫 번째 글자에 후속하는 숫자는 1 씩 증가한다. 예를 들어, 컬러당 4 개의 비트평면들로 나뉘어진 이미지 프레임에 대해서, 최소 유효 적색 비트평면은 R0 비트평면이라고 명명되고 불린다. 차대 유효 적색 비트평면은 R1 이라고 명명되고 불리고, 그리고 최대 유효 적색 비트평면은 R3 라고 명명되고 불린다.
램프-관련 이벤트들은 LT0, LT1, LT2 ... LT(n-1) 이라고 명명된다. 타이밍도에서 명명되는 램프-관련 이벤트 시간들은, 타이밍도에 의존하여 램프가 조사되는 시간들 또는 램프가 소등된 시간들 중 하나를 나타낸다. 특정 타이밍도에서 램프 시간들이라는 의미는, 특정 타이밍도에서의 조사 부분 내의 펄스열들에 대하여 시간에서의 그들의 위치를 비교함으로써 결정될 수 있다. 도 4a 의 타이밍도를 특히 다시 참조하면, 이 타이밍도에 따라 이미지 프레임을 디스플레이하기 위해, 이미지 프레임의 세 가지 컬러 성분들 각각을 디스플레이하기 위해서 단일 서브-프레임 이미지가 이용된다. 첫 번째로, 적색 서브-프레임 이미지를 위해 원하는 변조기 상태들을 나타내는 데이터 (D0) 가 시점 AT0 에서 시작하여 광 변조기들의 어레이로 로딩된다. 어드레싱이 완료되면, 적색 램프가 시점 LT0 에서 조사되고, 이에 의해 적색 서브-프레임 이미지를 디스플레이한다. 녹색 서브-프레임 이미지에 대응하는 변조기 상태들을 나타내는 데이터 (D1) 가 시점 AT1 에서 광 변조기들의 어레이로 로딩된다. 녹색 램프는 시점 LT1 에서 조사된다. 마지막으로, 시점 AT1 및 LT2 각각에서는, 청색 서브-프레임 이미지에 대응하는 변조기 상태들을 나타내는 데이터 (D2) 가 광 변조기들의 어레이로 로딩되고 청색 램프가 조사된다. 그러면, 프로세스는 디스플레이될 후속 이미지 프레임들에 대하여 반복된다.
도 4a 의 타이밍도에 따라 이미지들을 형성하는 디스플레이에 의해 획득가능한 그레이스케일의 레벨은, 각각의 광 변조기의 상태가 얼마나 정밀하게 제어될 수 있는지에 의존한다. 예를 들어, 광 변조기들이 그 속성에서 이진이라면, 즉, 그들이 켜지거나 꺼질 수밖에 없다면, 디스플레이는 8 개의 상이한 컬러들을 생성하는 것으로 한정될 것이다. 추가적인 중간 상태들로 구동될 수 있는 광 변조기들을 제공함으로써, 이러한 디스플레이에 대하여 그레이스케일의 레벨이 증가될 수 있다. 도 4a 의 필드 순차 기술에 관련된 일부 실시형태들에서는, 인가된 전압에 대하여 아날로그 응답을 보여주는 MEMS 광 변조기들이 제공될 수 있다. 이러한 디스플레이에서 획득될 수 있는 그레이스케일들의 수는, 데이터 전압 소스들과 함께 공급되는 디지털-아날로그 컨버터들의 해상도에 의해서만 제한된다.
또는, 각 서브-프레임 이미지를 디스플레이하는데 이용되는 시간 기간이, 각각 그 자신의 대응하는 서브-프레임 이미지를 가지는 다중 시간 기간들로 분할된다면, 더 정밀한 그레이스케일이 발생될 수 있다. 예를 들어, 이진 광 변조기들을 이용하면, 컬러 성분당 동일한 길이 및 광 강도를 가지는 2 개의 서브-프레임 이미지들을 형성하는 디스플레이는, 8 개가 아니라 27 개의 상이한 컬러들을 발생할 수 있다. 이미지 프레임의 각 컬러 성분을 다중 서브-프레임 이미지들로 쪼개는 그레이스케일 기술들은, 총괄하여 시분할 그레이스케일 기술들이라고 불린다.
조사 값을 조사 기간 (또는 펄스 폭) 과 해당 조사의 강도의 곱 (또는 적분) 으로서 정의하는 것이 유용하다. 비트평면의 조사를 위한 출력 시퀀스 내에 지정된 주어진 시간 간격 동안에, 임의의 원하는 조사 값을 획득하기 위해 램프들을 제어하는 수많은 다른 방법들이 존재한다. 본 발명에 적절한 램프들을 위한 3 개의 이러한 다른 펄스 프로파일들이 도 4b 에서 비교된다. 도 4b 에서는, 시간 마커들 (1482 및 1484) 은 램프 펄스가 자신의 조사 값을 표현해야 하는 범위인 시간 한계들을 결정한다. MEMS-기반 디스플레이들을 구동하기 위한 광역 작동 기법에서는, 시간 마커 (1482) 는 하나의 광역 작동 사이클의 끝을 나타낼 수 있는데, 여기서 변조기 상태들은 사전에 로딩된 비트평면에 대하여 설정되고, 시간 마커 (1484) 는 후속 비트평면에 적절한 변조기 상태들을 설정하기 위해 후속 광역 작동 사이클의 시작을 나타낼 수 있다. 더 작은 중요도 (significance) 를 가지는 비트평면들에 대해서는, 마커들 (1482 및 1484) 간의 시간 간격이, 예를 들어 비트평면들과 같은 데이터 서브세트들을 변조기들의 어레이로 로딩하는데 필요한 시간에 의해 한정될 수 있다. 더 큰 중요도를 가지는 비트들에 지정된 펄스 폭들로부터의 단순 스케일링을 가정하면, 이러한 경우들에서 이용가능한 시간 간격은 비트평면의 조사를 위해 필요한 시간보다 실질적으로 길다.
램프 펄스 (1486) 는 특정 조사 값의 표현에 적절한 펄스이다. 펄스 폭 (1486) 은 마커들 (1482 및 1484) 사이에서 이용가능한 시간을 완전히 채운다. 그러나, 램프 펄스 (1486) 의 강도 또는 진폭은 요구되는 조사 값을 획득하기 위해 조정된다. 램프 펄스 (1486) 에 따르는 진폭 변조 기법은, 특히 램프 효율들이 선형이 아니며 램프들에 대하여 요청되는 피크 강도들을 감소시킴으로써 전력 효율들이 개선될 수 있는 경우들에 유용하다.
램프 펄스 (1488) 는 램프 펄스 (1486) 내에서와 동일한 조사 값의 표현에 적절한 펄스이다. 펄스 (1488) 의 조사 값은 진폭 변조에 의한 것 대신에 펄스 폭 변조를 이용하여 표현된다. 많은 비트평면들에 대하여, 적절한 펄스 폭은 비트평면들의 어드레싱에 의해 결정된 바와 같은 이용가능한 시간보다 적게 될 것이다.
일련의 램프 펄스들 (1490) 은 램프 펄스 (1486) 내에서와 동일한 조사 값을 표현하는 다른 방법을 나타낸다. 펄스들의 펄스 폭 및 주파수 모두의 제어를 통해, 일련의 펄스들은 조사 값을 표현할 수 있다. 조사 값은 펄스 진폭, 마커들 (1482 및 1484) 사이의 이용가능한 시간 기간, 및 펄스 듀티 사이클의 곱인 것으로 간주될 수 있다.
램프 드라이버 회로부는 위의 교번하는 램프 펄스들 (1486, 1488, 또는 1490) 중 임의의 것을 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 램프 드라이버 회로부는 램프 강도에 대한 부호화된 워드를 타이밍 제어 모듈 (724) 로부터 수락하고 강도에 적절한 펄스들의 시퀀스를 만들도록 프로그래밍될 수 있다. 강도는 펄스 진폭 또는 펄스 듀티 사이클의 함수로서 변경될 수 있다.
도 4c 는 이진 시분할 그레이스케일의 일련의 서브-프레임 이미지들을 이용하여 이미지를 형성하기 위해 제어기 (134) 에 의해 채택되는 타이밍 시퀀스의 일 예를 예시한다. 제어기 (134) 는 타이밍된 시퀀스 내의 다중 동작들을 조절하는 것을 담당한다 (도 4c 에서 시간은 좌측으로부터 우측으로 변경된다). 제어기 (134) 는 서브-프레임 데이터 세트의 데이터 요소들이 언제 프레임 버퍼로부터 그리고 데이터 드라이버들 (132) 로 전달되는지를 결정한다. 또한, 제어기 (134) 는 트리거 신호들을 전송하여 스캔 드라이버들 (130) 을 이용한 어레이 내의 행들의 스캐닝을 허용하고, 이를 통해 데이터 드라이버들 (132) 로부터 어레이의 픽셀들로의 데이터의 로딩을 허용한다. 또한, 제어기 (134) 는 램프 드라이버들 (148) 의 동작을 관장하여 램프들 (140, 142, 144) 의 조사를 허용한다. 제어기 (134) 는 또한, 어레이의 다중 행들 및 열들 내의 셔터들의 실질적으로 동시적인 광역 작동과 같은 기능들을 허용하는 트리거 신호들을 공통 드라이버들 (138) 로 전송한다.
도 4c 에 도시된 디스플레이 프로세스에서 이미지를 형성하는 프로세스는, 각 서브-프레임 이미지에 대하여 첫 번째로 서브-프레임 데이터 세트를 프레임 버퍼로부터 그리고 어레이로 로딩하는 것을 포함한다. 서브-프레임 데이터 세트는 어레이의 다중 행들 및 다중 열들 내의 변조기들의 원하는 상태들 (예를 들어, 열린 상태 대 닫힌 상태들) 에 대한 정보를 포함한다. 이진 시분할 그레이스케일에 대해서는, 개별 서브-프레임 데이터 세트는 그레이스케일에 대한 이진 부호화된 워드 내의 각 컬러 내의 각 비트 레벨에 대하여 어레이로 송신된다. 이진 부호화의 경우에 대해서는, 서브-프레임 데이터 세트는 비트 면이라고 불린다 (미국 특허 출원 공개 번호 제 US 20015005969 A1 호 내에 설명되는 이진 부호화가 아닌 것을 이용하는 부호화된 시분할 기법들). 도 4c 의 디스플레이 프로세스는 3 개의 컬러들인 적색, 녹색, 및 청색 각각 내의 4 개의 비트평면 데이터 세트들의 로딩을 참조한다. 이러한 데이터 세트들은 적색에 대해서는 R0, R1, R2, 및 R4 라고 명명되고, 녹색에 대해서는 G0-G3 이라고 명명되며, 청색에 대해서는 B0-B3 이라고 명명된다. 비록 컬러당 6 개, 7 개, 8 개, 또는 10 개의 비트 레벨들을 채택하는 다른 이미지 형성 시퀀스들이 가능하다는 것이 이해될 것이지만, 예시의 경제성을 위해 도 4c 의 디스플레이 프로세스에서는 컬러당 단지 4 개의 비트 레벨들만이 예시된다.
도 4c 의 디스플레이 프로세스는 일련의 어드레싱 시간들 AT0, AT1, AT2 등을 참조한다. 이러한 시간들은 특정 비트평면들의 어레이로의 로딩을 위한 시작 시간들 또는 트리거 시간들을 나타낸다. 제 1 어드레싱 시간 (AT0) 은 Vsync 와 일치하는데, 이것은 이미지 프레임의 시작을 나타내도록 공통적으로 채택되는 트리거 신호이다. 도 4c 의 디스플레이 프로세스는 또한 일련의 램프 조사 시간들 LT0, LT1, LT2 등을 참조하는데, 이것들은 비트평면들의 로딩과 조절된다. 이러한 램프 트리거들은 램프들 (140, 142, 144) 중 하나로부터의 조사가 소멸되는 시간들을 표시한다. 적색, 녹색, 및 청색 램프들 중 각각에 대한 조사 펄스 기간들 및 진폭들이 도 4c 의 하단을 따라 예시되며, 문자들 "R", "G", 및 "B"에 의해 개별 라인들을 따라 명명된다.
제 1 비트평면 (R3) 의 로딩은 트리거 포인트 (AT0) 에서 개시된다. 로딩될 제 2 비트평면 (R2) 은 트리거 포인트 (AT1) 에서 개시한다. 각 비트평면의 로딩은 상당한 량의 시간을 요구한다. 예를 들어, 비트평면 (R2) 을 위한 어드레싱 시퀀스는 이 예시에서는 AT1 에서 개시하고 포인트 LT0 에서 종료한다. 각 비트평면에 대한 어드레싱 또는 데이터 로딩 동작은 도 4c 의 타이밍도에서 대각선으로서 예시된다. 대각선은, 비트평면 정보의 개별 행들이 한번에 하나씩 프레임 버퍼로부터 데이터 드라이버들 (132) 로, 그리고 거기서부터 어레이로 전달되는 순차 동작을 나타낸다. 데이터를 각 행 또는 스캔 라인으로 로딩하는 것은 어디서든 1 마이크로초 내지 100 마이크로초들을 요구한다. 어레이 내의 행들의 수에 의존하여, 어레이로의 다중 행들의 완전한 전달 또는 데이터의 완전한 비트평면의 전달은 어디서든 100 마이크로초 내지 5 밀리초가 걸릴 수 있다.
도 4c 의 디스플레이 프로세스에서는, 어레이로 이미지 데이터를 로딩하는 프로세스는, 시간적으로 셔터들 (108) 을 움직이거나 작동시키는 프로세스로부터 분리된다. 이러한 실시형태에 대해서는, 어레이 내의 각 픽셀에 대하여 변조기 어레이는 저장 커패시터와 같은 데이터 메모리 소자들을 포함하고, 데이터 로딩의 프로세스는 이러한 메모리 소자들에 데이터 (즉, 온-오프 또는 열린-닫힌 명령들) 를 저장하는 것만을 수반한다. 공통 드라이버들 (138) 중 하나에 의해 광역 작동 신호가 발생될 때까지 셔터들 (108) 은 움직이지 않는다. 데이터 전부가 어레이로 로딩된 바 있을 때까지 광역 작동 신호는 제어기 (134) 에 의해 전송되지 않는다. 지정된 시간에서는, 모션 또는 상태의 변화를 위해 지정된 셔터들 모두는 광역 작동 신호에 의해 실질적으로 동시에 움직이도록 야기된다. 시간에서 작은 간격이 비트평면 로딩 시퀀스의 종료 및 대응하는 램프의 조사 사이에서 표시된다. 이것은 셔터들의 광역 작동을 위해 요구되는 시간이다. 예를 들어, 트리거 포인트들 (LT2 및 AT4) 사이에 광역 작동 시간이 예시된다. 이미지를 부분적으로만 닫히거나 열린 셔터들의 조사와 혼동하지 않기 위해, 모든 램프들이 광역 작동 기간 동안 소등되는 것이 바람직하다. 셔터 어셈블리들 (320) 내의 것들과 같은 셔터들의 광역 작동을 위해 요구되는 시간의 양은, 어레이 내의 셔터들의 설계 및 구성에 의존하여, 어디서나 10 마이크로초 내지 500 마이크로초까지의 값을 가질 수 있다.
도 4c 내의 디스플레이 프로세스의 예에 대해서는, 시퀀스 제어기가 각 비트평면의 로딩 이후에 램프들 중 단지 하나만을 조사하도록 프로그래밍되는데, 여기서 이러한 조사는 어레이 내의 최후 스캔 라인의 데이터를 로딩한 이후에 광역 작동 시간과 동일한 시간량만큼 지연된다. 어레이의 메모리 소자들 내에 데이터를 로딩하는 것이 셔터들의 위치에 직접적으로 영향을 미치는 것이 아니기 때문에, 후속 비트평면에 대응하는 데이터의 로딩이 램프가 켜진 상태로 유지되는 동안에 개시되고 진행될 수 있다는 점에 유의한다.
예를 들어, 비트평면들 (R3, R2, R1, 및 R0) 과 연관되는 서브-프레임 이미지들 각각은, 도 4c 의 하단에 "R" 라인에 표시되는 적색 램프 (140) 로부터의 별개의 조사 펄스에 의해 조사된다. 이와 유사하게, 비트평면들 (G3, G2, G1, 및 G0) 과 연관되는 서브-프레임 이미지들 각각은, 도 4c 의 하단에 "G" 라인에 의해 표시되는 녹색 램프 (142) 로부터의 별개의 조사 펄스에 의해 조사된다. 각 서브-프레임 이미지에 대하여 이용되는 조사 값들 (이러한 예에서는 조사 기간들의 길이) 은 그 크기에 있어서 각각 이진 수열 8, 4, 2, 1 에 의해 관련된다. 조사 값들의 이러한 이진 가중치는 이진 워드들로 부호화된 그레이스케일의 표현 또는 디스플레이를 허용하는데, 여기서 각 비트평면은 이진 워드 내의 위치 값들 (place values) 중 단지 하나에 대응하는 픽셀 온-오프 데이터를 포함한다. 시퀀스 제어기 (160) 로부터 발생한 커맨드들은 데이터의 로딩과의 램프들의 조절 뿐만아니라, 각 데이터 비트평면과 연관되는 정확한 상대적 조사 기간도 보장한다.
완전한 이미지 프레임이 도 4c 의 디스플레이 프로세스에서 2 개의 후속 트리거 신호들 (Vsync) 사이에서 생성된다. 도 4c 의 디스플레이 프로세스에서 완전한 이미지 프레임은 컬러당 4 개의 비트평면들의 조사를 포함한다. 60 Hz의 프레임 레이트에 대하여, Vsync 신호들 사이의 시간은 16.6 밀리초이다. 최대 유효 비트평면들 (R3, G3, 및 B3) 의 조사를 위해 할당된 시간은 이 예에서 각각 약 2.4 밀리초일 수 있다. 그러면, 비례에 의해 다음 비트평면들 (R2, G2, 및 B2) 에 대한 조사 시간들은 1.2 밀리초일 것이다. 최소 유효 비트평면 조사 기간들 (R0, G0, 및 B0) 은 각각 300 마이크로초일 것이다. 더 큰 비트 해상도가 제공되어야 하거나 컬러당 더 많은 비트평면들이 소망된다면, 최소 유효 비트평면들에 대응하는 조사 기간들은 더 짧은 기간들을 요청할 것이며, 실질적으로는 각각 100 마이크로초보다 짧은 기간들을 요청할 것이다.
시퀀스 제어기 (160) 의 개발 또는 프로그래밍을 할 때, 그레이스케일의 표현을 관장하는 중요 시퀀싱 파라미터들 모두를, 가끔은 시퀀스 테이블 조장소라고 불리는 시퀀스 테이블 내에 병기 (co-locate) 하거나 저장하는 것이 유용하다. 저장된 중요 시퀀스 파라미터들을 나타내는 테이블의 일 예가 표 1 로서 이하 나열된다. 서브-프레임들 또는 "필드들" 각각에 대하여, 시퀀스 테이블은 상대적 어드레싱 시간 (예를 들어, 비트평면의 로딩이 시작되는 AT0), 버퍼 메모리 (159) 내에서 발견될 연관된 비트평면들의 메모리 장소 (예를 들어, 장소 M0, M1 등), 램프들 중 하나에 대한 식별 코드들 (예를 들어, R, G, 또는 B), 및 램프 시간 (예를 들어, 이러한 예에서는 램프가 턴 오프되는 그 시간을 결정하는 LT0) 을 나열한다.
Figure 112012082017061-pct00001
표 1: 시퀀스 테이블 1
파라미터들의 저장을 시퀀스 테이블 내에 병기함으로써, 디스플레이 프로세스에서 이벤트들의 타이밍 또는 시퀀스를 재-프로그래밍하거나 변경하기 위한 쉬운 방법을 용이화하는 것이 유용하다. 예를 들어, 컬러 서브-필드들의 순서를 재정렬함으로써, 적색 서브-필드들의 대부분이 녹색 서브-필드에 의해 직후에 후속되고, 그리고 및 녹색은 청색 서브-필드에 의해 직접적으로 후속되도록 하는 것이 가능하다. 컬러 서브필드들의 이와 같은 재정렬 또는 산재화 (interpersing) 는, 램프 컬러들 사이에서 조사가 스위칭되는 공칭 주파수 (nominal frequency) 를 증가시키고, 이것이 컬러 깨짐 (break-up) 이라고 알려진 인지적 이미징 아티팩트의 효과를 감소시킨다. 메모리에 저장된 복수의 상이한 스케줄 테이블들 사이에서 스위칭함으로써, 또는 스케줄 테이블들을 재-프로그래밍 함으로써, 예를 들어 단일 이미지 프레임의 시간 내에서 컬러 당 8 개의 비트평면들의 조사를 허용함에 의해 컬러당 더 적거나 더 많은 수의 비트평면들을 요구하는 프로세스들 사이에서 스위칭하는 것도 역시 가능하다. 또한, 타이밍 시퀀스를 용이하게 재-프로그래밍함으로써 백색 램프 (146) 와 같은 제 4 컬러 LED에 대응하는 서브-필드들의 포함을 허용하는 것도 가능하다.
도 4c 의 디스플레이 프로세스는, 펄스 폭들 또는 램프들 내의 조사 기간에 기초하여 각 서브-프레임 이미지를 별개의 조사 값과 연관시킴으로써, 부호화된 워드에 따라 그레이스케일을 확립한다. 조사 값을 표시하기 위한 다른 방법들도 이용 가능하다. 하나의 대안에서는, 각 서브-프레임 이미지들에 대하여 할당된 조사 기간들이 일정하게 홀딩되고, 램프들로부터의 조사의 진폭 또는 강도는 이진 비율들 1, 2, 4, 8 등에 따라 서브-프레임 이미지들 사이에서 변경된다. 이러한 실시형태에서는, 고유 타이밍 신호 대신에 서브-필드들 각각에 대한 고유 램프 강도를 지정하도록 시퀀스 테이블의 포맷이 변경된다. 디스플레이 프로세스의 다른 실시형태들에서는, 램프들로부터의 펄스 지속시간 및 펄스 진폭의 변경들 모두가 채택되며 모두 시퀀스 테이블 내에서 특정됨으로써 서브-프레임 이미지들 사이의 그레이스케일 구별을 확립한다. 타이밍 제어기를 이용하여 시간 도메인 그레이스케일을 표현하기 위한 이러한 그리고 다른 대안적인 방법들은 2007 년 9 월 6 일 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 20070205969 A1 호에서 설명되는데, 이 문서는 참조로서 본원에 원용된다.
도 4d 는 표 6 (이하 제공됨) 내에 나열된 파라미터들을 이용하는 타이밍도이다. 도 4d 의 타이밍도는, 이미지 프레임의 각 컬러 성분에 대하여 4 개의 서브-프레임 이미지들을 디스플레이함으로써 이미지 프레임들이 디스플레이되는 부호화된-시분할 그레이스케일 어드레싱 프로세스에 대응한다. 주어진 컬러로 디스플레이된 각 서브-프레임 이미지는 이전 서브-프레임 이미지의 절반 길이의 시간 기간동안 동일한 강도로 디스플레이되며, 이에 의해 서브-프레임 이미지들에 대한 이진 가중 기법 (binary weighting scheme) 을 구현한다. 도 4d 의 타이밍도는 적색, 녹색 및 청색 컬러들에 추가하여, 백색 램프를 이용하여 조사되는 백색인 컬러에 대응하는 서브-프레임 이미지들을 포함한다. 백색 램프를 추가하면 디스플레이가 더 밝은 이미지들을 디스플레이하게 허용하거나 또는 자신의 램프들을 동일한 휘도 레벨을 유지하면서도 더 낮은 전력 레벨에서 동작시키도록 허용한다. 휘도 및 전력 소모가 선형적으로 관련되지 않기 때문에, 등가적 이미지 휘도를 제공하면서도 더 낮은 조사 레벨 동작 모드가 더 적은 에너지를 소비한다. 또한, 백색 램프들은 흔히 더 효율적인데, 즉 이들은 동일한 휘도를 획득하기 위해 다른 컬러들의 램프들보다 더 적은 전력을 소모한다.
더 구체적으로는, 도 4d 의 타이밍도에서 이미지 프레임의 디스플레이는 vsync 펄스의 검출시에 시작한다. 타이밍도에 그리고 표 6의 스케줄 테이블 내에 표시된 바와 같이, 메모리 장소 (M0) 에서 시작하여 저장된 비트평면 (R3) 은 시간 AT0 에서 시작하는 어드레싱 이벤트 내에서 광 변조기들 (150) 의 어레이로 로딩된다. 제어기 (134) 가 비트평면의 최후 행 데이터를 광 변조기들 (150) 의 어레이로 출력하면, 제어기 (134) 는 광역 작동 커맨드를 출력한다. 작동 시간을 대기한 다음에, 제어기는 적색 램프가 조사되게끔 한다. 모든 서브-프레임 이미지들에 대하여 작동 시간이 상수이기 때문에, 이 시간을 결정하기 위해 대응하는 시간 값이 스케줄 테이블 조장소에 저장될 필요가 없다. 시간 AT4 에서는, 제어기 (134) 는 스케줄 테이블에 따르면 메모리 장소 (M4) 에서 시작하여 저장되는 녹색 비트평면들 중 첫 번째 (G3) 의 로딩을 시작한다. 시간 AT8 에서는, 제어기 (134) 는 스케줄 테이블에 따르면 메모리 장소 (M8) 에서 시작하여 저장되는 청색 비트평면들 중 첫 번째 (B3) 의 로딩을 시작한다. 시간 AT12 에서는, 제어기 (134) 는 스케줄 테이블에 따르면 메모리 장소 (M12) 에서 시작하여 저장되는 백색 비트평면들 중 첫 번째 (W3) 의 로딩을 시작한다. 백색 비트평면들 중 첫 번째 (W3) 에 대응하는 어드레싱을 완료한 이후에, 그리고 작동 시간을 대기한 이후에, 제어기는 첫 번째로 백색 램프가 조사되게끔 한다.
비트평면을 광 변조기들 (150) 의 어레이로 로딩하는데 걸리는 시간보다 더 긴 기간 동안 모든 비트평면들이 조사되어야 하기 때문에, 제어기 (134) 는 후속 서브-프레임 이미지에 대응하는 어드레싱 이벤트가 완료되면 서브-프레임 이미지를 조사하는 램프를 소등한다. 예를 들어, LT0 은 AT0 이후에 비트평면 (R2) 의 로딩의 완료와 일치하는 시간에 발생되도록 설정된다. LT1 은 AT1 이후에 비트평면 (R1) 의 로딩의 완료와 일치하는 시간에 발생되도록 설정된다.
타이밍도 내의 vsync 펄스들 간의 시간 기간이 프레임 시간을 표시하는 심볼 FT에 의해 표시된다. 일부 실시형태들에서는, 램프 시간들 LT0, LT1 등은 물론이고 어드레싱 시간들 AT0, AT1 등은, 16.6 밀리초의 프레임 시간 FT 내에서, 즉 60 Hz의 프레임 레이트에 따라 4 개의 컬러들 각각에 대해서 4 개의 서브-프레임 이미지들을 달성하도록 설계된다. 다른 실시형태들에서는, 스케줄 테이블 조장소 내에 저장된 시간 값들은, 33.3 밀리초의 프레임 시간 FT 내에서, 즉 30 Hz의 프레임 레이트에 따라 컬러 당 4 개의 서브-프레임 이미지들을 달성하도록 변경될 수 있다. 다른 실시형태들에서는, 24 Hz 만큼 낮은 프레임 레이트들이 채택될 수도 있고, 또는 100 Hz를 초과하는 프레임 레이트들이 채택될 수도 있다.
Figure 112012082017061-pct00002
표 6: 스케줄 테이블 6
백색 램프들을 이용하면 디스플레이의 효율을 향상시킬 수 있다. 서브-프레임 이미지들에서 4 개의 별개의 컬러들을 이용하는 것은 입력 처리 모듈 내에서 데이터 처리가 변경될 것을 요구한다. 3 개의 상이한 컬러들 각각에 대하여 비트평면들을 유도하는 대신에, 도 4d 의 타이밍도에 따르는 디스플레이 프로세스는 비트평면들이 4 개의 상이한 컬러들 각각에 대응하여 저장될 것을 요구한다. 그러므로, 입력 처리 모듈은 데이터 구조를 비트평면들로 변환하기 이전에, 3-컬러 공간 내의 컬러들에 대하여 인코딩된 들어오는 픽셀 데이터를 4-컬러 공간에 적절한 컬러 좌표들로 변환할 수도 있다.
도 4d 의 타이밍도에 도시된 적색, 녹색, 청색, 및 백색 램프 조합에 추가하여, 달성가능한 컬러들의 공간 또는 영역 (gamut) 을 확장하는 다른 램프 조합들이 가능하다. 확장된 컬러 영역을 가지는 유용한 4-컬러 램프 조합은, 적색, 청색, 순녹색 (약 520 nm) 에 패럿 그린 (parrot green) (약 550 nm) 을 추가한 것이다. 컬러 영역을 확장하는 다른 5-컬러 조합은 적색, 녹색, 청색, 남색, 및 황색이다. 주지된 YIQ 컬러 공간과 흡사한 5-컬러는 백색, 주황색, 청색, 보라색, 및 녹색 램프들로써 확립될 수 있다. 주지된 YUV 컬러 공간과 흡사한 5-컬러는 백색, 청색, 황색, 적색, 및 남색 램프들로써 확립될 수 있다.
다른 램프 조합들이 가능하다. 예를 들어, 유용한 6-컬러 공간은 적색, 녹색, 청색, 남색, 진홍색, 및 황색 램프 컬러들로써 확립될 수 있다. 6-컬러 공간도 백색, 남색, 진홍색, 황색, 주황색, 및 녹색 컬러들로써 확립될 수 있다. 위에 이미 나열된 컬러들로부터 많은 수의 다른 4-컬러 및 5-컬러 조합들이 유도될 수 있다. 상이한 컬러들의 6 개, 7 개, 8 개 또는 9 개의 램프들을 가지는 다른 조합들이 위에 나열된 컬러들로부터 생성될 수 있다. 위에 나열된 컬러들 사이에 놓이는 스펙트럼들을 가지는 램프들을 이용하여 추가적인 컬러들이 채택될 수도 있다.
도 4e 는 표 7 의 스케줄 테이블에 나열된 파라미터들을 이용하는 타이밍도이다. 도 4e 의 타이밍도는 상이한 컬러들의 램프들이 동시에 조사될 수도 있는 하이브리드 부호화된-시분할 및 강도 그레이스케일 디스플레이 프로세스에 대응한다. 비록 각 서브-프레임 이미지가 모든 컬러들의 램프들에 의해 조사되지만, 특정 컬러에 대한 서브-프레임 이미지들은 해당 컬러의 램프에 의해 현저하게 조사된다. 예를 들어, 적색 서브-프레임 이미지들에 대한 조사 기간들 동안에는, 적색 램프가 녹색 램프 및 청색 램프보다 더 큰 강도로 조사된다. 휘도 및 전력 소비가 선형적으로 관련되는 것이 아니기 때문에, 저 조사 레벨 동작 모드에서 다중 램프들을 이용하는 것은 더 높은 조사 레벨에서 하나의 램프를 이용하여 동일한 휘도를 달성하는 것에 비하여 더 낮은 전력을 요구할 수도 있다.
최소 유효 비트평면들에 대응하는 서브-프레임 이미지들은 이전의 서브-프레임 이미지와 동일한 시간 길이동안 각각 조사되는데, 하지만 절반의 강도로 조사된다. 이와 같이, 최소 유효 비트평면들에 대응하는 서브-프레임 이미지들은 비트평면을 어레이에 로딩하기 위해 요구되는 것과 동일하거나 더 긴 시간의 기간 동안 조사된다.
Figure 112012082017061-pct00003
표 7: 스케줄 테이블 7
더 상세하게는, 도 4e 의 타이밍도에서 이미지 프레임의 디스플레이는 vsync 펄스의 검출시에 시작한다. 타이밍도에서 그리고 표 7의 스케줄 테이블 내에 표시되는 바와 같이, 메모리 장소 (M0) 에서 시작하여 저장되는 비트평면 (R3) 은 시간 AT0 에서 시작하는 어드레싱 이벤트에서 광 변조기들 (150) 의 어레이로 로딩된다. 제어기 (134) 가 비트평면의 최후의 행 데이터를 광 변조기들 (150) 에 출력하기만 하면, 제어기 (134) 는 광역 작동 커맨드를 출력한다. 작동 시간을 대기한 이후에, 제어기는 적색, 녹색 및 청색 램프들이 표 7의 스케줄에 의해 표시되는, 즉, 각각 RI0, GI0 및 BI0 의 강도 레벨들에서 조사되게끔 한다. 모든 서브-프레임 이미지들에 대하여 작동 시간이 상수이기 때문에, 대응하는 시간 값이 이 시간을 결정하기 위해 스케줄 테이블 저장소에 저장될 필요가 없다. 시간 AT1 에서, 제어기 (134) 는, 스케줄 테이블에 따르면 메모리 장소 (M1) 로부터 시작하여 저장되는 후속 비트평면 (R2) 을 광 변조기들 (150) 의 어레이로 로딩하기 시작한다. 표 7 의 스케줄에 의해 표시되는 바와 같이, 비트평면 (R2) 에 대응하는 서브-프레임 이미지 및 이후의 비트평면 (R1) 에 대응하는 서브-프레임 이미지는 비트평면 (R1) 에 대한 것과 동일한 세트의 강도 레벨들에서 각각 조사된다. 이와 비교하면, 메모리 장소 (M3) 에서 시작하여 저장되는, 최소 유효 비트평면 (R0) 에 대응하는 서브-프레임 이미지는 각 램프에 대하여 절반의 강도 레벨로 조사된다. 즉, 강도 레벨들 RI3, GI3 및 BI3 은 각각 강도 레벨들 RI0, GI0 및 BI0의 강도의 절반과 동일하다. 프로세스는 시간 (AT4) 에서 시작하여 계속되는데, 이 시간에서는 그 안에서 녹색 강도가 현저한 비트평면들이 디스플레이된다. 그러면, 시간 AT8 에서, 제어기 (134) 는 청색 강도가 지배하는 비트평면들의 로딩을 시작한다.
모든 비트평면들을 광 변조기들 (150) 의 어레이에 로딩하는데 걸리는 시간보다 더 긴 기간동안 모든 비트평면들이 조사되어야 하기 때문에, 제어기 (134) 는 후속 서브-프레임 이미지에 대응하는 어드레싱 이벤트의 완료시에 서브-프레임 이미지를 조사하는 램프를 소등한다. 예를 들어, LT0 은 AT0 이후에 비트평면 (R2) 의 로딩의 완료와 일치하는 시간에 발생되도록 설정된다. LT1 은 AT1 이후에 비트평면 (R1) 의 로딩의 완료와 일치하는 시간에 발생되도록 설정된다.
도 4e 의 타이밍도에서 서브-프레임 이미지들 내에서 컬러 램프들을 혼합하는 것은 디스플레이의 전력 효율을 개선하는 결과에 이를 수 있다. 컬러 혼합은 이미지들이 높게 포화된 컬러들을 포함하지 않을 경우에 특히 유용할 수 있다.
디스플레이 패널들
도 5 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 셔터-기반 공간 광 변조기 (500) 의 단면도이다. 셔터-기반 공간 광 변조기 (500) 는 광 변조 어레이 (502), 광 공동 (504), 및 광 소스 (506) 를 포함한다. 또한, 공간 광 변조기는 커버 판 (508) 을 포함한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 광선 (514) 은 변조되고 뷰어에게 방출되기 전에 광 소스 (506) 로부터 유래할 수도 있다. 또한, 광선 (518) 은 변조되고 뷰어에게 방출되기 전에 주변으로부터 유래할 수도 있다.
커버 판 (508) 은 기계적 및 환경적 손상으로부터 광 변조 어레이 (502) 를 보호하는 것을 포함하는 수 개의 기능들을 수행한다. 커버 판 (508) 은 폴리카보네이트 또는 유리 시트와 같은 박막의 투명 플라스틱으로부터 구성될 수도 있다. 커버 판은, 블랙 매트릭스 (510) 라고도 불리는 광 흡수 재료를 이용하여 코팅 및 패터닝될 수 있다. 블랙 매트릭스는 광 흡수 색소들을 포함하는 후막 아크릴 또는 비닐 수지로서 커버 판 상에 퇴적될 수 있다. 또는, 개별 층이 제공될 수도 있다.
블랙 매트릭스 (510) 는 입사 주변 광 (512) 의 실질적으로 일부 또는 전부를 흡수한다. 어떤 실시형태에서는 (즉, 반사형 및 투과반사형 모드들에서는), 블랙 매트릭스를 통과하는 주변 광이 광 공동에 진입하고 다시 재활용되어 사용자를 향하여 진행한다. 주변 광은 뷰어 인근으로부터, 그리고 공간 광 변조기 (500) 외부로부터 유래하는 광이다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 광은 광 소스 (506) 로부터 유래하고 뷰어에게 도달하기 전에 변조 어레이 (502) 에 의해 변조될 수도 있다. 어떤 실시형태들에서는, 광은 주변으로부터 유래하고, 공간 광 변조기 (500) 내에서 재활용되며 뷰어에게 도달하기 전에 광 변조 어레이 (502) 에 의해 변조될 수도 있다. 주변 광은 재활용되어 디스플레이 내의 임의의 픽셀에 도달할 수도 있다. 어떤 실시형태들에서는, 블랙 매트릭스 (510) 는 공간 광 변조기 (500) 에 의해 형성되는 이미지의 콘트라스트를 증가시킬 수도 있다. 또한, 블랙 매트릭스 (510) 는 간헐적으로 (leaky) 또는 시간-연속적 방식으로 광 공동 (504) 을 탈출하여 방출될 수도 있는 광을 흡수하는 기능을 수행할 수 있다.
일 실시형태에서는, 예를 들어 아크릴 또는 비닐 수지들의 형태를 가지는 컬러 필터들이 커버 판 (508) 상에 퇴적된다. 필터들은 블랙 매트릭스 (510) 를 형성하는데 이용된 것과 유사한 방식으로 퇴적될 수도 있는데, 하지만 대신에 필터들은 광 공동 (504) 의 개방 어퍼처들 (open apertures) 광 투과형 구역들 (516) 상에서 패터닝된다. 수지들은 적색, 녹색, 청색 또는 다른 색소들로써 교번하여 도핑될 수 있다.
광 변조 어레이 (502) 및 커버 판 (508) 사이의 간격은 100 미크론보다 작으며, 10 미크론만큼 작거나 이보다 작을 수도 있다. 광 변조 어레이 (502) 및 커버 판 (508) 은 몇 가지 경우들에서 미리결정된 포인트들에서를 제외하고는 서로 접촉하지 않는 것이 바람직한데, 그것은 접촉할 경우 이들이 광 변조 어레이 (502) 의 동작을 방해할 수도 있기 때문이다. 간격은, 2 내지 20 미크론의 높이를 가지며 광 변조 어레이 (502) 내의 개별 광 변조기들 사이에 놓이고 리소그래피적으로 정의되는 스페이서들 또는 포스트들을 이용하여 유지될 수 있으며, 또는 간격은 결합된 디바이스들의 에지들을 따라 삽입된 시트 금속 (sheet metal) 스페이서에 의해 유지될 수 있다.
도 6a 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 셔터 어셈블리 (1700) 의 단면도이다. 셔터 어셈블리 (1700) 는 셔터 어셈블리 (1700) 배면에 위치된 광 소스로부터 방출된 광 (1701) 및 주변 광 (1703) 모두로부터 이미지들을 형성한다. 셔터 어셈블리 (1700) 는 금속 열 층 (1702), 2 개의 행 전극들 (1704a 및 1704b), 광 소스 (1722), 하단 반사층 (1724) 및 셔터 (1706) 를 포함한다. 셔터 어셈블리 (1700) 는 열 금속 층 (1702) 을 통과하여 에칭되는 어퍼처 (1708) 를 포함한다. 열 금속 층 (1702) 의 약 1 내지 약 5 미크론의 치수들을 가지는 부분들은 어퍼처 (1708) 의 표면에 잔류되어 투과반사 요소들 (1710) 로서 기능한다. 광 흡수 막 (1712) 은 셔터 (1706) 의 상단 표면을 커버한다.
셔터가 닫힌 포지션에 있는 동안, 광 흡수 막 (1712) 은 셔터 (1706) 의 상단 표면 상에 충돌하는 주변 광 (1703) 을 흡수한다. 셔터 (1706) 가 도 17 에 도시되는 바와 같이 열린 포지션에 있는 동안, 셔터 어셈블리 (1700) 는, 전용 광 소스 (1722) 로부터 그리고 반사된 주변 광 (1703 및 1720) 으로부터 유래한 모든 광 (1701) 이 셔터 어셈블리를 통과하도록 허용함으로써 이미지의 형성에 기여한다. 투과반사형 요소들 (1710) 의 작은 크기는 결과적으로 주변 광 (1703) 반사의 다소 무작위적인 패턴을 야기한다. 어떤 실시형태들에서는, 주변 광 (1720) 은 하단 반사층 (1724) 으로부터 반사되고 사청자에게 외부로 되방출되기 이전에 광 공동 내에서 재활용될 수도 있다.
셔터 어셈블리 (1700) 는 커버 판 (1714) 에 의해 덮혀지는데, 커버 판은 블랙 매트릭스 (1716) 를 포함한다. 블랙 매트릭스는 광을 흡수함으로써, 주변 광 (1703) 이 덮히지 않은 어퍼처 (1708) 또는 반사층 (1724) 으로부터 반사되지 않는다면 실질적으로 주변 광 (1703) 이 뷰어를 향하여 되반사되는 것을 방해한다.
도 6b 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 다른 셔터 어셈블리 (1800) 의 일 예의 단면도이다. 셔터 어셈블리 (1800) 는 금속 열 층 (1802), 2 개의 행 전극들 (1804a 및 1804b), 광 소스 (1822), 하단 반사층 (1824), 및 셔터 (1806) 를 포함한다. 셔터 어셈블리 (1800) 는 열 금속 층 (1802) 을 통과하여 에칭된 어퍼처 (1808) 를 포함한다. 5 로부터 20 미크론들까지의 치수들을 가지는 열 금속 층 (1802) 의 적어도 하나의 부분이 어퍼처 (1808) 의 표면에 잔류하여 투과반사 요소 (1810) 로서 기능한다. 광 흡수 막 (1812) 은 셔터 (1806) 의 상단 표면을 커버한다. 셔터가 닫힌 포지션에 있는 동안, 광 흡수 막 (1812) 은 셔터 (1806) 의 상단 표면에 충돌하는 주변 광 (1803) 을 흡수한다. 셔터 (1806) 가 열린 포지션에 있으면, 투과반사형 요소 (1810) 는 어퍼처 (1808) 에 부딪치는 주변 광 (1803) 의 일부를 뷰어를 향하여 되반사한다. 어떤 실시형태들에서는, 하단 층 (1824) 은 주변 광 (1820) 의 적어도 하나의 부분을 뷰어를 향하여 되반사한다. 투과반사형 요소들 (1710) 에 비하여 투과반사형 요소 (1810) 의 더 큰 치수들은 반사의 더 양호한 정반사성 모드를 제공함으로써, 뷰어의 후방으로부터 유래한 주변 광이 실질적으로 뷰어에게로 직접적으로 되반사되도록 한다.
셔터 어셈블리 (1800) 는 커버 판 (1814) 에 의해 덮혀지는데, 이것은 블랙 매트릭스 (1816) 를 포함한다. 블랙 매트릭스는 광을 흡수함으로써, 주변 광 (1803) 이 덮히지 않은 어퍼처 (1808) 로부터 반사되지 않는다면, 주변 광 (1803) 이 뷰어를 향하여 반사되는 것을 실질적으로 방해한다.
도 6a 및 6b 모두를 참조하면, 어퍼처들 (1708 및 1808) 내에 위치된 투과반사형 요소들 (1710 및 1810) 이 존재하더라도, 주변 광 (1703 및 1803) 의 일부 부분은 대응하는 셔터 어셈블리들 (1700 및 1800) 의 어퍼처들 (1708 및 1808) 을 통과한다. 위에서 설명된 바와 같이, 셔터 어셈블리들 (1700 및 1800) 이 광 공동들 및 광 소스들을 가지는 공간 광 변조기들 내에 내장되면, 어퍼처들 (1708 및 1808) 을 통과하는 주변 광 (1703 및 1803) 은 광 공동에 진입하고 광 소스에 의해 도입된 광과 함께 재활용된다. 일부 실시형태들에서는, 광 공동은 반사형 광 공동이다. 다른 셔터 어셈블리들에서는, 열 금속 내의 어퍼처들은 적어도 부분적으로 반-반사형-반투과형 재료로써 충진된다.
도 6c는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 셔터 어셈블리 (1900) 의 단면도이다. 셔터 어셈블리 (1900) 는 반사형 광 변조 어레이 내에서 이용될 수 있다. 셔터 어셈블리 (1900) 는 후방 반사층 (1924) 으로부터의 주변 광 (1902) 을 뷰어를 향하여 반사한다. 어떤 실시형태들에서는, 광 (1902) 은 뷰어에게 방출되기 이전에 광 공동 내에서 재활용될 수도 있다. 그러므로, 공간 광 변조기들 내에서 셔터 어셈블리 (1900) 를 이용하면, 제어기가 반사형 모드 동안에 광 소스 (1922) 를 비조사된 상태로 유지하도록 허용한다. 셔터 어셈블리 (1900) 는 후방 대향 반사층 (1916) 을 포함한다.
적어도 셔터 (1904) 의 전방 표면을 포함하는 셔터 어셈블리 (1900) 의 최전방 층은 광 흡수 막 (1908) 에 의해 코팅된다. 그러므로, 셔터 (1904) 가 닫히면, 셔터 어셈블리 (1900) 에 충돌하는 광 (1902) 이 흡수된다. 셔터 (1904) 가 열리면, 반사형 셔터 어셈블리 (1900) 에 충돌하는 광 (1902) 의 적어도 일부가 노출된 반사층 (1924) 으로부터 뷰어를 향하여 되반사한다. 또는, 후방 반사층 (1924) 은 흡수 막으로써 덮일 수 있고, 셔터 (1908) 의 전방 표면은 반사형 막 내에서 덮일 수 있다. 이러한 방식으로, 광은 셔터가 닫힌 경우에만 뷰어를 향하여 되반사된다.
위에서 설명된 다른 셔터 어셈블리들 및 광 변조기들의 경우와 같이, 셔터 어셈블리 (1900) 는 자신에게 적용된 블랙 매트릭스 (1912) 를 가지는 커버 판 (1910) 에 의해 덮일 수 있다. 블랙 매트릭스 (1912) 는 셔터의 열린 포지션에 대항하지 않는 커버 판 (1910) 의 부분들을 덮는다.
도 6a 내지 도 6c 의 셔터 어셈블리들 각각은 투과형, 반사형 또는 투과반사형 모드에서 동작할 수도 있다. 또한, 도 6a 내지 6c 에 도시된 셔터 어셈블리들을 포함하는 디스플레이 장치는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 적절한 제어기를 포함한다면, 무엇보다도, 반사형 모드들에서는 광 변조 도중에 내부 광 소스를 오프 상태로 유지하거나 비조사된 상태로 유지하는 것을 포함하여, 내부 광 소스의 강도를 조정함으로써, 하나 이상의 투과반사형 모드들, 투과형 모드들, 및 반사형 모드들에서 동작하는 것 사이에서 천이할 수도 있다.
부가하여, 도 6a 내지 도 6c 와 관련하여 설명된 광 변조기들의 예들은, 광 변조기들이 상부에 설치되는 기판 배면의 개별 도광판으로써 설치될 수 있으며, 또는 이들은 광 변조기들이 커버 판으로 커필링되는 MEMS 다운 구조 (예를 들어, MEMS 다운 구조에 대해서는 도 7 을 본다) 로 설치될 수 있다.
도 7 (이하 설명됨) 은 물론 도 6a 내지 도 6c 에서 도시된 셔터 어셈블리들의 예들의 각각에서는, 동일한 변조기가 내부 광 소스로부터의 광과 같이 주변으로부터 유래한 광 모두를 변조한다. 그러므로, 동일한 데이터 상호접속들이 주변으로부터 유래한 광 및 내부 광 소스에 의해 발생된 광 모두의 변조를 제어하는데 이용될 수도 있다.
광의 재활용을 위한 광 공동들을 포함하는 셔터 어셈블리들 (1700, 1800, 및 1900) 은 반사된 광으로부터 형성된 고 콘트라스트 이미지들을 제공한다. 일부 실시형태들에서는, 디스플레이 어셈블리로부터 광 소스들 (1722, 1822, 및 1922) 을 모두 제거함으로써 저-전력 반사형 디스플레이가 제공될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따르는, 포토센서를 포함하는 디스플레이 어셈블리 (700) 의 단면도이다. 디스플레이 어셈블리 (700) 는 도광판 (716), 반사형 어퍼처 층 (724), 및 일 세트의 셔터 어셈블리들 (702) 이라는 특징을 가지는데, 이들 모두는 개별 기판들 상에 설치된다. 도 7 에서는, 셔터 어셈블리들 (702) 은 그들이 반사형 어퍼처 층 (724) 에 직접적으로 대항되어 대향되도록 위치된다.
도 7 에서는, 포토센서 포지셔닝의 세 가지 예들이 도시된다. 포토센서 (738) 는 반사형 어퍼처 층 (724) 에 직접적으로 대항되어 대향하는 기판 (704) 상에 설치된다. 포토센서 (742) 는 어셈블리 브라켓 (734) 에 부착된다 (다른 실시형태에서는, 포토센서는 기판 (704) 정면에, 즉, 뷰어에 대향하는 측면에 놓여질 수 있다). 포토센서 (742) 는 도광판 (716) 에 근접한 위치에서 어셈블리 브라켓 상에 위치될 수 있고 또는 이것은 디스플레이의 전면에 가까운 어셈블리 브라켓 (734) 상에 위치될 수 있다. 포토센서 (742) 는 어셈블리 브라켓 (734) 의 외부 표면에 놓여질 수 있는데, 이 경우에는 포토센서가 주변으로부터 강한 신호를 수신하지만 램프들 (718) 로부터는 아마도 0 의 신호를 수신한다. 어떤 실시형태들에서는, 포토센서 (742) 는 주변 및 램프들 (718) 모두로부터 광을 수신할 수 있도록 위치된다. 포토센서 (744) 는 도광판 (716) 에 부착된다. 이 위치에서는, 포토센서 (744) 는 램프들 (718) 로부터 강한 신호를 수신하는데, 하지만 여전히 주변으로부터의 광을 간접적으로 측정할 수 있다. 포토센서 (744) 는 도광판 (716) 의 플라스틱 재료 내에 직접적으로 몰딩될 수 있다. 주변 광은 열린 포지션에 있는 셔터 어셈블리들 (702) 을 통과하고 그리고 반사형 어퍼처 층 (724) 내의 어퍼처들 (708) 을 통과한 이후에 도광판 (716) 에 도달할 수 있다. 그러면, 주변 광은 산란 센터들 (717) 및/또는 전면-대향 반사층 (720) 으로부터의 산란 이후에 포토센서 (744) 에 충돌하도록 도광판 전체에 분산될 수 있다. 도광판 (716) 에 부착된 포토센서에 대해서는 주변 광의 신호 강도가 감소될 것이지만, 실내 및 실외 간의 차이 또는 오후 및 야간 조명 레벨들 사이의 차이와 같은, 주변으로부터의 광 강도에 대한 변화들을 측정하는데 이러한 센서는 여전히 유용할 수 있다.
도 7 의 포토센서 (738) 는 반사형 어퍼처 층 (724) 에 직접적으로 대항하여 대향하는 기판 (704) 의 측면 상에서 광 변조기 기판 (704) 상에 직접적으로 설치된다. (다른 실시형태에서는, 포토센서는 기판 (704) 의 전면에, 즉, 뷰어에 대향하는 측면 상에 놓여질 수 있다.) 포토센서 (738) 는 기판 (704) 상의 제자리에 솔더링되는 이산 성분일 수도 있다. 포토센서 (738) 는 기판 (704) 상에 퇴적되고 패터닝되는 박막 상호접속들을 채택할 수도 있고, 또는 이것은 자신만의 배선 하니스 (wiring harness) 를 구비할 수도 있다. 이산 구성 요소로서 탑재되면, 광이 2 개의 방향들로부터: 즉, 도광판 (716) 으로부터 유래한 광으로부터 또는 주변으로부터, 즉 뷰어의 방향으로부터 센서의 활성 구역 (active region) 에 진입할 수 있도록, 포토센서 (738) 는 패키징될 수 있다. 또는, 포토센서 (738) 는 셔터 어셈블리들 (702) 와 함께 이용되었던 것과 유사한 프로세스들을 이용하여 기판 (704) 상에 동시에 형성되는 박막 구성 요소들로부터 형성될 수 있다. 일 실시형태에서는, 포토센서 (738) 는 광 변조기 기판 (704) 상에 형성된 활성 매트릭스 제어 매트릭스 내에 채택된 박막 트랜지스터들에 대해서 이용된 것과 유사한 구조로부터 형성될 수 있으며, 즉, 이것은 비정질 또는 다결정 (polycrystalline) 실리콘으로부터 형성될 수 있다. 비정질 실리콘과 같은 박막들을 이용하는 적합한 포토센서들은, 예를 들어 광역 x-레이 이미징 기기들 내에서 이용되기 위해 당업계에 공지된다.
포토센서들 (738, 742, 및 744) 은 광대역 포토센서들일 수 있는데, 이것은 그들이 가시 스펙트럼 내의 모든 광에 대해서 민감하다는 것을 의미하며, 또는 이들은 협대역일 수 있다. 협대역 센서는, 예를 들어, 컬러 필터를 포토센서 전방에 놓음으로써, 예를 들어 적색, 녹색, 또는 청색 주파수들에서와 같이 스펙트럼 내의 몇 개의 파장들에서만 그 민감도가 최고치가 되도록 함으로써 생성될 수 있다. 일 실시형태에서는, 포토센서들 (738, 742, 또는 744) 은 각 센서가 램프들 (718) 중 하나의 스펙트럼에 적절한 파장에 튜닝된 협대역 센서인 3 개 이상의 포토센서들의 군을 나타낼 수 있다. 다른 협대역 센서에는 센서들 (738, 또는 742, 또는 744) 의 군이 제공될 수 있는데, 이 군 내에서 민감 대역 (sensitive band) 은 총괄적 주변 주사 (general ambient illumination) 를 표시하는 파장에 대응하도록 선택되며 램프들 (718) 중 임의의 것으로부터의 파장들에는 상대적으로 민감하지 않은데, 예를 들어 주로 570 nm 주위의 황색 방사 (radiation) 에 민감할 수 있다. 이하 후술되는 바람직한 실시형태에서는, 단일 광대역 센서만이 채택되며, 필드 순차 디스플레이로부터의 타이밍 신호들이 센서가 다양한 램프들 (718) 로부터 또는 주변으로부터 유래한 광들을 구별하는 것을 돕기 위해 채택된다.
도 7 의 셔터 어셈블리들 (702) 은 기판의 면에서 수평적으로 이동하는 셔터들 (750) 을 포함한다. 다른 실시형태들에서는, 셔터들은 기판을 횡단하는 평면에서 회전 또는 이동될 수 있다. 다른 실시형태들에서는, 한 쌍의 유체들이 셔터 어셈블리들 (702) 과 동일한 포지션에 배치될 수 있는데, 여기서 그들은 전기습윤 변조기들로서 기능할 수 있다. 다른 실시형태들에서는, 제어되며 축소된 (frustrated) 내부 전반사 (total internal reflection) 을 위한 메커니즘을 제공하는 일련의 광 탭들이 셔터 어셈블리들 (702) 대신에 이용될 수 있다.
셔터 어셈블리들 (702) 및 반사형 어퍼처 층 (724) 사이의 수직 거리는 약 0.5 mm 미만이다. 다른 실시형태에서는, 셔터 어셈블리들 (702) 및 반사형 어퍼처 층 (724) 사이의 거리는 0.5 mm 보다 큰데, 하지만 여전히 디스플레이 피치보다는 작다. 디스플레이 피치는 픽셀들 사이의 거리로서 정의되며 (중심부터 중심까지 측정됨), 그리고 많은 경우들에서는 후방 대향 반사층 (724) 내의 어퍼처들 (708) 사이의 거리로서 확립된다. 셔터 어셈블리들 (702) 및 반사형 어퍼처 층 (724) 사이의 거리가 디스플레이 피치보다 작으면, 어퍼처들 (708) 의 더 큰 프랙션 (fraction) 이 그들의 대응하는 셔터 어셈블리들 (702) 및 하나 이상의 포토센서들 (738, 742, 744) 에 의해 차단 (intercept) 될 것이다.
디스플레이 어셈블리 (700) 는 도광판 (716) 을 포함하는데, 이것은 하나 이상의 램프들 (718) 에 의해 조사된다. 램프들 (718) 은, 제한하는 것이 아니라 예를 들자면 백열 램프들, 형광 램프들, 레이저들, 또는 발광 다이오드들 (LED들) 일 수 있다. 일 실시형태에서는, 램프들 (718) 은 다양한 컬러들의 LED들 (예를 들어, 적색 LED, 녹색 LED, 및 청색 LED) 을 포함하는데, 이들은 필드 순차 컬러를 구현하기 위해 교번적으로 조사될 수도 있다.
적색, 녹색, 및 청색에 추가하여, 색상 (colored) 램프들 (518) 의 수 개의 4-컬러 조합들이 가능한데, 예를 들어 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 조합 또는 적색, 녹색, 청색, 및 황색의 조합이 가능하다. 몇 가지 램프 조합들이 선택되어 재생가능한 컬러들의 공간 또는 영역을 확장한다. 확장된 컬러 영역을 가지는 하나의 유용한 4-컬러 램프 조합은 적색, 청색, 순 녹색 (약 520 nm), 및 패럿 (parrot) 녹색 (약 550 nm) 이다. 컬러 영역을 확장시키는 하나의 5-컬러 조합은 적색, 녹색, 청색, 남색, 및 황색이다. 주지된 YIQ 컬러 공간과 흡사한 하나의 5-컬러 램프 조합은 백색, 주황색, 청색, 보라색, 및 녹색의 램프 컬러들을 이용하여 확립될 수 있다. 주지된 YUV 컬러 공간과 흡사한 하나의 5-컬러 램프 조합은 백색, 청색, 황색, 적색, 및 남색의 램프 컬러들을 이용하여 확립될 수 있다. 다른 램프 조합들도 가능하다. 예를 들어, 하나의 유용한 6-컬러 공간은 적색, 녹색, 청색, 남색, 진홍색, 및 황색의 램프 컬러들을 이용하여 확립될 수 있다. 다른 조합은 백색, 남색, 진홍색, 황색, 주황색, 및 녹색이다. 위에 나열된 컬러들을 이용하거나 또는 위에 나열된 컬러들 사이에 위치하는 스펙트럼들을 가지는 다른 컬러들을 채택함으로써, 8 개까지의 또는 그 이상의 상이한 색상 램프들의 조합들이 이용될 수도 있다.
램프 어셈블리는, 광의 원추 (cone of light) 를 램프로부터 각도들의 미리결정된 범위 내에서 도광판으로 도입시키기 위한 광 반사체 또는 시준기 (collimator, 719) 를 포함한다. 도광판은, 도광판의 밖으로 그리고 디스플레이의 수직축 또는 z-축을 따라 광을 리-디렉팅하도록 기능하는 일 세트의 기하학적 추출 구조들 (geometrical extraction structures) 또는 디플렉터들 (717) 을 포함한다. 디플렉터들 (717) 의 밀도는 램프 (718) 로부터의 거리에 따라 변동한다.
디스플레이 어셈블리 (700) 는 전방-대향 반사층 (720) 을 포함하는데, 이것은 도광판 (716) 후방에 위치된다. 디스플레이 어셈블리 (700) 에서는, 전방-대향 반사층 (720) 은 직접적으로 도광판 (716) 의 배면에 퇴적된다. 다른 실시형태들에서는, 배면 반사층 (720) 은 에어 갭에 의해 도광판으로부터 분리된다. 배면 반사층 (720) 은 반사형 어퍼처 층 (724) 의 그것과 실질적으로 평행인 평면 내에서 배향된다.
도광판 (716) 및 셔터 어셈블리들 (702) 사이에는 어퍼처 판 (722) 이 삽입된다. 어퍼처 판 (722) 의 상단 표면에는 반사형 어퍼처 또는 후방 대향 반사층 (724) 이 설치된다. 반사층 (724) 은, 각각이 셔터 어셈블리들 (702) 의 셔터들 (750) 중 하나의 닫힌 포지션 바로 밑에 위치된 복수의 표면 어퍼처들 (708) 을 정의한다.
광 공동이 후방 대향 반사층 (724) 및 전방-대향 반사층 (720) 사이에서의 광의 반사에 의해 형성된다. 램프들 (718) 로부터 유래한 광은 어퍼처들 (708) 을 통해 셔터 어셈블리들 (702) 로 탈출할 수도 있는데, 셔터 어셈블리들 (702) 은 셔터들 (750) 을 이용하여 광을 선택적으로 차폐함으로써 이미지들을 형성한다. 어퍼처 (708) 를 통해 탈출하지 않는 광은 재활용을 위해 반사층 (724) 에 의해 도광판 (716) 으로 반환된다. 유사한 반사형 광 공동이 셔터 어셈블리 (1700) 내의 반사층들 (1702 및 1724) 사이에서 형성된다. 유사한 광 공동이 셔터 어셈블리 (1800) 내의 반사층들 (1802 및 1824) 사이에서 형성된다. 유사한 광 공동이 셔터 어셈블리 (1900) 내의 반사층들 (1916 및 1924) 사이에서 형성된다. 반사층들 (720 및 724) 사이에서 형성된 것과 유사한 광 공동도 광 공동 (504) 과 함께 이용되기 위해 채택될 수 있다.
도광판 (716) 및 셔터 어셈블리들 (702) 사이에는 광학 분산 막 (732) 및 프리즘 막 (754) 이 삽입된다. 이러한 막들 모두가 주변 광을 포함한 광의 방향을 무작위화 (randomize) 하는 것에 도움을 주는데, 이 광은 어퍼처들 (708) 중 하나를 통해 방출되기 이전에 광 공동 내에서 재활용된다. 프리즘 막 (754) 은 후방 대향 프리즘 막의 일 예이다. 다른 실시형태들에서는, 이러한 목적을 위해 전방-대향 프리즘 막이 채택될 수도 있고, 또는 후방 대향 및 전방-대향 프리즘 막들의 조합이 채택될 수도 있다. 막 (754) 의 목적을 달성하기 위해 유용한 프리즘 막들은 가끔 휘도 향상 막들 (brightness enhancing films) 또는 광학적 회전 막들 (optical turning films) 이라고 불린다.
어퍼처들 (708) 을 통과하는 광은 하나 이상의 포토센서들 (738, 742, 744) 을 충격할 수도 있는데, 이것은 이미지 및 컬러 품질을 유지하는 목적을 위해 광의 휘도 또는 강도를 측정한다. 또한, 포토센서들 (738, 742, 744) 은, 램프 조사 레벨들 및/또는 셔터 변조를 적응하는 목적을 위해 광 변조기 기판 (704) 을 통해 자신에게 도달하는 주변 광을 검출하도록 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서는, 주변 광이 더 밝아지려면 디스플레이 장치 (700) 에 의해 더 밝은 이미지들이 디스플레이될 것을 요구하며, 따라서 더 큰 구동 전류들 또는 전압들이 램프들 (718) 에 인가될 것을 요구한다. 일부 실시형태들에서는, 주변 광은 반사형 또는 투과반사형 모드에서 변조되어 이미지의 휘도에 기여할 수도 있다. 이러한 경우에, 램프들 (718) 에 인가된 구동 전류들 및 전압들은 전력을 절약하기 위해 감소될 수도 있다.
예를 들어, 어퍼처 판 (722) 은 유리 또는 플라스틱으로부터 형성될 수 있다. 후방 대향 반사층 (724) 을 형성하기 위해, 금속 층 또는 박막이 어퍼처 판 (722) 상에 퇴적될 수 있다. 적합한 고 반사형 (highly reflective) 금속 층들은, 스퍼터링, 증발 (evaporation), 이온 도금, 레이저 절삭, 또는 화학적 기상 증착법을 포함하는 복수의 기상 증착 기술들에 의해 형성되는 봉입물들 (inclusions) 을 포함하지 않거나 포함하는 세립형 (fine-grained) 금속 막들을 포함한다. 이러한 반사형 애플리케이션을 위해 유용한 금속들은 Al, Cr, Au, Ag, Cu, Ni, Ta, Ti, Nd, Nb, Si, Mo 및/또는 이들의 합금을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 퇴적 이후에, 금속 층은 미세제작 (microfabrication) 기술 분야에 알려진 복수의 포토리소그래피 및 에칭 기술들 중 임의의 것에 의해 패터닝되어 어퍼처들 (708) 의 어레이를 정의할 수 있다.
다른 실시형태에서는, 후방 대향 반사층 (724) 은 유전체 미러와 같은 미러로부터 형성될 수 있다. 유전체 미러는 고 반사율 및 저반사율의 물질들 사이에서 교번하는 유전 박막들의 스택으로서 제작된다. 입사 광의 일부는 반사율이 변경되는 각 인터페이스로부터 반사된다. 유전체 층들의 두께를 파장의 어떤 고정된 분수 또는 파장의 어떤 배수에 해당하도록 제어하고 그리고 다중 평행 유전체 인터페이스들 (몇 가지 경우들에서는 6 개보다 많음) 로부터의 반사들을 합함으로써, 98 %를 초과하는 반사성을 가지는 순수 반사 표면을 생성하는 것이 가능하다. 또한, 금속 반사층과 조합된 하나 이상의 유전체 층들을 포함하는 하이브리드 반사체들이 채택될 수 있다.
반사층 (724) 을 형성하기 위해 위에서 설명된 기술들은 반사층들 (286, 1702, 1802, 또는 1916) 의 형성에도 역시 적용될 수 있다.
기판 (704) 은 디스플레이 어셈블리 (700) 의 전면을 형성한다. 기판 (704) 상에 배치된 저 반사성 막 (706) 은 셔터 어셈블리들 (702) 및 기판 (704) 사이에 위치하는 복수의 표면 어퍼처들 (730) 을 정의한다. 막 (706) 을 위해 선택된 재료들은 주변 광의 반사들을 최소화하도록 설계되고, 그러므로 디스플레이의 콘트라스트를 증가시킨다. 일부 실시형태들에서는, 막 (706) 은 W 또는 W-Ti 합금들과 같은 저 반사성 금속들로 구성된다. 다른 실시형태들에서는, 막 (706) 은 광 흡수성 재료들 또는 입사 광의 20 % 미만을 반사하도록 설계되는 유전체 막 스택을 이용하여 제작된다. 다른 저 반사성 막들 및 또는 박막들의 시퀀스들은 미국 특허 출원 번호 제 12/985,196 호에서 설명되는데, 이것은 참조로서 본원에 원용된다.
추가적인 광학 막들은 기판 (704) 의 외부 표면, 즉 뷰어에게 가장 가까운 표면 상에 놓여질 수 있다. 예를 들어, 이러한 외부 표면 상에 원형 편광자 (polarizer) 들 또는 박막 노치 필터들 (램프들 (718) 의 파장들 내의 광의 통과를 허용하는) 을 포함시키면, 그렇지 않은 경우 디스플레이의 루미넌스 (luminance) 를 열화시켰을 효과가 발생되지 않도록 하면서 주변 광의 반사를 더 감소시킬 수 있다.
시트 금속 또는 몰딩된 플라스틱 어셈블리 브라켓 (734) 은, 에지들 주변에서 어퍼처 판 (722), 셔터 어셈블리들 (702), 기판 (704), 도광판 (716) 및 다른 구성 요소들을 홀딩한다. 어셈블리 브라켓 (732) 은 스크류들 또는 인덴트 탭들 (indent tabs) 로써 조여져서 조합된 디스플레이 어셈블리 (700) 에 강성을 추가한다. 일부 실시형태들에서는, 광 소스 (718) 는 에폭시 포팅 화합물 (epoxy potting compound) 에 의해 제자리에 몰딩된다.
어셈블리 브라켓은 도광판 (716) 및 어퍼처 판 (722) 의 에지들 또는 측면들에 근접하도록 위치되는 측면-대향 반사형 막들 (736) 을 포함한다. 이러한 반사형 막들은 도광판 또는 어퍼처 판의 측면들 밖으로 방출된 임의의 광을 광 공동으로 다시 반환함으로써 광 공동 내에서 광 누출 (leakage) 을 감소시킨다. 도광판의 측면들 및 측면-대향 반사형 막들 사이의 거리는 약 0.5 mm 보다 작은 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 약 0.1 mm 보다 작다.
열 센서 또는 포토센서 (예를 들어, 포토센서들 (738, 742, 및 744)) 과 같은 센서들로부터의 정보는 램프들의 조사 및/또는 셔터 변조를 제어하기 위해 제어기로 통신되고, 이에 의해 (예를 들어, 컬러 품질을 향상시키기 위해 디스플레이된 이미지들의 휘도를 바꾸거나 컬러들의 밸런스를 변경함으로써) 이미지 품질을 유지하기 위한 폐-루프 궤환 또는 개-루프 제어를 구현한다.
도 7 과 관련하여 살펴보면, 도시된 디스플레이 어셈블리의 예에 추가하여, 어떤 실시형태들에서는 도 6a 및 6b 와 관련하여 설명된 투과반사형 요소들이 도 7 의 어퍼처에 추가됨으로써 투과반사성 (transflectance) 을 증가시킬 수 있다.
디스플레이 모드들
도 8 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 디스플레이 내에서 이용되기 위한, 도 1b 의 제어기 (134) 와 같은 제어기의 블록도이다. 제어기 (1000) 는 입력 처리 모듈 (1003), 메모리 제어 모듈 (1004), 프레임 버퍼 (1005), 타이밍 제어 모듈 (1006), 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007), 및 각각 개별 프리-셋 이미징 모드를 구현하기에 충분한 데이터를 포함하는 복수의 고유 프리-셋 이미징 모드 저장소들 (1009, 1010, 1011 및 1012) 을 포함한다. 또한, 제어기는 다양한 프리셋 이미징 모드들 사이에서 스위칭하기 위해 프리-셋 모드 선택기에 응답하는 스위치 (1008) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서는, 구성 요소들은 회로 보드들, 케이블들, 또는 다른 전기적 상호접속들을 이용하여 상호 연결되는 별개의 칩들 또는 회로들로서 제공될 수도 있다. 다른 실시형태들에서는, 수 개의 이러한 구성 요소들은 단일 반도체 칩 내에 함께 설계됨으로써 그들의 경계가 기능에 의한 것을 제외하고는 거의 구별 불가능하도록 할 수 있다.
제어기 (1000) 는 호스트 디바이스 (120) 로부터 호스트 제어 데이터 (1002) 를 수신하는 것 뿐만아니라, 이미지 신호 (1001) 를 외부 소스로부터 수신하고, 제어기가 내장되는 디스플레이 (128) 의 광 변조기들 및 램프들을 제어하기 위한 데이터 및 제어 신호들 모두를 출력한다.
입력 처리 모듈 (1003) 은 이미지 신호 (1001) 를 수신하고, 그 신호 내에 인코딩된 데이터를 처리하여 광 변조기들 (100) 의 어레이를 통한 디스플레이를 위해 적합한 포맷으로 만든다. 입력 처리 모듈 (1003) 은 각 이미지 프레임을 인코딩하는 데이터를 취하고 이것을 일련의 서브-프레임 데이터 세트들로 변환한다. 비록 다양한 실시형태들에서 입력 처리 모듈 (1003) 이 이미지 신호를 무-부호화된 서브-프레임 데이터 세트들, 3 개의 (ternary) 부호화된 서브-프레임 데이터 세트들, 또는 다른 형태의 부호화된 서브-프레임 데이터 세트로 변환할 수 있지만, 바람직하게는 입력 처리 모듈은 이미지 신호를 비트평면들로 변환한다. 또한, 도 10 과 관련하여 이하에서 더 상세히 설명되는 일부 실시형태들에서는, 콘텐츠 제공자들 및/또는 호스트 디바이스는 추가적인 정보를 이미지 신호 (1001) 로 인코딩함으로써 제어기 (1000) 에 의한 프리-셋 이미징 모드의 선택에 영향을 미친다. 이러한 추가적인 데이터는 가끔은 메타데이터라고 불린다. 이러한 실시형태들에서는, 입력 처리 모듈 (1003) 은 이러한 추가적인 정보를 식별하고, 추출하며, 그리고 처리를 위해 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 로 전달한다.
또한, 입력 처리 모듈 (1003) 은 서브-프레임 데이터 세트들을 메모리 제어 모듈 (1004) 로 출력한다. 그러면, 메모리 제어 모듈은 서브-프레임 데이터 세트들을 프레임 버퍼 (1005) 내에 저장한다. 비록 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 다른 타입들의 직렬 메모리 (serial memory) 가 이용될 수 있지만, 프레임 버퍼는 바람직하게는 임의 접근 메모리이다. 일 실시형태에서는, 컬러 및 서브-프레임 데이터 세트의 코딩 기법에서의 중요도에 기초하여 메모리 제어 모듈 (1004) 은 미리결정된 메모리 장소에 서브-프레임 데이터 세트를 저장한다. 다른 실시형태들에서는, 메모리 제어 모듈은 동적으로 결정되는 메모리 장소에 서브-프레임 데이터 세트를 저장하고, 후속 식별을 위해 그 장소를 룩업 테이블 내에 저장한다. 하나의 특정 실시형태에서는, 프레임 버퍼 (1005) 는 비트평면들의 저장을 위해 구성된다.
또한, 메모리 제어 모듈 (1004) 은 타이밍 제어 모듈 (1006) 로부터의 명령이 있으면, 프레임 버퍼 (1005) 로부터 서브-프레임 데이터 세트들을 취출하고 이들을 데이터 드라이버들 (132) 로 출력하는 것을 담당한다. 데이터 드라이버들은 메모리 제어 모듈에 의해 출력된 데이터를 광 변조기들 (100) 의 어레이의 광 변조기들로 로딩한다. 메모리 제어 모듈은 한 번에 한 행씩 데이터를 서브-프레임 데이터 세트들 내에 출력한다. 일 실시형태에서는, 프레임 버퍼는 2 개의 버퍼들을 포함하는데, 그들의 역할들은 교번한다. 메모리 제어 모듈이 신규한 이미지 프레임에 대응하는 신규하게 발생된 비트평면들을 일 버퍼 내에 저장하면, 이것은 사전에 수신된 이미지 프레임에 대응하는 비트평면들을 광 변조기들의 어레이로의 출력을 위해 다른 버퍼로부터 추출한다. 두 버퍼 메모리들 모두는 단지 주소에 의해서만 구분되는 동일한 회로 내에 상주할 수 있다.
프리-셋 이미징 모드들 각각에 대하여 디스플레이 모듈의 동작을 정의하는 데이터는 프리-셋 이미징 모드 저장소들 (1009, 1010, 1011, 및 1012) 내에 저장된다. 예를 들어, 투과형 모드, 반사형 모드 및 투과반사형 모드 중 하나에서 디스플레이를 동작시키기 위한 데이터가 저장될 수 있다. 특히, 일 실시형태에서는, 데이터는 스케줄링 테이블의 형식을 가진다. 위에서 설명된 바와 같이, 스케줄링 테이블은 램프들이 조사될 때 및 소등될 때 모두는 물론, 데이터가 광 변조기들로 로딩되는 시간들을 가리키는 별개의 타이밍 값들을 포함한다. 어떤 실시형태들에서는, 프리-셋 이미징 모드 저장소들 (1009-1012) 은 램프들의 휘도를 저장하기 위한 전압 및/또는 전류 크기 값들을 저장한다. 총괄적으로, 프리-셋 이미징 모드 저장소들 각각에 저장된 정보는, 별개의 이미징 알고리즘들 사이에서의 선택, 예를 들어 주변 광 및/또는 내부 램프로부터 발생된 광의 변조, 프레임 레이트, 램프 휘도, 백색 점의 색온도, 이미지 내에 이용되는 비트 레벨들, 감마 정정, 해상도, 컬러 영역, 달성가능한 그레이스케일 정밀도의 속성들에서 또는 디스플레이된 컬러들의 포화에서 차이나는 디스플레이 모드들 사이에서의 선택을 제공한다. 그러므로, 다중 프리-셋 모드 테이블들의 저장은, 이미지들을 디스플레이하는 방법에서의 유연성, 즉, 휴대용 전자 기기들 내에서 이용되기 위해 전력을 절약하는 방법을 제공하는 경우에 특히 유용한 유연성을 제공한다. 일부 실시형태들에서는, 프리-셋 이미징 모드들 각각에 대한 디스플레이 모듈의 동작을 정의하는 데이터는, 대응하는 IC 회사에 의하거나 또는 소비자 전자 기기 OEM에 의한 기저대역의, 미디어 또는 애플리케이션들 프로세서 내에 집적된다.
다른 실시형태에서는, 도 8 에는 도시되지 않은 메모리 (예를 들어, 임의 접근 메모리) 가 임의의 주어진 이미지에 대한 각 컬러의 레벨을 포괄적으로 저장하도록 이용된다. 이러한 이미지 데이터는 이미지 프레임들의 미리결정된 양만큼 또는 경과된 시간 동안에 수집될 수 있다. 히스토그램은 이미지 내의 데이터의 분포의 간결한 요약을 제공한다. 이러한 정보는 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 에 의해 이용되어 프리-셋 이미징 모드를 선택할 수 있다. 이것은 제어기 (1000) 로 하여금 사전 이미지들로부터 유도된 정보에 기초하여 장래 이미징 모드들을 선택하게끔 한다.
도 9 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 도 8 의 제어기와 같은, 직시형 디스플레이에 의해 이용되기에 적합한 이미지들을 디스플레이하기 위한 프로세스 (1100) 의 흐름도이다. 디스플레이 프로세스 (1100) 는 모드 선택 데이터, 즉, 동작 모드를 선택하기 위해 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 에 의해 이용되는 데이터의 수신과 함께 시작한다 (단계 1102). 예를 들어, 다양한 실시형태들에서는, 모드 선택 데이터는 데이터의 다음 타입들 중 하나 이상을 포함하는데 이에 한정되는 것은 아니다: 콘텐츠 타입 식별자, 호스트 모드 동작 식별자, 환경 센서 출력 데이터, 사용자 입력 데이터, 호스트 명령 데이터, 및 전력 서플라이 레벨 데이터. 콘텐츠 타입 식별자는 디스플레이되는 중인 이미지의 타입을 식별한다. 예시적인 이미지 타입들은 텍스트, 정지 이미지들, 비디오, 웹 페이지들, 컴퓨터 애니메이션, 또는 이미지를 생성하는 소프트웨어 애플리케이션의 식별자를 포함한다. 호스트 모드 동작 식별자는 호스트의 동작의 모드를 식별한다. 이러한 모드들은 제어기가 내부에 내장된 호스트 디바이스의 타입에 기초하여 변경될 것이다. 예를 들어, 투과형 모드, 반사형 모드, 투과반사형 모드가 있으며, 셀 전화기에 대해서는 예시적인 동작 모드들은 전화기 모드, 카메라 모드, 스탠바이 모드, 문자 입력 모드, 웹 브라우징 모드, e-리더 모드, 문서 편집 모드, 및 비디오 모드를 포함한다. 환경 센서 데이터는 포토검출기들 (photodetectors) 및 열 센서들과 같은 센서들로부터의 신호들을 포함한다. 예를 들어, 환경 데이터는 주변 광 및 온도의 레벨들을 표시한다. 사용자 입력 데이터는 호스트 디바이스의 사용자로부터 제공되는 명령들을 포함한다. 이러한 데이터는 소프트웨어로 프로그래밍되거나 하드웨어 (예를 들어, 스위치 또는 다이얼) 에 의해 제어될 수도 있다. 호스트 명령 데이터는 "끄기 (shut down)" 또는 "켜기 (turn on)" 신호와 같은, 호스트 디바이스로부터의 복수의 명령들을 포함할 수도 있다. 전력 서플라이 레벨 데이터는 호스트 프로세서에 의해 통신되고 호스트들의 전력 소스 내에 남아있는 전력 량을 표시한다.
이러한 데이터 입력들에 기초하여, 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 는 적절한 프리-셋 이미징 모드 (단계 1104) 를 결정한다. 예를 들어, 프리-셋 이미징 모드 저장소들 (1009-1012) 내에 저장된 프리-셋 이미징 모드들 사이에서 선택이 이루어진다. 프리-셋 이미징 모드들 사이에서의 선택이 프리-셋 이미징 모드 선택기에 의해 수행되면, 선택은 디스플레이될 이미지의 타입에 응답하여 수행될 수 있다 (예를 들어, 비디오 또는 정지 이미지들은 제한된 수의 콘트라스트 레벨들만을 필요로 하는 이미지 (텍스트 이미지와 같은) 에 비하여 그레이스케일들의 더 세밀한 레벨들을 요구한다). 이미징 모드의 선택에 영향을 미칠 수 있는 다른 인자는 디바이스의 조명 환경 (lighting ambient) 이다. 예를 들어, 어떤 사용자는 디스플레이가 밝은 태양광의 환경에서 경쟁해야 하는 외부에 비하여, 실내에서 보이거나 또는 사무실 환경에 있는 디스플레이에 대해서는 소정의 휘도를 선호할 수도 있다. 직사 태양광의 환경에서는 더 밝은 디스플레이들이 더 볼 수 있는데, 그러나 더 밝은 디스플레이들은 더 큰 전력량을 소모한다. 주변 광에 기초하여 프리-셋 이미징 모드들을 선택한다면, 프리-셋 모드 선택기는 내장된 포토검출기를 통해서 선택기가 수신한 신호들에 응답하여 이러한 결정을 할 수 있다. 예를 들어, 높은 주변 광의 영역들에서는, 디디바이스의 제어기는 내부 램프가 꺼지고 주변 광이 변조되어 이미지를 형성하는 반사형 모드로 천이할 수도 있다. 일부 실시형태들에서는, 디스플레이 디바이스의 제어기는, 주변 광 및 내부 광 소스로부터의 광 모두가 변조되는 투과반사형 모드로 천이할 수도 있다. 한 투과반사형 모드에서는, 주변 광이 전체 조사 레벨에 기여하기 때문에 광 소스의 강도가 투과형 모드와 비교할 때 감소된다. 다른 투과반사형 모드에서는, 광 소스의 강도는 컬러 구별력 (differentiation) 및/또는 콘트라스트를 개선하기 위해 증가될 수도 있다. 어떤 실시형태들에서는, 내부 광 소스는 상이한 컬러들에 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 광 소스들을 포함한다. 몇 가지 상황들에서는, 제어기는 검출된 주변 광의 적어도 하나의 컬러 성분을 측정하고, 검출된 주변 광의 적어도 하나의의 컬러 성분의 측정에 기초하여 제 1 및 제 2 광 소스들의 강도를 조정한다. 예를 들어, 주변이 다른 컬러 성분들에 비하여 높은 백분율의 청색 광을 포함한다면, 이에 따라서 디스플레이 어셈블리 내의 청색 광 소스의 강도가 다른 컬러 광 소스들에 비하여 조정된다. 동작의 투과반사형 모드의 일 실시형태에서는, 이미지를 형성하는데 이용되는 광의 30 % 이상이 주변으로부터 유래한다. 다른 투과반사형 실시형태에서는, 이미지를 형성하는데 이용되는 광의 50 % 초과 또는 60 % 초과가 주변으로부터 유래한다. 이미징 모드의 선택에 영향을 미칠 수 있는 다른 인자는, 디스플레이가 내장된 디바이스에 전력을 공급하는 배터리 내에 저장된 에너지의 레벨일 수 있다. 배터리들이 자신들의 저장 용량의 끝에 가까워지면, 더 적은 전력을 소모하는 이미징 모드로 (예를 들어 단색 반사형 모드 또는 광 소스를 조사하기 위해 더 낮은 전력을 이용하는 투과반사형 모드로) 스위칭하여 배터리의 수명을 연장하는 것이 바람직할 수도 있다.
선택 단계 (1104) 는 기계적 릴레이를 이용하여 달성될 수 있는데, 이것은 타이밍 제어 모듈 (1006) 내의 레퍼런스를 4 개의 프리-셋 이미지 모드 저장소들 (1009-1012) 중 하나로 변경한다. 또는, 선택 단계 (1104) 는 프리-셋 이미지 모드 저장소들 (1009-1012) 중 하나의 장소를 표시하는 어드레스 코드의 수신에 의해 달성될 수 있다. 그러면, 스위치 제어 (1008) 를 통해 수신되면, 타이밍 제어 모듈 (1006) 은 선택 어드레스를 이용하여 프리-셋 이미징 모드에 대한 메모리 내의 정확한 장소를 표시한다.
그러면, 프로세스 (1100) 는 이미지 프레임에 대한 데이터의 수신과 함께 계속된다 (단계 1106). 데이터는 입력 라인 (1001) 을 이용하여 입력 처리 모듈 (1003) 에 의해 수신된다. 그러면, 입력 처리 모듈은, 예를 들어 비트평면들인 복수의 복수의 서브-프레임 데이터 세트들을 유도하고, 이들을 프레임 버퍼 (1005) 내에 저장한다 (단계 1108). 일부 실시형태들에서는, 생성된 비트 면들의 수는 선택된 모드에 의존한다. 또한, 각 비트 면의 콘텐츠 역시 부분적으로 선택된 모드에 기반할 수도 있다. 서브-프레임 데이터 세트들의 저장 이후에, 타이밍 제어 모듈 (1006) 은 진행하여 단계 1110 에서 서브-프레임 데이터 세트들의 각각을 그들의 적합한 순서에서 그리고 프리-셋 이미징 모드 저장소 내에 저장된 타이밍 및 강도 값들에 따라 디스플레이한다.
프로세스 (1100) 는 결정 블록 (1112) 에 기초하여 스스로 반복한다. 예를 들어, 일 실시형태에서는, 제어기는 호스트 프로세서로부터 수신된 이미지 프레임에 대한 프로세스 (1100) 를 실행한다. 프로세스가 결정 블록 (1112) 에 도달하면, 호스트 프로세서로부터의 명령은 이미지 모드가 변경될 필요가 없다는 것을 표시한다. 그러면, 프로세스 (1100) 는 단계 1106 에서 후속 이미지 데이터의 수신을 계속한다. 다른 실시형태에서는, 프로세스가 결정 블록 (1112) 에 도달하면, 호스트 프로세서로부터의 명령들은 이미지 모드가 상이한 프리-셋 모드로 변경될 필요가 없다는 것을 표시한다. 그러면, 프로세스 (1100) 는 신규한 프리-셋 이미징 모드 선택 데이터를 수신함으로써 단계 (1102) 에서 시작한다. 단계 1106 에서 이미지 데이터를 수신하는 것부터 단계 1110 에서 서브-프레임 데이터 세트들을 디스플레이하는 것까지의 시퀀스는 여러 번 반복될 수 있는데, 여기서 디스플레이될 각 이미지 프레임은 동일한 피선택 프리-셋 이미지 모드 테이블에 의해 관장된다. 이러한 프로세스는 결정 블록 (1112) 에서 이미징 모드를 변경하라는 지시들이 수신될 때까지 계속될 수 있다. 다른 실시형태에서는, 결정 블록 (1112) 은 주기적인 근간에서만, 예를 들어 예를 들어, 10 개의 프레임들마다, 30 개의 프레임들마다, 60 개의 프레임들마다, 또는 90 개의 프레임들마다 실행될 수도 있다. 또는, 다른 실시형태에서는, 프로세스는 입력 처리 모듈 (1003) 또는 이미지 모드 선택기 (1007) 중 하나 또는 다른 것으로부터 방출되는 인터럽트 신호의 수신 이후에만 단계 1102 에서 재시작한다. 인터럽트 신호는, 예를 들어 호스트 디바이스가 애플리케이션들 사이에서 변경할 때마다 또는 환경 센서들 중 하나에 의해 출력된 데이터 내의 실질적 변경 이후에 생성될 수도 있다.
도 10 은 제어기 (1000) 가 들어오는 이미지 데이터의 콘텐츠에 기초하여 디스플레이 특성들을 적응시킬 수 있는 디스플레이 방법 (1200) 을 묘사한다. 도 10 및 12 를 참조하면, 디스플레이 방법 (1200) 은 단계 1202 에서 이미지 프레임에 대한 데이터의 수신과 함께 시작한다. 데이터는 입력 라인 (1001) 을 통해 입력 처리 모듈 (1003) 에 의해서 수신된다. 일 예에서는, 단계 (1204) 에서 입력 처리 모듈은 들어오는 이미지의 콘텐츠를 모니터링하고 분석하여 콘텐츠의 타입에 대한 지시자를 찾는다. 예를 들어, 단계 (1204) 에서는, 입력 처리 모듈은 이미지 신호가 텍스트, 비디오, 정지 이미지, 또는 웹 콘텐츠를 포함하는지를 결정할 것이다. 이러한 지시자에 기초하여, 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 는 단계 1206 에서 적절한 프리-셋 모드를 결정할 것이다. 예를 들어, 이미지 신호가 흑백 디스플레이만을 요구한다면, 제어기는 주변 광을 변조하고 단색 이미지를 뷰어에게 방출하는 반사형 모드로 천이할 수도 있다. 이것은 백라이트의 조사를 요구하지 않는 이미지들에 대한 배터리 전력 소모의 감소를 허용한다.
다른 실시형태에서는, 입력 처리 모듈 (1003) 에 의해 수신되는 이미지 신호 (1001) 는 프리-셋 디스플레이 모드들의 선택을 위한 코덱에 따라 인코딩된 헤더 데이터를 포함한다. 인코딩된 데이터는, 사용자 정의된 입력, 콘텐츠의 타입, 이미지의 타입, 또는 사용될 특정 디스플레이 모드를 표시하는 식별자를 포함하는 다중 데이터 필드들을 포함할 수도 있다. 단계 1204 에서는, 이미지 처리 모듈 (1003) 은 인코딩된 데이터를 인식하고, 이 정보를 계속하여 프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 로 전달한다. 그러면, 프리-셋 모드 선택기는 코덱 내의 데이터의 하나 또는 다중 세트들에 기초하여 적절한 프리-셋 모드를 선택한다 (단계 1206). 또한, 헤더 내의 데이터는 언제 어떤 프리-셋 모드가 이용되어야 하는지에 관련한 정보를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 헤더 데이터는, 프레임들의 특정 수들 이후에 프레임-대-프레임 기반으로 프리-셋 모드가 갱신된다거나, 또는 프리-셋 모드가 정보가 그와 다르게 표시할 때까지 무한하게 계속되어야 한다는 것을 표시한다.
단계 1208에서는, 입력 처리 모듈 (1003) 은 데이터로부터, 예를 들어 비트평면들인 프리-셋 이미징 모드에 기초하여 복수의 서브-프레임 데이터 세트들을 유도하고, 그리고 프레임 버퍼 (1005) 내에 비트평면들을 저장한다. 완전한 이미지 프레임이 수신되고 프레임 버퍼 (1005) 내에 저장된 바 있은 이후에, 방법 (1200) 은 단계 1210 으로 진행한다. 마지막으로, 단계 1210 에서는, 시퀀스 타이밍 제어 모듈 (1006) 이 프리-셋 이미징 모드 저장소 내에 포함된 명령들을 평가하고, 프리-셋 이미지 모드 내에서 재-프로그래밍된 바 있는 순서 파라미터들 (ordering parameters) 및 타이밍 값들에 따라 드라이버들로 신호들을 전송한다.
그러면, 방법 (1200) 은 이미지 데이터의 후속 프레임들의 수신과 함께 반복적으로 계속된다. 이미지 데이터의 수신 (단계 1202) 및 디스플레이 (단계 1210) 프로세스들은, 신규한 서브-프레임 데이터 세트들이 분석되는 중이고 병렬 버퍼 메모리 내에 저장되는 중인 것과 동일한 시간에 프리-셋 이미징 모드에 따라 한 버퍼 메모리의 데이터로부터 한 이미지가 디스플레이되는 중인 방식으로, 병렬적으로 실행될 수도 있다. 단계 1202 에서 이미지 데이터를 수신하는 것부터 단계 1210 에서 서브-프레임 데이터 세트들을 디스플레이하는 것까지의 시퀀스는 끝없이 반복될 수 있는데, 여기서 디스플레이될 각 이미지 프레임은 프리-셋 이미징 모드에 의해 관장된다.
방법 (1200) 이, 단계 1204 에서 수집된 데이터에 응답하여 적절한 프리-셋 이미징 모드를 선택함으로써 전력 소모를 어떻게 줄일 수 있는지에 대한 몇 가지 예들을 고려하는 것이 유익하다. 이러한 예들은 적응적 전력 기법들이라고 불린다.
예 1
이미지가 비디오 또는 사진 이미지에 대항하는 텍스트 또는 텍스트 더하기 심볼들만으로 구성되는지 여부를 결정하는 프로세스가 입력 처리 모듈 (1003) 내에서 제공된다. 그러면, 프리-셋 이미징 모드 선택기는 이에 따라서 프리-셋 모드를 선택할 수 있다. 텍스트 이미지들, 특히 흑백 텍스트 이미지들은 비디오 이미지들처럼 자주 리프레시될 필요가 없으며, 통상적으로 제한된 수의 상이한 컬러들 또는 그레이스케일 음영들 (gray shades) 만을 요구한다. 그러므로, 적절한 프리-셋 이미징 모드는 각 이미지 프레임에 대하여 디스플레이될 서브-이미지들의 수 뿐만아니라 프레임 레이트 모두를 조정할 수 있다. 텍스트 이미지들은 사진 이미지들에 비하여 디스플레이 프로세스에서 더 적은 서브-이미지들을 요구한다.
예 2
프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 는 호스트 프로세서 (122) 로부터 어떤 모드를 선택하라는 지시 명령들을 수신한다. 예를 들어, 호스트 프로세서는 프리-셋 이미징 모드 선택기에게 "투과반사형 모드를 이용하라" 고 직접적으로 얘기할 수도 있다.
예 3
프리-셋 이미징 모드 선택기 (1007) 는 포토 센서로부터 주변 광의 낮은 레벨들을 나타내는 데이터를 수신한다. 디스플레이를 주변 광의 낮은 레벨들에서 보는 것이 더 쉽기 때문에, 프리-셋 이미징 모드 선택기는 저-광 환경에서 전력을 보존하기 위해 "디밍된 램프" 프리-셋 모드를 가지는 "투과형 모드"를 선택할 수 있다.
예 4
호스트의 동작 모드에 기초하여 특정 프리-셋 모드가 선택될 수도 있다. 예를 들어, 호스트로부터의 신호는 폰 콜 모드, 픽쳐 보기 모드, 비디오 모드, 또는 대기 상태에 있었음을 표시할 수도 있으며, 그러면 프리-셋 모드 선택기는 호스트의 현재 상태에 맞는 최적의 프리-셋 모드에 대하여 결정할 수도 있다. 더 자세하게는, 상이한 프리-셋 모드들이 텍스트, 비디오, 아이콘들, 또는 웹 페이지들에 대하여 이용될 수도 있다.
도 11 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 직시형 디스플레이에서 이용되기 위한, 도 1b 의 제어기 (134) 와 같은 제어기의 블록도이다. 제어기 (1300) 는 입력 처리 모듈 (1306), 메모리 제어 모듈 (1308), 프레임 버퍼 (1310), 타이밍 제어 모듈 (1312), 이미징 모드 선택기/파라미터 연산기 (1314), 및 프리-셋 이미징 모드 저장소 (1316) 를 포함한다. 이미징 모드 저장소 (1316) 는 전력, 콘텐츠 및 주변 서브 모드들을 포함하는 서브 모드들의 개별 카테고리들을 포함한다. "전력" 서브 모드들은 "낮음" (1318), "중간" (1320), "높음" (1322), 및 "완충 (full)" (1324) 을 포함한다. "콘텐츠" 서브 모드들은 "텍스트" (1326), "웹" (1328), "비디오" (1330), 및 "정지 이미지" (1332) 를 포함한다. "주변" 서브 모드들은 "어두움" (1334), "실내" (1336), "실외" (1338), 및 "밝은 태양광" (1340) 을 포함한다. 이러한 서브 모드들은 선택적으로 결합되어 원하는 특징들을 가지는 프리-셋 이미징 모드를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 "밝은 태양광" 세팅에서는 투과형으로부터 투과반사형 모드로 천이할 수도 있다.
일부 실시형태들에서는, 구성 요소들은 회로 보드들, 케이블들, 또는 다른 전기적 상호접속들에 의해 상호 연결되는 별개의 칩들 또는 회로들로서 제공될 수도 있다. 다른 실시형태들에서는 이러한 구성 요소들 중 수 개는 단일 반도체 칩 내에 함께 설계됨으로써 그들의 경계가 기능에 의한 것을 제외하고는 거의 구별 불가능하도록 할 수 있다. 제어기 (1300) 는 호스트 제어 데이터 (1304) 를 호스트 디바이스 (120) 로부터 수신하는 것은 물론 이미지 신호 (1302) 를 외부 소스로부터 수신하고, 제어기가 내장되는 디스플레이 (128) 의 광 변조기들 및 램프들을 제어하기 위한 데이터 및 제어 신호들을 모두 출력한다. 입력 처리 모듈 (1003) 은 이미지 신호 (1001) 를 수신하고, 그 신호 내에 인코딩된 데이터를 처리하여 광 변조기들 (100) 의 어레이를 통한 디스플레이를 위해 적합한 포맷으로 만든다. 입력 처리 모듈 (1003) 은 각 이미지 프레임을 인코딩하는 데이터를 취하고 이것을 일련의 서브-프레임 데이터 세트들로 변환한다. 비록 다양한 실시형태들에서 입력 처리 모듈 (1003) 이 이미지 신호를 무-부호화된 서브-프레임 데이터 세트들, 3 개의 부호화된 서브-프레임 데이터 세트들, 또는 다른 형태의 부호화된 서브-프레임 데이터 세트로 변환할 수 있지만, 바람직하게는 입력 처리 모듈은 이미지 신호를 비트평면들로 변환한다. 또한, 입력 처리 모듈 (1003) 은 서브-프레임 데이터 세트들을 메모리 제어 모듈 (1004) 로 출력한다. 그러면, 메모리 제어 모듈은 서브-프레임 데이터 세트들을 프레임 버퍼 (1005) 내에 저장한다. 비록 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 다른 타입들의 순차 메모리들이 이용될 수 있지만, 프레임 버퍼는 바람직하게는 임의 접근 메모리이다. 일 실시형태에서는, 컬러 및 서브-프레임 데이터 세트의 코딩 기법에서의 중요도에 기초하여 메모리 제어 모듈 (1004) 은 미리결정된 메모리 장소에 서브-프레임 데이터 세트를 저장한다. 다른 실시형태들에서는, 메모리 제어 모듈은 동적으로 결정되는 메모리 장소에 서브-프레임 데이터 세트를 저장하고, 후속 식별을 위해 그 장소를 룩업 테이블 내에 저장한다. 하나의 특정 실시형태에서는, 프레임 버퍼 (1005) 는 비트평면들의 저장을 위해 구성된다.
또한, 메모리 제어 모듈 (1004) 은 타이밍 제어 모듈 (1006) 로부터의 명령이 있으면, 프레임 버퍼 (1005) 로부터 서브-프레임 데이터 세트들을 취출하고 이들을 데이터 드라이버들 (132) 로 출력하는 것을 담당한다. 데이터 드라이버들은 메모리 제어 모듈에 의해 출력된 데이터를 광 변조기들 (100) 의 어레이의 광 변조기들로 로딩한다. 메모리 제어 모듈은 한 번에 한 행씩 데이터를 서브-프레임 데이터 세트들 내에 출력한다. 일 실시형태에서는, 프레임 버퍼는 2 개의 버퍼들을 포함하는데, 그들의 역할들은 교번한다. 메모리 제어 모듈이 신규한 이미지 프레임에 대응하는 신규하게 발생된 비트평면들을 일 버퍼 내에 저장하면, 이것은 사전에 수신된 이미지 프레임에 대응하는 비트평면들을 광 변조기들의 어레이로의 출력을 위해 다른 버퍼로부터 추출한다. 두 버퍼 메모리들 모두는 단지 주소에 의해서만 구분되는 동일한 회로 내에 상주할 수 있다.
프리-셋 이미징 모드들 각각에 대하여 디스플레이 모듈의 동작을 정의하는 데이터는 프리-셋 이미징 모드 저장소 (1316) 내에 저장된다. 프리-셋 이미징 모드 저장소는 상이한 카테고리들 내의 개별 서브 모드들로 분할된다. 일 실시형태에서는, 카테고리들은 구체적으로 디스플레이에 의해 더 적은 전력이 소모되도록 이미지를 수정하는 "전력 모드들", 콘텐츠의 타입에 기초하여 이미지들을 디스플레이하기 위한 구체적인 명령들을 포함하는 "콘텐츠 모드들", 및 배터리 전력 레벨 및 주변 광 및 온도와 같은 다양한 환경 양태들에 기초하여 이미지를 수정하는 "환경 모드들" 을 포함한다. 예를 들어, "전력 모드들" 카테고리 내의 서브 모드는 전력을 보존하기 위해 램프들 (140-146) 에 대한 더 낮은 조사 값들을 사용하기 위한 명령들을 홀딩할 수도 있다. "콘텐츠 모드들" 카테고리 내의 서브 모드는, 텍스트와 같이 큰 컬러 영역을 요구하지 않는 이미지들을 적절하게 디스플레이하는 동안에 전력을 절약할 수 있는, 더 작은 컬러 영역에 대한 지시들을 홀딩할 수도 있다. 제어기 (1300) 에서는, 이미징 모드 선택기/ 파라미터 연산기 (1314) 는 입력 이미지 또는 호스트 제어 데이터에 기초하여 이미징 프리-셋 서브 모드들의 조합을 선택한다. 그러면, 결합된 프리-셋 이미징 서브 모드들의 명령들이 이미징 모드 선택기/ 파라미터 연산기 (1314) 에 의해 처리되어 스케줄 테이블 및 이미지를 디스플레이하기 위한 구동 전압들을 유도한다. 또는, 프리셋 이미징 모드 저장소 (1316) 는 서브모드들의 다양한 조합들에 대응하여 이미징 모드들을 프리셋 이미징 모드들을 저장할 수도 있다. 각 조합은 자신 스스로의 이미징 모드와 연관될 수도 있으며, 또는 다중 조합들이 동일한 프리셋 이미징 모드와 링크될 수도 있다.
도 12 는 도 11 의 제어기와 같은, 직시형 디스플레이 제어기에 의해 이용되기에 적합한, 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 이미지들을 디스플레이하기 위한 프로세스 (1400) 의 흐름도이다. 도 11 및 12 를 참조하면, 디스플레이 프로세스 (1400) 는 이미지 신호 및 호스트 제어 데이터의 수신과 함께 시작한다 (단계 1402). 그러면, 이미징 모드 선택기/ 파라미터 연산기 (1314) 는 입력 데이터에 기초하여 복수의 프리-셋 이미징 서브 모드들을 연산한다 (단계 1404). 예를 들어, 다양한 실시형태들에서는, 모드 연산 데이터는 데이터의 하나 이상의 다음 타입들을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다: 콘텐츠 타입 식별자, 호스트 모드 동작 식별자, 환경 센서 출력 데이터, 사용자 입력 데이터, 호스트 명령 데이터, 및 전력 서플라이 레벨 데이터. 이미징 파라미터 연산기는 상이한 카테고리들로부터의 서브 모드들을 "혼합 및 정합 (mix and match)" 하여 원하는 이미징 디스플레이 모드를 획득할 능력을 가진다. 예를 들어, 호스트가 대기 모드에 있다고 호스트 제어 데이터 (1304) 가 표시하고 이미지 데이터 (1302) 가 정지 이미지라면, 이미징 모드 선택기/ 파라미터 연산기 (1314) 는 프리-셋 이미징 모드 저장소 (1316) 로부터 서브 모드들을 전력 모드들 카테고리에서 선택하여 전력 사용량을 감소시킬 것이며, 콘텐츠 모드 카테고리에서 선택하여 정지 이미지에 대한 이미징 파라미터들을 조정할 것이다. 단계 1406 에서는, 파라미터 연산기 (1314) 는 선택된 서브 모드들에 기초하여 적합한 타이밍 및 구동 파라미터 값들을 결정할 수 있다.
단계 1408 에서는, 입력 처리 모듈 (1306) 은 데이터로부터, 예를 들어 비트평면들인 선택된 서브 모드에 기초하여 복수의 서브-프레임 데이터 세트들을 유도하고, 그리고 프레임 버퍼 (1310) 내에 비트평면들을 저장한다. 완전한 이미지 프레임이 수신되고 프레임 버퍼 (1310) 내에 저장된 바 있은 이후에, 방법 (1400) 은 단계 1410 으로 진행한다. 마지막으로, 단계 1410 에서는, 시퀀스 타이밍 제어 모듈 (1312) 은 프리-셋 이미징 모드 저장소 내에 포함된 명령들을 평가하고, 복수의 선택된 프리-셋 이미징 서브 모드 내에서 재-프로그래밍된 바 있는 순서 파라미터들 및 타이밍 값들에 따라 드라이버들로 신호들을 전송한다.
디스플레이 장치가 어떻게 투과형, 반사형 및 투과반사형 모드로부터 상기 모드들 중 다른 것으로 천이할 수 있는지에 대한 몇 가지 예들을 고려하는 것이 유익하다.
예 1
제어기 (134) 와 같은, 디스플레이 장치 내의 복수의 광 변조기들 및 내부 광 소스의 상태들을 제어하는 제어기는 디스플레이 장치를 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 투과형 모드는 내부 광 소스를 조사하는 것 및 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 복수의 광 변조기들에 커플링된 제 1 세트 데이터 전압 상호접속들을 통해 출력하는 것을 포함한다. 데이터 신호들의 결과로서, 복수의 광 변조기들은 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조한다. 또한, 광 변조기들은 광 소스로부터 유래한 광에 비하여 주변 광의 적은 양, 즉, 변조된 전체 광의 약 30 %보다 적은 양을 변조할 수도 있다. 디스플레이 장치가 동작의 반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 제어기가 검출하면, 이 신호에 응답하여 제어기는 디스플레이 장치가 동작의 반사형 모드로 천이하여 하나 이상의 이미지들을 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 반사형 모드에서는, 내부 광 소스는 이미지 프레임의 디스플레이 전체에 걸쳐 비-조사된 상태로 유지된다. 그러므로, 변조되는 유일한 광은 주변으로부터 유래하는 광이다.
예 2
제어기 (134) 와 같은, 디스플레이 장치 내의 복수의 광 변조기들 및 내부 광 소스의 상태들을 제어하는 제어기는 디스플레이 장치를 동작의 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 반사형 모드에서는, 내부 광 소스가 이미지의 디스플레이 전체에 걸쳐 비-조사된 상태로 유지된다. 데이터 신호들의 결과로서, 복수의 광 변조기들은 주변으로부터 유래하는 광을 변조한다. 디스플레이 장치가 동작의 투과형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 제어기가 검출하면, 이 신호에 응답하여 제어기는 디스플레이 장치가 동작의 투과형 모드로 천이하여 하나 이상의 이미지들을 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 투과형 모드는 내부 광 소스를 조사하는 것 및 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력하는 것을 포함한다. 데이터 신호들의 결과로서, 복수의 광 변조기들은 내부 광 소스로부터 방출된 광을 변조한다. 또한, 광 변조기들은 광 소스로부터 유래한 광에 비하여 주변 광의 적은 양, 즉, 변조된 전체 광의 약 30 %보다 적은 양을 변조할 수도 있다.
예 3
제어기 (134) 와 같은, 디스플레이 장치 내의 복수의 광 변조기들 및 내부 광 소스의 상태들을 제어하는 제어기는 디스플레이 장치를 동작의 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 반사형 모드에서는, 내부 광 소스가 이미지 프레임의 디스플레이 전체에 걸쳐 비-조사된 상태로 유지된다. 그러므로, 이미지를 형성하기 위해 변조되는 유일한 광은 주변 광이다. 디스플레이 장치가 동작의 투과반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 제어기가 검출하면, 이 신호에 응답하여 제어기는, 광 변조기들에 의해 변조되는 광의 적어도 약 30 %가 주변으로부터 유래하는 동작의 투과반사형 모드로 디스플레이 장치가 천이하여 하나 이상의 이미지들을 디스플레이하도록 제어한다.
예 4
제어기 (134) 와 같은, 디스플레이 장치 내의 복수의 광 변조기들 및 내부 광 소스의 상태들을 제어하는 제어기는 디스플레이 장치를 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 투과형 모드는 내부 광 소스를 조사하는 것 및 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 복수의 광 변조기들에 커플링된 제 1 세트 데이터 전압 상호접속들을 통해 출력하는 것을 포함한다. 데이터 신호들의 결과로서, 복수의 광 변조기들은 내부 광 소스로부터 방출된 광을 변조한다. 또한, 광 변조기들은 광 소스로부터 유래한 광에 비하여 주변 광의 적은 양, 즉, 변조되는 전체 광의 약 30 %보다 적은 양을 변조할 수도 있다. 디스플레이 장치가 동작의 투과반사형 모드로 천이하도록 명령하는 신호를 제어기가 검출하면, 이 신호에 응답하여 제어기는, 광 변조기들에 의해 변조되는 광의 적어도 약 30 %가 주변으로부터 유래하는 동작의 투과반사형 모드로 디스플레이 장치가 천이하여 하나 이상의 이미지들을 디스플레이하도록 제어한다. 동작의 투과반사형 모드는 내부 광 소스를 조사하는 것 및 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 복수의 광 변조기들에 커플링된 제 1 세트 데이터 전압 상호접속들을 통해 출력하는 것을 포함한다. 데이터 신호들의 결과로서, 복수의 광 변조기들은 내부 광 소스로부터 방출된 광 및 주변으로부터 유래한 광의 상당한 량 모두를 변조한다.
비록 위에서 다양한 가능한 예들 중 일분만이 상세히 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서, 디스플레이 장치가 투과형, 반사형 또는 투과반사형 모드 중 임의의 하나로부터 세 모드들 중 임의의 다른 하나로 또는 동일한 모드의 상이한 버전들로 (예를 들어 제 1 투과반사형 모드로부터 제 2 투과반사형 모드로) 천이할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 본 발명의 기술적 사상 또는 본질적인 특징들로부터 벗어나지 않으면서 다른 구체적인 형태들로 구현될 수도 있다. 위에서 설명된 구체적인 실시형태들 및 예는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 이의의 다양한 방식으로 결합될 수도 있다. 부가하여, 앞선 실시형태들은 모든 측면에서 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (91)

  1. 직시형 (direct-view) 디스플레이 장치로서,
    투명 기판;
    상기 투명 기판 위의 금속층으로서, 그 안에 복수의 어퍼처들을 갖는, 상기 금속층;
    내부 광 소스;
    상기 투명 기판 위의 복수의 광 변조기들로서, 상기 복수의 광 변조기들의 각각의 광 변조기는 상기 복수의 어퍼처들의 적어도 하나의 각 어퍼처 위에 있고, 상기 복수의 광 변조기들의 각각은 상기 적어도 하나의 각 어퍼처에 의해 정의된 영역 내에 적어도 하나의 투과반사형 엘리먼트를 포함하고, 각각의 투과반사형 엘리먼트는 주변 광을 반사시킬 수 있는, 상기 복수의 광 변조기들; 및
    상기 복수의 광 변조기들 및 상기 내부 광 소스의 상태들을 제어하기 위한 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 디스플레이 장치로 하여금, 상기 내부 광 소스가 제 1 강도로 광을 방출하게 하고, 상기 복수의 광 변조기들이 상기 제 1 강도로 상기 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조하도록 상기 복수의 광 변조기들에 커플링된 데이터 전압 상호접속들의 제 1 세트를 통해 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력하게 함으로써 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하게 하고;
    상기 동작의 투과형 모드로부터의 천이를 야기하도록 구성된 제 1 신호를 검출하고;
    상기 제 1 신호에 응답하여, 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 것으로서, 상기 투과반사형 모드로의 천이는 상기 제 1 강도로부터 제 2 강도로 상기 내부 광 소스의 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 상기 동작의 투과반사형 모드로 천이하고;
    상기 디스플레이 장치로 하여금, 주변 광 소스로부터 유래하는 광 및 상기 제 2 강도의 상기 내부 광 소스로부터 비롯되는 광을 변조하기 위해 상기 복수의 광 변조기들에 대한 데이터 전압 상호접속들의 동일한 제 1 세트를 통해 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써 상기 동작의 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하게 하도록
    구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 동작의 투과형 또는 투과반사형 모드로부터 천이하게 하도록 구성된 제 2 신호를 검출하고;
    상기 제 2 신호에 응답하여, 동작의 반사형 모드로 천이하는 것으로서, 상기 반사형 모드로의 천이는 상기 내부 광 소스로 하여금 광을 방출하는 것을 중단하게 하는 것을 포함하는, 상기 동작의 반사형 모드로 천이하고;
    상기 디스플레이 장치로 하여금, 상기 주변 광 소스로부터 비롯되는 광을 변조하기 위해 상기 복수의 광 변조기들에 대한 데이터 전압 상호접속들의 동일한 제 1 세트를 통해 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써 상기 동작의 반사형 모드의 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하게 하도록
    더 구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 투과형 모드 및 상기 반사형 모드 양자 모두에서 동작할 수 있는 상기 복수의 광 변조기들의 적어도 하나의 광 변조기를 제어하는, 직시형 디스플레이 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 신호는 검출된 주변 광에 적어도 부분적으로 기초하는, 직시형 디스플레이 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 이미지에 대한 그레이스케일 분할들 (grayscale divisions) 의 제 1 수에 따라 광을 변조하는 것을 포함하고, 상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 그레이스케일 분할들의 제 2 수에 따라 광을 변조하는 것을 포함하며, 상기 그레이스케일 분할들의 제 2 수는 상기 그레이스케일 분할들의 제 1 수보다 적은, 직시형 디스플레이 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 이미지를 흑백 이미지로 변조하는 것, 및 적어도 3 개의 그레이스케일 분할들로 광을 변조하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 제 1 프레임 레이트에 따라 광을 변조하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 제 2 프레임 레이트에 따라 광을 변조하는 것을 포함하고, 상기 제 2 프레임 레이트는 상기 제 1 프레임 레이트보다 적은, 직시형 디스플레이 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 동작의 반사형 모드로 천이하는 것은 메모리로부터 상기 반사형 모드에 대응하는 동작 파라미터들을 로딩하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 컬러 이미지를 디스플레이를 위한 흑백 이미지로 변환하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 복수의 광 변조기들로의 이미지 데이터의 로딩을 제어하는 타이밍 신호들의 제 1 시퀀스에 따라 상기 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 복수의 광 변조기들로의 이미지 데이터의 로딩을 제어하는 동일한 타이밍 신호들의 제 1 시퀀스에 따라 상기 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 제 1 시퀀스와는 상이한 타이밍 신호들의 제 2 시퀀스에 따라 상기 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 복수의 광 변조기들로 이미지 데이터의 서브세트를 로딩하는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에 있는 동안에, 상기 복수의 광 변조기들은 상기 내부 광 소스에 의해 방출된 광 및 상기 주변 광 소스로부터 유래하는 광을 변조하도록 구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 상기 투과형 모드에서 동작하는 동안보다 상기 투과반사형 모드에서 동작하는 동안에 보다 적은 전력을 소비하는, 직시형 디스플레이 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 적어도 하나의 이미지가 다른 동작 모드보다 많은 컬러들로 디스플레이되는 동작 모드로 또한 천이할 수 있는, 직시형 디스플레이 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 디스플레이 장치에 의해 디스플레이될 정보 및 배터리에 저장된 에너지의 양 중 적어도 하나로부터 상기 제 1 신호를 유도하는, 직시형 디스플레이 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작의 투과반사형 모드로의 천이 중에 상기 광 소스의 상기 제 1 강도를 감소시키는 것은 상기 복수의 광 변조기들에 의해 변조된 광의 적어도 약 30% 가 상기 주변 광 소스로부터 유래하도록 상기 제 1 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호는 검출된 주변 광에 적어도 부분적으로 기초하는, 직시형 디스플레이 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 내부 광 소스는 상이한 컬러들에 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 광 소스들을 포함하고, 상기 제어기는 상기 검출된 주변 광의 적어도 하나의 컬러 성분을 측정하고, 상기 검출된 주변 광의 상기 적어도 하나의 컬러 성분의 측정에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 광 소스들 중 적어도 하나의 강도를 조절하는, 직시형 디스플레이 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 이미지를 흑백 이미지로 변조하는 것, 및 적어도 3 개의 그레이스케일 분할들로 광을 변조하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 광을 변조하여 컬러 이미지를 형성하는 것을 포함하며, 상기 이미지는 컬러당 단지 하나의 그레이스케일 분할로 변조되는, 직시형 디스플레이 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 광을 변조하여 컬러 이미지를 형성하는 것을 포함하며, 상기 이미지는 컬러당 적어도 2 개의 그레이스케일 분할들로 변조되는, 직시형 디스플레이 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 광 소스에 의해 방출되는 광은 상기 복수의 광 변조기들에 의해 정의된 평면을 통해 통과하는, 직시형 디스플레이 장치.
  26. 직시형 (direct-view) 디스플레이 장치로서,
    투명 기판;
    내부 광 소스;
    상기 투명 기판에 커플링된 복수의 광 변조기들로서, 상기 복수의 광 변조기들의 각각은 적어도 하나의 미소 전자 기계적 시스템 (microelectromechanical systems; MEMS)-기반 셔터를 포함하는, 상기 복수의 광 변조기들; 및
    상기 복수의 광 변조기들 및 상기 내부 광 소스의 상태들을 제어하기 위한 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 디스플레이 장치로 하여금, 상기 내부 광 소스가 제 1 강도로 광을 방출하게 하고, 상기 복수의 광 변조기들이 상기 제 1 강도로 상기 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조하도록 상기 복수의 광 변조기들에 커플링된 데이터 전압 상호접속들의 제 1 세트를 통해 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력하게 함으로써 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하게 하고;
    상기 동작의 투과형 모드로부터의 천이를 야기하도록 구성된 제 1 신호를 검출하고;
    상기 제 1 신호에 응답하여, 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 것으로서, 상기 투과반사형 모드로의 천이는 상기 제 1 강도로부터 제 2 강도로 상기 내부 광 소스의 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 상기 동작의 투과반사형 모드로 천이하고;
    상기 디스플레이 장치로 하여금, 주변 광 소스로부터 유래하는 광 및 상기 제 2 강도의 상기 내부 광 소스로부터 비롯되는 광을 변조하기 위해 상기 복수의 광 변조기들에 대한 데이터 전압 상호접속들의 동일한 제 1 세트를 통해 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써 상기 동작의 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하게 하도록
    구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기들의 각각은,
    금속층으로서, 그 안에 정의된 적어도 하나의 어퍼처를 갖는, 상기 금속층; 및
    적어도 하나의 전극
    을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 MEMS-기반 셔터는 적어도 상기 셔터가 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 광이 통과하는 것을 가능하게 하는 개방 포지션과 상기 셔터가 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 광이 통과하는 것을 차단하는 폐쇄 포지션 사이에서 상기 적어도 하나의 어퍼처에 대해 전환가능하고, 상기 적어도 하나의 MEMS-기반 셔터의 포지션은 상기 MEMS-기반 셔터와 상기 적어도 하나의 전극 사이의 전위에 기초하는, 직시형 디스플레이 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 금속층은 전방-대향 표면 및 후방-대향 반사 표면을 가지고,
    상기 장치는,
    전방-대향 반사 표면을 갖는 갖는 제 2 반사층; 및
    상기 금속층과 상기 제 2 반사층 사이의 상기 투명 기판에서의 광 공동으로서, 상기 제 2 반사층의 상기 전방-대향 반사 표면 및 상기 금속층의 상기 후방-대향 반사 표면은 상기 광 공동 내에서 광을 재활용할 수 있는, 상기 광 공동
    을 더 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 내부 광 소스는 상기 광을 상기 광 공동 내로 방출하도록 구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기들의 각각은 상기 적어도 하나의 어퍼처에 의해 정의된 영역 내에 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들을 더 포함하는, 직시형 디스플레이 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 동작의 투과반사형 모드에 있는 동안에,
    상기 적어도 하나의 MEMS-기반 셔터는 상기 주변 광의 적어도 일부분이 상기 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들 사이의 영역들에서의 또는 상기 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들과 상기 금속층 사이의 영역들에서의 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 상기 광 공동에 진입하는 것을 가능하게 하도록 구성되고;
    상기 광 공동은 상기 주변 광을 재활용하고 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 재활용된 상기 주변 광을 방출하도록 구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 동작의 투과반사형 모드에 있는 동안에,
    상기 적어도 하나의 MEMS-기반 셔터는 상기 주변 광의 적어도 일부분이 상기 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들에서 반사되는 것을 가능하게 하도록 구성되는, 직시형 디스플레이 장치.
  33. 디스플레이 장치를 제어하는 방법으로서,
    상기 디스플레이 장치에 의해, 내부 광 소스로 하여금 제 1 강도로 광을 방출하게 하고, 복수의 광 변조기들이 상기 제 1 강도로 상기 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조하도록 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력하게 함으로써 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계;
    상기 동작의 투과형 모드로부터의 천이를 야기하도록 구성된 제 1 신호를 검출하는 단계;
    상기 제 1 신호에 응답하여, 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 단계로서, 상기 천이하는 것은 상기 제 1 강도로부터 제 2 강도로 상기 내부 광 소스의 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 상기 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 단계; 및
    상기 디스플레이 장치에 의해, 상기 복수의 광 변조기들이 주변 광 소스로부터 유래하는 광 및 상기 제 2 강도의 상기 내부 광 소스로부터 비롯되는 광을 변조하도록 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써 상기 동작의 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계
    를 포함하고,
    상기 디스플레이 장치는
    투명 기판; 및
    상기 투명 기판 위의 금속층으로서, 그 안에 복수의 어퍼처들을 갖는, 상기 금속층
    을 포함하고,
    상기 복수의 광 변조기들의 각각의 광 변조기는 상기 복수의 어퍼처들의 적어도 하나의 각 어퍼처 위에 있고, 상기 복수의 광 변조기들의 각각은 상기 적어도 하나의 각 어퍼처에 의해 정의된 영역 내에 적어도 하나의 투과반사형 엘리먼트를 포함하고, 각각의 투과반사형 엘리먼트는 상기 주변 광의 일부분을 반사시킬 수 있는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 동작의 투과형 또는 투과반사형 모드로부터 천이하게 하도록 구성된 제 2 신호를 검출하는 단계;
    상기 디스플레이 장치에 의해, 상기 제 2 신호에 응답하여, 동작의 반사형 모드로 천이하는 단계로서, 상기 반사형 모드로 천이하는 것은 상기 내부 광 소스로 하여금 광을 방출하는 것을 중단하게 하는 것을 포함하는, 상기 동작의 반사형 모드로 천이하는 단계; 및
    상기 반사형 모드로 천이하는 것에 응답하여, 상기 주변 광 소스로부터 비롯되는 광을 변조하기 위해 상기 복수의 광 변조기들에 대한 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써 상기 동작의 반사형 모드의 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계
    를 더 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 2 신호는 검출된 주변 광에 적어도 부분적으로 기초하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 이미지에 대한 그레이스케일 분할들 (grayscale divisions) 의 제 1 수에 따라 광을 변조하는 것을 포함하고, 상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 그레이스케일 분할들의 제 2 수에 따라 광을 변조하는 것을 포함하며, 상기 그레이스케일 분할들의 제 2 수는 상기 그레이스케일 분할들의 제 1 수보다 적은, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 이미지를 흑백 이미지로 변조하는 것, 및 적어도 3 개의 그레이스케일 분할들로 광을 변조하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 제 1 프레임 레이트에 따라 광을 변조하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 제 2 프레임 레이트에 따라 광을 변조하는 것을 포함하고, 상기 제 2 프레임 레이트는 상기 제 1 프레임 레이트보다 적은, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 동작의 반사형 모드로 천이하는 것은 메모리로부터 상기 반사형 모드에 대응하는 동작 파라미터들을 로딩하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  41. 제 34 항에 있어서,
    상기 반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 컬러 이미지를 디스플레이를 위한 흑백 이미지로 변환하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  42. 제 34 항에 있어서,
    상기 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 복수의 광 변조기들로의 이미지 데이터의 로딩을 제어하는 타이밍 신호들의 제 1 시퀀스에 따라 상기 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 복수의 광 변조기들로의 이미지 데이터의 로딩을 제어하는 동일한 타이밍 신호들의 제 1 시퀀스에 따라 상기 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 제 1 시퀀스와는 상이한 타이밍 신호들의 제 2 시퀀스에 따라 상기 복수의 광 변조기들을 변조하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 투과반사형 또는 반사형 모드들에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 복수의 광 변조기들로 이미지 데이터의 서브세트를 로딩하는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  46. 제 33 항에 있어서,
    적어도 하나의 이미지가 다른 동작 모드보다 많은 컬러들로 디스플레이되는 동작 모드로 천이하는 단계를 더 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  47. 제 33 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치에 의해 디스플레이될 정보 및 배터리에 저장된 에너지의 양 중 적어도 하나로부터 상기 제 1 신호를 유도하는 단계를 더 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  48. 제 33 항에 있어서,
    상기 동작의 투과반사형 모드로의 천이 중에 상기 광 소스의 상기 제 1 강도를 감소시키는 것은 상기 복수의 광 변조기들에 의해 변조된 광의 적어도 약 30% 가 상기 주변 광 소스로부터 유래하도록 상기 제 1 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  49. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 신호는 검출된 주변 광에 적어도 부분적으로 기초하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 내부 광 소스는 상이한 컬러들에 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 광 소스들을 포함하고, 제어기는 상기 검출된 주변 광의 적어도 하나의 컬러 성분을 측정하고, 상기 검출된 주변 광의 상기 적어도 하나의 컬러 성분의 측정에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 광 소스들 중 적어도 하나의 강도를 조절하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  51. 제 33 항에 있어서,
    상기 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 상기 이미지를 흑백 이미지로 변조하는 것, 및 적어도 3 개의 그레이스케일 분할들로 광을 변조하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  52. 제 33 항에 있어서,
    상기 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 광을 변조하여 컬러 이미지를 형성하는 것을 포함하며, 상기 이미지는 컬러당 단지 하나의 그레이스케일 분할로 변조되는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  53. 제 33 항에 있어서,
    상기 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 것은 광을 변조하여 컬러 이미지를 형성하는 것을 포함하고, 상기 이미지는 컬러당 적어도 2 개의 그레이스케일 분할들로 변조되는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  54. 제 33 항에 있어서,
    상기 내부 광 소스에 의해 방출되는 광은 상기 복수의 광 변조기들에 의해 정의된 평면을 통해 통과하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  55. 디스플레이 장치를 제어하는 방법으로서,
    상기 디스플레이 장치에 의해, 내부 광 소스로 하여금 제 1 강도로 광을 방출하게 하고, 복수의 광 변조기들이 상기 제 1 강도로 상기 내부 광 소스에 의해 방출된 광을 변조하도록 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력하게 함으로써 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계로서, 상기 복수의 광 변조기들의 각각은 적어도 하나의 미소 전자 기계적 시스템 (microelectromechanical systems; MEMS)-기반 셔터를 포함하는, 상기 동작의 투과형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계;
    상기 동작의 투과형 모드로부터의 천이를 야기하도록 구성된 제 1 신호를 검출하는 단계;
    상기 제 1 신호에 응답하여, 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 단계로서, 상기 천이하는 것은 상기 제 1 강도로부터 제 2 강도로 상기 내부 광 소스의 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 상기 동작의 투과반사형 모드로 천이하는 단계; 및
    상기 투과반사형 모드로 천이하는 것에 응답하여, 상기 복수의 광 변조기들이 주변 광 소스로부터 유래하는 광 및 상기 제 2 강도의 상기 내부 광 소스로부터 비롯되는 광을 변조하기 위해 상기 복수의 광 변조기들의 원하는 상태들을 나타내는 데이터 신호들을 출력함으로써 상기 동작의 투과반사형 모드에서 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하는 단계
    를 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기들의 각각은,
    금속층으로서, 그 안에 정의된 적어도 하나의 어퍼처를 갖는, 상기 금속층; 및
    적어도 하나의 전극
    을 더 포함하고,
    상기 MEMS-기반 셔터는 적어도 상기 셔터가 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 광이 통과하는 것을 가능하게 하는 개방 포지션과 상기 셔터가 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 광이 통과하는 것을 차단하는 폐쇄 포지션 사이에서 상기 적어도 하나의 어퍼처에 대해 전환가능하고, 상기 MEMS-기반 셔터의 포지션은 상기 MEMS-기반 셔터와 상기 적어도 하나의 전극 사이의 전위에 기초하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 금속층은 전방-대향 표면 및 후방-대향 반사 표면을 가지고,
    상기 복수의 광 변조기들의 각각은,
    전방-대향 반사 표면을 갖는 갖는 제 2 반사층; 및
    상기 금속층과 상기 제 2 반사층 사이의 광 공동으로서, 상기 제 2 반사층의 상기 전방-대향 반사 표면 및 상기 금속층의 상기 후방-대향 반사 표면은 상기 광 공동 내에서 광을 재활용할 수 있는, 상기 광 공동
    을 더 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 내부 광 소스는 상기 광을 상기 광 공동 내로 방출하도록 구성되는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 복수의 광 변조기들의 각각은 상기 적어도 하나의 어퍼처에 의해 정의된 영역 내에 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들을 더 포함하는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 동작의 투과반사형 모드에 있는 동안에,
    상기 MEMS-기반 셔터는 상기 주변 광의 적어도 일부분이 상기 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들 사이의 영역들에서의 또는 상기 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들과 상기 금속층 사이의 영역들에서의 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 상기 광 공동에 진입하는 것을 가능하게 하도록 구성되고;
    상기 광 공동은 상기 주변 광을 재활용하고 상기 적어도 하나의 어퍼처를 통해 재활용된 상기 광을 방출하도록 구성되는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
  61. 제 59 항에 있어서,
    상기 동작의 투과반사형 모드에 있는 동안에, 상기 MEMS-기반 셔터는 상기 주변 광의 적어도 일부분이 상기 하나 이상의 투과반사형 엘리먼트들에서 반사되는 것을 가능하게 하도록 구성되는, 디스플레이 장치를 제어하는 방법.
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