KR101814043B1 - 픽셀로 된 광­터닝 피처들을 가진 광학 터치 디바이스 - Google Patents

픽셀로 된 광­터닝 피처들을 가진 광학 터치 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 광 센서상의 상관된 위치들에 광을 선택적으로 방향 변경함으로써 터치 이벤트의 위치를 결정하도록 구성된 터치 스크린을 위한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 일 양상에서, 터치 스크린 장치는 터치 인터페이스를 형성하는 광 가이드, 광을 광 가이드내에 주입하기 위한 광 소스, 주입된 광을 검출하기 위한 광 센서, 및 픽셀로 된 광-터닝층을 포함할 수 있다. 픽셀로 된 광-터닝층은 픽셀들을 형성하는 복수의 광-터닝 피처들을 포함할 수 있다. 픽셀들은 광 가이드와 접촉하는 객체에 의해 산란되는 방사된 광에 대응하는 입사광을 수신할 수 있다. 픽셀들은 광이 하나 이상의 상관된 수광 위치들로 선택적으로 전파되도록 입사 산란 광을 광 센서쪽으로 방향 변경할 수 있다. 프로세서는 객체에 의해 접촉된 영역에 수광 위치를 매핑시켜서 터치 이벤트의 위치를 결정할 수 있다.

Description

픽셀로 된 광­터닝 피처들을 가진 광학 터치 디바이스{OPTICAL TOUCH DEVICE WITH PIXILATED LIGHT-TURNING FEATURES}
본 개시내용은 사용자 인터페이스 디바이스들, 특히 터치 스크린 장치에 관한 것이다.
전기기계 시스템들은 전기 및 기계 엘리먼트들, 액추에이터들, 트랜스듀서들, 센서들, 광학 컴포넌트들(예를 들어, 미러들) 및 전자 기기들을 가지는 디바이스들을 포함한다. 전기기계 시스템들은 마이크로스케일(microscale) 및 나노스케일(nanoscale)을 포함하는 (그러나, 이에 제한되지 않음) 다양한 스케일들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 마이크로전기기계 시스템(MEMS: microelectromechanical system) 디바이스들은 약 1마이크론 내지 수백마이크론 또는 그 초과의 범위의 크기들을 가지는 구조물들을 포함할 수 있다. 나노전기기계 시스템(NEMS: nanoelectromechanical system) 디바이스들은, 예를 들어, 수백 나노미터들보다 더 작은 크기들을 포함하는, 1 마이크론보다 더 작은 크기들을 가지는 구조물들을 포함할 수 있다. 전기기계 엘리먼트들은 증착, 에칭, 리소그래피, 및/또는 증착된 물질층들 및/또는 기판들의 일부들을 에칭하거나, 또는 층들을 추가하여 전기 및 전기기계 디바이스들을 형성하는 다른 마이크로머시닝 프로세스들을 사용하여 생성될 수 있다.
전기기계 시스템 디바이스의 한가지 타입은 간섭측정 변조기(IMOD: interferometric modulator)로 명명된다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 간섭측정 변조기 또는 간섭측정 광 변조기는 광학적 간섭의 원리들을 사용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 디바이스를 지칭한다. 일부 구현들에서, 간섭측정 변조기는 한 쌍의 전도성 플레이트들을 포함할 수 있는데, 전도성 플레이트들 중 하나 또는 둘 모두는 완전히 또는 부분적으로 투명하고 그리고/또는 반사성일 수 있으며, 적절한 전기 신호의 인가 시에 상대적 모션(motion)이 가능할 수 있다. 일 구현에서, 하나의 플레이트는 기판 상에 증착된 고정층을 포함할 수 있고, 다른 플레이트는 에어 갭에 의해 고정층으로부터 분리된 반사성 막(membrane)을 포함할 수 있다. 하나의 플레이트에 대한 다른 플레이트의 위치(position)은 간섭측정 변조기 상에 입사하는 광의 광학적 간섭을 변경시킬 수 있다. 간섭측정 변조기 디바이스들은 광범위한 응용들을 가지며, 기존의 제품들을 개선하고, 새로운 제품들, 특히, 디스플레이 능력들을 가지는 물건들을 생성할 시에 사용될 것으로 예상된다.
많은 디스플레이 시스템들은 입력 컴포넌트를 가진 사용자 인터페이스들을 포함한다. 입력 컴포넌트는 스크린과의 접촉이 이루어지는 위치의 결정을 용이하게 하도록 구성된 접촉 감지 메커니즘을 가진 스크린을 포함할 수 있다. 스크린과의 이러한 접촉은 손가락 끝, 펜 또는 스타일러스와 같은 객체들에 의해 이루어질 수 있다. 접촉 감지 디바이스들에 대한 설계 기준들 및 시장의 요구를 충족시키기 위하여, 새로운 입력 컴포넌트들이 계속해서 개발되고 있다.
개시내용의 시스템들, 방법들 및 디바이스들 각각은 몇몇 혁신적인 양상들을 가지며, 그 중 어떠한 단일의 양상도 여기에 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하지 않는다.
본 개시내용에 설명된 요지의 하나의 혁신적인 양상은 광 가이드, 광 소스, 광 센서 및 픽셀로 된 광-터닝층(pixilated light-turning layer)을 포함하는 터치 스크린 장치에서 구현될 수 있다. 광 가이드는 터치 스크린 장치의 터치 입력 표면을 정의하는 주 표면을 가진다. 광 소스는 광 가이드내에 광을 주입(inject)하도록 구성된다. 광 센서는 복수의 수광 위치들을 가진다. 픽셀로 된 광-터닝층은 픽셀들을 형성하는 복수의 광-터닝 피처(light-turning feature)들을 포함한다. 픽셀들 각각은 광 소스로부터의 산란된 광(scattered light)을 광 센서의 하나 이상의 상관된 수광 위치들로 선택적으로 방향 변경하도록 구성된다. 산란된 광은 광 소스에 의해 방사되며, 객체가 주 표면과 접촉할 때 그 객체에 의해 산란되는 광에 대응할 수 있다.
장치는 또한 객체 의해 접촉되는 주 표면의 개별 영역과 산란된 광을 수신하는 수광 위치를 상관시키도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 주 표면상의 각각의 개별 영역은 픽셀들 중 하나 이상의 픽셀 바로 위에 놓이며, 픽셀들 중 하나 이상의 픽셀 각각은 하나 이상의 상관된 수광 위치들 중 매칭 위치로, 산란된 광을 방향 변경하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 수광 위치들은 픽셀들과 일-대-일 상관관계(one-to-one correlation)를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 픽셀로 된 광-터닝층은 홀로그래픽층일 수 있으며, 여기서 광-터닝 피처들은 홀로그래픽 픽셀들을 형성한다.
광 가이드는 픽셀로 된 광-터닝층 위에 배치될 수 있으며, 터치 스크린 장치는 픽셀로 된 광-터닝층 아래의 제 2 광 가이드를 포함할 수 있으며, 제 2 광 가이드는 픽셀로 된 광-터닝층으로부터 광 센서의 수광 위치들 쪽으로 광을 전파하도록 구성된다. 이들 구현들 중 일부 구현들에서, 터치 스크린 장치는 또한 광 가이드와 픽셀로 된 광-터닝층 사이의 광학 디커플링 층을 포함할 수 있다.
광 소스는 시준 광(collimated light)을 광 가이드의 제 1 에지내에 순차적으로 방사하도록 구성된 제 1의 복수의 광 에미터들을 포함할 수 있으며, 여기서 광 센서는 제 1 에지에 대한 가로축상에 배치되는 광 가이드의 제 2 에지상에 배치된다. 이들 구현들 중 일부 구현들에서, 장치는 또한 광 가이드의 제 3 에지내에 광을 방사하도록 구성된 제 2의 복수의 광 에미터들, 및 제 3 에지를 교차하는 축상에 배치되는 광 가이드의 제 4 에지상에 배치되는 다른 광 센서를 포함할 수 있다.
본 개시내용에 설명된 요지의 또 다른 혁신적인 양상은 터치 입력을 수신하기 위한 주 표면을 가진 광 가이드, 광 가이드 내에 광을 주입하기 위한 광 소스, 광 센서 및 광 터닝 수단을 포함하는 장치에 구현될 수 있다. 광 센서는 복수의 수광 위치들을 가진 수광 표면을 가진다. 광-터닝 수단은 광 가이드 내에 주입되고 주 표면과 접촉하는 객체에 의해 산란되는 광을 방향 변경하여, 복수의 수광 위치들 각각이 실질적으로 단지 복수의 수광 위치들 각각과 상관된 주 표면의 영역으로부터만, 산란된 광을 선택적으로 수신하도록 한다.
광-터닝 수단은 픽셀들을 형성하는 복수의 광-터닝 피처들을 포함할 수 있다. 이들 픽셀들 각각은 상관된 수광 위치에 광을 선택적으로 방향 변경하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광-터닝 피처들은 회절성 광-터닝 피처들일 수 있다. 광-터닝 수단은 홀로그래픽 층일 수 있다.
장치는 또한 객체에 의해 접촉되는 주 표면의 영역과 수광 표면에 부딪치는 광의 위치를 상관시키도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
광 소스는 시준 광을 광 가이드내에 순차적으로 방사하도록 구성된 복수의 광 에미터들을 포함할 수 있다. 센서는 복수의 광 에미터들로부터 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 장치는 복수의 광 에미터들의 어느 광 소스가 광을 광 가이드내에 주입하였는지에 기초하여 주 표면의 한 축에 대응하는 좌표를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
광 가이드는 광-터닝 수단 위에 배치될 수 있으며, 장치는 또한 광 가이드 및 광-터닝 수단 아래의 다른 광 가이드를 포함할 수 있다. 다른 광 가이드는 픽셀로 된 광-터닝 층으로부터 광 센서쪽으로 광을 전파하도록 구성될 수 있다. 이들 구현들 중 일부 구현에서, 장치는 광 가이드와 광-터닝 수단 사이의 광학 디커플링 층을 포함할 수 있다.
본 개시내용에 설명된 요지의 또 다른 혁신적인 양상은 터치 스크린상의 적어도 하나의 터치 이벤트를 검출하는 방법으로 구현될 수 있다. 방법은 광 센서 상의 광 센서 위치에서, 픽셀로 된 광-터닝층으로부터 보내진 광을 수신하는 단계를 포함하며, 픽셀로 된 광-터닝층은 광 가이드 위의 객체 의해 산란된 입사광의 적어도 일부분을 광 센서 위치로 방향 변경하도록 구성된 픽셀들을 포함한다. 방법은 또한 객체의 위치와 입사광을 수신하는 광 센서 위치를 매핑시키는 단계를 포함한다. 광 센서 위치는 픽셀로 된 광-터닝 층의 적어도 하나의 단일 픽셀과 상관된다. 더욱이, 방법은 매핑에 기초하여 터치 이벤트의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
광 센서의 수광 표면상의 위치들은 픽셀로 된 광-터닝층의 상관된 픽셀 또는 복수의 근접하게 국부화된 픽셀들과 일-대-일 대응을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 픽셀로 된 광-터닝층은 홀로그래픽층일 수 있다.
방법은 또한 복수의 광 소스들이 시준 광을 광 가이드내에 순차적으로 방사하도록 하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 광 센서 위치를 매핑시키는 단계는 복수의 광 소스들 중 어느 광 소스가 객체에 의해 산란된 광을 방사하였는지를 결정하는 단계를 포함한다.
수신된 광은 광 가이드로부터 이격된 다른 광 가이드를 통해 픽셀로 된 광-터닝층으로부터 광 센서 위치로 보내질 수 있다.
방법은 또한 픽셀로 된 광-터닝층으로부터 보내진 광을 제 2 광 센서 위치에서 수신하는 단계; 광 가이드 위의 제 2 객체의 위치와 제 2 광 센서 위치를 매핑시키는 단계 ― 제 2 광 센서 위치는 제 1 광 센서 위치와 상관되지 않은 픽셀로 된 광-터닝층의 픽셀과 상관됨 ―; 및 제 2 객체의 위치와 제 2 광 센서 위치를 매핑시키는 것에 기초하여 다른 터치 이벤트의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 터치 이벤트 및 다른 터치 이벤트는 동시적이다.
이 명세서에 설명된 요지의 하나 이상의 구현들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 하기의 설명에서 제시된다. 다른 특징들, 양상들 및 장점들은 상세한 설명, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 후속하는 도면들의 상대적 치수들이 실제대로 도시되지 않을 수 있다는 점에 유의한다.
도 1은 간섭측정 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 일련의 픽셀들 내의 2개의 인접한 픽셀들을 도시하는 사시도의 예를 도시한다.
도 2는 3x3 간섭측정 변조기 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 예시하는 시스템 블록도의 예를 도시한다.
도 3은 도 1의 간섭측정 변조기에 대한 이동가능 반사 층 위치 대 인가된 전압을 예시하는 다이어그램의 예를 도시한다.
도 4는 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가될 때 간섭측정 변조기의 다양한 상태들을 예시하는 표의 예를 도시한다.
도 5a는 도 2의 3x3 간섭측정 변조기 디스플레이의 디스플레이 데이터의 프레임을 예시하는 다이어그램의 예를 도시한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하기 위해 사용될 수 있는 공통 및 세그먼트 신호들에 대한 타이밍도의 예를 도시한다.
도 6a는 도 1의 간섭측정 변조기 디스플레이의 부분적 횡단면의 예를 도시한다.
도 6b-6e는 간섭측정 변조기들의 다양한 구현들의 횡단면들의 예들을 도시한다.
도 7은 간섭측정 변조기에 대한 제조 프로세스를 예시하는 흐름도의 예를 도시한다.
도 8a-8e는 간섭측정 변조기를 만드는 방법에서의 다양한 스테이지들의 횡단면의 개략적 예시들의 예들을 도시한다.
도 9a 및 9b는 픽셀로 된 광-터닝층을 가진 터치 스크린 장치의 사시도들의 예들을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 접촉하는 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치의 구현의 평면도 및 측면도의 예들을 도시한다.
도 10c 및 도 10d는 도 10a 및 도 10b의 터치 스크린에 접촉하는 객체 의해 산란되고 픽셀로 된 광-터닝층에 의해 광 센서로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예들을 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 접촉하는 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치의 다른 구현의 평면도 및 측면도의 예들을 도시한다.
도 11c 및 도 11d는 도 11a 및 도 11b의 터치 스크린에 접촉하는 객체 의해 산란되고 픽셀로 된 광-터닝층에 의해 광 센서로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예들을 도시한다.
도 12a는 접촉하는 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치의 다른 구현의 평면도의 예를 도시한다.
도 12b는 도 12a의 터치 스크린에 접촉하는 객체에 의해 산란되고 픽셀로 된 광-터닝 층의 픽셀에 의해 광 센서로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예들을 도시한다.
도 12c는 도 12a의 터치 스크린에 동시에 접촉하는 2개의 객체들에 의해 산란되고 픽셀로 된 광-터닝층의 픽셀에 의해 광 센서로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예들을 도시한다.
도 12d는 접촉하는 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치의 또 다른 구현의 평면도의 예를 도시한다.
도 13은 광 센서상의 위치들과 상관된 광-터닝 픽셀들의 예를 도시한다.
도 14는 일부 구현들에 따라 터치 이벤트의 위치를 결정하기 위한 프로세스를 예시하는 흐름도의 일례를 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 복수의 간섭측정 변조기들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시하는 시스템 블록도들의 예들을 도시한다.
다양한 도면들의 동일한 참조 번호들 및 표기들은 동일한 엘리먼트들을 표시한다.
후속하는 상세한 설명은 혁신적 양상들을 설명할 목적들의 특정 구현들에 관한 것이다. 그러나, 여기의 교시들은 다수의 상이한 방식들로 적용될 수 있다. 설명된 구현들은 움직이는지(예를 들어, 비디오) 또는 정지해 있는지(예를 들어, 스틸 이미지)간에 그리고 텍스트, 그래프 또는 그림으로 표시하던지 간에 이미지를 디스플레이하도록 구성되는 임의의 디바이스에서 구현될 수 있다. 더 구체적으로, 구현들이 모바일 전화들, 멀티미디어 인터넷 인에이블 셀룰러 전화들, 모바일 텔레비전 수신기들, 무선 디바이스들, 스마트폰들, 블루투스® 디바이스들, 개인 데이터 보조 단말(PDA)들, 무선 전자 메일 수신기들, 핸드헬드 또는 휴대용 컴퓨터들, 넷북들, 노트북들, 스마트북들, 태블릿들, 프린터들, 복사기들, 스캐너들, 팩시밀리 디바이스들, GPS 수신기들/내비게이터들, 카메라들, MP3 플레이어들, 캠코더들, 게임 콘솔들, 손목 시계들, 시계들, 계산기들, 텔레비전 모니터들, 평판 디스플레이들, 전자 판독 디바이스들(예를 들어, e-리더기들), 컴퓨터 모니터들, 자동차 디스플레이들(예를 들어, 주행기록계 디스플레이들 등), 조종석 제어들 및/또는 디스플레이들, 카메라 뷰 디스플레이들(예를 들어, 차량의 후방 뷰 카메라의 디스플레이), 전자 사진들, 전자 게시판들 또는 간판(sign)들, 프로젝터들, 아키텍쳐 구조들, 마이크로파들, 냉장고들, 스테레오 시스템들, 카세트 레코더들 또는 플레이어들, DVD 플레이어들, CD 플레이어들, VCR들, 라디오들, 휴대용 메모리 칩들, 세척기들, 건조기들, 세척기/건조기들, 주차 계측기들, 패키징(예를 들어, MEMS 및 비-MEMS), 심미적 구조들(보석 위의 이미지들의 디스플레이) 및 다양한 전기기계 시스템 디바이스들과 같은 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 다양한 전자 디바이스들 내에서 구현되거나 또는 이들과 연관될 수 있다는 점이 참작된다. 여기의 교시들은 또한 전자 스위칭 디바이스들, 라디오 주파수 필터들, 센서들, 가속계들, 자이로스코프들, 모션 감지 디바이스들, 자력계들, 가전제품들에 대한 관성 컴포넌트들, 가전제품들의 부품들, 버랙터들, 액정 디바이스들, 전기영동 디바이스들, 구동 방식들, 제조 프로세스들 및 전자 시험 장비와 같은 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 비-디스플레이 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 따라서, 교시들은 도면들에 단독으로 도시된 구현들로 제한되는 것으로 의도되지 않고 대신, 당업자에게 쉽게 명백할 바와 같이, 넓은 응용가능성을 가진다.
일부 구현들에서, 광학 터치 스크린 장치는 터치 이벤트로부터의 산란된 광을 광 센서상의 상관된 위치들로 선택적으로 방향 변경함으로써 터치 이벤트의 위치를 결정하도록 구성된다. 광은 터치 이벤트를 야기하는 객체에 의해 산란된다. 터치 스크린 장치는 터치 스크린 장치의 터치 인터페이스를 형성하는 주 표면을 가진 광 가이드, 광 가이드내에 광을 주입하기 위한 광 소스, 산란된 주입된 광을 검출하기 위한 광 센서, 및 광을 광 센서로 방향 변경하기 위한 픽셀로 된 광-터닝층을 포함할 수 있다. 픽셀로 된 광-터닝층은 픽셀들을 형성하는 광-터닝 피처들을 포함한다. 광-터닝층은 일부 구현들에서 홀로그래픽층일 수 있으며, 주 표면을 향하여, 예를 들어 광 가이드 바로 아래에 배치될 수 있다. 디스플레이는 광-터닝층 아래에 제공될 수 있다. 광-터닝층의 각각의 픽셀은 다른 위치들로 광을 보내지 않고, 단지 광 센서의 수광 표면상의 하나 이상의 특정한 미리 정의된 "상관된" 위치들에만 광을 방향 변경하도록 구성될 수 있다.
동작시에, 일부 구현들에 따르면, 광 소스는 광 가이드에 광을 주입할 수 있다. 손가락과 같은 객체가 광 가이드의 주 표면을 터치할 때, 광 소스로부터 광 가이드를 통해 전파하는 광은 산란될 수 있다. 광-터닝층은 객체 바로 아래에 배치되고, 산란된 광을 수신한다. 산란된 광의 일부는 광-터닝층의 픽셀에 의해 광 센서상의 상관된 위치에 보내질 수 있다. 터치 이벤트의 위치는 픽셀에 의해 방향 변경된 광을 수신하는 특정 센서 위치에 기초하여 프로세서에 의해 결정될 수 있다. 터치 인터페이스의 표면 위에서 픽셀들의 위치들이 정해지고 알려지기 때문에, 그리고 일부 구현들에서 픽셀들이 아래방향으로 산란되었던 광을 대부분 방향 변경한다는 가정을 사용하기 때문에, 터치 이벤트의 위치는 산란된 광을 수신하는 픽셀 바로 위에 있는 것으로 이해되며, 터치 이벤트의 위치는 광 센서의 수광 표면의 어느 부분이 광을 수신하였는지를 결정함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 광 센서상의 주어진 위치에서의 광의 수신은 객체가 터치 스크린의 특정 영역에 접촉하였음을 표시한다.
본 개시내용에서 설명된 요지의 특정 구현들은 이하의 잠재적인 장점들 중 하나 이상을 달성하도록 구현될 수 있다. 터치 이벤트들은 픽셀로 된 홀로그래픽 층과 같은 픽셀로 된 광-터닝층을 가진 터치 스크린과 광학 원리들에 기초하여 정확하게 검출될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 픽셀로 된 광-터닝층은 전극들을 활용하는 종래의 터치 스크린들로부터 유발될 수 있는 이미지 저하를 감소시키거나 또는 방지할 수 있다. 터치 스크린이 디스플레이 위에, 즉 뷰어와 디스플레이 사이에 배치될 수 있기 때문에, 전극들은 광학 아티팩트(optical artifact)들을 유발할 수 있다. 전극들을 제거하면 이들 아티팩트들이 방지될 수 있다. 더욱이, 광학 터치 스크린은 복잡한 전극 패턴들이 형성될 필요가 없기 때문에 전극-기반 터치 스크린들 보다 제조하기가 간단할 수 있다. 더욱이, 터치 스크린에 대한 광 가이드는 일부 구현들에서 디스플레이에 대한 전방 광과 통합될 수 있어서 디스플레이 시스템에 대한 부품들의 수를 감소시킬 수 있는데, 이는 제조 및 부품 비용들을 감소시키고 또한 디스플레이 디바이스의 두께를 감소시키기 위한 장점들을 가질 수 있다.
설명된 구현들이 적용될 수 있는 적절한 MEMS 디바이스의 예는 반사성 디스플레이 디바이스이다. 반사성 디스플레이 디바이스들은 광학 간섭의 원리들을 사용하여 자신에 입사되는 광을 선택적으로 흡수하고 그리고/또는 반사하는 간섭측정 변조기(IMOD)들을 포함할 수 있다. IMOD들은 흡수기, 흡수기에 대해 이동가능 반사기, 및 흡수기와 반사기 사이에 정의되는 광학 공진 공동을 포함할 수 있다. 반사기는 2개 이상의 상이한 위치들로 이동될 수 있는데, 이는 광학 공진 공동의 크기를 변경시키고 이에 의해 간섭측정 변조기의 반사성에 영향을 줄 수 있다. IMOD들의 반사 스펙트럼(reflectance spectrum)들은 상이한 칼라들을 생성하기 위해 가시 파장들에 걸쳐 시프트될 수 있는 다소 넓은 스펙트럼 대역들을 생성할 수 있다. 스펙트럼 대역의 위치는 광학 공진 공동의 두께를 변경시킴으로써, 즉 반사기의 위치를 변경시킴으로써 조절될 수 있다.
도 1은 간섭측정 변조기(IMOD) 디스플레이 디바이스의 일련의 픽셀(pixel)들 내의 2개의 인접한 픽셀들을 도시하는 사시도의 예를 도시한다. IMOD 디스플레이 디바이스는 하나 이상의 간섭측정 MEMS 디스플레이 엘리먼트들을 포함한다. 이들 디바이스들에서, MEMS 디스플레이 엘리먼트들의 픽셀들은 밝은 또는 어두운 상태일 수 있다. 밝은("릴렉스(relax)된", "개방된(open)" 또는 "온(on)") 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시광의 많은 부분을 예를 들어, 사용자에게 반사한다. 역으로, 어두운("작동된(actuated)", "폐쇄된(closed)" 또는 "오프(off)") 상태에서, 디스플레이 엘리먼트는 입사 가시광을 거의 반사하지 않는다. 일부 구현들에서, 온 및 오프 상태들의 광 반사율 특성들은 서로 뒤바뀔 수 있다. MEMS 픽셀들은 흑백 뿐만 아니라 칼라 디스플레이를 허용하는 특정 파장들에서 우세하게 반사하도록 구성될 수 있다.
IMOD 디스플레이 디바이스는 IMOD들의 행/열 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 IMOD는 에어 갭(또한, 광학 갭 또는 공동으로서 지칭됨)을 형성하기 위해 서로로부터 가변적이고 제어가능한 거리에 위치된 한 쌍의 반사 층들, 즉 이동가능 반사 층 및 고정된 부분적 반사 층을 포함할 수 있다. 이동가능 반사 층은 적어도 2개의 위치들 사이에서 이동될 수 있다. 제 1 위치, 즉 릴렉스 위치에서, 이동가능 반사 층은 고정된 부분적 반사 층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치될 수 있다. 제 2 위치, 즉 작동 위치에서, 이동가능 반사 층은 부분적 반사 층에 더 가깝게 위치될 수 있다. 2개의 층들로부터 반사하는 입사광은 이동가능 반사 층의 위치에 따라 보강적으로(constructively) 또는 상쇄적으로(destructively) 간섭하여, 각각의 픽셀에 대한 전반사(overall reflective) 또는 무반사(non-reflective) 상태를 산출할 수 있다. 일부 구현들에서, IMOD는 비작동될 때 가시 스펙트럼 내의 광을 반사하는 반사 상태에 있을 수 있고, 작동될 때 가시 범위 밖의 광(예를 들어, 적외선)을 반사하는 어두운 상태에 있을 수 있다. 그러나, 일부 다른 구현들에서, IMOD는 비작동될 때 어두운 상태에 있을 수 있고, 작동될 때 반사 상태에 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 전압의 인가는 픽셀들을 구동하여 상태들을 변경시킬 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 인가된 전하가 픽셀들을 구동하여 상태들을 변경시킬 수 있다.
도 1의 픽셀 어레이의 도시된 부분은 2개의 인접한 간섭측정 변조기들(12)을 포함한다. (예시된 바와 같이) 좌측의 IMOD(12)에서, 이동가능 반사 층(14)은, 부분적 반사 층을 포함하는 광학 스택(16)으로부터 미리 결정된 거리에서 릴렉스 위치에 예시되어 있다. 좌측의 IMOD(12)에 걸쳐 인가된 전압 VO는 이동가능 반사 층(14)의 작동을 야기하기에는 불충분하다. 우측의 IMOD(12)에서, 이동가능 반사 층(14)은 광학 스택(16) 근처의 또는 광학 스택(16)에 인접한 작동 위치에 예시되어 있다. 우측의 IMOD(12)에 걸쳐 인가된 전압 Vbias는 작동 위치에서 이동가능 반사 층(14)을 유지하기에 충분하다.
도 1에서, 픽셀들(12)의 반사 특성들은 픽셀들(12) 상에 입사하는 광(13)을 표시하는 화살표들, 및 좌측의 픽셀(12)로부터 반사하는 광(15)을 통해 일반적으로 예시된다. 상세히 예시되지는 않았지만, 픽셀들(12) 상에 입사하는 광(13)의 대부분이 투명 기판(20)을 통해 광학 스택(16)을 향해 투과될 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다. 광학 스택(16)상에 입사하는 광의 일부는 광학 스택(16)의 부분적 반사 층을 통해 투과될 것이고, 일부는 투명 기판(20)을 통해 다시 반사될 것이다. 광학 스택(16)을 통해 투과되는 광(13)의 일부는 다시 투명 기판(20)을 향해(그리고 이를 통해), 이동가능 반사 층(14)에서 반사될 것이다. 광학 스택(16)의 부분적 반사 층으로부터 반사된 광 및 이동가능 반사 층(14)으로부터 반사된 광 사이의 간섭(보강적 또는 상쇄적)이 픽셀(12)로부터 반사된 광(15)의 파장(들)을 결정할 것이다.
광학 스택(16)은 단일 층 또는 여러 층들을 포함할 수 있다. 층(들)은 전극 층, 부분적 반사 및 부분적 투과층, 및 투명 유전체 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은 전기적으로 전도성이고, 부분적으로 투명하고 부분적으로 반사성이며, 예를 들어, 위의 층들 중 하나 이상을 투명 기판(20) 상에 증착함으로써 제조될 수 있다. 전극 층은 다양한 금속들, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 다양한 물질들로 형성될 수 있다. 부분적 반사 층은 다양한 금속들과 같이 부분적으로 반사성인 다양한 물질들, 예를 들어, 크롬(Cr), 반도체들 및 유전체들로 형성될 수 있다. 부분적 반사 층은 물질들의 하나 이상의 층들로 형성될 수 있고, 층들 각각은 단일 물질 또는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 스택(16)은 흡광기 및 전도체 모두로서 역할을 하는 금속 또는 반도체의 단일 반-투명 두께를 가질 수 있는 반면, (예를 들어, 광학 스택(16)의 또는 IMOD의 다른 구조물들의) 상이한 더 전도성인 층들 또는 부분들은 IMOD 픽셀들 사이에 신호들을 버싱(bus)하는 역할을 할 수 있다. 광학 스택(16)은 또한 하나 이상의 전도성 층들 또는 전도성/흡수성 층을 커버하는 하나 이상의 절연 또는 유전체 층들을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 스택(16)의 층(들)은 평행한 스트립(strip)들로 패터닝될 수 있고, 하기에 추가로 설명될 바와 같이, 디스플레이 디바이스 내에 행 전극들을 형성할 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 용어 "패터닝된"은 마스킹 및 에칭 프로세스들을 지칭하도록 여기에서 사용된다. 일부 구현들에서, 알루미늄(Al)과 같은 높은 전도성 및 반사성 물질은 이동가능 반사 층(14)에 대해 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 디스플레이 디바이스 내의 열 전극들을 형성할 수 있다. 이동가능 반사 층(14)은 증착된 금속 층 또는 층들의 일련의 평행한 스트립들(광학 스택(16)의 행 전극들에 수직함)로서 형성되어, 포스트(post)들(18)의 최상부에 증착된 열들 및 포스트들(18) 사이에 증착된 중간 희생물질을 형성할 수 있다. 희생물질이 에칭될 때, 정의된 갭(19) 또는 광학 공동은 이동가능 반사 층(14) 및 광학 스택(16) 사이에 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 포스트들(18) 사이의 이격은 1-1000 um 정도일 수 있는 반면, 갭(19)은 10,000 옹스트롬(Å) 미만 정도일 수 있다.
일부 구현들에서, 작동 상태이든 또는 릴렉스 상태이든 간에, IMOD의 각각의 픽셀은 본질적으로, 고정된 그리고 이동가능 반사 층들에 의해 형성된 커패시터이다. 전압이 인가되지 않을 때, 이동가능 반사 층(14)은, 도 1의 좌측의 픽셀(12)에 의해 예시된 바와 같이, 이동가능 반사 층(14) 및 광학 스택(16) 사이의 갭(19)을 가지고, 기계적으로 릴렉스 상태로 유지된다. 그러나, 전위차, 예를 들어 전압이 선택된 행 및 열 중 적어도 하나에 인가될 때, 대응하는 픽셀에서의 행 및 열 전극들의 교차점에 형성된 커패시터가 충전되고, 정전기력(electrostatic force)이 전극들을 함께 끌어당긴다. 인가된 전압이 임계치를 초과하는 경우, 이동가능 반사 층(14)은 변형되어 광학 스택(16) 근처로 또는 광학 스택(16)에 맞닿게 이동할 수 있다. 도 1의 우측의 작동된 픽셀(12)에 의해 예시된 바와 같이, 광학 스택(16) 내의 유전체 층(도시안됨)은 층들(14 및 16) 간의 단락을 방지하고 층들(14 및 16)간의 분리 거리를 제어할 수 있다. 동작은, 인가된 전위차의 극성과는 무관하게 동일하다. 어레이 내의 일련의 픽셀들이 일부 경우들에서 "행들" 또는 "열들"로서 지칭될 수 있지만, 당업자는 한 방향을 "행"으로 그리고 또 다른 방향을 "열"로 지칭하는 것이 임의적이라는 것을 쉽게 이해할 것이다. 재언급하자면, 일부 배향들에서, 행들은 열들로 간주될 수 있고, 열들은 행들로 간주될 수 있다. 또한, 디스플레이 엘리먼트들은 직교하는 행들 및 열들("어레이")로 균일하게 배열되거나, 또는 예를 들어, 서로에 대해 특정한 위치적 오프셋들을 가지는 비-선형 구성들("모자이크(mosaic)")로 배열될 수 있다. 용어들 "어레이" 및 "모자이크"는 어느 한 구성을 지칭할 수 있다. 따라서, 디스플레이가 "어레이" 또는 "모자이크"를 포함하는 것으로서 지칭됨에도 불구하고, 엘리먼트들 자체는 임의의 경우, 서로 직교적으로 배열되거나, 또는 균일한 분포로 배치될 필요가 없고, 비대칭적 형상들 및 불균일하게 분포된 엘리먼트들을 가지는 배열들을 포함할 수 있다.
도 2는 3x3 간섭측정 변조기 디스플레이를 포함하는 전자 디바이스를 예시하는 시스템 블록도의 예를 도시한다. 전자 디바이스는 하나 이상의 소프트웨어 모듈들을 실행하도록 구성될 수 있는 프로세서(21)를 포함한다. 운영 체제의 실행에 더하여, 프로세서(21)는, 웹 브라우저, 전화 애플리케이션, 이메일 프로그램을 포함하는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션들, 또는 임의의 다른 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수 있다.
프로세서(21)는 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성될 수 있다. 어레이 드라이버(22)는 예를 들어, 디스플레이 어레이 또는 패널(30)에 신호들을 제공하는 행 드라이버 회로(24) 및 열 드라이버 회로(26)를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 IMOD 디스플레이 디바이스의 횡단면이 도 2의 라인 1-1에 의해 도시된다. 도 2가 명료함을 위해 IMOD들의 3x3 어레이를 예시하지만, 디스플레이 어레이(30)는 매우 많은 수의 IMOD들을 포함할 수 있고, 열들 내의 IMOD들과는 상이한 개수의 행들 내의 IMOD들을 가질 수 있고, 그 역도 성립한다.
도 3은 도 1의 간섭측정 변조기에 대한 이동가능 반사 층 위치 대 인가된 전압을 예시하는 다이어그램의 예를 도시한다. MEMS 간섭측정 변조기들에 대해, 행/열(즉, 공통/세그먼트) 기록 프로시저는 도 3에 예시된 바와 같이 이들 디바이스들의 히스테리시스 특성을 이용할 수 있다. 간섭측정 변조기는 이동가능 반사 층, 또는 미러로 하여금 릴렉스 상태에서 작동 상태로 변경하도록 하기 위해 예를 들어 약 10볼트의 전위차를 필요로 할 수 있다. 전압이 그 값으로부터 감소될 때, 이동가능 반사 층은 전압을 다시 예를 들어 10볼트 미만으로 강하시킴에 따라 자신의 상태를 유지하지만, 이동가능 반사 층은 전압이 2볼트 미만으로 강하될때까지는 완전히 릴렉스하지 않는다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 대략 3 내지 7볼트의 전압 범위가 존재하는데, 여기서, 디바이스가 릴렉스되거나 또는 작동 상태 중 어느 하나에서 안정적인 인가 전압의 윈도우가 존재한다. 이는 "히스테리시스 윈도우(hysteresis window)" 또는 "안정성 윈도우(stability window)"로서 여기에서 지칭된다. 도 3의 히스테리시스 특성들을 가지는 디스플레이 어레이(30)에 대해, 행/열 기록 프로시저는 한번에 하나 이상의 행들을 어드레싱하도록 설계될 수 있고, 따라서, 주어진 행의 어드레싱동안, 작동될 어드레싱된 행들 내의 픽셀들은 예를 들어 약 10볼트의 전압차에 노출되고, 릴렉스될 픽셀들은 거의 0 볼트의 전압차에 노출된다. 어드레싱 이후, 픽셀들은, 이들이 이전 스트로빙(strobing) 상태를 유지하도록, 대략 5볼트의 정상 상태 또는 바이어스 전압차에 노출된다. 이 예에서, 어드레싱된 이후, 각각의 픽셀은 약 3-7볼트의 "안정성 윈도우" 내의 전위차를 겪는다. 이러한 히스테리시스 특성 특징(feature)은 예를 들어, 도 1에 예시된 픽셀 설계가, 동일한 인가 전압 조건들 하에서 작동된 또는 릴렉스된 기존 상태 중 어느 하나에서 안정적으로 유지되도록 한다. 작동 상태에 있는지 또는 릴렉스 상태에 있든 간에 각각의 IMOD 픽셀이 본질적으로 고정된 그리고 움직이는 반사 층들에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정 상태는, 실질적으로 전력의 소모 또는 손실 없이 히스테리시스 윈도우 내의 정상 전압에서 유지될 수 있다. 또한, 인가된 전압차가 실질적으로 고정되어 유지되는 경우, 본질적으로 IMOD 픽셀 내로 전류가 거의 흐르지 않거나 전혀 흐르지 않는다.
일부 구현들에서, 주어진 행 내의 픽셀들의 상태에 대한 (존재하는 경우) 원하는 변경에 따라, 이미지의 프레임은 열 전극들의 세트를 따라 "세그먼트" 전압들의 형태로 데이터 신호들을 인가함으로써 생성될 수 있다. 어레이의 각각의 행이 차례로 어드레싱될 수 있고, 따라서, 프레임은 한번에 하나의 행씩 기록된다. 원하는 데이터를 제 1 행 내의 픽셀들에 기록하기 위해, 제 1 행 내의 픽셀들의 원하는 상태에 대응하는 세그먼트 전압들이 열 전극들 상에 인가될 수 있고, 특정 "공통" 전압 또는 신호의 형태의 제 1 행 펄스가 제 1 행 전극에 인가될 수 있다. 이후, 세그먼트 전압들의 세트는 제 2 행 내의 픽셀들의 상태에 대한 (존재하는 경우) 원하는 변경에 대응하도록 변경될 수 있고, 제 2 공통 전압은 제 2 행 전극에 인가될 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1 행 내의 픽셀들은 열 전극들을 따라 인가되는 세그먼트 전압들의 변경에 의해 영향을 받지 않으며, 픽셀들이 제 1 공통 전압 행 펄스 동안 세팅되었던 상태로 유지된다. 이 프로세스는 이미지 프레임을 산출하기 위해 순차적 방식으로, 행들 또는 대안적으로 열들의 전체 시리즈들에 대해 반복될 수 있다. 프레임들은 초당 일부 원하는 수의 프레임들에서 이 프로세스를 계속 반복함으로써 새로운 이미지 데이터로 리프레시 및/또는 업데이트될 수 있다.
각각의 픽셀에 걸쳐 인가된 세그먼트 및 공통 신호들의 조합(즉, 각각의 픽셀에 걸린 전위차)은 각각의 픽셀에 대한 결과 상태를 결정한다. 도 4는 다양한 공통 및 세그먼트 전압들이 인가될 때 간섭측정 변조기의 다양한 상태들을 예시하는 표의 예를 도시한다. 당업자에 의해 쉽게 이해될 바와 같이, "세그먼트" 전압들은 열 전극들 또는 행 전극들 중 어느 하나에 인가될 수 있고, "공통" 전압들은 열 전극들 또는 행 전극들 중 다른 하나에 인가될 수 있다.
도 4에(뿐만 아니라 도 5b에 도시된 타이밍도에) 예시된 바와 같이, 릴리스 전압 VCREL이 공통 라인을 따라 인가될 때, 공통 라인을 따르는 모든 간섭측정 변조기 엘리먼트들은 세그먼트 라인들을 따라 인가되는 전압들, 즉 높은 세그먼트 전압 VSH 및 낮은 세그먼트 전압 VSL과는 무관하게, 대안적으로 릴리스된 또는 비작동 상태로서 지칭되는, 릴렉스 상태에 놓일 것이다. 특히, 릴리스 전압 VCREL이 공통 라인을 따라 인가될 때, 변조기에 걸린 전위 전압(대안적으로, 픽셀 전압으로서 지칭됨)은, 높은 세그먼트 전압 VSH 및 낮은 세그먼트 전압 VSL 모두가 그 픽셀에 대한 대응하는 세그먼트 라인을 따라 인가될 때 릴렉스 윈도우(도 3을 참조, 또한 릴리스 윈도우로서 지칭됨) 내에 있다.
높은 유지 전압 VCHOLD_H 또는 낮은 유지 전압 VCHOLD_L과 같은 유지 전압이 공통 라인에 인가될 때, 간섭측정 변조기의 상태는 일정하게 유지될 것이다. 예를 들어, 릴렉스된 IMOD는 릴렉스 위치에 유지될 것이고, 작동된 IMOD는 작동 위치에서 유지될 것이다. 유지 전압들은, 높은 세그먼트 전압 VSH 및 낮은 세그먼트 전압 VSL 모두가 대응하는 세그먼트 라인을 따라 인가될 때 픽셀 전압이 안정성 윈도우 내에서 유지되도록 선택될 수 있다. 따라서, 세그먼트 전압 스윙(segment voltage swing), 즉 높은 VSH와 낮은 세그먼트 전압 VSL 사이의 차이는 양의 또는 음의 안정성 윈도우 중 어느 하나의 폭보다 더 작다.
높은 어드레싱 전압 VCADD_H 또는 낮은 어드레싱 전압 VCADD_L과 같은 어드레싱 또는 작동 전압이 공통 라인에 인가될 때, 데이터는 개별 세그먼트 라인들을 따른 세그먼트 전압들의 인가에 의해 그 라인을 따라 변조기들에 선택적으로 기록될 수 있다. 세그먼트 전압들은 작동이 인가된 세그먼트 전압에 따르도록 선택될 수 있다. 어드레싱 전압이 공통 라인을 따라 인가될 때, 하나의 세그먼트 전압의 인가는 안정성 윈도우 내의 픽셀 전압을 초래하여, 픽셀이 비작동 상태로 유지하도록 할 것이다. 대조적으로, 다른 세그먼트 전압의 인가는 안정성 윈도우를 넘는 픽셀 전압을 초래하여, 픽셀의 작동을 초래할 것이다. 작동을 야기하는 특정 세그먼트 전압은 어느 어드레싱 전압이 사용되는지에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현들에서, 높은 어드레싱 전압 VCADD_H이 공통 라인을 따라 인가될 때, 높은 세그먼트 전압 VSH의 인가는 변조기로 하여금 자신의 현재 위치를 유지하도록 할 수 있는 반면, 낮은 세그먼트 전압 VSL의 인가는 변조기의 작동을 야기할 수 있다. 결과적으로, 낮은 어드레싱 전압 VCADD_L이 인가될 때 세그먼트 전압들의 효과는 반대가 될 수 있는데, 따라서 높은 세그먼트 전압 VSH은 변조기의 작동을 야기하며, 낮은 세그먼트 전압 VSL은 변조기의 상태에 대한 어떠한 영향도 가지지 않는다(즉, 안정상태를 유지).
일부 구현들에서, 변조기들에 걸린 동일한 극성의 전위차를 항상 산출하는 유지 전압들, 어드레스 전압들 및 세그먼트 전압들이 사용될 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 변조기들의 전위차의 극성을 교번시키는 신호들이 사용될 수 있다. 변조기들에 걸린 극성의 교번(즉, 기록 프로시저들의 극성의 교번)은 단일 극성의 반복되는 기록 동작들 이후에 발생할 수 있는 전하 누적을 감소시키거나 억제할 수 있다.
도 5a는 도 2의 3x3 간섭측정 변조기 디스플레이 내의 디스플레이 데이터의 프레임을 예시하는 다이어그램의 예를 도시한다. 도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하기 위해 사용될 수 있는 공통 및 세그먼트 신호들에 대한 타이밍도의 예를 도시한다. 신호들이 예를 들어, 도 2의 3x3 어레이에 인가될 수 있는데, 이는 궁극적으로 도 5a에 예시된 라인 시간(60e) 디스플레이 어레인지먼트(arrangement)를 초래할 것이다. 도 5a의 작동된 변조기들은 어두운-상태에, 즉 반사된 광의 상당 부분이 가시 스펙트럼의 외부에 있어서 예를 들어, 뷰어에게 어두운 외관을 초래하는 상태에 있다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀들은 임의의 상태에 있을 수 있지만, 도 5b의 타이밍도에 예시된 기록 프로시저는 각각의 변조기가 릴리스되었으며 제 1 라인 시간(60a) 이전에 비작동 상태에 있다고 가정한다.
제 1 라인 시간(60a) 동안, 릴리스 전압(70)이 공통 라인 1에 인가되고; 공통 라인 2에 인가된 전압은 높은 유지 전압(72)에서 시작하여 릴리스 전압(70)으로 이동하고; 낮은 유지 전압(76)이 공통 라인 3을 따라 인가된다. 따라서, 공통 라인 1을 따르는 변조기들(공통 1, 세그먼트 1)(1,2) 및 (1,3)은 제 1 라인 시간(60a)의 듀레이션 동안 릴렉스된 또는 비작동 상태를 유지하며, 공통 라인 2을 따르는 변조기들(2,1), (2,2) 및 (2,3)은 릴렉스 상태로 이동할 것이며, 공통 라인 3을 따르는 변조기들(3,1), (3,2) 및 (3,3)은 자신의 이전 상태를 유지할 것이다. 도 4를 참조하면, 세그먼트 라인들(1, 2 및 3)을 따라 인가된 세그먼트 전압들은, 공통 라인들(1, 2 또는 3) 중 어느 것도 라인 시간(60a)동안 작동을 야기하는 전압 레벨들(즉, VCREL - 릴렉스 및 VCHOLD_L - 안정)에 노출되지 않음에 따라, 간섭측정 변조기들의 상태에 대한 어떠한 영향도 가지지 않을 것이다.
제 2 라인 시간(60b) 동안, 공통 라인 1 상의 전압은 높은 유지 전압(72)으로 이동하고, 공통 라인 1을 따르는 모든 변조기들은, 어드레싱 또는 작동 전압이 공통 라인 1에 인가되지 않았기 때문에, 인가된 세그먼트 전압과는 무관하게 릴렉스 상태로 유지된다. 공통 라인 2을 따르는 변조기들은 릴리스 전압(70)의 인가로 인해 릴렉스 상태로 유지되고, 공통 라인 3을 따르는 변조기들 (3,1), (3,2) 및 (3,3)은 공통 라인 3을 따르는 전압이 릴리스 전압(70)으로 이동할 때 릴렉스할 것이다.
제 3 라인 시간(60c) 동안, 공통 라인 1은 공통 라인 1 상에 높은 어드레스 전압(74)을 인가함으로써 어드레싱된다. 낮은 세그먼트 전압(64)이 이 어드레스 전압의 인가 동안 세그먼트 라인들(1 및 2)을 따라 인가되기 때문에, 변조기들(1,1) 및 (1,2)에 걸린 픽셀 전압은 변조기들의 양의 안정성 윈도우의 높은 하이 엔드(high end)보다 더 크고(즉, 전압차가 미리 정의된 임계치를 초과함), 변조기들(1,1) 및 (1,2)은 작동된다. 역으로, 높은 세그먼트 전압(62)이 세그먼트 라인 3을 따라 인가되기 때문에, 변조기(1,3)에 걸린 픽셀 전압은 변조기들(1,1) 및 (1,2)의 전압보다 더 작으며, 변조기의 양의 안정성 윈도우 내에서 유지되고; 따라서 변조기(1,3)는 릴렉스 상태로 유지된다. 또한, 라인 시간(60c) 동안, 공통 라인 2를 따르는 전압은 낮은 유지 전압(76)으로 감소하고, 공통 라인 3을 따르는 전압은 릴리스 전압(70)으로 유지되어, 공통 라인들 2 및 3을 따르는 변조기들을 릴렉스 위치에 남아 있게 된다.
제 4 라인 시간(60d) 동안, 공통 라인 1 상의 전압은 높은 유지 전압(72)으로 돌아와서, 공통 라인 1을 따르는 변조기들이 자신들의 개별 어드레싱된 상태들에 남아 있게 된다. 공통 라인 2 상의 전압은 낮은 어드레스 전압(78)으로 감소된다. 높은 세그먼트 전압(62)이 세그먼트 라인 2을 따라 인가되기 때문에, 변조기(2,2)에 걸린 픽셀 전압은 변조기의 음의 안정성 윈도우의 로우 엔드(lower end) 미만이기 때문에, 변조기(2,2)가 작동되도록 한다. 역으로, 낮은 세그먼트 전압(64)이 세그먼트 라인들 1 및 3을 따라 인가되기 때문에, 변조기들(2,1) 및 (2,3)은 릴렉스 위치에 유지된다. 공통 라인 3 상의 전압은 높은 유지 전압(72)으로 증가하여, 공통 라인 3을 따르는 변조기들이 릴렉스 상태로 되게 한다.
마지막으로, 제 5 라인 시간(60e) 동안, 공통 라인 1 상의 전압은 높은 유지 전압(72)에서 유지되고, 공통 라인 2 상의 전압은 낮은 유지 전압(76)에서 유지되어, 공통 라인들 1 및 2를 따르는 변조기들이 자신들의 개별 어드레싱된 상태들에 남아 있게 된다. 공통 라인 3 상의 전압은 공통 라인 3을 따르는 변조기들을 어드레싱하기 위해 높은 어드레스 전압(74)으로 증가한다. 낮은 세그먼트 전압(64)이 세그먼트 라인들 2 및 3 상에 인가됨에 따라, 변조기들 (3,2) 및 (3,3)은 작동되는 반면, 세그먼트 라인 1을 따라 인가되는 높은 세그먼트 전압(62)은 변조기(3,1)로 하여금 릴렉스 위치에서 유지되도록 한다. 따라서, 제 5 라인 시간(60e)의 끝에서, 3x3 픽셀 어레이는 도 5a에 도시된 상태에 있으며, 다른 공통 라인들(도시안됨)을 따르는 변조기들이 어드레싱될 때 발생할 수 있는 세그먼트 전압의 변경들과는 무관하게, 유지 전압들이 공통 라인들을 따라 인가되는 한 그 상태로 유지될 것이다.
도 5b의 타이밍도에서, 주어진 기록 프로시저(즉, 라인 시간들(60a-60e))는 높은 유지 및 어드레스 전압들, 또는 낮은 유지 및 어드레스 전압들의 사용을 포함할 수 있다. 일단 기록 프로시저가 주어진 공통 라인에 대해 완료되면(그리고, 공통 전압이 작동 전압과 동일한 극성을 가지는 유지 전압으로 세팅되면), 픽셀 전압은 주어진 안정성 윈도우 내에서 유지되며, 릴리스 전압이 그 공통 라인에 인가될 때까지 릴렉스 윈도우를 통과하지 않는다. 게다가, 각각의 변조기가 변조기를 어드레싱하기 전에 기록 프로시저의 일부분으로서 릴리스됨에 따라, 변조기의 릴리스시간이 아닌 작동 시간이 필수 라인 시간을 결정할 수 있다. 구체적으로, 변조기의 릴리스 시간이 작동 시간보다 더 큰 구현들에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 릴리스 전압은 단일 라인 시간보다 더 오래 인가될 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 공통 라인들 또는 세그먼트 라인들을 따라 인가된 전압들은 상이한 칼라들의 변조기들과 같은 상이한 변조기들의 작동 및 릴리스 전압들의 변경들을 고려하도록 변경될 수 있다.
위에서 제시된 원리들에 따라 동작하는 간섭측정 변조기들의 구조물의 세부사항들은 폭넓게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 6a-6e는, 이동가능 반사 층(14) 및 이의 지지 구조물들을 포함한, 간섭측정 변조기들의 여러 구현들의 횡단면들의 예들을 도시한다. 도 6a는 도 1의 간섭측정 변조기 디스플레이의 부분적 횡단면의 예를 도시하고, 여기서, 금속 물질의 스트립, 즉 이동가능 반사 층(14)이 기판(20)으로부터 직교하여 연장하는 지지부들(18) 상에 증착된다. 도 6b에서, 각각의 IMOD의 이동가능 반사 층(14)은 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 형상이며, 테더(tether)들(32)상의 코너(corner)들에 있는 또는 코너들 근처의 지지부들에 부착된다. 도 6c에서, 이동가능 반사 층(14)은 일반적으로, 정사각형 또는 직사각형 형상이며, 플렉시블 금속(flexible metal)을 포함할 수 있는 변형가능 층(34)으로부터 현수될 수 있다. 변형가능 층(34)은, 직접적으로 또는 간접적으로, 이동가능 반사 층(14)의 주변 둘레에서 기판(20)에 연결될 수 있다. 이들 연결들은 여기에서 지지 포스트들로서 지칭된다. 도 6c에 도시된 구현들은 이동가능 반사 층(14)의 광학적 기능들을 이동가능 반사 층(14)의 기계적 기능들로부터 디커플링(decoupling)함으로써 유도하는 추가적인 이점들을 가지며, 이러한 디커플링은 변형가능 층(34)에 의해 수행된다. 이러한 디커플링은 반사 층(14)에 대해 사용되는 구조물 설계 및 물질들 및 변형가능 층(34)에 대해 사용되는 구조물 설계 및 물질들이 서로 독립적으로 최적화되도록 한다.
도 6d는 IMOD의 또 다른 예를 도시하며, 여기서 이동가능 반사 층(14)은 반사 서브-층(sub-layer)(14a)을 포함한다. 이동가능 반사 층(14)은 지지 포스트들(18)과 같은 지지 구조물 상에 존재한다. 지지 포스트들(18)은 하부 고정 전극(즉, 예시된 IMOD 내의 광학 스택(16)의 일부)로부터의 이동가능 반사 층(14)의 분리를 제공하고, 따라서, 예를 들어, 이동가능 반사 층(14)이 릴렉스 위치에 있을 때, 갭(19)이 이동가능 반사 층(14) 및 광학 스택(16) 사이에 형성된다. 이동가능 반사 층(14)은 또한 전극으로서 역할을 하도록 구성될 수 있는 전도성 층(14c), 및 지지층(14b)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 전도성 층(14c)은 기판(20)으로부터 먼(distal) 지지층(14b)의 한 측면 상에 배치되고, 반사 서브-층(14a)은 기판(20)에 가까운 지지층(14b)의 다른 측면 상에 배치된다. 일부 구현들에서, 반사 서브-층(14a)은 전도성일 수 있고, 지지층(14b) 및 광학 스택(16) 사이에 배치될 수 있다. 지지층(14b)은 유전체 물질, 예를 들어, 실리콘 옥시나이트라이드(SiON) 또는 이산화 실리콘(SiO2)의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지층(14b)은 예를 들어, Si02/SiON/Si02 삼중층(tri-layer) 스택과 같은 층들의 스택일 수 있다. 반사 서브-층(14a) 및 전도성 층(14c) 중 어느 하나 또는 둘 모두는, 예를 들어, 약 0.5% 구리(Cu)와의 알루미늄(Al) 합금, 또는 또 다른 반사성 금속 물질을 포함할 수 있다. 유전체 지지층(14b) 위 아래에 전도성 층들(14a 및 14c)을 사용하는 것은 응력들의 균형을 맞추고, 향상된 전도성을 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사 서브-층(14a) 및 전도성 층(14c)은 이동가능 반사 층(14) 내의 특정 응력 프로파일들을 달성하는 것과 같은 다양한 설계 목적들을 위해 상이한 물질들로 형성될 수 있다.
도 6d에 예시된 바와 같이, 일부 구현들은 또한 블랙 마스크 구조물(23)을 포함할 수 있다. 블랙 마스크 구조물(23)은 주변광 또는 미광을 흡수하기 위해 (예를 들어, 픽셀들 사이의 또는 포스트들(18) 아래의) 광학적으로 비활성 영역들에 형성될 수 있다. 블랙 마스크 구조물(23)은 또한 광이 디스플레이의 비활성 부분들로부터 반사되거나 디스플레이의 비활성 부분들을 통해 투과되지 않도록 함으로써 디스플레이 디바이스의 광학 특성들을 개선하고, 이에 의해 콘트라스트 비를 증가시킬 수 있다. 부가적으로, 블랙 마스크 구조물(23)은 전도성이며, 전기적 버싱층(electrical bussing layer)으로서 기능하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 행 전극들은 연결된 행 전극들의 저항을 감소시키기 위해 블랙 마스크 구조물(23)에 연결될 수 있다. 블랙 마스크 구조물(23)은 증착 및 패터닝 기술들을 포함하는 다양한 방법들을 사용하여 형성될 수 있다. 블랙 마스크 구조물(23)은 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 블랙 마스크 구조물(23)은, 각각 약 30-80Å, 500-1000Å, 및 500-6000Å의 범위의 두께를 가지는, 흡광기로서 역할을 하는 몰리브덴-크롬(MoCr)층, 층, 및 반사기 및 버스 층으로서 역할을 하는 알루미늄 합금을 포함한다. 하나 이상의 층들은, 예를 들어, MoCr 및 Si02층들을 위한 탄소 테트라플루오라이드(CF4) 및/또는 산소(O2), 및 알루미늄 합금층을 위한 염소(Cl2) 및/또는 붕소 트리클로라이드(BCl3)을 포함하며, 포토리소그래피 및 건식 에칭을 포함하는 다양한 기술들을 사용하여 패터닝될 수 있다. 일부 구현들에서, 블랙 마스크(23)는 에탈론 또는 간섭측정 스택 구조물일 수 있다. 이러한 간섭측정 스택 블랙 마스크 구조물들(23)에서, 전도성 흡수기들은 각각의 행 또는 열의 광학 스택(16) 내의 하부의 고정 전극들 사이에서 신호들을 전송하거나 버싱(bus)하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 스페이서층(35)은 일반적으로, 블랙 마스크(23) 내의 전도성 층들로부터 흡수층(16a)을 전기적으로 격리하는 역할을 할 수 있다.
도 6e는 IMOD의 또 다른 예를 도시하며, 여기서, 이동가능 반사 층(14)은 자가-지지적이다. 도 6d와 대조적으로, 도 6e의 구현은 지지 포스트들(18)을 포함하지 않는다. 대신, 이동가능 반사 층(14)은 다수의 위치들에서의 아래에 놓인(underlying) 광학 스택(16)에 접촉하고, 이동가능 반사 층(14)의 곡률(curvature)은, 간섭측정 변조기에 걸린 전압이 작동을 야기하기에는 불충분할 때 이동가능 반사 층(14)이 도 6e의 비작동 위치로 돌아가기에 충분한 지지를 제공한다. 복수의 여러 상이한 층들을 포함할 수 있는 광학 스택(16)은 명료함을 위해 흡광기(16a) 및 유전체(16b)를 포함하는 것으로 여기에 도시된다. 일부 구현들에서, 흡광기(16a)는 고정 전극 및 부분적 반사 층 둘 모두로서 역할을 할 수 있다.
도 6a-6e에 도시된 것과 같은 구현들에서, IMOD들은, 이미지들이 투명 기판(20)의 전방 측면, 즉 변조기가 배열되는 측의 반대측으로부터 보여지는, 다이렉트 뷰(direct-view) 디바이스로서 기능한다. 이들 구현들에서, 디바이스의 후방 부분들(즉, 예를 들어, 도 6c에 예시된 변형가능층(34)을 포함하는 이동가능 반사 층(14) 뒤의 디스플레이 디바이스의 임의의 부분)은, 디스플레이 디바이스의 이미지 품질에 영향을 끼치거나(impact) 부정적으로 영향을 주지 않게 구성되고 동작될 수 있는데, 왜냐하면, 반사 층(14)이 디바이스의 해당 부분들을 광학적으로 차폐하기 때문이다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 이동가능 반사 층(14) 뒤에 버스 구조물(예시되지 않음)이 포함될 수 있으며, 이는 전압 어드레싱 및 이러한 어드레싱으로부터 초래되는 움직임들과 같은, 변조기의 전기기계적 특성들로부터 변조기의 광학적 특성들을 분리하기 위한 능력을 제공한다. 부가적으로, 도 6a-6e의 구현들은 예를 들어 패터닝과 같은 프로세싱을 단순화할 수 있다.
도 7은 간섭측정 변조기에 대한 제조 프로세스(80)를 예시하는 흐름도의 예를 도시하고, 도 8a-8e는 이러한 제조 프로세스(80)의 대응하는 스테이지들의 횡단면의 개략적 예시들의 예들을 도시한다. 일부 구현들에서, 제조 프로세스(80)는, 도 7에 도시되지 않은 다른 블록들에 추가하여, 예를 들어 도 1 및 6에 예시된 일반적 타입의 간섭측정 변조기들을 제조하기 위해 구현될 수 있다. 도 1, 6 및 7을 참조하면, 프로세스(80)는 블록(82)에서 기판(20) 위에 광학 스택(16)을 형성하는 것으로 시작한다. 도 8a는 기판(20) 위에 형성된 이러한 광학 스택(16)을 예시한다. 기판(20)은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명 기판일 수 있고, 이는 유연하거나 또는 비교적 딱딱하여 구부러지지 않을 수 있으며, 광학 스택(16)의 효율적 형성을 용이하게 하기 위한 사전 준비 프로세스들, 예를 들어, 세정 처리되었을 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 광학 스택(16)은 전기적으로 전도성이고, 부분적으로 투명하고 부분적으로 반사성일 수 있으며, 예를 들어, 투명 기판(20) 상에 원하는 특징들을 가지는 하나 이상의 층들을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 도 8a에서, 광학 스택(16)은 서브-층들(16a 및 16b)을 가지는 다층 구조물을 포함하지만, 일부 다른 구현들에서 더 많거나 더 적은 서브-층들이 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a 및 16b) 중 하나는 결합된 전도체/흡수기 서브-층(16a)과 같은 광학적 흡수성 및 전도성 특성들 모두를 가지도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 서브-층들(16a, 16b) 중 하나 이상은 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있고, 디스플레이 디바이스 내에 행 전극들을 형성할 수 있다. 이러한 패터닝은 마스킹 및 에칭 프로세스 또는 당해 기술분야에 공지된 또 다른 적절한 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(16a 및 16b) 중 하나는 하나 이상의 금속 층들(예를 들어, 하나 이상의 반사 및/또는 전도성 층들) 위에 증착되는 서브-층(16b)과 같은 절연 또는 유전체 층일 수 있다. 더욱이, 광학 스택(16)은 디스플레이의 행들을 형성하는 개별 및 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있다.
프로세스(80)는 블록(84)에서 광학 스택(16) 위에 희생 층(25)을 형성하는 것으로 계속한다. 희생 층(25)은 (예를 들어, 블록 90에서) 공동(19)을 형성하기 위해 추후 제거되고, 따라서, 희생 층(25)은 도 1에 예시된 결과적인 간섭측정 변조기들(12)에는 도시되지 않는다. 도 8b는 광학 스택(16) 위에 형성된 희생 층(25)을 포함하는 부분적으로 제조된 디바이스를 예시한다. 광학 스택(16) 위에 희생 층(25)을 형성하는 것은, 후속적 제거 이후에 원하는 설계 크기를 가지는 갭 또는 공동(19)(또한 도 1 및 8e를 참조)을 제공하기 위해 선택된 두께로, 몰리브덴(Mo) 또는 비정질 실리콘(Si)과 같은 제논 다이플루오라이드(XeF2)-에칭가능 물질의 증착을 포함할 수 있다. 희생 물질의 증착은 물리 기상 증착 (PVD, 예를 들어 스퍼터링), 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD), 열적 화학 기상 증착(열 CVD), 또는 스핀 코팅과 같은 증착 기술들을 사용하여 수행될 수 있다.
프로세스(80)는 블록(86)에서 지지 구조물, 예를 들어, 도 1, 도 6 및 도 8c에 예시된 것과 같은 포스트(18)의 형성으로 계속한다. 포스트(18)의 형성은 지지 구조물 어퍼처를 형성하기 위해 희생 층(25)을 패터닝하는 것, 및 이후 포스트(18)를 형성하기 위해, PVD, PECVD, 열적 CVD 또는 스핀-코팅과 같은 증착 방법을 사용하여, 어퍼처 내로 물질(예를 들어, 폴리머 또는 무기 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물)을 증착시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 희생 층에 형성된 지지 구조물 어퍼처는 희생 층(25) 및 광학 스택(16) 모두를 통해 아래에 놓인 기판(20)으로 연장될 수 있고, 따라서, 포스트(18)의 하부 단부는 도 6a에 예시된 바와 같이 기판(20)에 접촉한다. 대안적으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 희생 층(25)에 형성된 어퍼처는 희생 층(25)은 통하지만 광학 스택(16)은 통하지 않게 연장할 수 있다. 예를 들어, 도 8e는 광학 스택(16)의 상부 표면과 접촉하는 지지 포스트들(18)의 하부 단부들을 예시한다. 포스트(18) 또는 다른 지지 구조물들은 희생 층(25) 위에 지지 구조물 물질의 층을 증착시키고, 희생 층(25) 내의 어퍼처들로부터 떨어져 위치된 지지 구조물 물질의 일부분들을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 지지 구조물들은 도 8c에 예시된 바와 같이 어퍼처들 내에 위치될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 적어도 부분적으로 희생 층(25)의 일부분 위에 연장할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 희생 층(25) 및/또는 지지 포스트들(18)의 패터닝은 패터닝 및 에칭 프로세스에 의해 수행될 뿐만 아니라, 대안적인 에칭 방법들에 의해 수행될 수 있다.
프로세스(80)는 블록(88)에서 도 1, 6 및 8d에 예시된 이동가능 반사 층(14)과 같은 이동가능 반사 층 또는 막의 형성으로 계속한다. 이동가능 반사 층(14)은, 하나 이상의 패터닝, 마스킹 및/또는 에칭 단계들과 함께, 하나 이상의 증착 단계들, 예를 들어 반사 층(예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금) 증착을 사용함으로써 형성될 수 있다. 이동가능 반사 층(14)은 전기적으로 전도성일 수 있고, 전기적 전도성 층으로서 지칭될 수 있다. 일부 구현들에서, 이동가능 반사 층(14)은 도 8d에 도시된 바와 같은 복수의 서브-층들(14a, 14b 및 14c)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 서브-층들(14a, 14c)과 같은 서브-층들 중 하나 이상은 이들의 광학 특성들에 대해 선택된 높은 반사성의 서브-층들을 포함할 수 있고, 또 다른 서브-층(14b)은 자신의 기계적 특성들에 대해 선택된 기계적 서브-층을 포함할 수 있다. 희생 층(25)이 블록(88)에서 형성된 부분적으로 제조된 간섭 측정 변조기에 여전히 존재하기 때문에, 이동가능 반사 층(14)은 통상적으로 이 스테이지에서 이동가능하지 않다. 희생 층(25)을 포함하는 부분적으로 제조된 IMOD는 또한 "릴리스되지 않은" IMOD로서 여기에서 지칭될 수 있다. 도 1과 관련하여 전술된 바와 같이, 이동가능 반사 층(14)은 디스플레이의 열들을 형성하는 개별적인 그리고 평행한 스트립들로 패터닝될 수 있다.
프로세스(80)는 블록(90)에서 공동, 예를 들어, 도 1, 도 6 및 도 8e에 예시된 바와 같은 공동(19)의 형성으로 계속된다. 공동(19)은 (블록(84)에서 증착된) 희생 물질(25)을 에천트에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, Mo 또는 비정질 Si와 같은 에칭가능한 희생 물질은 건식 화학 에칭에 의해, 즉 원하는 양의 물질을 제거하기에 효과적인 시간 기간 동안 고체 XeF2로부터 유도된 증기들과 같은, 가스상태 또는 증기상태 에천트에 희생 층(25)을 노출시킴으로써 제거될 수 있는데, 통상적으로 희생물질은 공동(19)을 둘러싸는 구조물들에 대해 선택적으로 제거된다. 다른 에칭 방법들, 예를 들어, 습식 에칭 및/또는 플라즈마 에칭이 또한 사용될 수 있다. 희생 층(25)이 블록(90) 동안 제거되기 때문에, 이동가능 반사 층(14)은 통상적으로 이 스테이지 이후에 이동가능하다. 희생 물질(25)의 제거 이후, 결과적인 완전히 또는 부분적으로 제조된 IMOD는 "릴리스된" IMOD로서 여기에서 지칭될 수 있다.
전기기계 변조기들을 포함하는 디스플레이들과 같은 전자 디바이스들은 사용자 입력들을 받아들이는 터치 스크린들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 터치 스크린 장치는 광학-기반일 수 있으며, 터치 스크린의 터치 입력 표면과 접촉하는 객체, 예를 들어 사용자 손가락의 위치를 결정하기 위한 광을 검출할 수 있다. 접촉 객체로부터의 산란된 광은 터치 이벤트의 발생 및 위치를 결정하기 위하여 광 센서에 의해 검출될 수 있다. 광-터닝층은 접촉 객체로부터의 산란된 광을 광 센서로 보내기 위하여 사용될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 일부 구현들에 따라, 픽셀로 된 광-터닝층을 가진 터치 스크린 장치(900)의 사시도들의 예들을 도시한다. 터치 스크린 장치(900)는 광 가이드(910), 광 센서(920), 광 소스(940) 및 픽셀로 된 광-터닝층(912)을 포함할 수 있다. 도 9b에 도시된 구현에서, 터치 스크린 장치(900)는 또한 디스플레이(930)를 포함할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 광 가이드(910)는 사용자의 손가락과 같은 객체와의 접촉을 수용하는 터치 입력 표면으로서 기능을 할 수 있는 전방 주 표면(911)을 포함할 수 있다. 후방 주 표면(915)은 전방 표면(911) 맞은편에 있다. 광 가이드(910)의 코너에서, 광 입력 표면(916a)은 광 소스(940)에 의해 방사되는 광을 수신하기 위하여 제공될 수 있다. 일부 구현들에서, 광 가이드(910)는 2개 이상의 광 입력 표면들을 포함할 수 있다. 광 가이드(910)는 또한 광 센서(920)에 광을 제공하기 위한 광-출력 표면(913)을 포함할 수 있다. 광 입력 및 광 출력 표면들(918 및 913)이 광 가이드(910)의 에지들에 예시된 반면에, 다양한 구현들에서는 광 입력 및 출력 표면들이 전방 표면(911) 또는 후방 표면(915) 중 하나 이상의 표면의 부분들로서 또는 전방(911) 및 후방(915) 표면들 주변에 배치된 광 가이드의 에지들(예를 들어 에지들(915, 916, 917 또는 918)) 중 하나 이상의 에지상에 배치되는 것이 가능하다. 일부 구현들에서, 예시된 바와같이, 배경 잡음을 감소시키기 위하여, 광 소스(940) 및 광 센서(920)는 직접 서로를 향하지 않는다.
광 센서(920)는 광 가이드(910)의 광-출력 표면(913)을 따라 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 광 센서(920)는 개별 수광 위치들의 어레이를 가진 수광 표면을 가진 단일 광 감지 디바이스(예를 들어, CMOS 또는 CCD 센서와 같은 이미지 센서)일 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 광 센서(920)는 함께 배열되는 복수의 수광 디바이스들을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 광 센서(920)는 가시 스펙트럼 밖의 파장들의 광을 포함하는 광을 감지할 수 있으며, 광 소스(940)는 이들 파장들 중 적어도 하나의 파장의 광을 방사하도록 구성될 수 있다. 적절한 파장들은 UV 및 적외선 뿐만아니라 가시 범위 내의 파장들의 광을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 여기에서 논의되는 바와같이, 광 가이드(910)에는 광 센서(920) 쪽으로 입사 광을 방향 변경하는 픽셀들 P를 형성하는 광-터닝 피처들이 제공될 수 있다. 가시광과의 상호작용들을 감소시키는 것이 바람직한, 예를 들어 터치 스크린 장치(900)가 디스플레이(930)(도 9b)를 포함하는 일부 구현들에서, 광 소스(940) 및 광 센서(920)는 가시 스펙트럼 밖의 파장들의 광을 방사 및 검출하도록 구성될 수 있다. 이는 (디스플레이로부터) (뷰어로) 광 가이드(910)를 통과하는 가시광에 대한 상기 픽셀들 P의 영향을 감소시킬 수 있다.
광 소스(940)는 적절한 파장의 광을 광 가이드(910)에 주입하는데 적합한 임의의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 광 소스(940)는 하나 이상의 발광 다이오드(LED)들, 하나 이상의 백열전구들, 라이트 바(light bar), 하나 이상의 레이저들, 또는 임의의 다른 형태의 광 에미터와 같은 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 발광 디바이스일 수 있다. 일부 구현들에서, 광 소스(940)는 광 에미터들의 이격된 어레이의 하나에 있다.
도 9a를 계속해서 참조하면, 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 광 가이드(910)의 주 표면들 중 하나, 예를 들어 광 가이드(910)의 후방 표면(915)상에 형성되고 그리고/또는 이러한 후방 표면(915)을 향하는 광-터닝 피처들을 포함할 수 있다. 광-터닝 피처들은 픽셀들 P로 그룹핑된다. 각각의 픽셀 P는 하나 이상의 광 터닝 피처들에 의해 형성되는 광 터닝층(912)의 영역이며, 광 터닝 피처들의 각각은 광 센서(920) 상의 동일한 위치 또는 위치들 i1 내지 in의 동일한 세트에 광을 반복적으로 보내도록 구성된다. 이러한 위치 또는 위치들 i1 내지 in의 세트는 광 센서(920)상의 픽셀 P의 상관된 위치로서 지칭될 수 있다. 상이한 픽셀들은 광 센서(920)상의 상이한 상관된 위치들에 광을 보내는 광 터닝 피처들의 상이한 그룹들을 각각 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀들과 광 센서(920)의 수광 표면상의 위치들 사이에 일-대-일 대응이 존재할 수 있다. 일부 구현들에서, 광-터닝 픽셀 P는 광-터닝 픽셀들의 그리드의 부분을 형성할 수 있는 직사각형 영역을 점유할 수 있다. 예를 들어, 그리드의 각각의 픽셀은 직사각형 및/또는 정사각형일 수 있다. 일부 구현들에서, 각각의 픽셀은 약 5μm 내지 약 5mm × 약 5μm 내지 약 5mm의 치수들을 가질 수 있다. 이들 구현들의 일부에서, 각각의 픽셀은 약 5μm 내지 약 1mm × 약 50μm 내지 약 1mm의 치수들을 가질 수 있다. 일례로서, 각각의 픽셀은 약 1mm × 약 1mm의 치수들을 가질 수 있다. 다른 구현들에서, 픽셀들은 응용 또는 제조 프로세스에 따라, 원하는대로, 원형, 삼각형, 6각형 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다른 형상들을 가질 수 있다. 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀들은 일부 구현들에서 서로 상이한 형상들 및/또는 크기들을 가질 수 있다.
픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀들 P는 홀로그램들, 회절격자들, 마이크로구조들, 광-터닝 패싯(light-turning facet)들 또는 입사각들의 범위내에서 광-터닝 피처들상에 입사되는 광에 대해 작용할 수 있고 광 센서(920)의 다른 위치들에 광을 보내지 않고 입사광이 광 센서(920)상의 특정 위치 또는 위치들의 세트쪽으로만 선택적으로 방향 변경될 수 있도록 할 수 있는 다른 광학 피처들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광-터닝층(912)은 홀로그래픽 필름이며, 각각의 광-터닝 픽셀 P는 홀로그래픽 광 터닝 피처들로 형성된 홀로그래픽 픽셀일 수 있다. 홀로그래픽 광 터닝 피처들은 표면 또는 볼륨 홀로그램의 부분일 수 있으며, 홀로그래픽 픽셀들은 광 가이드(910)의 후방 표면(915)상에 배치된 홀로그래픽 필름내에 또는 이러한 홀로그래픽 필름상에 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 홀로그래픽 필름은 광 가이드(910) 상에 적층(laminate)될 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 광 가이드(910)와 일체화될 수 있으며, 픽셀들 P가 형성되는 광 가이드(910)의 부분일 수 있다.
배경 잡음을 감소시키고 터치 이벤트 검출의 정밀도를 개선하기 위하여, 각각의 광-터닝 픽셀 P는 단지 특정 타입들의 입사 광만을 방향 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9a를 계속 참조하면, 각각의 광-터닝 픽셀 P는 최상부 표면(911)에 대한 수직선에 대하여 중심을 둔 수용 콘(acceptance cone) Ω 내에서 그 픽셀에 입사하는 광선들 r만을 방향 변경할 수 있다. 수용 콘 Ω이 클 수록, 상이한 입사 편각 및 방위각을 가진 더 많은 산란된 광이 픽셀 P에 의해 센서(920)상의 자신의 상관된 위치로 방향 변경될 수 있다. 수용 콘 Ω은 광 가이드(910)의 전방 표면(911)과 접촉하는 객체 의해 산란된 광이 수용되고 광 소스(940)에 의해 방사되어 광 가이드(910)를 통해 전파하며 광 가이드(910)의 전방 표면(911)과 접촉하는 객체에 의해 산란되지 않는 광이 수용되지 않도록 선택될 수 있다. 일부 구현들에서, 광-터닝 픽셀 P의 수용 콘 Ω은 전방 표면(911)에 대한 수직선에 대한 입사광의 각도들, 약 ± 45°미만, 약 ± 35°미만, 약 ± 25°미만, 약 ± 15°미만, 약 ± 10°미만 또는 약 ± 5°미만의 범위를 포함한다. 일부 구현들에서, 각각의 광-터닝 픽셀 P에 대한 수용 콘들 Ω은 각각 대략 동일한 크기일 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 픽셀로 된 광-터닝 층의 픽셀들은 상이한 크기들의 수용 콘 Ω을 가질 수 있다.
제한된 수용 콘들 Ω을 가지는 것 외에, 여기에서 논의되는 바와 같은 일부 구현들에서는 각각의 광-터닝 픽셀 P는 단지 특정 파장들의 범위내의 광선들 r만을 방향 변경할 수 있다. 광-터닝 픽셀 P이 광 소스(940)에 의해 방사되는 광에 대응하는 범위내의 광의 단지 특정 파장들만을 방향 변경하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 광-터닝 픽셀 P에 의해 방향 변경되는 광은 UV 또는 적외선 광과 같은 가시 스펙트럼 밖의 파장들을 포함할 수 있다.
터치 스크린 장치(900)의 일부 구현들은 광 센서(920) 및/또는 광 소스(940)와 통신하는 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, 도 2 및 도 15b의 프로세서(21))를 포함할 수 있으며, 전방 표면(911)상의 특정 픽셀 및/또는 특정 위치와 광을 수신하는 센서(920)상의 위치들에 대응하는 데이터를 매핑시키도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 프로세서들은 객체가 전방 표면(911)과 접촉하는 위치를 결정하기 위한 특정 실행가능 명령들로 구성될 수 있다. 광을 수신하는 광 센서(920)상의 위치들과 광-터닝 픽셀들 P의 알려진 매핑이 주어지면, 하나 이상의 프로세서들은 터치 이벤트의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 9b를 지금 참조하면, 터치 스크린 장치(900)의 일부 구현들은 광 가이드(910) 아래에 있는 디스플레이(930)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 디스플레이(930)는 반사성 디스플레이이다. 예를 들어, 디스플레이(930)는 어레이(30)(도 2)로 배열되는 간섭측정 변조기들(12)(도 1)과 같은 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 간섭측정 변조기 반사성 디스플레이일 수 있다. 광 가이드(910) 아래에 있는 반사성 디스플레이를 가진 일부 구현들에서, 광 가이드(910)는 반사성 디스플레이(930)를 조명하기 위한 전방 광의 부분을 형성할 수 있다. 이러한 구현들에서, 광 가이드(910)는 광 가이드(910)내에서부터의 광을 디스플레이(930) 쪽으로 배출(eject)하여 그 디스플레이를 조명하는 광 터닝 피처들을 포함할 수 있다. 배출될 광은 광 소스(940)에 의해 광 가이드(910)내로 주입될 수 있다. 예를 들어, 광 소스(940)는 디스플레이(930)를 조명할 때 사용하기 위한, 가시 스펙트럼 내의 광 및 여기에서 논의된 터치 스크린 기능과 함께 사용하기 위한, 가시 스펙트럼 밖의 광을 포함하는, 넓은 범위의 파장들의 광을 방사할 수 있다. 다른 구현들에서, 터치 스크린 장치(900)는 전방 광으로서 사용하기 위한 개별 광 소스(도시안됨)를 더 포함할 수 있다.
여기에서 논의되는 바와같이, 터치 스크린 장치(900)는 광 소스들 및 광 센서들의 다양한 어레인지먼트들을 가진 다양한 구성들로 구현될 수 있다. 이들 구성들의 일부는 도 10a-도 13을 참조로 하여 이하에서 논의된다. 논의 및 예시를 용이하게 하기 위하여 도시되지 않는 반면에, 디스플레이(930)(도 9b)에는 이들 도면들에서 예시되는 근본적인 터치 스크린 구조들 각각이 제공될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 접촉 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성되는 터치 스크린 장치(1000)의 구현의 평면도 및 측면도의 예들을 도시한다. 터치 스크린 장치(1000)는 광 소스(940), 광 가이드(910), 픽셀로 된 광-터닝층(912) 및 흡광 구조들(1010a 및 1010b)을 포함할 수 있다. 예시를 위하여, 광-터닝층(912)의 픽셀들은 도 10a에 도시된 평면도로 예시된다. 예시된 바와같이, 2개의 광 센서들(920a 및 920b)이 제공되며, 이들 각각은 도 9a 및 도 9b의 광 센서(920)에 대응한다. 2개의 광 센서들(920a 및 920b)은 광 가이드(910)의 상이한 에지들에 따라 배치된다. 광 센서들(920a 및 920b)로부터 광 가이드(910)를 일직선으로 가로질러 흡광 구조들(1010a 및 1010b)이 있다. 흡광 구조들(1010a 및 1010b)은 광 소스(940)로부터 광선들(942)을 흡수하고 그리고/또는 광선(942)이 광 가이드(910)내로 다시 보내지는 것을 방지하기에 적절한 임의의 구조일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 흡광 구조들(1010a 및 1010b)은 광 가이드(910)내로 주입되는 주변광을 흡수하기에 적합한 임의의 구조일 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 계속해서 참조하면, 광 소스(940)는 광선들(942)을 광 가이드(910)내로 주입하기 위하여 광 가이드(910)에 대하여 배치될 수 있다. 광 소스(940)로부터의 광선들(942)은 광의 일부분이 광 가이드(910)의 주 표면들에 대하여 저-그레이지(low-graze) 각도로 광 가이드(120)의 적어도 일부분을 가로지르는 방향으로 전파하도록 광 가이드(910)내로 주입되며, 따라서 광은 내부 전반사("TIR")에 의해 광 가이드(910)내에서 반사된다. 이러한 방식으로, 광 소스(940)로부터 방사되는 광선들(942)은 광 가이드(910)를 통해 전파할 수 있다. 광 소스(940)는 광 가이드(910)내의 광선들(942)이 광 가이드(910)의 실질적으로 모든 전방 표면(911)에 제공되도록 구성될 수 있다. 도 10a-d에 예시된 예시적인 구현에서, 광 소스(940)는 광 가이드(910)의 코너에 배치될 수 있다. 광 소스(940)의 이러한 배치는 광 가이드(910)를 통해 광선들(942)을 균일하게 분배할 수 있으며 그리고/또는 광 가이드(910)의 특정 영역에 광이 가득 차는 것을 감소시킬 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 하나 이상의 광 소스들(940)은 광 센서(920)의 부분들 사이에서, 광 센서(920)와 동일한 광 가이드(910)의 에지상에 배치될 수 있다.
일부 구현들에서, 여기에서 설명되는 바와같이, 광 소스(940)는 광선들(942)이 주변광 및/또는 배경 광으로부터 충분히 구별될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적외선 발광 다이오드(LED)는 주변 가시 광으로부터, 광선들(942) 및 방향 변경된 광을 구별하기 위하여 활용될 수 있다. 특정 구현들에서, 광 소스(940)는 적외선 광이 또한 존재하는 배경으로부터 광선들(942)을 구별하기 위하여, 공지된 방식으로 펄스화로 될 수 있다.
도 10c 및 도 10d는 도 10a 및 도 10b의 터치 스크린과 접촉하는 객체(140)에 의해 산란되며 픽셀로 된 광-터닝층에 의해 광 센서로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예들을 도시한다. 객체(140)는 예를 들어 손가락, 펜, 스타일러스 등일 수 있다. 일부 구현들에서, 광선들은 산란되는데, 이때 광 가이드(910)를 통해 전파하는 광선들은 광 가이드(910)와 객체(140)의 접촉 지점에서 내부 전반사하는 것이 방지된다. 광은 객체(140)에 부딪쳐서, 객체 의해 광-터닝층(912)까지 아래쪽으로 산란되거나 또는 확산 반사될 수 있다. 예를 들어, 도 10c 및 도 10d에 도시된 바와같이, 객체(140)는 광선들(942) 중 하나를 픽셀로 된 광-터닝층(912)까지 아래쪽으로 산란시킬 수 있으며, 픽셀로 된 광-터닝층(912)에서 광선은 픽셀 P에 부딪치며, 픽셀 P는 센서들(920a 또는 920b) 상의 그 픽셀 P의 상관 위치로 그 광을 방향 변경한다. 예시된 바와같이, 상관된 위치는 센서(920b)상의 위치 ix이다.
광 입력을 수신하자 마자, 광 센서(920)는 객체(140)에 의해 산란되어 광 센서(920)의 특정 수광 위치에 부딪치는, 광 소스(940)로부터의 광을 표시하는 신호를 생성할 수 있다. 생성된 신호로부터, 터치 이벤트(즉, 객체(140)가 광 가이드(910)의 전방 표면을 터치하는) 위치는 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 어느 픽셀이 산란된 광을 수신하는 센서 위치에 대응하는지에 기초하여 유도될 수 있다. 프로세서(예를 들어, 도 2 및/또는 도 15b의 프로세서(21))는 광 센서(920)에 의해 생성된, 터치 이벤트를 표시하는 신호에 기초하여 터치 이벤트의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 산란된 광을 광 센서(920)에 보내는, 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀 P의 제 2 위치와 광 센서(920)에 부딪치는 광의 제 1 위치를 매핑시킬 수 있다. 이는 아래에 있는 픽셀 P에 광을 산란시키는 객체(140)의 위치를 표시할 수 있다.
객체(140)가 예시적인 목적들을 위해 하나의 픽셀 P 위에 도시될지라도, 객체(140)는 단지 하나의 픽셀의 일부분 위에 또는 2개 이상의 픽셀들 위에서 광 가이드(910)의 주 표면과 접촉하게 될 수 있다. 여기에서 설명된 터치 스크린 장치는 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 2개 이상의 픽셀에 대응하는 2개 이상의 센서 위치에 부딪치는 광에 응답하여 생성되는 신호들에 기초하여 터치 이벤트를 결정할 수 있다. 이들 신호들로부터, 터치 이벤트의 위치가 결정될 수 있다. 예를 들어, 터치 이벤트의 중심 위치는 광-터닝층(912)의 다수의 픽셀들에 의한 산란된 광의 수신을 표시하는 이러한 신호들로부터 유도될 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 지금 참조하면, 접촉 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치(1100)의 다른 구현의 평면도 및 측면도의 예들이 도시된다. 터치 스크린 장치(1100)는,터치 스크린 장치(1100)가 광학 디커플링 층(1110) 및 제 2 광 가이드(1120)를 추가적으로 포함할 수 있다는 점을 제외하고, 터치 스크린 장치(1000)와 실질적으로 동일할 수 있다. 광학 디커플링 층(1110)은 광 가이드(910)와 제 2 광 가이드(1120) 사이에 있다.
광학 디커플링 층(1110)은 위에 있는 광 가이드(910)로부터 제 2 광 가이드(1120)를 광학적으로 디커플링하도록 구성된다. 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 광학 디커플링 층(1110)과 광 가이드(1120) 사이에 배치될 수 있다. 광학 디커플링 층(1110)은 광 가이드(910)의 물질의 굴절률에 비하여 낮은 굴절률을 가진 광 투과 물질로 형성될 수 있으며, 광학 디커플링 층(1110)이 부착되는, 광 가이드(910)의 표면에서 떨어진 위치에서 TIR를 촉진하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 디커플링 층(1110)의 물질의 굴절률은 광 가이드(910)의 물질의 굴절률보다 적어도 약 0.1 낮을 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 광학 디커플링 층(1110)은 에어 또는 고체 상태 물질일 수 있다.
도 11c 및 도 11d는 도 11a 및 도 11b의 터치 스크린과 접촉하는 객체(140)에 의해 산란되며 픽셀로 된 광-터닝층(912)에 의해 광 센서(920)로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예들을 도시한다. 광선들(942)은 광 가이드(910)의 전방 표면(911)에 접촉하는 객체(140)에 의해 산란될때까지 광 가이드(910)내에서 전파할 수 있다. 광학 디커플링 층(1110)은 그레이징 각도들로 입사되는 광이 자신을 통과하는 것을 방지하나, 객체(140)로부터의 산란된 광 중 적어도 일부분은 광학 디커플링 층(1110)의 바로 아래에 있는 부분에 수직하며, 그 층(1110)을 통과한다. 광학 디커플링 층(1110)을 통과하는 광은 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀 P에 부딪칠 수 있다. 이후, 픽셀 P는 광 센서(920)상의 자신의 상관된 위치 ix로 광을 방향 변경한다. 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 투과적이며, 광은 점선 화살표(944)에 의해 도시된 바와같이 픽셀로 된 광-터닝층(912) 아래에 배치된 제 2 광 가이드(1120)를 통해 전파하여 광 센서(920)에 도달한다.
도 11a-도 11d를 계속해서 참조하면, 일부 구현들에서, 픽셀로 된 광-터닝층(912) 아래에 제 2 광 가이드(1120)를 추가하는 것은 특히 광 센서(920)에 의해 검출된 잡음을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광 소스들(940)로부터의 광은 자신이 제 2 광 가이드(1120)내로 산란될때까지 광 가이드(910)에서 계속 전파될 수 있다. 제 2 광 가이드(1120)들 통해 더 적은 광이 전파될 수 있기 때문에, 광 센서(920)에 의해 더 적은 잡음이 검출될 수 있다. 예를 들어, 광은 객체(140)에 의해 산란된 광이 제 2 광 가이드(1120)에 진입할때까지 제 2 광 가이드(1120)에 존재하지 않을 수 있다.
도 12a는 접촉 객체(140)의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치(1200)의 또 다른 구현의 평면도의 예를 도시한다. 도 12a에 예시된 터치 스크린 장치(1200)는 광 소스들(940a 내지 940n)의 어레이에 실질적으로 수직한 광 가이드(910)를 통해 광이 전파하도록 광을 시준하게 구성되는 복수의 개별 광 에미터들(940a 내지 940n)에 의해 형성되는 광 소스를 포함한다. 일부 구현들에서, 하나의 광 에미터는 광-터닝층(912)의 픽셀들의 각각의 행을 위하여 포함될 수 있다. 대안적으로, 광-터닝층(912)의 픽셀들의 각각의 행에 대하여 더 많거나 또는 더 적은 광 에미터들(940a 내지 940n)이 포함될 수 있다. 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)은 예를 들어 광 가이드(910)의 입력 에지를 따라 배치될 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)은 광 가이드(910)의 입력 에지내에 광을 순차적으로 펄스화할 수 있으며, 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀들은 광 센서(920)상의 자신들의 상관된 위치들 쪽으로 터치 이벤트와 연관된 산란된 광을 방향 변경시킬 수 있다. 광을 펄스화 하는 것에 부가적으로 또는 대안적으로, 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)은 2개 이상의 상이한 파장들을 가진 광을 방사하도록 구성될 수 있다. 상이한 광 소스들(940a 내지 940n)과 연관된 광은 일부 구현들에 따라 파장에 의해 적어도 부분적으로 구별될 수 있다.
터치 스크린 장치(1200)는 광 가이드(910)의 에지에 대해 가로축인, 광 가이드(910)의 에지를 따르는 광 센서(920)를 포함할 수 있으며, 광 가이드(910)의 에지를 따라 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)이 배치된다. 광 센서(920)의 다른 어레인지먼트들이 다른 구현들에서 활용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 광 센서(920)는 광 가이드(910)의 다른 에지들을 따라 배치될 수 있다. 다양한 구현들에서, 광 센서(920)는 광 가이드(910)의 2개 이상의 에지들을 따라 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 광 센서(920)는 수광 위치들 i1 내지 in의 라인 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 위치 i1 내지 in은 일부 구현들에 따라, 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀들의 열에 대응할 수 있다.
터치 스크린 장치(1200)는 도 10b 및/또는 도 11b의 픽셀로 된 광-터닝층(912) 및 광 가이드들(910 및/또는 920)의 다양한 구성들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린 장치(1200)는 예를 들어 도 10b에 도시된 바와같이 단일 광 가이드(910) 및 픽셀로 된 광-터닝층(912)을 포함할 수 있다. 다른 구현들에서, 터치 스크린 장치(1200)는 예를 들어 도 11b에 도시된 바와같이 2개의 광 가이드들(910 및 920), 광학 디커플링 층(1110) 및 픽셀로 된 광-터닝층(912)을 포함할 수 있다.
도 12b는 도 12a의 터치 스크린과 접촉하는 객체(140)에 의해 산란되며, 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀 P에 의해 광 센서(920) 상의 상관된 수광 위치 ix 로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예를 도시한다. 터치 이벤트의 위치는 광 센서(920)의 어느 상관된 위치가 객체(140)에 의해 산란되는 광을 검출하는지에 기초하여 그리고 광 소스(940a 내지 940n) 중 어느 광 소스가 검출되는 터치 이벤트에 대응하는 광을 방사하는지에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 광 소스(940a 내지 940n) 중 어느 광 소스가 광을 방사하는지는 광 소스들(940a 내지 940n)이 광을 순차적으로 방사하도록 구성되는 구현들에서 터치 이벤트의 타이밍에 기초하여 결정될 수 있다. 또 다른 예로서, 광 소스(940a 내지 940n) 중 어느 광 소스가 광을 방사하는지는 광 소스들(940a 내지 940n)이 2개 이상의 상이한 파장들의 광을 방사하도록 구성되는 구현들에서 광 센서(920)의 수신 표면에 부딪치는 광의 파장에 기초하여 결정될 수 있다. 광 소스들(940a 내지 940n) 중 어느 광 소스가 산란된 광을 방사하였는지에 대한 지식(펄스 타이밍 및/또는 광 파장에 기초하여 결정됨)은 하나의 축을 따르는 좌표를 제공할 수 있고 광을 수신하는 센서(920)의 상관된 수광 위치는 직교축을 따르는 좌표를 제공할 수 있어서 터치 이벤트의 위치가 결정되도록 할 수 있다.
도 12c는 도 12a의 터치 스크린과 동시에 접촉하는 2개의 객체들에 의해 산란되며 픽셀로 된 광-터닝층에 의해 광 센서로 방향 변경되는 선택된 광선들의 예를 도시한다. 터치 스크린 장치(1200)는 광 가이드(910)의 주 표면과 동시에 접촉하는 제 2 객체(140b) 및 제 1 객체(140a)에 대응하는 터치 이벤트들을 검출할 수 있다. 터치 스크린(1200)은 가상 접촉 위치들(140c 및 140d)로부터 제 1 객체(140a) 및 제 2 객체(140b)를 구별할 수 있다. 터치 스크린 장치(1200)는 상이한 시간들 및/또는 상이한 파장들에서 상이한 광 소스들(940a 내지 940n)로부터 광을 방사할 수 있다. 각각의 터치의 위치의 하나의 좌표는 상이한 시간들 및/또는 상이한 파장들에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 광 소스(940a 내지 940n)는 제 1 객체(140a)에 의해 산란되는 광을 방사할 수 있으며, 상이한 광 소스(940a 내지 940n)는 제 2 객체(140b)에 의해 산란되는 광을 방사할 수 있다. 동시 터치 이벤트들 각각의 위치는 각각의 객체에 의해 보내지는 광을 수신하는 센서 위치에 기초하여 그리고 광이 광 센서(920) 상의 상관된 위치들에 부딪치는 시간 및/또는 광 센서(920)상의 상관된 위치에 부딪치는 광의 파장에 기초하여 결정될 수 있다.
도 12d는 접촉 객체의 존재 및 위치를 검출하도록 구성된 터치 스크린 장치(1300)의 또 다른 구현들의 평면도의 예를 도시한다. 도 12a-도 12c의 터치 스크린 장치(1200)의 피처들 외에, 도 12d의 터치 스크린 장치(1300)는 시준 광을 제공하도록 구성된 제 2의 복수의 광 에미터들(941a 내지 941m)을 포함할 수 있으며, 따라서 광은 제 2의 복수의 광 에미터들(941a 내지 941m)에 실질적으로 수직한 광 가이드(910)를 통해 전파한다. 제 2의 복수의 광 에미터들(941a 내지 941m)은 예를 들어 도 12a-도 12c를 참조로 하여 설명된 바와같이 복수의 광 에미터들(940a 내지 940n)의 피처들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 제 2의 복수의 광 에미터들(941a 내지 941m)은 광 가이드(910)의 제 3 에지로 광을 방사하도록 구성될 수 있으며, 이 제 3 에지는 복수의 광 에미터들(940a 내지 940n)이 광 가이드(910)내로 광을 방사하도록 구성되는 에지와 상이하다. 도 12d에 예시된 구현에서, 복수의 광 에미터들(940a 내지 940n) 및 제 2의 복수의 광 에미터들(941a 내지 941m)이 광을 방사하도록 구성되는, 광 가이드(910)의 에지들은 인접하며 서로 직교한다.
도 12d를 계속해서 참조하면, 터치 스크린 장치(1300)는 또한 광 센서들(920a 내지 920b)을 포함한다. 광 센서(920a)는 광 가이드(910)의 에지 ― 이 광 가이드(910)의 에지를 따라 복수의 광 에미터들(940a 내지 940n)이 배치됨 ―에 대해 가로 축상에 배치되는 광 가이드(910)의 에지를 따라 배치될 수 있다. 광 센서(920b)는 광 가이드(910)의 에지 ― 이 광 가이드(910)의 에지를 따라 제 2의 복수의 광 에미터들(941a 내지 941m)이 배치됨―에 대해 가로 축상에 배치되는 광 가이드(910)의 에지를 따라 배치될 수 있다.
일부 구현들에 따르면, 복수의 광 소스들(940a 내지 940n) 및 제 2의 복수의 광 소스들(941a 내지 941m)은 광 가이드(910)의 입력 에지내에 광을 순차적으로 펄스화할 수 있으며, 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀들은 광 센서(920a 및/또는 920b)상의 자신들의 상관된 위치들쪽으로 터치 이벤트와 연관된 산란된 광을 방향 변경할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광 소스들(940a 내지 940n) 및 제 2의 복수의 광 소스들(941a 내지 941m)은 상이한 시간들에 광을 방사하도록 구성될 수 있으며, 광 센서들(920a 및 920b)은 자신을 향하는 광 소스가 광을 방사할 때 수신된 광을 무시하거나 또는 비활성화되도록 구성될 수 있다. 광을 펄스화하는 것에 부가적으로 또는 대안적으로, 복수의 광 소스들(940a 내지 940n) 및 제 2의 복수의 광 소스들(941a 내지 941m)은 2개 이상의 상이한 파장들을 가진 광을 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)은 광을 순차적으로 펄스화할 수 있으며, 제 2의 복수의 광 소스들(941a 내지 941m)은 2개 이상의 상이한 파장들을 가진 광을 방사할 수 있다. 2개의 복수의 광 소스들 및 2개의 광 센서들을 가지면, 터치 이벤트의 위치를 결정하기 위한 추가 데이터 포인트들을 제공함으로써 일부 구현들에서 터치 스크린(1300)의 정밀도 또는 해상도를 증가시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 제 1의 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)은 제 2의 복수의 광 소스들(941a 내지 941m)과 상이한 개수의 광 소스들을 가질 수 있다. 일부 다른 구현들에서, n은 m과 동일할 수 있으며, 제 1의 복수의 광 소스들(940a 내지 940n)은 제 2의 복수의 광 소스들(941a 내지 941m)과 동일한 개수의 광 소스들을 가질 수 있다.
예시적인 터치 스크린 장치들(1000, 1100, 1200 및 1300)은 대안적으로 또는 부가적으로 터치 이벤트를 검출하는 것과 관련하여 디스플레이(예를 들어, 도 9b의 디스플레이(930))로부터의 광 및/또는 주변광을 사용할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이로부터의 광 및/또는 주변광은 광 가이드(910)내로 주입될 수 있다. 광 센서(920)는 광 가이드(910)의 주 표면과 접촉하거나 또는 광 가이드(910)의 주 표면에 매우 근접한 객체(140)와 연관된 주변광의 부재를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 객체(140)는 주변광을 차단할 수 있으며, 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 객체(140)에 의해 차단되지 않은 픽셀들과 연관된 주변광을 광 센서(920)에 보낼 수 있다. 이후, 광 센서(920)는 주변광을 수신하지 않는 센서 위치를 표시하는 하나 이상의 신호들을 생성할 수 있다. 객체(140)와 연관된 터치 이벤트는 하나 이상의 생성된 신호들에 기초하여 결정될 수 있다.
도 13은 광 센서상의 위치들과 상관된 광-터닝 픽셀들의 예를 도시한다. 여기에서 설명된 바와같은 일부 구현들에서, 광 가이드와 접촉하는 객체가 검출되도록 하기 위하여, 객체에 의해 산란된 광은 광 센서상의 하나 이상의 특정 위치들에만 반복적으로 방향 변경될 수 있다. 객체의 위치를 나중에 결정하기 위하여, 광 센서 상의 하나 이상의 특정 위치들에의 객체의 2차원 위치의 매핑이 활용될 수 있다.
터치 스크린 장치들(900, 1000, 1100, 1200 및/또는 1300)에서, 광-터닝 픽셀들 대 광 센서(920) 상의 수광 위치들의 다양한 미리 정해진 상관들은 터치 이벤트의 위치를 검출할 때 사용될 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 광-터닝 픽셀들 대 수광 위치들의 미리 정의된 상관들은 광 센서상의 수광 위치들로서 서로 유사한 시퀀스 및/또는 상대적 공간 배향들을 가진 하나 이상의 픽셀들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 픽셀들 P4 - P6 및 수광 위치들 i4 - i6과 함께 예시된 바와같이, 하나 이상의 광-터닝 픽셀들 대 광 센서상의 수광 위치들의 미리 정의된 상관은 광 가이드(910)의 하나 이상의 픽셀들의 상대 위치와 매칭되지 않을 수 있다.
도 13을 참조하면, 픽셀들과 수광 위치들 간의 상관은 픽셀들 P1, P2, P3, ...,Pm으로부터 광 센서(920)상의 수광 위치들 i1, i2, i3, ...,in까지의 화살표들에 의해 예시된다. 일부 구현들에서, 광-터닝층의 픽셀과 광 센서상의 수광 위치 사이에 일-대-일 대응이 존재할 수 있다. 다른 구현들에서, 광 센서들(920a 또는 920b) 상의 2개 이상의 위치는 단일 픽셀에 대응할 수 있으며 그리고/또는 2개 이상의 픽셀은 광 센서(920a 또는 920b) 상의 하나의 위치에 대응할 수 있다. 2개 이상의 수광 위치가 단일 픽셀에 매핑되면서, 일부 구현들에서는 터치 이벤트의 위치의 더 정확한 그리고/또는 정밀한 결정이 검출될 수 있다. 2개 이상의 픽셀이 단일 수광 위치에 매핑되면서, 보다 적은 광 센서(920a 또는 920b)가 사용될 수 있다. 도 15b의 프로세서(21)와 같은 프로세서는 광 가이드 위의 위치들 및/또는 픽셀들에 대한 센서 위치들의 알려진 상관에 기초하여 객체의 위치와 센서 위치를 상관시키기 위한 특정 실행가능 명령들로 구성될 수 있다.
도 14는 일부 구현들에 따라 터치 이벤트의 위치를 결정하기 위한 프로세스(1400)를 예시하는 흐름도의 예를 도시한다. 블록(1402)에서, 픽셀로 된 광-터닝층의 픽셀로부터 센서 위치로 방향 변경된 광이 수신될 수 있다. 픽셀로 된 광-터닝층은 광 터닝층(912)(도 9a-13)에 대응할 수 있으며, 방향 변경된 광은 광 가이드(910)(도 9a-13) 및/또는 (1120)(도 11a-11d)를 통해 전파되어 광 센서(920)(도 9a-13)에 도달할 수 있다.
블록(1404)에서, 입사광을 수신하는 수광 위치는 객체의 위치와 상관될 수 있다. 수신한 광은 픽셀로 된 광-터닝층의 적어도 하나의 픽셀에 매핑될 수 있다. 특정 구현들에 따르면, 수광 위치는 픽셀로 된 광-터닝층의 단일 픽셀에 매핑될 수 있다.
블록(1406)에서, 터치 이벤트의 위치는 매핑에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 픽셀로 된 광-터닝층의 적어도 하나의 픽셀에의 수광 위치의 매핑은 터치 이벤트의 위치를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 터치 이벤트의 위치는 광 센서와 통신하는 임의의 적절한 프로세서에 의해 컴퓨팅될 수 있다. 일부 구현들에서, 프로세스(1400)는 복수의 광 소스들이 일부 구현들에 따라 광 가이드내로 광을 순차적으로 방사하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 이들 구현들에서, 상관은 복수의 광 소스들 중 어느 광 소스가 객체에 의해 산란되고 광 센서에 의해 수신되는 광을 방사하는지에 기초할 수 있다. 예를 들어, 터치 이벤트의 위치의 하나의 좌표는 광 센서의 위치가 광을 수신하는 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 시간은 특정 광 소스가 광을 방사할때와 매칭될 수 있으며, 이는 차례로 터치 이벤트의 위치의 적어도 하나의 좌표를 표시한다. 터치 이벤트에 대한 다른 좌표는 광을 수신하는 수광 위치로부터 결정될 수 있다.
프로세스(1400)는 2개 이상의 동시 터치 이벤트들의 위치를 검출할 수 있다. 예를 들어, 픽셀로 된 광-터닝층으로부터 방향 변경된 광은 제 2 센서 위치에서 수신될 수 있다. 제 2 센서 위치는 광 가이드와 접촉하는 제 2 객체의 위치와 상관될 수 있다. 예를 들어, 제 2 센서 위치는 제 1 센서 위치에 매핑되지 않는, 픽셀로 된 광-터닝층의 적어도 하나의 픽셀에 매핑될 수 있다. 다른 터치 이벤트의 위치는 제 2 객체의 위치와 제 2 센서 위치의 매핑에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 방식에서, 터치 이벤트 및 동시에 발생하는 다른 터치 이벤트의 위치들이 검출될 수 있다.
도 15a 및 15b는 복수의 간섭측정 변조기들을 포함하는 디스플레이 디바이스(40)를 예시하는 시스템 블록도들의 예들을 도시한다. 디스플레이 디바이스(40)는, 예를 들어, 셀룰러 또는 모바일 전화일 수 있다. 그러나, 디스플레이 디바이스(40)의 동일한 컴포넌트들 또는 이들의 약간의 변형들이 또한 텔레비전들, e-리더기들, 및 휴대용 미디어 플레이어들과 같은 다양한 타입들의 디스플레이 디바이스들을 예시한다.
디스플레이 디바이스(40)는, 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 디바이스(48) 및 마이크로폰(46)을 포함한다. 하우징(41)은, 사출 성형 및 진공 성형을 포함하는 다양한 제조 프로세스들 중 임의의 프로세스로부터 형성될 수 있다. 추가로, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하는 (그러나, 이들에 제한되지 않음) 다양한 물질들 중 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 하우징(41)은 상이한 칼라의 다른 제거가능한 부분들과 상호교환될 수 있거나, 또는 상이한 로고들, 그림들 또는 심볼들을 포함하는 제거가능한 부분들(도시안됨)을 포함할 수 있다.
디스플레이(30)는, 여기에 설명된 바와 같이, 쌍안정 또는 아날로그 디스플레이를 포함하는 다양한 디스플레이들 중 임의의 디스플레이일 수 있다. 디스플레이(30)는 또한, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD와 같은 평판 디스플레이, 또는 CRT 또는 다른 튜브 디바이스와 같은 비-평판 디스플레이를 포함하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 여기에 설명된 바와 같이, 디스플레이(30)는 간섭측정 변조기 디스플레이를 포함할 수 있다.
디스플레이 디바이스(40)의 컴포넌트들은 도 15b에 개략적으로 예시된다. 디스플레이 디바이스(40)는 하우징(41)을 포함하고, 하우징 내에 적어도 부분적으로 넣어진(enclosed) 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스(40)는 트랜시버(47)에 커플링된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(52)에 연결되는 프로세서(21)에 연결된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 컨디셔닝(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크로폰(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 또한 입력 디바이스(48) 및 드라이버 제어기(29)에 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(28)에, 그리고 어레이 드라이버(22)에 커플링되며, 어레이 드라이버(22)는 차례로 디스플레이 어레이(30)에 커플링된다. 전원(50)은 특정 디스플레이 디바이스(40) 설계에 의해 요구되는 모든 컴포넌트들에 전력을 제공할 수 있다.
네트워크 인터페이스(27)는 안테나(43) 및 트랜시버(47)를 포함하고, 따라서 디스플레이 디바이스(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 디바이스들과 통신할 수 있다. 네트워크 인터페이스(27)는 또한 예를 들어, 프로세서(21)의 데이터 프로세싱 요건들을 완화시키기 위한 일부 프로세싱 능력들을 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호들을 전송 및 수신할 수 있다. 일부 구현들에서, 안테나(43)는 IEEE 16.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하는 IEEE 16.11 표준, 또는 IEEE 802.11a, b, g 또는 n을 포함하는 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 일부 다른 구현들에서, 안테나(43)는 블루투스 표준에 따라 RF 신호들을 전송 및 수신한다. 셀룰러 전화의 경우, 안테나(43)는 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA), 시분할 다중 액세스(TDMA), 모바일 통신들을 위한 글로벌 시스템(GSM), GSM/범용 패킷 라디오 서비스(GPRS), 향상된 데이터 GSM 환경(EDGE), TETRA(Terrestrial Trunked Radio), 광대역-CDMA(W-CDMA), EV-DO(Evolution Data Optimized), 1xEV-DO, EV-DO Rev A, EV-DO Rev B, 고속 패킷 액세스(HSPA), 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA), 고속 업링크 패킷 액세스(HSUPA), 이벌브드 고속 패킷 액세스(HSPA+), 롱 텀 에벌루션(LTE), AMPS, 또는 3G 또는 4G 기술을 활용하는 시스템과 같은 무선 네트워크 내에서 통신하기 위해 사용되는 다른 공지된 신호들을 수신하도록 설계된다. 트랜시버(47)는 안테나(43)로부터 수신되는 신호들을 사전-프로세싱할 수 있고, 따라서, 신호들은 프로세서(21)에 의해 수신되어 추가로 조작될 수 있다. 트랜시버(47)는 또한 프로세서(21)로부터 수신되는 신호들을 프로세싱할 수 있고, 따라서, 신호들은 디스플레이 디바이스(40)로부터 안테나(43)를 통해 전송될 수 있다.
일부 구현들에서, 트랜시버(47)는 수신기에 의해 대체될 수 있다. 더욱이, 네트워크 인터페이스(27)는, 프로세서(21)에 송신될 이미지 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는, 이미지 소스에 의해 대체될 수 있다. 프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(21)는, 네트워크 인터페이스(27) 또는 이미지 소스로부터의 압축된 이미지 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 데이터를 미가공(raw) 이미지 데이터로 또는 미가공 이미지 데이터로 용이하게 프로세싱될 포맷으로 프로세싱한다. 프로세서(21)는 프로세싱된 데이터를 드라이버 제어기(29)에 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)에 송신할 수 있다. 미가공 데이터는 통상적으로, 이미지 내의 각각의 위치에서의 이미지 특징들을 식별하는 정보를 지칭한다. 예를 들어, 이러한 이미지 특징들은, 색상(color), 채도(saturation) 및 그레이-스케일(gray-scale) 레벨을 포함할 수 있다.
프로세서(21)는 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하기 위하여 마이크로제어기, CPU, 또는 논리 유닛을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45)에 신호들을 전송하기 위한, 그리고 마이크로폰(46)으로부터 신호들을 수신하기 위한 증폭기들 및 필터들을 포함할 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 디스플레이 디바이스(40) 내의 이산 컴포넌트들일 수 있거나, 또는 프로세서(21) 또는 다른 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
드라이버 제어기(29)는 직접 프로세서(21)로부터 또는 프레임 버퍼(28)로부터 프로세서(21)에 의해 생성된 미가공 이미지 데이터를 취할 수 있고, 어레이 드라이버(22)로의 고속 전송을 위해 미가공 이미지 데이터를 적절하게 재포맷팅할 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 미가공 이미지 데이터를 래스터-형 포맷을 가지는 데이터 흐름으로 재포맷팅할 수 있는데, 따라서, 이는 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적절한 시간 순서를 가진다. 이후, 드라이버 제어기(29)는 포맷팅된 정보를 어레이 드라이버(22)로 송신한다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 종종 독립형 집적 회로(IC)로서 시스템 프로세서(21)와 연관될지라도, 이러한 제어기들은 다수의 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기들은 하드웨어로서 프로세서(21)에 내장되고, 소프트웨어로서 프로세서(21)에 내장되거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수 있다.
어레이 드라이버(22)는 포맷팅된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신할 수 있고, 디스플레이의 x-y 픽셀들의 행렬로부터 오는 수백 개들, 및 가끔은 수천 개들(또는 그 초과)의 리드(lead)들에 초당 여러 번 인가되는 파형들의 병렬 세트로 비디오 데이터를 재포맷팅할 수 있다.
일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기에서 설명된 디스플레이들의 타입들 중 임의의 타입에 대해 적합하다. 예를 들어, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, IMOD 제어기)일 수 있다. 부가적으로, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, IMOD 디스플레이 드라이버)일 수 있다. 또한, 디스플레이 어레이(30)는 종래의 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, IMOD들의 어레이를 포함하는 디스플레이)일 수 있다. 일부 구현들에서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 통합될 수 있다. 이러한 구현은 고집적 시스템들, 예를 들어, 셀룰라 폰, 시계들 또는 다른 작은-영역 디스플레이들에서 일반적일 수 있다.
일부 구현들에서, 입력 디바이스(48)는 예를 들어, 사용자로 하여금 디스플레이 디바이스(40)의 동작을 제어하게 하도록 구성될 수 있다. 입력 디바이스(48)는, 키패드, 예를 들어 QWERTY 키보드 또는 전화 키패드, 버튼, 스위치, 락커, 터치-감지 스크린, 또는 압력- 또는 열-감지막을 포함할 수 있다. 마이크로폰(46)은 디스플레이 디바이스(40)에 대한 입력 디바이스로서 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 마이크로폰(46)을 통한 음성 커맨드들이 디스플레이 디바이스(40)의 동작들을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
전원(50)은 당업계에게 잘 알려진 바와 같은 다양한 에너지 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원(50)은 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬-이온 배터리와 같은 재충전가능한 배터리일 수 있다. 전원(50)은 또한, 재생 에너지원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지 또는 태양 전지 페인트를 포함하는 태양 전지일 수 있다. 전원(50)은 또한 벽 콘센트로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 제어 프로그램가능성(control programmability)이 전자 디스플레이 시스템 내의 몇몇 장소들에 위치될 수 있는 드라이버 제어기(29)에 상주한다. 일부 다른 구현들에서, 제어 프로그램가능성은 어레이 드라이버(22)에 상주한다. 전술된 최적화는 임의의 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들로 그리고 다양한 구성들로 구현될 수 있다.
여기에서 개시된 구현들과 관련하여 설명되는 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 둘의 조합들로서 구현될 수 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 교환 가능성은 일반적으로 기능성의 측면에서 설명되어 있고, 위에서 설명된 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들로 예시되어 있다. 이러한 기능성이 하드웨어로 구현되는지 또는 소프트웨어로 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 부과되는 설계 제약들에 의존한다.
여기에서 개시된 양상들에 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들, 및 회로들을 구현하는데 사용되는 하드웨어 및 데이터 프로세싱 장치는 범용 단일-칩 또는 다중-칩 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램 가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서 또는, 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 특정한 단계들 및 방법들이 주어진 기능에 대해 특정한 회로에 의하여 수행될 수 있다.
하나 이상의 양상들에서, 설명된 기능들은 본 명세서에서 개시된 구조들 및 이 개시된 구조들과의 구조적 균등물들을 포함한 하드웨어, 디지털 전자 회로, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어로, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 요지의 구현들은 또한, 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해, 또는 그 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체들 상에 인코딩된, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들, 즉, 컴퓨터 프로그램 명령들의 하나 이상의 모듈들로서 구현될 수 있다.
소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 또는 이들을 통해 전송될 수 있다. 여기에 개시된 알고리즘 또는 방법의 단계들은 컴퓨터-판독가능 매체상에 상주할 수 있는 프로세서-실행가능 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체, 및 한 위치로부터 다른 위치로의 컴퓨터 프로그램을 이전하도록 인에이블될 수 있는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 모두를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 이러한 컴퓨터-판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 사용될 수 있고, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결수단은 컴퓨터-판독가능 매체로서 적절하게 지칭될 수 있다. 여기서 사용되는 disk 및 disc은 컴팩트 disc(CD), 레이저 disc , 광 disc, DVD(digital versatile disc), 플로피 disk, 및 블루-레이 disc를 포함하며, 여기서 disk들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc들은 레이저들을 사용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 앞의 조합들은 또한 컴퓨터-판독가능 매체의 범위내에 포함되어야 한다. 부가적으로, 방법 또는 알고리즘의 동작들은 컴퓨터 프로그램 물건에 통합될 수 있는 기계 판독가능 매체 및 컴퓨터-판독가능 매체상에 코드들 및 명령들 중 하나 또는 임의의 조합 또는 세트로서 상주할 수 있다.
본 개시내용에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 용이하게 명백할 것이고, 여기에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구항들은 여기에서 도시된 구현들로 제한되도록 의도되지 않고, 여기에서 개시된 이러한 개시내용, 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위에 따른다. 용어 "예시적인(exemplary)"은 "일 예, 실례, 또는 예시로서 역할을 하는"을 의미하도록 여기에서 배타적으로 이용된다. 여기에서 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 구현은 반드시 다른 구현들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지는 않는다. 부가적으로, 당업자는 용어들 "상부" 및 "하부" 가 때때로 도면들의 설명을 용이하게 하기 위해 이용되며, 적합하게 배향된 페이지 상의 도면의 배향에 대응하는 상대적인 위치들을 표시하고, 구현된 바와 같은 IMOD의 적합한 배향을 반영하지 않을 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
개별적인 구현들의 맥락에서 이 명세서에서 설명되는 특정 특징들은 또한 결합되어 단일 구현으로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명되는 다양한 특징들은 또한 개별적으로 다수의 구현들로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 구현될 수 있다. 아울러, 특징들이 특정한 조합들로 동작하는 것으로 앞서 설명되거나 심지어 초기에 이와 같이 청구될지라도, 몇몇 경우들에서, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 그 조합으로부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 서브-조합 또는 서브-조합의 변화에 관련될 수 있다.
유사하게, 동작들은 도면들에서 특정한 순서로 도시되지만, 이는 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 이러한 동작들이 도시된 특정한 순서 또는 순차적 순서로 수행되거나 또는 모든 예시된 동작들이 수행되어야 함을 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 추가로, 도면들은 하나 이상의 예시적인 프로세스들을 흐름도의 형태로 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이, 개략적으로 예시된 예시적인 프로세스들에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가적인 동작들이, 예시된 동작들 중 임의의 동작 이전에, 이후에, 동시에, 또는 그들 사이에서 수행될 수 있다. 특정한 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬적 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 앞서 설명된 구현들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 구현들에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 단일 소프트웨어 물건으로 함께 통합되거나 또는 다수의 소프트웨어 물건들로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다. 추가적으로, 다른 구현들은 하기 청구항들의 범위 내에 있다. 일부의 경우들에서, 청구항들에서 나열되는 동작들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 바람직한 결과들을 여전히 달성할 수 있다.

Claims (38)

  1. 장치(900, 1000, 1100, 1200, 1300)로서,
    터치 입력을 수신하기 위한 주 표면을 갖는 광 가이드(910);
    상기 광 가이드(910)에 광을 주입(inject)하기 위한 광 소스(940);
    수광 표면을 갖는 광 센서(920a, 920b) ― 상기 수광 표면은 복수의 수광 위치들을 가지고, 그리고 상기 광 센서(920a, 920b)는 상기 광 가이드(910)의 에지(edge)를 따라 포지셔닝됨(positioned) ―;
    상기 광 가이드(910)에 주입되고 그리고 상기 주 표면과 접촉하는 객체(object)에 의해 산란되는 광을 방향 변경(redirect)하기 위한 광-터닝(light-turning) 수단(912) ― 상기 광-터닝 수단은 픽셀들을 형성하는 복수의 광-터닝 피처(feature)들을 포함하고, 각각의 픽셀은 상기 복수의 수광 위치들 중 하나 또는 그 초과의 상관된 수광 위치들로만 광을 선택적으로 방향 변경하도록 구성되어서, 상기 복수의 수광 위치들의 각각이 실질적으로 단지 상기 복수의 수광 위치들의 각각과 상관된 주 표면의 영역으로부터만 산란된 광을 선택적으로 수신하도록 하고, 상기 광-터닝 수단(912)은 상기 광 가이드(910)의 상기 주 표면을 향하여 배치됨 ―; 및
    상기 광-터닝 수단(912) 및 상기 광 가이드(910) 아래에 놓인 디스플레이(930)를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 소스(940)는 가시 스펙트럼 밖의 파장을 가진 광을 방사하도록 구성되고, 예로써 상기 광 소스(940)는 적외선 광을 방사하도록 구성되는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이와 통신하도록 구성된 프로세서 ― 상기 프로세서는 이미지 데이터를 프로세싱하도록 구성됨 ―; 및
    상기 프로세서와 통신하도록 구성된 메모리 디바이스를 더 포함하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광-터닝 피처들은 회절성 광-터닝 피처들인, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광-터닝 수단(912)은 홀로그래픽 층인, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 객체에 의해 접촉되는 상기 주 표면의 영역과 상기 수광 표면에 부딪치는 광의 위치를 상관시키도록 구성되는 프로세서를 더 포함하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 소스(940)는 시준된 광(collimated light)을 상기 광 가이드(910)에 순차적으로 방사하도록 구성된 복수의 광 에미터(emitter)들을 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 광 에미터들로부터 광을 검출하도록 구성되는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드(910)는 상기 광-터닝 수단(912) 위에 배치되고, 상기 장치는 상기 광 가이드(910) 및 상기 광-터닝 수단(912) 아래의 다른 광 가이드를 더 포함하고, 상기 다른 광 가이드는 픽셀로 된(pixilated) 광-터닝 층으로부터의 광을 상기 광 센서(920a, 920b) 쪽으로 전파하도록 구성되는, 장치.
  9. 터치 스크린상의 적어도 하나의 터치 이벤트를 검출하는 방법으로서,
    광 센서 상의 하나 또는 그 초과의 광 센서 위치들에서, 픽셀로 된 광-터닝층(912)으로부터 보내진 광을 수신하는 단계 ― 상기 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 픽셀들을 포함하고, 상기 픽셀들 중 적어도 하나의 단일 픽셀은 광 가이드(910) 위의 객체에 의해 산란된 입사광의 적어도 일부분을 상기 하나 또는 그 초과의 광 센서 위치들로만 방향 변경하도록 구성되고, 디스플레이(930)는 상기 광 가이드(910) 및 상기 광-터닝층(912) 아래에 놓이고, 상기 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 상기 광 가이드의 주 표면을 따라 포지셔닝되고, 상기 광 센서(920a, 920b)는 상기 광 가이드(910)의 에지를 따라 포지셔닝됨 ―;
    상기 객체의 위치와 상기 입사광을 수신하는 상기 하나 또는 그 초과의 광 센서 위치들을 매핑시키는 단계 ― 상기 하나 또는 그 초과의 광 센서 위치들은 상기 픽셀로 된 광-터닝 층(912)의 상기 적어도 하나의 단일 픽셀과 상관됨 ―; 및
    상기 매핑에 기초하여 터치 이벤트의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 터치 스크린상의 적어도 하나의 터치 이벤트를 검출하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 센서(920a, 920b)의 수광 표면상의 위치들은 상기 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 상관된 픽셀과 일-대-일 대응을 가지는, 터치 스크린상의 적어도 하나의 터치 이벤트를 검출하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 픽셀로 된 광-터닝층(912)은 홀로그래픽층인, 터치 스크린상의 적어도 하나의 터치 이벤트를 검출하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 픽셀로 된 광-터닝층으로부터 보내진 광을 하나 또는 그 초과의 제 2 광 센서 위치들에서 수신하는 단계;
    상기 광 가이드(910) 위의 제 2 객체의 위치와 상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광 센서 위치들을 매핑시키는 단계 ― 상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광 센서 위치들은, 상기 적어도 하나의 단일 픽셀과 상관된 상기 하나 또는 그 초과의 광 센서 위치들과 상관되지 않는, 상기 픽셀로 된 광-터닝층(912)의 픽셀과 상관됨 ―; 및
    상기 제 2 객체의 위치와 상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광 센서 위치들을 매핑시키는 것에 기초하여 다른 터치 이벤트의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 터치 이벤트 및 상기 다른 터치 이벤트는 동시적인, 터치 스크린상의 적어도 하나의 터치 이벤트를 검출하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서와 상이한 상기 광 가이드(910)의 에지를 따라 포지셔닝된 제 2 광 센서를 더 포함하는, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 표면은 상기 광 가이드의 전방 표면이고, 상기 광-터닝 수단은 상기 광 가이드(910)의 후방 표면을 따라 포지셔닝되고, 상기 후방 표면은 상기 전방 표면 맞은편에 있는, 장치.
  15. 삭제
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