KR20070023660A - 직물형 도파관 디스플레이 및 메모리용 시스템, 방법,그리고 컴퓨터 프로그램 프로덕트 - Google Patents

직물형 도파관 디스플레이 및 메모리용 시스템, 방법,그리고 컴퓨터 프로그램 프로덕트 Download PDF

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Abstract

직물형 도파관 디스플레이 및 메모리용 시스템과 방법이 공개된다. 이 시스템은, 직조된 구조 내에 배치된 다수의 도파관, 그리고 상기 다수의 도파관에 연결되어, 상기 다수의 도파관 중 한개 이상을 통해 전파하는 복사선의 특성에 독립적으로 영향을 미치는 인플루언서 시스템을 포함한다.

Description

직물형 도파관 디스플레이 및 메모리용 시스템, 방법, 그리고 컴퓨터 프로그램 프로덕트{SYSTEM, METHOD, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT FOR TEXTILE STRUCTURED WAVEGUIDE DISPLAY AND MEMORY}
본 발명은 복사선을 전파시키기 위한 트랜스포트(transport)에 관한 발명으로서, 특히, 외부 영향에 대한 도파관의 복사-영향 성질의 반응성을 개선시키는 광학적으로 활성의 컴포넌트들을 포함하는 도파 채널을 가진 도파관에 관한 발명이다.
패러데이 효과는 자기선속 내에 위치한 투과성 매질을 통해 광이 자기장에 평행하게 전파될 때 선형으로 편광된 광(선형 편광 광)의 편광 평면이 회전하는 현상에 해당한다. 편광 회전의 크기는 자기장의 강도, 매질 고유의 버데트 상수(Verdet constant), 그리고 광 경로 길이에 따라 변화한다. 실험적인 회전 각도는 아래와 같이 주어진다.
β = VBD (방정식 1)
이때, V는 버데트 상수라 불리며, B는 자기장, d는 자기장에 속한 전파 거리이다. 양자역학적 측면에서, 패러데이 회전은 자기장의 공급이 에너지 레벨을 변경시키기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다. 광학적 분리기로 사용되는 패러데이 회전자로, 또는, (전류 강도를 평가하는 한가지 방식으로 전류에 의해 유발되는 등의) 자기장 측정을 위해 높은 버데트 상수를 가진 불연속 물질(가령, 철-함유 가넷(garnet) 결정)들을 이용하는 것이 알려져 있다. 광학적 분리기는 편광 평면을 45도만큼 회전시키는 패러데이 회전자, 자기장 공급용 자석, 편광자, 그리고 분석기를 포함한다. 종래의 광학적 분리기는 벌크형 분리기로서, 도파관(가령, 광섬유)이 사용되지 않았다.
종래의 광학계에서, 가넷(가령, 이트륨/철 가넷)같은 상자성 및 강자성 재료를 함유한 불연속 결정들로 자기-광학 변조기들이 제작되었다. 이와같은 소자들은 상당한 자기장 제어를 필요로한다. 박막 기술에도 자기광학 효과가 사용된다. 특히, 논-레시프로컬 정션(non-reciprocal junciton) 등과 같은 논-레시프로컬 소자를 제작하는 데 자기광학 효과가 사용된다. 이와 같은 소자들은 패러데이 효과에 의한, 또는 커튼-머튼 효과(Cotton-Moutton Effect)에 의한 모드 변환을 기반으로 한다.
자기광학 소자에 상자성 및 강자성 물질을 이용할 때의 또다른 단점은, 이 물질들이 편광각과는 다른 복사 성질에 악영향을 미칠 수 있다는 점이다. 가령, 진폭, 위상, 주파수 등에 영향을 미칠 수 있다.
종래 기술은 디스플레이 장치를 집합적으로 형성시키기 위해 불연속 자기광학 벌크 소자(가령, 결정)들을 이용하고 있다. 이러한 공지 기술의 디스플레이들은 여러가지 단점을 가진다. 가령, 화소당 비용이 높은 점, 개별 화소들을 제어하기 위해 동작 비용이 높은 점, 비교적 큰 디스플레이 장치에는 잘 적용되지 않는 제어 복잡도의 증가 문제점 등을 가진다.
종래의 이미징 시스템들은 크게 두개의 카테고리로 분류될 수 있다. 즉, 플랫 패널 디스플레이(FPD)와 투영 시스템(음극관(CRT)을 포함함)으로 분류될 수 있다. 일반적으로, 두 종류의 시스템에 대한 지배적인 기술들이 동일하지 않다. 하지만 예외도 있다. 이 두 카테고리들은 투영 기술 측면에서 여러가지 요구사항들에 직면하고 있으며, 기존의 기술로는 이러한 요구사항들을 만족시킬 수가 없다.
기존 플랫 패널 디스플레이에 나타난 한가지 주된 요구사항은 비용 문제이다. 즉, CRT 디스플레이에 비해 비용이 비싸다.
해상도, 밝기, 콘트래스트 등의 이미징 표준 세트를 구현하기 위해, FPD 기술은 CRT 기술에 비해 세배 내지 네배 이상 비싼 편이다. 그러나, CRT 기술도 단점을 가지고 있다. 특히 CRT의 디스플레이 면적이 커질수록 단점이 확대되는 데, 다시 말해서, CRT는 큰 부피와 중량이 큰 단점이다. 얇은 디스플레이를 추구함으로서, FPD 영역에서 다수의 기술들이 개발되고 있다.
FPD의 비용이 비싼 것은, 액정 다이오드 기술이나 가스 플라즈마 기술에 정밀한 소자 물질을 이용하기 때문이다. LCD에 사용되는 네마틱 물질의 불규칙성으로 인해, 결함 비율이 높은 편이다. 개별 셀에 결함을 가진 LCD 소자들의 어레이는 전체 디스플레이를 배제시키는 요인이 되며, 또는 결함 소자를 높은 비용으로 바꿔야 하는 문제점이 있다.
LCD 및 가스 플라즈마 기술의 경우 공히, 이러한 디스플레이를 제작할 때 액체나 가스를 제어함에 있어서의 내재적인 난이성은 기술적 측면 및 비용 측면에서 아주 기본적인 제한사항으로 작용한다.
높은 비용의 추가적인 원인은 기존 기술에서 각각의 광 밸브/방출 소자에 비교적 높은 스위칭 전압이 필요하다는 점이다. LCD 디스플레이의 네마틱 물질을 회전시키기 위해, 이에 따라 액체 셀을 통과하는 광의 편광이 변화할 때, 또는 가스 플라즈마 디스플레이의 가스 셀을 여기시키기 위해, 이미징 소자에서 신속한 스위칭 속도를 얻기 위해 비교적 높은 전압이 요구된다. LCD의 경우, 개별 트랜지스터 소자들이 각각의 이미징 위치에 할당되는 "액티브 매트릭스"는 고비용 솔루션에 해당한다.
고화질(HD) TV 등과 같이 이미지 품질 표준이 상승함에 따라, 기존의 FPD 기술로는 CRT에 견주어 경쟁력있는 가격으로 이미지 품질을 도출할 수 없다. 현재 기술적으로 가능한 35mm 영화 수준의 해상도를 구현하는 것은, TV나 컴퓨터 디스플레이에 관계없이 소비자에게 부담스런 비용을 제시한다.
투영 시스템의 경우에, 두가지의 소분류가 존재한다. 즉, 텔레비전(또는 컴퓨터) 디스플레이와, 극장형 동영상 투영 시스템이 있다. 35mm 영화 투영 장비에 비교할 때 상대적이 비용이 주된 관심사이다. 그러나 HD TV의 경우, 기존의 CRT, LCD FPD, 또는 가스 플라즈마 FPD에 비추어볼 때 투영 시스템들은 저렴한 솔루션에 해당한다.
현재의 투영 시스템 기술은 또다른 요구사항에 직면하고 있다. HDTV 투영 시스템은 디스플레이 표면까지의 비교적 짧은 거리의 제약사항 내에서 균일한 이미지 품질을 유지하면서, 디스플레이 깊이를 최소화시켜야 하는 이중고에 직면한다. 이 와 같은 균형의 설정은 비교적 저렴한 비용을 댓가로 하여 덜 만족스런 절충을 이끌어낸다.
투영 시스템의 기술적으로 도전적인 선도부분은 영화용 극장의 분야에 해당한다. 동영상 스크린 설비는 투영 시스템용으로 나타난 응용 영역이며, 이러한 응용 영역에서는 균일한 이미지 품질 대 콘솔 깊이에 관한 문제점들이 일반적으로 적용되지 않는다. 대신에, 종래의 35mm 영화 영사기의 품질과 대등하여야 할 것이며, 비용도 경쟁력있어야 할 것이다. 직접 구동 이미지 광 증폭기(D-ILA), 디지털 광 처리(DLP), 그리고 격자-광-밸브(GLV) 기반 시스템을 포함하는 기존의 기술들은, 종래의 영화 투영 장비의 품질에 준하지만, 종래의 영화 영사기에 비해 상당한 비용 차이를 가진다.
직접 구동 이미지 광 증폭기는 JVC Projector 사에서 개발한 반사형 액정 광 밸브 장치이다. 구동 집적 회로(IC)는 이미지를 직접 CMOS 기반의 광 밸브에 기입한다. 액정은 단일 레벨에 비례하여 반사율을 변화시킨다.이렇게 수직으로 정렬된 결정들은 16 밀리초보다 짧은 상승+하강 시간을 가지는, 매우 빠른 응답 시간을 구현한다. 제논이나 울트라 하이 퍼포먼스(UHP) 금속 핼라이드 램프로부터의 광은 편광 빔 스플리터를 통과하여, D-ILD 소자에서 반사되고, 스크린에 투영된다.
DLP 투영 시스템의 중심에는 1987년 Texas Instrument 사의 Dr. Larry Hornbeck이 개발한 디지털 마이크로미러 소자(또는 DMD 칩)으로 알려진 광학 반도체가 있다. 이 DMD 칩은 정교한 광 스위치이다. 이 칩은 130만개까지의 힌지-장착 마이크로미러들의 장방형 어레이를 포함하고, 각각의 마이크로미러는 머리카락 폭 의 1/5보다 짧은 거리를 측정하며, 이는 투영 이미지의 한 화소에 해당한다. DMD 칩이 디지털 비디오나 그래픽 신호, 광원, 그리고 투영 렌즈와 조화될 때, 그 미러들은 모든 디지털 이미지를 스크린이나 그외 다른 표면에 반사시킨다. DMD 및 DMD를 둘러싼 정교한 전자 장치들은 디지털 광 처리(Digital Light Processing) 기술이라 불린다.
GLV(Grating Light Valve)라 불리는 프로세스가 개발되고 있다. 이 기술에 기초한 프로토타입 장치는 3000:1의 콘트래스트 비를 구현하였다(통상적인 고급 디스플레이의 콘트래스트 비도 1000:1에 불과하다). 이 장치는 칼라 구현을 위해 특정 파장으로 선택된 세개의 레이저를 이용한다. 세개의 레이저는 적색(642nm), 녹색(532nm), 그리고 청색(457nm) 레이저이다. 이 프로세스는 MEMS(MicroElectroMechanical) 기술을 이용하며, 한 라인에 1,080개의 화소들을 가진 마이크로리본 어레이로 구성된다. 각 화소는 6개의 리본으로 구성되며, 그 중 세개는 고정되고, 다른 세개는 위/아래로 움직인다. 전기 에너지가 공급되면, 세개의 이동식 리본들이 회절 격자를 형성하여 광을 필터링시킨다.
비용 불일치 문제는 저렴한 비용으로 소정의 핵심 이미지 품질을 구현함에 있어 이 기술들이 직면하는 내재적 난이성에 기인한다. 마이크로미러 DLP의 경우에 "흑색"의 품질에 관련된 콘트래스트를 구현하기가 쉽지 않다. GLV는 이러한 어려움에 직면하지 않으나, 대신에, 라인-어레이 스캔 소스를 이용하여 효과적으로 필름형 간헐적 이미지를 구현하는 어려움에 직면한다.
LCD나 MEMS 기반의 기존 기술들은 소자들의 1K x 1K 어레이를 가진 소자들 (가령, 마이크로미러, 실리콘 상의 액정(LCoS), 등)을 제작하는 경제성에 의해 또한 제약받는다. 결함 비율은, 요구되는 기술적 표준에서 동작하는 이러한 소자들의 수를 포함시킬 때, 칩-기반 시스템에서 높다.
다양한 통신 용도로 패러데이 효과와 함께 단계적 굴절률 광섬유를 이용하는 것이 잘 알려져 있다. 광섬유의 통신 분야 응용은 잘 알려져 있다. 그러나, 패러데이 효과를 광섬유에 적용하는 데는 원초적인 문제점이 존재한다. 왜냐하면, 분산 및 그외 다른 성능에 관련된 기존 광섬유들의 통신 성질이 패러데이 효과에 대해 최적화되지 않으며, 일부 경우에는 패러데이 효과에 대한 최적화에 의해 저하되기 때문이다. 기존의 일부 광섬유에서는 54미터의 경로 길이에 대해 100 에르스텟의 자기장을 인가함으로서 90도 편광 회전이 구현된다. 솔레노이드 내부에 광섬유를 배치하고 솔레노이드에 전류를 인가함으로서 요망 자기장을 생성하면, 요망 자기장을 얻을 수 있다. 통신용도의 경우, 킬로미터 단위로 측정되는 총 경로 길이를 가진 시스템에 이용하도록 설계된다는 점을 고려할 때 54 미터 경로 길이는 수용가능하다.
광섬유 분야에서 패러데이 효과를 위한 또다른 기존의 용도는 광섬유를 통한 기존의 고속 데이터 전송 위에 저속 데이터 전송을 배치하는 시스템을 들 수 있다. 고속 데이터를 느리게 변조하여 대역외 시그널링이나 제어를 제공하는 데 패러데이 효과가 사용된다. 또한, 이러한 이용은 지배적인 고려사항으로서 통신 용도로 구현된다.
이러한 기존의 응용에서, 광섬유는 통신 용도로 설계되며, 패러데이 효과에 참가하는 광섬유 성질들에 대한 임의의 수정은 통신 성질 저하를 막도록 허가되지 않는다. 앞서 언급한 통신 성질이란, 가령, 킬러미터 단위 길이의 광섬유 채널에 대해 감쇠 및 성능 성능 지표를 포함하는 것이 일반적이다.
통신에 사용하기 위해 광섬유의 성능 지표가 수용가능한 수준으로 구현되면, 매우 길면서 광학적으로 순수하고 균일한 광섬유를 효율적으로 그리고 저렴하게 제작할 수 있도록 광섬유 제작 기술이 발전되고 정련된다. 광섬유 제작 프로세스에 대한 하이 레벨 개요는, 프리폼(preform) 글래스 실린더 제작, 프리폼으로부터 광섬유 인발, 그리고 광섬유 테스트를 포함한다. 일반적으로 프리폼 블랭크(preform blank)가 제작된다. 최종 광섬유의 요망 속성(가령, 굴절률, 팽창계수, 융점, 등)을 얻기 위해 필요한 필수 화학적 조성을 가진 실리콘 용액을 통해 산소를 버블 처리하는 수정형 화학 기상 증착(MCVD)법을 이용하여 프리폼 블랭크가 제작된다. 가스 증기들은 특정 선반 내 합성 실리카나 쿼츠 튜브 내부로 전달된다. 이 선반은 회전하고, 토치(torch)가 튜브의 외부를 따라 움직인다. 토치로부터의 열에 의해, 가스의 화학종들은 산호와 반응하여 실리콘 다이옥사이드 및 게르마늄 다이옥사이드를 형성한다. 이 다이옥사이드들은 튜브 내부에 증착되고 함께 결합하여 글래스를 형성한다. 이 프로세스에 따라 블랭크 프리폼이 형성된다.
블랭크 프리폼이 형성되어, 냉각 및 테스트된 후, 프리폼은 그래파이트 로 근처의 상부에 프리폼을 가진 섬유 인발 타워 내부에 배치된다. 이 로는 프리폼의 선단부(tip)를 용융시켜, 중력으로 인해 하강하기 시작하는 용융 "방울(glob)"을 만든다. 이 방울이 하강하면, 냉각되어 가느다란 글래스를 형성한다. 이 가느다른 글래스는 일련의 처리 단계를 통해 스레딩(threading)된다. 이때, 일련의 처리 단계란, 요망 코팅을 도포하고, 이 코팅을 경화시키며, 트랙터(tracktor)에 부착하는 단계들이며, 이 트랙터는 이 가느다란 글래스를 컴퓨터에 의해 통제되는 속도로 당겨, 이 가느다란 글래스가 요망 두께를 가지게 된다. 섬유들은 초당 33~66 피트의 속도로 인발되며, 인발된 글래스는 실패(spoool)에 감긴다. 이 실패들이 1.4 마일보다 긴 광섬유를 지니는 경우도 자주 있다.
완성된 광섬유는 테스트된다. 이러한 테스트는 성질 지표에 대한 테스트를 포함한다. 통신 등급 광섬유에 대한 이 성능 지표들은, 인장 강도(100,000 파운드/in2 이상), 굴절률 프로파일(광학적 결함에 대한 스크린 및 구경), 광섬유 구조(코어 직경, 클래딩 크기, 코팅 직경), 감쇠(거리에 따른 다양한 파장의 광 저하), 대역폭, 단색 분산, 동작 온도 범위, 감쇠에 대한 온도 의존성, 그리고 물속에서의 광 전달 능력을 포함한다.
1996년에, 포톤형 결정 섬유(PCF)라 불리는 상술한 광섬유들의 변종이 소개되었다. PCF는 고굴절률의 배경 물질 내에 저굴절률의 마이크로스트럭처 배열 물질을 이용하는 광섬유/도파관 구조이다. 배경 물질은 도핑되지 않은 실리카이고, 저굴절률 영역은 광섬유 길이를 따라 뻗어가는 공기 구멍에 의해 제공되는 것이 일반적이다. PCF는 두개의 카테고리로 나눌 수 있다. 즉, 고굴절률 도파 섬유 및 저굴절률 도파 섬유로 나눌 수 있다.
앞서 설명한 기존 광섬유들과 마찬가지로, 고굴절률 도파 섬유는 수정형 전 반사(MTIR)에 의해 고체 코어 내에서 광을 전파한다. 전반사는 마이크로스트럭처 공기-충진 영역의 저굴절률에 의해 야기된다.
저굴절률 도파 광섬유는 포톤 밴드갭(PBG) 효과를 이용하여 광을 안내한다. PBG 효과가 마이크로스트럭처 클래딩 영역에서의 전파를 불가능하게 함에 따라, 광은 저굴절률 코어에 국한된다.
"기존 도파관 구조"라는 용어는 다양한 범위의 도파 구조 및 방법들을 포함하는 데 사용되는 데, 이 구조들의 범위는 본 발명의 실시예들을 구현하기 위해 본원에서 설명되는 바와 같이 수정될 수 있다. 여러 다른 섬유 종류 보조물의 특성은 이들이 사용되는 여러 다른 응용분야에 대해 적합하게 구성된다. 광섬유 시스템을 적절하게 운영하는 것은, 어떤 종류의 섬유가 사용되며 왜 사용되고 있는 지를 아는 것에 달려있다.
종래의 시스템들은 단일-모드, 멀티모드, 그리고 PCF 도파관을 포함하며, 다양한 그 하위 변형들을 또한 포함한다. 예를 들어, 멀티모드 섬유들은 단계식 굴절률 섬유와 점진형 굴절률 섬유를 포함하며, 단일-모드 섬유들은 단계식 굴절률, 일치형 클래드, 오목형 클래드, 그리고 그외 다른 신종 구조를 포함한다. 멀티 모드 섬유는 짧은 전송 거리에 적합하도록 설계되며, LAN 시스템과 비디오 감시기에 사용하기에 적합하다. 단일 모드 섬유는 긴 전송 거리에 적합하도록 설계되며, 장거리 전화 및 다채널 텔레비전 방송 시스템에 적합하다. 에어-클래드(air-clad)나 순간-연결식 도파관은 광학 와이어와 광학 나노-와이어를 포함한다.
단계식 굴절률은 도파관에 대한 굴절률의 급격한 변화가 제공됨을 의미한다. 코어의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 크다. 점진형 굴절률은 코어 중심으로부터 멀어질수록 감소하는 굴절률을 가지는 구조(가령, 코어가 포물선형 구조를 가짐)를 의미한다. 단일 모드 섬유들은 특정 응용을 위해 맞춤 제작된 여러 다른 프로파일들을 개발하였다(비-분산-시프트 섬유(NDSF), 분산-시프트 섬유(DSF), 0이 아닌 분산-시프트 섬유(NZ-DSF)같은 길이 및 복사 주파수). 편광-유지(PM) 섬유라 불리는 단일 모드 섬유의 중요한 변형이 개발되었다. 지금까지 언급한 모든 다른 단일 모드 섬유들은 임의적으로 편광된 광을 지닐 수 있었다. PM 섬유는 입사광의 한가지 편광만을 전파시키도록 설계된다. PM 섬유는 다른 섬유 종류에는 보이지 않는 특징을 가진다. 코어 외에, 응력봉(stress rod)이라 불리는 추가적인 길이방향 영역들이 존재한다. 그 이름이 제시하는 바와 같이, 이 응력봉들은 섬유 코어에 응력을 생성하여, 단 한개의 편광 평면의 투과만이 선호되게 된다.
상술한 바와 같이, 기존의 자기광학 시스템들은, 특히 패러데이 회전자 및 분리기들은, 희토류 도핑 가넷 결정 및 그외 다른 전용 물질(가령, 이트륨 철 가넷(YIG)이나 비스무스 치환 YIG 등)들을 포함하는 자기 광학 물질들을 이용하고 있다. 부동 존(Floting Zone: FZ) 방법을 이용하여 YIG 단결정이 성장한다. 이 방법에서, Y2O3와 Fe2O3가 믹싱되어 YIG의 화학적 조성을 형성하고 그후 이 믹스처가 소결된다. 결과적인 소결물은 FZ 로(furnace) 내 한 샤프트의 마더 스틱으로 설정되고, YIG 시드 결정은 나머지 샤프트 상에 설정된다. 소결된 물질은 마더 스틱과 시드 결정 사이의 중앙 영역에 위치하여, YIG 단결정의 증착을 촉진시키는 데 필요한 유체를 형성한다. 할로겐 램프로부터의 광은 중앙 영역에 포커싱되고, 두 샤프트는 회전한다. 산소 분위기에서 가열될 때 중앙 영역은 용융 존을 형성한다. 이 조건 하에서, 마더 스틱과 시드는 일정 속도로 이동하고, 결과적으로, 마더 스틱을 따라 용융 존을 이동시켜서, YIG 소결물로부터 단결정을 성장시킨다.
FZ 방법이 공기 중에 담긴 마더 스틱으로부터 결정을 성장시키기 때문에, 오염이 배제되고 고순도 결정을 얻을 수 있다. FZ 방법은 012 x 120 mm를 측정하는 주괴(ingot)들을 생성한다.
Bi-치환형 철 가넷 필름은 LPE 로를 포함하는 액상 에피택시(LPE)에 의해 성장한다. 결정 물질 및 PbO-B2O3 플럭스는 가열되어 백금 도가니에서 용융 상태로 만들어진다. 단결정 웨이퍼(가령, (GdCa)2, (GaMgZr)5O12)가 회전하면서 용융 표면에서 소킹(soaking)되어, 이에 따라, Bi-치환 철 가넷 필름이 웨이퍼 상에서 성장하게 된다. 직경 3인치에 달하는 두께의 필름이 성장될 수 있다.
45도 패러데이 회전자를 얻기 위해, 이 필름들은 소정의 두께로 그라인딩되고, 반사 방지 코팅으로 도포되며, 그후 1-2mm 정사각형으로 절단되어 분리기에 부합되게 된다. YIG 단결정에 비해 큰 패러데이 회전 용량을 가지기 때문에, Bi-치환 철 가넷 필름은 100 미크론 수준으로 얇아져야 하며, 따라서, 높은 정밀도의 가공이 요구된다.
새로운 시스템들은 Bi-치환 이트륨-철-가넷(Bi-YIG) 물질, 박막, 그리고 나노파우더의 제작 및 합성을 제공하며, 미국, 조지아주, Atlanta, Peachtree Industrial Boulevard 5313에 소재한 nGimat Co.사는 박막 코팅 제작을 위한 연소형 화학 기상 증착(CCVD) 시스템을 이용한다. CCVD 프로세스에서, 물체 코팅에 사용되는 금속-함유 화학종들인 프리커서들이, 연소가능한 연료인 용액에 용해된다. 이 용액은 원자화되어 특별 노들을 이용하여 마이크로스코픽 방울들을 형성한다. 이 방울들을 산소 스트림이 화염에 전달하며, 이 화염에서 연소가 이루어진다. 화염 앞에서 단순히 인발함으로서 기판이 코팅된다. 화염으로부터의 열은, 방울들을 증기화시키고 프리커서들을 반응시켜 기판에 증착시키는 데 필요한 에너지를 제공한다.
추가적으로, 여러 III-V 족 및 원소 반도체 시스템의 이종간 일체화를 구현하기 위해 에피택셜 리프트오프(epitaxial liftoff)가 사용되어왔다. 그러나, 소정의 프로세서들을 이용하여 여러 다른 중요한 물질 시스템의 소자들을 집적시키는 것은 어려운 일이다. 이러한 문제점의 대표적인 예는 온-칩 박막 광학적 분리기에 필요한 시스템으로서, 반도체 플랫폼 상에 단결정 전이 금속을 집적시키는 것이다. 자기 가넷에서 에피택셜 리프트오프를 구현하는 것이 보고된 바 있다. 가돌리늄 갈륨 가넷(GGG) 상에서 성장하는 단결정 이트륨 철 가넷(YIG)과 비스무스-치환 (Bi_YIG) 에피택셜 층에서 매립된 희생층을 생성하는 데 딥 이온 주입(Deep ion implamentation)이 사용된다. 주입에 의해 발생되는 손상은 희생층과 가넷 나머지 부분 간의 큰 에칭 선택도를 유도한다. 인산 에칭에 의해 10 미크론 두께의 필름들이 원래의 GGG 기반으로부터 떨어져 나간다. 밀리미터 크기의 조각들이 실리콘 및 갈륨 아시나이드 기판으로 전이된다.
더우기, 동일 두께의 단일층 비스무스 철 가넷 필름보다 748nm에서 140% 큰 패러데이 회전을 디스플레이하는 자기광학적 포톤형 결정이라는 다층 구조가 보고된 바 있다. 현재의 패러데이 회전자는 단결정이나 에피택셜 필름인 것이 일반적이다. 그러나 이 단결정 장치들은 비교적 커서, 일체형 광학장치같은 분야에 이용하기가 어렵다. 또한 필름이 500 미크론 수준의 두께를 디스플레이하기에, 대안의 물질 시스템이 바람직하다. 철 가넷, 특히 비스무스 및 이트륨 철 가넷같은 적층 필름들을 이용하는 것이 연구된 바 있다. 70nm 두께의 비스무스 철 가넷(BIG) 위의 81nm 두께의 이트륨 철 가넷(YIG)의 네개의 이종에피택셜층, 279 nm 두께의 BIG 중앙층, 그리고 YIG 위의 네개의 BIG 층으로 스택이 구성된다. 스택을 제작하기 위해, LPX305i 248-nm KrF 엑시머 레이저를 이용한 펄스형 레이저 증착이 사용되었다.
상술한 바와 같이, 공지 기술은 대부분의 자기광학 시스템에서 특별한 자기광학 물질을 이용하고 있다. 하지만, (통신 지표들이 절충되지 않는 한) 필요한 자기장 강도를 생성함으로서 비-PCF 광섬유같은 종래와는 다른 자기광학 물질로 패러데이 효과를 이용하는 것 역시 알려져 있다. 일부 경우에, 기제작된 광섬유와 연계하여 후기 제작 방법들이 사용되어, 소정의 자기 광학 분야에 사용할 특별한 코팅을 제공할 수 있다. 다양한 요망 결과를 얻기 위해 기제작된 물질의 사후 제작 처리가 필요하다는 점에서, 위의 기재는 특별한 자기 광학 결정 및 그외 다른 벌크 구현에 대해서도 적용된다. 이러한 추가 작업은 특정 섬유의 최종 비용을 증가시키고, 섬유가 요망 사양에 부합하지 못하는 추가적인 상황들이 또한 나타난다. 여러 자기광학 장비들이 소수의 자기광학 컴포넌트들을 포함하기 때문에, 유닛당 비교적 높은 비용을 감내할 수 있다. 그러나, 요망 자기광학 컴포넌트들의 수가 증가함에 따라, 최종 비용(및 시간)이 크게 증가하며, 수백개 또는 수천개의 이러한 컴포넌트들을 이용하는 장치에서는 유닛 비용을 크게 감소시켜야만 한다.
따라서, 유닛 비용을 감소시키면서, 가공성, 재현성, 균일성, 신뢰성을 증가시키도록, 외부 영향에 대한 도파관의 복사-영향 성질의 반응성을 개선시킬 수 있는, 공지 기술에 대해 장점을 제공하는 대안의 도파관 기술이 필요하다.
일체형 디스플레이 시스템용 장치 및 방법이 공개된다. 일체형 디스플레이 시스템은, 다수의 제 1 도차관 채널들에서 다수의 입력 파동 컴포넌트를 발생시키기 위한 조명 시스템과, 다수의 제 2 도파관 채널에서 다수의 입력 파동 컴포넌트를 수신하기 위해, 상기 조명 시스템에 일체형으로 구성되는 변조 시스템을 포함한다. 상기 변조 시스템은 또한, 일련의 이미지 세트를 집합적으로 형성하는 다수의 출력 파동 컴포넌트들을 생성한다.
본 발명의 선호되는 실시예의 일체형 디스플레이 제작 방법은, a) 다수의 제 1 도파관 채널에 다수의 입력 파동 컴포넌트들을 발생시키기 위한 조명 시스템을 형성하는 단계와, b) 조명시스템과 일체형으로 변조 시스템을 형성하여, 다수의 제 2 도파관 채널에서 다수의 입력 파동 컴포넌트를 수신하고 다수의 출력 파동 컴포넌트를 생성하여 일련의 이미지 세트들을 집합적으로 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장치, 방법, 컴퓨터 프로그램, 그리고 전파 신호들은 수정형 도파관 제작 공정을 이용할 수 있는 장점을 제공한다. 선호되는 실시예에서, 도파관은 광학 트랜스포트로서, 광섬유나 도파관 채널에 해당한다. 구체적으로, 복사선의 요망 성질을 보존하면서 광학적으로 활성인 컴포넌트들을 포함시킴으로서 인플루언서의, 단거리 성질에 영향을 미치는 특성을 개선시키도록 구성된 광섬유나 도파관 채널에 해당한다. 선호되는 실시예에서, 영향받을 복사 성질은 복사선의 편광 상태를 포함하며, 상기 인플루언서는 광학 트랜스포트의 전송축에 평행하게 전파되는 제어가능한 가변 자기장을 이용하여 편광 회전 각을 제어하는 데 패러데이 효과를 이용한다. 광학 트랜스포트는 매우 짧은 광학적 길이에 대해 작은 자기장 강도를 이용하여 신속하게 편광을 제어할 수 있도록 구성된다. 복사선은 최초에, 한개의 특정 편광을 가진 파동 컴포넌트를 생성하도록 제어된다. 파동 컴포넌트의 편광은 영향을 받아, 영향 효과에 따라 방출된 복사선의 진폭을 제 2 편광 필터가 변조한다. 선호되는 실시예에서, 이러한 변조는 방출된 복사선을 소멸시키는 과정을 포함한다. 본원 및 관련 출원들은 본 발명과 협조적으로 구성 및 동작가능한 패러데이 구조의 도파관, 패러데이 구조의 도파관 변조기, 디스플레이, 그리고 그외 다른 도파관 구조 및 방법을 제시한다.
저렴하고 균일하며 효율적인 자기 광학 시스템 소자들을 제조하기 위해 본 발명에서 제시되는 광섬유 도파관 제작 기술에 따라, 유닛 비용을 감소시키면서 우수한 가공성, 재현성, 균일성, 그리고 신뢰성을 가질 수 있도록, 외부 영향에 대한 도파관의 복사 영향 성질의 반응성을 개선시키는, 공지 기술에 비해 우월한 장점들을 제공하는 대안의 도파관 기술이 제공된다.
도 1은 본 발명의 선호 실시예의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 선호 실시예의 특정 구현에 대한 상세도.
도 3은 도 2에 도시된 최종 실시예의 단부 도면.
도 4는 디스플레이 어셈블리에 대한 선호 실시예의 개략적 블록도표.
도 5는 도 4에 도시된 정면 패널의 출력 포트들의 도면.
도 6은 도 2에 도시된 도파관의 일부분에 대한 선호 실시예의 개략도.
도 7은 본 발명의 도파관 프리폼의 선호 실시예를 구성하기 위한, 대표적인 도파관 제작 시스템의 블록도표.
도 8은 본 발명의 선호 실시예를 구성하기 위한 대표적 섬유 인발 시스템의 개략도.
도 9는 단순화된 일체형 패널 도파관 기반 디스플레이의 개략도.
도 10은 도 9에 도시된 디스플레이의 상세도.
도 11은 본 발명의 선호 실시예에 따른 어드레싱 그리드(1100)의 개략도.
도 12는 본 발명의 선호 실시예에 따른 X 리본 구조 섬유 시스템의 개략도.
도 13은 본 발명의 선호 실시예에 따른 Y 리본 구조 섬유 시스템의 개략도.
도 14는 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트릭스의 선호 실시예의 개략도.
도 15는 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트릭스의 제 1 대안 실시예의 개략도.
도 16은 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트릭스의 제 2 대안 실시예의 개략도.
도 17은 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트릭스의 제 3 대안 실시예의 개략도.
도 18은 본 발명의 선호 실시예에 따른 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션 시스템의 개략도.
도 19는 도 18에 도시된 스위치/정션의 일련의 제작 단계들에 대한 개략도.
도 20은 디스플레이, 디스플레이 요소, 로직 소자, 로직 요소, 또는 메모리 소자로 이용가능한 직물 매트릭스의 3차원 표현.
도 1은 패러데이 구조 도파관 변조기(100)용의 본 발명의 선호 실시예의 개략도이다. 변조기(100)는 광학 트랜스포트(105), 광학 트랜스포트(105)에 연결된 성질 인플루언서(110), 제 1 성질 소자(120), 그리고 제 2 성질 소자(125)를 포함한다.
트랜스포트(105)는 당 분야에 잘 알려진 광학 도파관 구조들에 기초하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 트랜스포트(105)는 한개의 안내 영역과 한개 이상의 경계 영역(코어와 한개 이상의 클래딩층)을 포함하는 안내 채널을 가진 전용 광섬유(통상적인 광섬유나 PCF)일 수 있다. 또는, 트랜스포트(105)가 한개 이상의 이러한 안내 채널들을 가진 벌크 장치나 기판의 도파관 채널일 수 있다. 종래의 도파관 구조는 인플루언서(110)의 속성과, 영향받을 복사선 성질의 종류에 기초하여 수정된 다.
인플루언서(110)는 트랜스포트(105)를 통해 전송되는 복사선에 대한, 또는 트랜스포트(105)에 대한 성질 영향을 표현하는 구조이다. 여러 다른 종류의 복사선 성질들이 영향받을 수 있고, 여러 경우에, 임의의 주어진 성질에 영향을 미치기 위해 사용되는 특정 구조가 구현예마다 달라질 수 있다. 선호 실시예에서, 회전의 출력 진폭을 제어하는 데 사용될 수 있는 성질들이 요망하는 영향 성질에 해당한다. 예를 들어, 복사 편광각은 영향받을 수 있는 한가지 성질이며, 복사선의 통과 진폭을 제어하는 데 사용될 수 있는 성질이다. 고정 편광자같은 또다른 소자의 이용은, 편광자의 전파축에 대한 복사선의 편광각에 기초하여 복사선 진폭을 제어할 것이다. 편광각 제어는 본 예에서 전파 복사선을 변경시킨다.
그러나, 다른 종류의 성질도 물론 영향받을 수 있으며, 출력 진폭을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 이 성질의 속성과, 이 성질에 대한 영향의 종류 및 정도에 기초하여, 출력 진폭을 제어하는 데 변조기(100)와 함께 다른 소자들이 사용된다. 일부 실시예에서, 출력 진폭과는 다른 복사선의 또다른 특성이 바람직하게 제어될 수 있다. 이에 따르면, 식별된 성질과는 다른 복사선 성질이 제어되어야 하며, 요망 속성에 대한 요망 제어를 구현하기 위해 성질들이 서로 다르게 제어되어야 할 필요가 있다.
패러데이 효과는 트랜스포트(105) 내에서 편광 제어를 구현하는 한가지 방법의 한 예에 불과하다. 패러데이 편광 회전 영향을 위한 인플루언서(110)의 선호되는 실시예는 트랜스포트(105)에 인접하게 또는 일체형으로 나타나는 가변 및 고정 자기장의 조합을 이용한다. 이러한 자기장은 다음과 같이 바람직하게 발생된다. 즉, 제어되는 자기장은 트랜스포트(105)를 통해 전송되는 복사선의 전파 방향에 평행하게 배향된다. 트랜스포트에 대해 자기장의 방향 및 크기를 적절하게 제어함으로서, 복사 편광각에 대해 요망 수준의 영향을 얻을 수 있다.
본 특정 예에서, 트랜스포트(105)가 인플루언서(110)에 의해 선택된 성질의 영향능력을 개선 및 최대화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 패러데이 효과를 이용한 편광 회전 성질의 경우, 트랜스포트(105)가 도핑되고, 형성되며, 처리되어, 버데트 상수를 증가/최대화시킨다. 버데트 상수가 클수록, 인플루언서(110)가 주어진 필드 길이 및 트랜스포트 길이에서 편광 회전각에 영향을 미치는 것이 용이하다. 선호 실시예에서, 버데트 상수에 관한 작업이 주작업이며, 트랜스포트(105)의 도파관에 관한 다른 특성/속성/특징들은 보조 작업에 해당한다. 선호 실시예에서, 인플루언서(110)는 도파관 제작 공정(가령, 프리폼 제작이나 인발 과정)을 통해 트랜스포트(105)와 일체형으로 구성되거나 "강하게" 상관된다.
소자(120)와 소자(125)는 인플루언서(110)에 의해 영향받을 요망 복사선 성질에 대한 선택/필터링/동작을 위한 성질 소자들이다. 소자(120)는 적정 성질을 위한 요망 상태를 가진 입력 복사선의 파동 컴포넌트를 통과시키기 위해 게이팅 소자로 사용되는 필터일 수 있다. 또는, 입사 복사선의 한개 이상의 파동 컴포넌트를 적정 성질을 위한 요망 상태로 순응하게 하는 처리 소자일 수 있다. 소자(120)로부터 게이팅된/처리된 파동 컴포넌트들이 광학 트랜스포트(105)에 제공되고, 성질 인플루언서(110)가 이동하는 파동 컴포넌트에 앞서와 같이 영향을 미친다.
소자(125)는 소자(120)에 대해 협력적 구조를 가지며, 영향받은 파동 컴포넌트에 대해 동작한다. 소자(125)는 WAVE_OUT을 통과시키는 구조이며, 파동 컴포넌트의 성질 상태에 기초하여 WAVE_OUT의 진폭을 제어하는 구조이다. 이러한 제어의 속성 및 특이사항은, 영향받은 성질과, 소자(120)로부터의 성질 상태, 그리고 초기 상태가 인플루언서(110)에 의해 어떻게 영향받았는 지에 관한 세부사항에 관련된다.
예를 들어, 영향받는 성질이 파동 컴포넌트의 편광 성질/편광 회전각일 경우, 소자(120)와 소자(125)는 편광 필터일 수 있다. 소자(120)는 우측 원형 편광같은, 파동 컴포넌트에 대한 특정 종류의 편광을 선택한다. 인플루언서(110)는 트랜스포트(105)를 통과함에 따라 복사선의 편광 회전각을 제어한다. 소자(125)는 소자(125)의 투과각에 대한 최종 편광 회전각에 기초하여 영향받는 파동 컴포넌트를 필터링시킨다. 다시 말해서, 영향받은 파동 컴포넌트의 편광 회전각이 소자(125)의 투과각과 일치할 경우, WAVE_OUT은 높은 진폭을 가진다. 영향받은 파동 컴포넌트의 편광 회전각이 소자(125)의 투과각과 교차할 경우, WAVE_OUT은 낮은 진폭을 가진다. 본 내용에서 언급한 "교차"란, 종래의 편광 필터에 대한 투과축에 대해 90도만큼 오정렬된 회전각을 의미한다.
더우기, 소자(120)와 소자(125)의 상대적 방위각을 구축하여, WAVE_OUT의 최대 진폭, WAVE_OUT의 최소 진폭, 또는 그 사이의 소정의 값을 디폴트 컨디션에서 얻을 수 있도록 하는 것이 가능하다. 디폴트 컨디션은 인플루언서(110)로부터 영향받지 않은 출력 진폭의 크기를 의미한다. 예를 들어, 소자(120)의 투과축에 대해 90도 관계로 소자(125)의 투과축을 설정함으로서, 디폴트 컨디션은 선호 실시예의 최소 진폭이 될 것이다.
소자(120)와 소자(125)가 개별적인 컴포넌트일 수 있으며, 또는, 두 구조 중 한가지 이상이 트랜스포트(105)에 일체형으로 구성될 수도 있다. 일부 경우에, 소자들이 선호 실시예에서처럼 트랜스포트(105)의 입력 및 출력에 국부적으로 위치할 수도 있지만, 다른 실시예에서는 이 소자들이 트랜스포트(105)의 특정 영역에 분포하거나 트랜스포트(105) 전체에 분포될 수도 있다.
동작 시에, 소자(120)에 복사선(WAVE_IN)이 입사되고, 적절한 성질(가령, 우측 원형 편광(RCP) 회전 컴포넌트)이 게이팅되고 처리되어 RCP 파동 컴포넌트를 트랜스포트(105)까지 전달한다. 트랜스포트(105)는 RCP 파동 컴포넌트를 통과시켜서 소자(125)와 상호작용하게 하고, 결국 파동 컴포넌트(WAVE_OUT)가 출력된다. 입사 WAVE_IN은 편광 성질에 대해 여러개의 수직 상태(가령, 우측 원형 편광(RCP)와 좌측 원형 편광(LCP))을 가진다. 소자(120)는 편광 회전 성질에 대한 특정 상태를 생성한다(가령, 수직 상태들 중 하나를 통과시키고 나머지들을 차단시켜 한 상태만이 통과하게 된다). 인플루언서(110)는 제어 신호에 따라, 통과하는 파동 컴포넌트의 특정 편광 회전에 영향을 미치며, 제어 신호에 의해 명시된 대로 이를 변화시킬 수 있다. 인플루언서(110)는 90도 범위만큼 편광 회전 성질에 영향을 미칠 수 있다. 소자(125)는 그후 파동 컴포넌트와 상호작용하여, 파동 컴포넌트 편광 회전이 소자(125)의 투과축과 일치할 때 최대값으로부터, 그리고 파동 컴포넌트 편광이 투과축과 교차될 때 최소값으로부터 변조될 WAVE_IN의 복사선 진폭을 구현한다. 소 자(120)를 이용함으로서, WAVE_OUT의 진폭은 최대 수준에서 소멸 수준까지 변할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 선호 실시예의 특정 구현의 상세도이다. 이 구현은 설명을 단순화시키도록 의도된 것으로서, 본 예에 제한되어서는 안될 것이다. 도 1에 도시된 패러데이 구조의 도파관 변조기(100)가 도 2에 도시되는 패러데이 광학 변조기(200)이다.
변조기(200)는 코어(205), 제 1 클래딩층(210), 제 2 클래딩층(215), 코일이나 코일폼(220), 입력 소자(235), 그리고 출력 소자(240)를 포함한다. 코일(220)은 제 1 제어 노드(225)와 제 2 제어 노드(230)를 가진다. 도 3은 소자(235)와 소자(240) 사이에서 취한 도 2에 도시되는 선호 실시예의 단면도다.
코어(205)는 표준 섬유 제작 기술에 의해 부가되는 다음의 도펀트들 중 한가지 이상을 지닐 수 있다. 가령, 진공 증착 방법에 대한 변형을 들 수 있는 데, a) 칼라 다이 도펀트(color dye dopant)(변조기(200)를 효과적으로 조명원 시스템으로부터의 칼라 필터화함), 그리고 b) YIG/Bi-YIG 또는 Tb, 또는 TGG 또는 그외 다른 도펀트같은 광학적 활성 도펀트(자기장 존재 하에 효율적 패러데이 회전을 구현하기 위해 코어(205)의 버데트 상수를 증가시킴)을 지닐 수 있다. 제작 중 섬유를 가열하거나 섬유에 응력을 가하는 것은, 코어(205)에 구멍이나 불규칙성을 부가하여, 버데트 상수를 추가적으로 증가시키거나 비선형 효과를 구현한다.
상당수의 실리카 광섬유가 실리카 퍼센티지에 비해 높은 수준의 도펀트들로 제작된다(50% 함량의 도펀트까지도 가능하다). 다른 종류의 섬유에서 실리카 구조 의 현재의 도펀트 농도는 수십 미크론 거리에서 90도의 패러데이 회전을 구현한다. 종래의 섬유 제작자들은 도펀트 농도 증가(가령, JDS Uniphase 사에서 상용화한 섬유)와 도펀트 프로파일 제어(가령, Corning Incorporated 사에서 상용화한 섬유)에 있어서 개선점을 계속하여 구현하고 있다. 코어(205)는 충분히 높은 그리고 제어된 농도의 광학적 활성 도펀트들을 얻어, 미크론 스케일 거리에서 저출력으로 신속한 회전을 제공하고, 이 출력/거리 값은 계속하여 감소하고 있다.
제 1 클래딩층(210)은 강자성 다닐 분자 자석으로 도핑되며, 이 자석들은 강한 자기장에 노출되었을 때 영구적으로 자화된다. 제 1 클래딩층(210)의 자화는 코어(205)나 프리폼에 부가되기 전에 또는 변조기(200)가 인발되기 전에, 구현될 수 있다. 이러한 과정 중, 프리폼이나 인발된 섬유가 코어(205)의 투과축으로부터 90도 벗어난 강한 영구 자석 자기장을 통과한다. 선호 실시예에서, 이러한 자화는 섬유 인발 장치의 한 소자로 배치되는 전기-자기 소자에 의해 구현된다. 광학적으로 활성인 코어(205)의 자기 도메인을 포화시키는 (영구 자석 성질을 가진) 제 1 클래딩층(210)이 제공되지만, 이 클래딩층(210)은 섬유(200)를 통과하는 복사선의 회전각을 변화시키지 않는다. 왜냐하면, 층(210)으로부터의 자기장의 방향이 전파방향에 수직이기 때문이다. 관련 출원에서는 결정질 구조에서 비-최적화 핵들의 분쇄에 의해, 도핑된 강자성 클래딩의 방위각을 최적화시키는 방법을 제시한다.
비교적 고온에서 자화될 수 있는 단일 분자 자석(SMM)이 발견되었기 때문에, SMM을 도펀트로 이용하는 것이 바람직하다. SMM을 이용함으로서, 우수한 도핑 농도와 도펀트 프로파일 제어를 구현할 수 있다. 상용화된 단일 분자 자석 및 그 방법 의 예는 미국, 콜로라도 주 Denver에 소재한 ZettaCore, Inc. 사에서 상용화한 기술을 들 수 있다.
제 2 클래딩층(215)은 페리/강자성 물질로 도핑되며, 적절한 히스테리시스 곡선을 가진다. 선호 실시예는 필수적인 자기장을 발생시킬 때 폭넓으면서도 평탄한 짧은 곡선을 이용한다. 제 2 클래딩층(215)이 인접 자계 발생 소자(가령, 코일(220))에 의해 발생되는 자기장에 의해 포화되었을 때(상기 자계 발생 소자는 스위칭 매트릭스 구동 회로(도시되지 않음)같은 컨트롤러로부터의 신호(가령, 제어 펄스)에 의해 구동됨), 제 2 클래딩층(215)은 변조기(200)에 대해 요망되는 회전 정도에 적합한 자화 수준에 신속하게 도달한다. 더우기, 제 2 클래딩층(215)은 차후 펄스가 자화 레벨을 증가시키거나(동일 방향 전류), 리프레시하거나(전류가 없거나 +/- 유지 전류), 자화 레벨을 감소시킬 때(반대방향 전류)까지 그 레벨 근처에서 자화 상태를 유지한다. 도핑된 제 2 클래딩층(215)의 이러한 잔여 플럭스는 인플루언서(110)에 의한 자기장의 일정 공급없이도 시간에 따라 적절한 회전 수준을 유지한다.
도핑된 페리/강자성 물질의 적정 수정/최적화는 적정 공정 단계에서 클래딩의 이온 충돌에 의해 추가적으로 영향받을 수 있다. 프랑스 파리에 소재한 Alcatel 사의 미국특허 6,103,010 호, "Method of Depositing a Ferromagnetic Film on a Waveguide And a Magneto-Optic Component Comprising a Thin Ferromagnetic Film Deposited by the Method"를 참조할 수 있다. 이 문헌에서는 도파관에 기상 증착 방법에 의해 증착되는 강자성 박막이, 선호되는 결정질 구조에서 정렬되지 않은 핵 들을 분쇄하는 입사각으로의 이온 빔과 충돌한다. 결정질 구조의 변형은 당 분야에 잘 알려진 방법이며, 제작된 섬유나 도핑된 프리폼 물질의 형태로 도핑된 실리카 클래딩에 이용될 수 있다. '010 특허는 본원에서 참고로 인용된다.
제 1 클래딩층(210)과 유사하게, 비교적 고온에서 자화될 수 있는 적절한 단일 분자 자석(SMM)이 제 2 클래딩층(215)을 위한 도펀트로 바람직하다(우수한 도핑 농도를 제공할 수 있다).
선호 실시예의 코일(220)은 초기 자기장을 발생시키기 위해 섬유(200)에 일체형으로 제작된다. 코일(220)로부터의 이 자기장은 코어(205)를 통과하는 복사선의 편광 각을 회전시키고, 제 2 클래딩층(215)에서 페리/강자성 도펀트를 자화시킨다. 이 자기장들의 조합은 요망 주기(섬유들의 매트릭스가 집합적으로 디스플레이를 형성할 때 비디오 프레임의 시간)동안 요망 회전각을 유지한다. 본원 설명을 위해, "코일폼"은 다수의 전도성 세그먼트들의 섬유축에 대해 직각으로 그리고 서로에 대해 평행하게 배치되는 점에서 코일의 구조와 유사하게 규정된다. 재료 성능이 개선됨에 따라, 즉, 높은 버데트 상수를 가진 도펀트를 이용하여 도핑된 코어의 유효 버데트 상수가 증가함에 따라, 섬유 소자를 둘러싸는 코일이나 코일폼에 대한 필요성이 감소하거나 제거되며, 더 간단한 단일 밴드나 가우시안 실린더 구조가 실용적일 것이다. 이 구조들은, 코일폼의 기능을 수행할 때, 코일폼의 정의 내에 포함된다.
패러데이 효과를 명시하는 방정식의 변수(자기장 강도, 자기장이 공급되는 거리, 그리고 회전 매질의 버데트 상수)들을 고려할 때, 변조기(200)를 이용하는 구조, 컴포넌트, 그리고 장치들은 강하지 않은 자기장을 생성하는 물질로 형성된 코일이나 코일폼을 보상할 수 있다. 보상은 변조기(200)를 길게함으로서, 또는, 유효 버데트 상수를 추가적으로 증가시킴으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에에서, 코일(220)은 금속 와이어보다 덜 효율적인 전도성 폴리머인 전도성 물질을 이용한다. 또다른 구현예에서, 코일(220)은 좀 더 효율적인 물질로 사용되는 대신에, 넓은 폭, 적은 수의 권선을 이용한다. 또다른 사례의 경우에, 코일(220)이 편리한 공정에 의해 제작되지만 덜 효율적인 동작을 가진 코일(220)을 생성할 경우, 적절한 전체 동작 성능을 얻기 위해 필요에 따라 다른 매개변수들이 보상을 행할 수 있다.
섬유 길이, 코어의 버데트 상수, 그리고 자계 발생 소자의 피크 자계 출력 및 효율과 같은 설계 매개변수들 간에는 절충이 가능하다. 이러한 절충을 고려할 때, 일체형으로 형성되는 코일폼에는 네가지 선호되는 실시예가 나타난다. 즉, 1) 코일/코일폼 구현을 위한 트위스트 섬유, 2) 다층 권선 구현을 위해 전도성 패턴으로 인쇄된 박막으로 에피택시 방식에 의해 둘러싸인 섬유, 3) 코일/코일폼 제작을 위해 섬유에 딥-펜 나노리소그래피에 의해 인쇄 구현, 4) 코팅된/도핑된 글래스 섬유, 또는 금속으로 코팅되거나 코팅되지 않은 전도성 폴리머, 또는 금속 와이어로 감긴 코일/코일폼이 네가지 실시예에 해당한다.
노드(225)와 노드(230)는 코어(205), 클래딩층(215), 그리고 코일(220)에서 필수 자기장의 발생을 유도하기 위한 신호를 수신한다. 이 신호는 간단한 실시예에서, 적정 크기 및 시간구간을 가진 DC 신호로서, 요망 자기장을 생성하여 변조 기(200)를 통해 전파되는 WAVE_IN 복사선의 편광각을 회전시키기 위한 DC 신호이다. 변조기(200)가 사용될 때 컨트롤러(도시되지 않음)가 이 제어 신호를 제공할 수 있다.
입력 소자(235)와 출력 소자(240)는 선호 실시예에서 편광 필터로서, 개별적인 컴포넌트로, 또는 코어(205)에 일체형으로 제공된다. 편광자로서 입력 소자(235)는 여러 종류의 방식으로 구현될 수 있다. 코어(205)에 단일 편광 종류(원형 또는 선형)의 광을 통과시키는 다양한 편광 메커니즘이 사용될 수 있다. 선호 실시예는 코어(205)의 입력단에 에피택시 방식으로 증착되는 박막을 이용한다. 대안의 선호 실시예는 코어(205)나 클래딩층의 실리카에 대한 편광 필터링을 구현하기 위해 도파관(200)에 사용화된 나노스케일 마이크로구조형성 기술을 이용한다. 한개 이상의 광원으로부터 광의 효율적 입력을 위한 일부 구현예에서, 선호되는 조명 시스템은 "잘못된" 초기 편광의 광을 반복적으로 반사시킬 수 있도록 공동을 포함할 수 있다. 따라서, 모든 광이 결국 허가된 또는 "올바른" 편광을 가지게 된다. 부가적으로, 조명원으로부터 변조기(200)까지 거리에 따라, 편광 유지 도파관이 이용될 수 있다.
선호 실시예의 출력 소자(240)는 디폴트 "오프" 변조기(200)에 대해 입력 소자(235)의 방위각으로부터 90도 벗어난 "편광 필터" 소자이다. 일부 실시예에서, 디폴트는 입력 및 출력 소자들의 축을 정렬시킴으로서 "온"으로 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 인플루언서로부터의 적절한 제어와 입력 및 출력 소자들의 적절한 관계에 의해 50% 진폭같은 다른 디폴트들이 구현될 수 있다. 소자(240)는 코어(205) 의 출력단에 에피택시 방식으로 증착되는 박막인 것이 바람직하다. 입력 소자(235)와 출력 소자(240)는 다른 편광 필터/제어 시스템을 이용하여 본원에서 소개된 구성과는 다르게 구성될 수도 있다. 영향받을 복사 성질이 복사 편광각과는 다른 성질(가령, 위상이나 주파수)을 포함할 때, 인플루언서에 따라 WAVE_OUT의 진폭을 변조하기 위해 상술한 바와 같이 요망 성질을 적절하게 게이팅/처리/필터링하는 데 다른 입력 및 출력 기능들이 사용된다.
도 4는 디스플레이 어셈블리(400)의 선호 실시예에 대한 개략도이다. 어셈블리(400)는 도 2에 도시되는 바와 같이 도파관 변조기(200ij)에 의해 각기 발생되는 다수의 화소들의 집합체를 포함한다. 변조기(200ij)의 각 인플루언서를 제어하기 위한 제어 신호들이 컨트롤러(200ij)에 의해 제공된다. 복사원(410)은 변조기(200ij)에 의해 입력/제어를 위한 복사선을 제공하며, 프론트 패널은 변조기(200ij)를 요망 패턴으로 배열하거나 한개 이상의 화소들의 사후-출력 처리를 제공하는 데 사용될 수 있다.
복사원(410)은 단일형 백색광원일 수도 있고, 개별적인 RGB/CMY 튜닝 광원일 수 있다. 복사원(410)은 변조기(200ij)의 입력단으로부터 이격되어 위치할 수도 있고, 이 입력단에 인접하게 배치될 수도 있고, 변조기(200ij)에 일체형으로 구성될 수도 있다. 일부 구현예에서 단일 복사원이 사용되지만, 또다른 실시예에서는 다수개의 복사원이 사용될 수도 있다(일부 경우에는 변조기(200ij) 당 한개의 복사원이 사용된다).
상술한 바와 같이, 변조기(200ij)의 광학 트랜스포트의 선호 실시예는 전용 광섬유 형태의 광 채널들을 포함한다. 그러나 반도체 도파관, 도파 구멍, 또는 그외 다른 광학 도파 채널(가령, 물질을 통해 깊이있게 형성되는 채널이나 영역)이 본 발명의 범위 내에 포함된다. 이 도파 소자들은 디스플레이의 기본적 이미징 구조이며, 진폭 변조 메커니즘과 칼라 선택 메커니즘을 일체형으로 포함한다. FPD 구현의 선호 실시예에서, 각 광 채널들의 길이는 수십 미크론 수준인 것이 바람직하다. 하지만 다른 길이일 수도 있다.
선호 실시예의 한 특징에 따르면, 광학 트랜스포트의 길이는 짧으며, 유효 버데트 값이 증가하거나 자기장 강도가 증가함에 따라 계속하여 짧아질 수 있다. 디스플레이의 실제 깊이는 채널 길이의 함수일 것이며, 하지만, 광학 트랜스포트가 도파관이기 때문에, 소스로부터 출력까지 경로가 선형일 필요는 없다. 다시 말해서, 실제 경로가 구부러져, 훨씬 얕은 유효 깊이를 제공할 수 있다. 경로 길이는 버데트 상수와 자기장 강도의 함수이며, 선호되는 실시예는 몇 밀리미터 수준 또는 그 미만의 매우 짧은 경로 길이를 제공한다. 그러나 이보다 긴 거리가 사용될 수도 있다. 입력 복사선에 대해 요망 수준의 영향/제어를 얻기 위해 필요한 길이가 인플루언서에 의해 결정된다. 편광된 복사선의 선호 실시예에서, 이러한 제어는 90도 회전을 얻을 수 있다. 일부 예에서, 소멸 레벨이 높을 경우(가령, 밝을 경우), 필요한 경로 길이를 단축하는 데 더 작은 회전이 사용될 수 있다. 따라서, 경로 길이는 파동 컴포넌트에 대한 요망 영향의 정도에 의해서도 영향받는다.
컨트롤러(405)는 적절한 스위칭 시스템의 구성 및 조립을 위한 다수의 대안들을 포함한다. 선호 구현은 점대 점(point-to-point) 컨트롤러를 포함할 뿐 아니 라, 변조기(200ij)를 구조적으로 조합하고 홀딩하여 각 화소를 전자적으로 어드레싱하는 '매트릭스'를 또한 포함한다. 광섬유의 경우에, 전-섬유(all-fiber), 직물 구조, 그리고 섬유 소자의 적절한 어드레싱을 위한 가능성이 섬유 컴포넌트의 속성에 내재되어 있다. 가요성 메시나 솔리드 매트릭스들이 대안의 구조에 해당한다.
선호 실시예의 한 특징에 따르면, 변조기(200ij)들 중 한개 이상의 출력단이 처리되어 그 응용을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 도파관 구조의 출력단들은, 특히 광섬유로 구현될 때, 열처리되고 인발되어, 가느다란 단부를 형성하고, 그렇지 않을 경우 마모, 트위스트, 또는 성형되어, 출력단에서 광 산란을 개선시킨다. 이에 따라, 디스플레이 표면에서의 시야각을 개선시킬 수 있다. 변조기 출력단들 중 일부 또는 전부는 이와 유사한 방식, 또는 아예 다른 방식으로 처리되어, 요망 결과를 도출하는 요망 출력 구조를 집합적으로 생성한다. 가령, 한 개 이상의 화소로부터 WAVE_OUT의 다양한 촛점, 감쇠, 칼라, 또는 그외 다른 속성이 제어될 수 있고, 또는, 이들이 한개 이상의 출력단/출력단에 대응하는 패널 위치의 처리에 의해 영향받을 수 있다.
프론트 패널(415)은 편광 컴포넌트를 마주하는 광학 글래스의 시트나 그외 다른 투과성 광학 물질의 시트일 수 있다. 추가적인 기능적/구조적 특징들을 포함할 수도 있다. 가령, 패널(415)은 인접 변조기(200ij)와 함께 요망 방위각으로 변조기(200ij)들의 출력단을 배열하기 위한 가이드나 그외 다른 구조를 포함할 수 있다. 도 5는 도 4에 도시되는 패널(415)의 출력 포트(500xy)에 대한 한가지 배열의 도면이다. 그외 다른 배열도 가능하며, 요망 디스플레이에 따라 또한 가능하다(가 령, 원형, 타원형, 그외 다른 규칙적/불규칙적 기하 형태). 장치가 요구할 경우, 활성 디스플레이 영역은 인접한 화소들을 가질 필요가 없다. 이에 따라 링이나 도우넛형 디스플레이가 가능하다. 또다른 구현에서, 출력 포트가 포커싱, 분산, 필터링을 행할 수 있고, 또는 한개 이상의 화소에 대한 다른 종류의 사후-출력 처리를 실행할 수도 있다.
디스플레이나 프로젝터 표면의 광학적 구조는 도파관 단부들이 요망 3차원 표면(가령, 곡면)에서 종료되도록 변할 수 있다. 이에 따라, 추가적인 광학적 소자 및 렌즈들과 순서대로 추가적인 포커싱 용량을 구현할 수 있다. 이들은 패널(415)의 일부분으로 포함될 수도 있다. 일부 응용예는 볼록하거나, 평탄하거나 오목한 표면 영역들을 여러개 요구할 수 있다. 각각의 영역은 서로 다른 곡률과 방위각을 가져, 적절한 출력 형태를 제공한다. 일부 응용예에서, 구체적 기하구조가 고정될 필요는 없으며, 요망하는 바에 따라 형태/방위각/크기를 변경시키도록 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 구현예들은 다양한 종류의 촉각형 디스플레이 시스템을 생성할 수도 있다.
투영 시스템 구현예에서, 복사원(410), 변조기(200ij)에 연결된 컨트롤러를 구비한 스위칭 어셈블리, 그리고 프론트 패널(415)는 서로 이격되어 개별적인 모듈이나 유닛에 하우징됨으로서 잇점을 취할 수 있다. 복사원(410)의 경우에, 일부 실시예에서, 대형 극장 스크린을 조명하기 위해 통상적으로 요구되는 고진폭광의 종류들에 의해 생성되는 열때문에 스위칭 어셈블리로부터 조명원을 분리시키는 것이 바람직하다. 다수개의 조명원들이 사용되어 열 출력을 분산시키는 경우에도, 열 출 력은 여전히 충분히 커서 스위칭 어셈블리와 디스플레이 소자로부터 이격시키는 것이 바람직하다. 이러한 조명원은 히트 싱크와 냉각 소자를 구비한 절연 케이스에 하우징된다. 섬유들은 이격된 또는 단일형 조명원으로부터 스위칭 어셈블리까지 광을 운반한다. 스크린은 프론트 패널(415)의 일부 특징들을 포함할 수 있고, 또는 패널(415)이 적정 표면을 조명하기 전에 사용될 수도 있다.
프로젝션/디스플레이 표면으로부터 스위칭 어셈블리를 이격시킴으로서 장점을 가질 수 있다. 프로젝션 시스템 베이스에 조명 및 스위칭 어셈블리를 배치함으로서, 프로젝션 TV 캐비넷의 깊이를 감소시킬 수 있다. 또는, 반사형 직물 스크린을 이용하는 프론트 프로젝션 시스템에서, 천정에 매달린 소형 볼에, 또는 얇은 램프형의 폴 위에 위치한 소형 볼에 프로젝션 표면이 포함될 수 있다.
극장형 프로젝션에서, 플로어 상의 유닛으로부터 프로젝션 윈도 영역의 소형 광학 유닛까지 도파관 구조를 이용하여 스위칭 어셈블리에 의해 이미지를 운반할 가능성은, 여러 다른 잠재적 장점 및 구성 중에서도, 동일한 프로젝션 공간에 선호 실시예의 새 프로젝터와 재래식 영화 프로젝터를 모두 수용하기 위한 공간 활용 전략을 제시한다.
측면이 맞닫는 형태로 배열되거나 접착되는 도파관 스트립의 모놀리식 구조는 각각 한 스트립에 수천개씩의 도파관을 가지고 있는데, 이 모놀리식 구조는 고화질 이미징을 구현할 수 있다. 그러나, 벌크 섬유 광학 컴포넌트 구조는 선호 실시예에서 필수적인 소형 프로젝션 표면 영역을 달성할 수 있다. 단일 모드 섬유들은, 섬유의 단면적이 충분히 작고 디스플레이 화소나 서브화소로 적합할만큼 충분 히 작은 직경을 가진다.
추가적으로, 일체형 광학 장치 제작 기술들은 단일 반도체 기판이나 칩의 제작에서 본 발명의 감쇠기 어레이를 구현할 수 있을 것으로 기대된다.
용융 섬유 프로젝션 표면에서, 용융 섬유 표면은 이미지를 광학 어레이로 포커싱하기 위한 용도의 곡률을 얻기 위해 분쇄될 수 있다. 대안으로, 접착제로 결합되는 섬유 단부들은 성형된 팁을 가질 수 있고, 곡면 구현을 위해 성형된 매트릭스에서 그 말단에 배열될 수 있다.
프로젝션 TV나 그외 다른 비-극장형 프로젝션 장비에 있어서, 조명과 스위칭 모듈을 프로젝터 표면으로부터 분리시키는 옵션은 부피가 작은 프로젝션 TV 캐비넷 구조를 구현하는 신규한 방식을 도출한다.
도 6은 도 2에 도시되는 구조 도파관(205)의 일부분(600)에 대한 본 발명의 선호 실시예의 개략도이다. 일부분(600)은 도파관(205)의 복사 전파 채널, 통상적으로 안내 채널(가령, 섬유 도파관용 코어)이지만, 한개 이상의 경계 영역(가령, 섬유 도파관용 클래딩)을 포함할 수도 있다. 다른 도파관 구조들은 도파관의 채널 영역의 투과축을 따라 전파되는 복사의 도파 과정을 개선시키기 위해 서로 다른 특정 메커니즘을 가진다. 도파관은 구조 물질 및 그외 다른 물질의 포톤형 결정 섬유, 전용 박막 스택을 포함한다. 도파의 구체적 메커니즘은 도파관마다 다르지만, 본 발명은 여러 다른 구조에 이용하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 안내 영역이나 안내 채널, 그리고 경계 영역이라는 용어들은, 채널의 투과축을 따라 복사 전파를 개선시키기 위한 협력적 구조를 의미 한다. 이 구조들은 도파관의 버퍼나 코팅 또는 사후-제작 처리와는 다르다. 원칙적 차이라면, 경계 영역들이 안내 영역을 통해 전파되는 파동 컴포넌트를 전파시킬 수 있으며, 도파관의 나머지 성분들은 그렇지 못하다는 것이다. 예를 들어, 멀티모드 광섬유 도파관에서, 고차 모들의 상당 에너지가 경계 영역을 통해 전파된다. 한가지 차이점은, 안내 영역/경계 영역이 실질적으로 전파 복사에 대해 투과성이며, 다른 지지 구조들은 실질적으로 불투과성이라는 점이다.
상술한 바와 같이, 인플루언서(110)는 도파관(205)와 협력 작용하여, 투과축을 따라 전송될 때 전파하는 파동 컴포넌트의 성질에 영향을 미친다. 일부분(600)은 인플루언서 응답 속성을 가진다고 말하여지며, 선호 실시예에서 이 속성은 인플루언서(110)에 대한 전파 파동의 성질 응답을 개선시키도록 구성된다. 일부분(600)은 다수의 컴포넌트들을 포함한다. 가령, 희토류 도펀트(605), 구멍(610), 불규칙 구조(615), 마이크로버블(620), 그리고 그외 다른 소자(625)를 포함한다. 이들은 안내 영역이나 한개 이상의 경계 영역에 배치되어 특정 구현을 만족시킬 수 있게 한다. 선호 실시예에서, 일부분(600)은 매우 짧은 길이를 가지며, 통상적으로 25밀리미터보다 짧다. 이보다 훨씬 짧을 수도 있다. 이 컴포넌트들에 의해 개선되는 인플루언서 응답 속성은, 짧은 길이 도파관에 대해 최적화된다. 가령, 감쇠 및 파장 분산을 포함한, 킬리미터 이상 수준의 매우 긴 길이에 대해 최적화된 통신 섬유에 비해 짧은 길이를 예로 들 수 있다. 일부분(600)의 컴포넌트들은 서로 다른 응용예에 대해 최적화되는 것으로서, 도파관의 통신 이용을 크게 저하시킬 수 있다. 컴포넌트의 존재들이 통신 이용을 저하시키려 의도한 것은 아니며, 통신 속성에 대한 인플루언서의 응답 속성의 개선에 대한 선호 실시예의 촛점은, 이러한 저하의 발생을 가능하게 하지만, 선호 실시예의 단점은 아니다.
본 발명은 인플루언서(110)의 여러 다른 구성들에 의해 영향받을 수 있는 여러 다른 파동 성질들이 존재한다는 점을 고려한다. 선호되는 실시예는 일부분(600)의 패러데이 효과 관련 성질을 목표로 한다. 상술한 바와 같이, 패러데이 효과는 전파 방향에 평행한 자기장에 따라 편광 회전 변화를 일으킨다. 선호 실시예에서, 인플루언서(110)가 투과축에 평행한 자기장을 발생시키며, 일부분(600)에서, 회전 크기는 자기장의 강도, 일부분(600)의 길이, 그리고 일부분(600)의 버데트 상수에 따라 좌우된다. 이 컴포넌트들은 자기장에 대한 일부분(600)의 응답성을 증가시킨다. 가령, 일부분(600)의 유효 버데트 상수를 증가시킴으로서, 응답성을 증가시킨다.
본 발명에 따른 도파관 제작 및 특성에서의 기법 변화 중 한가지 중요한 점이라면, 킬로미터 수준의 길이로 광학적으로 순수한 통신 등급 도파관을 제작하는 데 사용되는 제작 기술들의 수정이, 저렴한 킬리미터 길이의 광학적으로 순수하지 않은(그러나 광학적으로 활성인) 인플루언서-응답 도파관을 제작할 수 있게 한다는 점이다. 상술한 바와 같이, 선호 실시예의 일부 구현예들은 무수히 많은 숫자의 매우 짧은 길이의 도파관을 이용할 수 있다. 길게 제작된 도파관으로부터 생성된 짧은 길이의 도파관으로 이러한 집합체들을 형성함으로서 비용 절감 및 그외 다른 효율/장점을 얻을 수 있다. 이러한 비용 절감 및 그외 다른 효율 및 장점들은 개별적으로 종래에 생성된 자기광학 결정을 시스템 소자로 이용하는 자기광학 시스템의 여러 단점들을 극복할 수 있는 성숙한 제작 기술 및 장비를 이용한다. 예를 들어, 이 결함들은 높은 생산 비용, 다수의 자기광학 결정에 대한 균일성 결여, 그리고 비교적 큰 크기의 개별 컴포넌트들을 포함한다. 이는 개별 컴포넌트들의 집합체의 크기를 제한한다.
선호 실시예는 섬유 도파관 및 섬유 도파관 제작 방법에 대한 수정사항을 포함한다. 광섬유는 투과성 유전 물질(가령, 글래스나 플라스틱)의 필라멘트이며, 광을 안내하는 단면이 원형인 것이 일반적이다. 초기의 광섬유들의 경우, 원통형 코어가 유사한 구조의 클래딩으로 둘러싸였었다. 클래딩층의 굴절률보다 약간 큰 굴절률을 가진 코어를 제공함으로서 이 광섬유들이 광을 안내하였다. 그외 다른 섬유 종류들은 또다른 안내 메커니즘을 제공한다. 본원에서의 한가지 관심 대상은 광섬유는 상술한 바와 같이 포톤형 결정 섬유(PCF)를 포함한다.
실리카(실리콘다이옥사이드(SiO2)는 가장 흔한 통신 등급 광섬유들을 만드는 기본 재료이다. 실리카는 결정질이나 비정질 상태로 존재할 수 있고, 쿼츠 및 모래같은 불순한 형태로 자연계에 존재한다. 버데트 상수는 특정 물질에 대한 패러데이 효과의 강도를 나타내는 광학적 상수이다. 실리카같은 대부분의 물질의 경우 버데트 상수는 매우 작으며 파장에 따라 좌우된다. 터븀(Tb)같은 상자성 이온들을 포함하는 물질에서 매우 크다. 터븀 갈륨 가넷(TGG)의 결정이나 터븀 도핑된 치밀한 라이터 돌(flint glass)에서 높은 버데트 상수가 발견된다. 이 물질은 우수한 투과성질을 가지며, 레이저 손상을 잘 일으키지 않는다. 패러데이 효과가 단색인 것은 아니지만(즉, 파장에 따라 좌우되는 것은 아니지만), 버데트 삼수는 파장의 함수이 다. 632.8nm의 파장에서, TGG의 버데트 상수는 -134radT-1으로 보고되었으며, 1064nm 파장에서는 -40radT-1로 감소하였다. 이러한 거동은, 한 파장에서 소정 회전 동도로 제작되는 장치가 더 긴 파장에서 더 작은 회전을 나타낼 것이라는 점을 의미한다.
컴포넌트들은, 일부 실시예에서, YIG/Bi-YIG, 또는 Tb, 또는 TGG, 또는 그외다른 최적 기능 도펀트같은 광학적 활성 도펀트를 포함할 수 있다. 이는 자기장 존재 하에서 효율적인 패러데이 회전을 얻기 위해 도파관의 버데트 상수를 증가시킨다. 섬유 제작 과정 중의 가열이나 응력은 일부분(600)에 추가적 컴포넌트(가령, 구멍이나 불균일성)들을 부가함으로서 버데트 상수를 추가적으로 증가시킬 수 있다. 종래의 도파관에 사용되는 희토류 물질들은 투과 속성 소자들의 패시브적 개선용으로 사용되며, 광학적 활성 응용예에서는 사용되지 않는다.
실리카 광섬유가 실리카 퍼센티지에 대해 높은 함량의 도펀트로 제작되기 때문에(가령, 50% 도펀트), 그리고 필수 도펀트 농도가 다른 종류의 실리카 구조에서 수십미크론이나 그 미만에서 90도 회전을 구현한다고 나타났기 때문에, 도펀트 농도 증가의 개선사항(가령, JDS Uniphase 사의 섬유)과 도펀트 프로파일 제어이 개선사항(가령, Corning Incorporated 사의 섬유)이 주어졌을 때, 미크론 스케일 거리에서 낮은 전력으로 회전을 유도하기 위해 충분히 높고 충분히 용이하게 제어되는 광하적 활성 도펀트의 농도를 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 도파관 프리폼의 선호 실시예를 구현하기 위한 일례의 도파관 제작 시스템(700)을 개략적으로 도시한다. 시스템(700)은 '프리폼'으로 불리 는 글래스 봉을 제작하기 위한 수정형 화학 기상 증착(MCVD) 공정을 나타낸다. 종래 공정으로부터의 프리폼은 매우 순수한 글래스의 솔리드 봉으로서, 요망 섬유의 광학적 성질을 정확하게 복제하며, 그 선형 크기는 두배 이상 확대된다. 그러나, 시스템(700)은 광학적 순도를 강조하지 않는 프리폼을 생성하며, 반면에, 인플루언서 응답의 짧은 길이 최적화를 위해 최적화된다. 프리폼은 아래의 화학 기상 증착법 중 한가지를 이용하여 제작되는 것이 일반적이다. 1. 수정형 화학 기상 증착(MCVD), 2. 플라즈마 수정형 화학 기상 증착(PMCVD), 3. 플라즈마 화학 기상 증착(PCVD), 4. 외부 기상 증착(OVD), 5. 기상 축방향 증착(AVD). 이러한 모든 방법들은 옥사이드들을 형성하는 고온 화학 기상 반응에 기초하며, 이 옥사이드들은 글래스 튜브 내부나 회전 봉 외부에 "유연(soot)"이라 불리는 글래스 입자들의 층으로 증착된다. 동일한 화학 반응이 이 방법에서 나타난다.
Si 및 도펀트들의 소스를 제공하는 다양한 액체(가령, 시작 물질들은 SiCl4, GeCl4, POCl3, 그리고 기체형 BCl3의 용액들)들이 산소 기체 분위기에서 가열되고, 각각의 액체는 가열된 버블러(705) 내에 위치하고, 가스는 소스(710)로부터 공급된다. 이 액체들은 매스-플로 미터(mass-flow meter)(715)에 의해 제어되는 산소 스트림 내에서 기화되며, 이 기체를 이용하여, 실리카-선반(720)에 글래스 생성 핼라이드의 연소로부터 실리카 및 그외 다른 옥사이드들을 형성한다. 산화 반응이라 불리는 화학적 반응은 증기 상태에서 다음과 같이 나타난다: GeCl4 + O2 => GeO2 + 2Cl2SiCl4 + O2 => SiO2 + 2Cl24POCl3 + 3O2 => 2P2O5 + 6Cl24BCl3 + 3O2 => 2B2O3 + 6Cl2
게르마늄다이옥사이드와 포스포러스펜트옥사이드는 글래스의 굴절률을 증가시키고, 보론옥사이드는 이를 감소시킨다. 이 옥사이드들이 도펀트로 알려져 있다. 프리폼의 인플루언서 응답 속성을 개선시키기 위한 적절한 컴포넌트들을 포함하는 그외 다른 버블러(705)들은 도시되는 컴포넌트들에 추가하여 사용될 수 있다.
공정 중 믹스처의 조성을 변화시킴으로서, 프리폼의 컴포넌트 프로파일과 굴절률 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 산호의 흐름은 믹싱 밸브(715)들에 의해 제어되며, 산화가 이루어지는 가열 튜브(735)를 포함하는 실리카 파이프(730)에 반응성 증기(725)가 들어간다. 염소 기체(740)가 튜브(735)로부터 빠져나오지만, 옥사이드 화합물은 유연(745)의 형태로 튜브에 증착된다. 철 및 구리 불순물의 농도는 원액에서 10ppb로부터, 유연(745)에서 1ppb 미만으로 감소한다.
튜브(735)는 횡방향 H2O2 버너(750)를 이용하여 가열되며, 유연(745)을 글래스(755)로 유리화하도록 계속하여 회전한다. 다양한 증기(725)들의 상대적 흐름을 조정함으로서, 여러 다른 굴절률들을 가진 여러개의 층들을 얻을 수 있고, 가령, GI 섬유의 경우 가변 코어 굴절률 프로파일이나, 클래딩 대 코어의 구성 및 굴절률 차이를 가질 수 있다. 층형성이 완료된 후, 튜브(735)가 가열되고 둥근 솔리드 단면을 가진 봉 형태("프리폼 봉(preform rod)"이라 불림)로 튜브가 붕괴된다. 이 단계에서, 봉의 중앙을 비워놓지 않고 물질로 꽉 채우는 것이 그 본질에 해당한다. 프리폼 봉은 인발을 위해 로에 배치되고, 이는 도 8과 관련하여 설명될 것이다.
MCVD의 주된 장점은, 폐쇄된 공간에서 반응 및 증착이 일어나 불필요한 불순물이 진입하기 어렵다는 점이다. 섬유의 굴절률 프로파일은 제어가 용이하고, SM 섬유에 필요한 정밀도는 비교적 용이하게 구현될 수 있다. 이 장비는 구성 및 제어가 간단하다. 이 방법의 잠재적으로 중요한 제한사항은, 튜브의 크기가 봉 크기를 실질적으로 제한한다는 것이다. 따라서, 이 기술은 35km 길이의 섬유를 형성하는 것이 일반적이며, 기껏해야 20~40km 수준에 지나지 않는다. 추가적으로, H2와 OH-같은 실리카 튜브의 불순물들은 섬유에 확산해 들어가는 경향이 있다. 또한, 프리폼 봉의 빈 속을 제거하기 위해 증착물을 용융하는 과정이, 코어의 굴절률 저하를 일으키며, 이는 통신용으로 섬유를 부적합하게 한다. 그러나, 이는 본원 발명의 관심사항에 해당하지 않는다. 비용 측면에서, 이 방법의 핵심적 단점은, 간접적 가열을 사용하기 때문에 증착 속도가 느리다는 것이다. 즉, 튜브(735)가 증기를 직접 가열하는 것이 아니라, 산화 반응을 개시하여 유연을 유리화하는 것이다. 그 증착 속도는 통상적으로 0.5~2g/min에 해당한다.
상술한 공정의 변화는 희토류 도핑 섬유들을 제작한다. 희토류 도핑 섬유를 제작하기 위해, 공정은 희토류로 도핑된 프리폼으로부터 시작된다. 일반적으로 용액 도핑 공정을 이용하여 제작된다. 먼저, 용융 실리카로 주로 구성되는 광학적 클래딩이 기판 튜브의 내측에 증착된다. 게르마늄을 또한 포함할 수 있는 코어 물질이 저온에서 증착되어 "프리트(frit)"로 알려진 확산 및 투과층을 형성한다. 프리트 증착 후, 이 부분적으로 완성된 프리폼은 한 단부에서 밀폐되고, 선반으로부터 제거되며, 가령, 네오디뮴, 에르비움, 이터비움 등과 같은 요망 희토류 도펀트의 적절한 염을 가진 용액이 공급된다. 지정 시간 주기 이후, 이 용액이 프리트를 침투한다. 과령의 용액을 제거한 후, 프리폼은 선반으로 되돌아와 건조되고 압밀된다. 압밀(consolidation) 중, 프리트 내의 간극들이 붕괴되고 희토류를 둘러싼다. 마지막으로, 프리폼에 고온에서의 제어형 붕괴가 일어나, 글래스의 솔리드 봉을 형성한다. 즉, 희토류가 코어에 병합된다. 섬유 케이블에 희토류를 포함시키는 것은 광학적 활성에 해당하지 않는다. 즉, 도핑된 매질을 통해 전파되는 광의 특성에 영향을 미치도록 전기 또는 자기 또는 그외 다른 섭동에 반응하지 않는다. 종래의 시스템들은 통신 속성을 포함한, 도파관의 패시브 투과 특성을 개선시키기 위해 희토류 도펀트의 함량을 증가시키도록 현재 추구하는 바의 결과이다. 그러나, 도파관 코어/경계부 내에 도파관의 함량 증가는 선호 실시예에서 화합물 매질/구조의 광학적 활성도에 영향을 미침에 있어 바람직하다. 상술한 바와 같이, 선호 실시예에서, 실리카 대 도펀트 함량이 50% 이상이다.
도 8은 도 7에 도시된 시스템(700)으로부터 제작되는 프리폼같은, 프리폼(805)으로부터 본 발명의 선호 실시예를 구성하기 위한 일례의 섬유 인발 시스템(800)의 개략도이다. 시스템(800)은 프리폼(805)을 머리카락처럼 얇은 필라멘트로 변환한다. 이는 통상적으로 인발 과정에 의해 수행된다. 프리폼(805)은 타워(815) 위 근처에 부착되는 공급 메커니즘(810)에 장착된다. 메커니즘(810)은 팁이 고순도 그래파이트 로(820)에 들어갈 때까지 프리폼(805)을 하강시킨다. 순수 기체들이 로에 주입되어 전도성 분위기를 제공한다. 로(820)에서, 섭씨 1900도에 접근하는 치밀하게 제어된 온도가 프리폼(805)의 팁을 연화시킨다. 프리폼 팁의 연화점에 도달하면, 중력이 용융 덩어리를 자유 하강하게 하여 얇은 스트랜드로 신장시킨다.
오퍼레이터는 레이저 마이크로미터(825)와 일련의 처리 스테이션(830x)을 통해 이 섬유 스트랜드를 꿰어서, 트랙터(840)에 의해 실에 감기는 트랜스포트(835)를 생성하고, 그후 인발 과정이 시작된다. 이 섬유는 인발 타워(815)의 하부에 배치된 트랙터(840)에 의해 인발되고, 그후 권선 드럼에 감긴다. 인발 중, 프리폼(805)은 최적 온도로 가열되어 이상적인 인발 장력을 얻는다. 10 ~ 20 미터/초의 인발 속도가 당 분야에서 자주 사용된다.
인발 공정 중 인발되는 섬유는 단 1미크론의 허용공차 내에서 125 미크론으로 제어된다. 레이저-기반 직경 게이지(825)가 섬유의 직경을 모니터링한다. 게이지(825)는 초당 750회를 넘는 속도로 섬유의 직경을 샘플링한다. 이 직경의 실제 값은 125 미크론 타겟에 비교된다. 타겟과의 작은 편차가 인발 속도의 변화로 나타나, 교정을 위해 트랙터(840)에 공급된다.
처리 스테이션(830x)은 소프트한 내부 코팅과 하드한 외부 코팅의 도 보호 코팅을 섬유에 공급하기 위한 다이(die)들을 포함하는 것이 일반적이다. 이 두 부분의 보호 재킷들은 조작에 대한 기계적 보호를 제공하면서, 거친 환경으로부터 섬유의 원 표면을 유지시킨다. 이 코팅들은 자외선 램프에 의해 경화되며, 동일한 또는 그외 다른 처리 스테이션(830x)들의 일부분으로 구성된다. 그외 다른 스테이션(830x)들은 이 스테이션을 통과할 때 트랜스포트(835)의 인플루언서 응답 속성을 증가시키기 위한 장치/시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 인발 단계에서 인플루언서 응답 속성 개선 컴포넌트들을 공급하기 위한 다양한 기계적 스트레서(응력 제공기), 이온 충돌, 또는 그외 다른 메커니즘을 제공할 수 있다.
실패(spool)에 묶인 후, 인발된 섬유는 적절한 광학적, 그리고 기하학적 매개변수들에 대해 테스트된다. 전송용 섬유의 경우, 섬유에 대한 최소 인장 강도를 보장하기 위해 인장 강도를 테스트받는다. 첫번째 테스트 이후, 여러가지 다른 테스트들이 수행되는 데, 전송용 섬유의 경우, 전송 속성을 위한 테스트가 이루어진다. 이 테스트에는, 감쇠(거리에 따른 신호 강도 감소), 대역폭(정보 운반 용량, 멀티모드 섬유에 대한 중요한 측정치), 수치 구경(섬유의 광수용각의 측정치), 컷오프 파장(단일모드 섬유에서 이 파장 위에서는 단일 모드로만 전파), 모드 필드 직경(단일 모드 섬유에서 섬유 내 광펄스의 반경방향 폭, 상호연결을 위해 중요함), 그리고 단색 분산(코어를 통해 여러 다른 속도로 전파되는 여러 다른 파장들을 가진 광선으로 인한 광 펄스들의 확산, 단일 모드 섬유에서 이는 정보 운반 용량을 제한하는 요소가 됨)이 있다.
본원에서 제시되는 바와 같이, 발명의 선호 실시예는 트랜스포트로 광섬유를 이용하며, 선형 패러데이 효과를 이용하여 진폭 제어를 구현한다. 패러데이 효과는 선형 효과이다. 즉,, 전파하는 복사선의 편광 회전 각변화가 전파 방향으로 공급되는 자기장의 크기와, 복사선이 전파되는 물질의 버데트 상수에 직접 비례한다. 그러나, 트랜스포트에 사용되는 물질은 요망 자기장 강도를 구축함에 있어서, 인플루언서 등으로부터의 유도 자기장에 대하여 선형 응답을 가지지 않을 수도 있다. 이 러한 관점에서, 전파되는 복사선의 실제 출력 진폭은 컨트롤러로부터의 공급 신호, 인플루언서 자기장이나 편광, WAVE_IN의, 또는 변조기의 그외 다른 속성이나 특성에 따라 비선형일 수 있다. 이러한 논의를 위해, 한개 이상의 시스템 변수 측면에서 변조기의 특성이 변조기의 속성 프로파일로 불린다.
섬유 제작 공정들은 계속하여 발전하고 있다. 특히, 도핑 농도 개선 및 도펀트 프로파일, 섬유의 주기적 도핑의 조작 등에 관하여 발전하고 있다. 미국 특허 6,532,774 호, "Method of Providing a High Level of Rare Earth Concentrations in Glass Fiber Preforms"는 다중 도펀트의 동시적 도핑을 위한 개선된 공정을 개시한다. 도펀트들의 농도 증가에 성공함으로서, 도핑된 코어의 선형 버데트 상수와 도핑된 코어의 성능을 개선시킬 수 있어서 비선형 효과들을 촉진시킬 수 있다.
임의적으로 주어진 속성 프로파일이 특정 실시예에 적합하게 재단될 수 있다. 가령, 조성, 방위각, 변조기의 정렬 상태 등을 제어함으로서 맞춤형으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 트랜스포트를 구성하는 물질을 변화시킴으로서, 어떤 특정 전파 파동 컴포넌트에 인플루언서가 영향을 미치는 정도를 변경시키거나 트랜스포트의 영향능력을 변화시킬 수 있다. 그러나 이는 조성 감쇠 프로파일의 한가지 예에 불과하다. 선호되는 실시예의 변조기는 여러 다른 도파 채널들이 서로 다른 감쇠 프로파일을 가지도록 감쇠 평활화(attenuation smoothing)를 구현할 수 있다. 예를 들어 편광 측에 좌우되는 감쇠 프로파일을 가진 일부 구현예에서, 변조기는 우측 편광 파동 컴포넌트들에 대해 제 2 트랜스포트의 보완형 도파 채널용으로 사용되는 감쇠 프로파일과는 다른 감쇠 프로파일을 가진 좌측 편광 파동 컴포넌트들 을 트랜스포트에 제공할 수 있다.
트랜스포트에 대해 서로 다른 물질 조성을 제공하는 상기 내용에 추가하여 감쇠 프로파일을 조정하는 메커니즘이 추가적으로 존재한다. 일부 실시예에서, 파동 컴포넌트 발생/수정은 WAVE_IN으로부터 WAVE_OUT까지 전파 복사선이 가로지르는 변조기(4100) 소자들의 순서에 따라, 엄격한 "교환가능한(commutative)" 방식이 아닐 수 있다. 이러한 사례에서, 비-교환형 소자들의 서로 다른 순서배열을 제공함으로서 감쇠 프로파일을 변경할 수 있다. 그러나 이는 구성 감쇠 프로파일의 한가지 예에 불과하다. 다른 실시예에서는, 각 도파 채널에 대한 회전 바이어스를 서로 달리 구축함으로서, 서로 다른 감쇠 프로파일을 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 일부 트랜스포트들은 입력 편광자와 출력 편광자/분석기 간에 지정 방위각으로 구성된다. 예를 들어, 이 각은 0도("정규 온" 채널)일 수도 있고, 90도("정규 오프" 채널)일 수도 있다. 임의의 주어진 채널이 다양한 각도 변위 영역에서 서로 다른 응답을 가질 수 있다. 여러 다른 채널들이 서로 다른 변위 영역으로 바이어스되고, 인플루언서는 이 바이어스된 회전에 관해 전파되는 파동 컴포넌트에 영향을 미친다. 이는 감쇠 프로파일의 한가지 예에 불과하다. 다수의 도파 채널들을 가지며 이 채널들에 대한 감쇠 프로파일들을 재단/매칭/보완하는 이유는, WAVE_OUT의 전력 절감, 효율, 균일성을 포함한다.
서로 반대의 편광(실렉터) 소자들에 의해 가려질 때, 가변 패러데이 회전자나 패러데이 감쇠기는 광 경로의 방향으로 가변 필드를 발생시켜서, 이러한 소자가 편광 벡터를 회전시키게 한다(가령, 0도에서 90도로). 이에 따라, 제 1 편광자를 투과한 입사광의 증강 부분이 제 2 편광자를 통과하게 된다. 어떤 필드도 공급되지 않을 때, 제 1 편광자를 통과하는 광은 제 2 편광자에 의해 완벽하게 차단된다. 적정 "최대" 필드가 공급되면, 100%의 광이 적정 회전 각으로 회전하며, 100%의 광이 제 2 편광 소자를 통과한다.
도 9는 선호되는 실시예에 따른 단순화된 단위 패널 도파관 기반 디스플레이(900)의 개략도이다. 디스플레이(900)는 광원(910), 스위칭 매트릭스(915), 그리고 디스플레이 표면(920)을 내장한 케이싱(905)을 포함한다. 광원(910)은 다색 칼라 모델의 여러 다른 칼라/주파수의 다중 채널이나 백색광을 제공한다(가령, RGB 광원). 선호되는 실시예는 일체형으로 구성된 광원(910), 매트릭스(915), 그리고 표면(920)을 위해 가요성 도파 채널(가령, 광섬유 등)들을 이용한다. 광원(910)은 매트릭스(915)에 인접하게 구성될 수도 있고, 매트릭스(915)에 마주보도록 구성될 수도 있다. 인접하게 구성될 때, 광섬유 번들은 매트릭스(915)의 입력측에 복사선을 운반한다. 광원(910)은 편광 제어를 포함한 관련 특허 출원에서 설명되는 바와 같은, 복사 발생 및 특성 제어 특징들을 포함할 수 있다.
매트릭스(915)는 입력측에 가까운 광원(910)으로부터 출력측에 가까운 디스플레이 표면(920)까지 지나가는 복사선의 진폭을 제어하기 위한 다중 도파 채널들을 포함한다. 매트릭스(915)의 구성 및 기능을 위한 옵션들이 여기서 상세하게 설명되며, 본원에 포함된다. 매트릭스(915)는 부가적인 튜닝형 필터와, 인플루언서 소자들을 포함할 수 있다. 이들은 한 라인으로 또는 적층식으로 통합될 수 있다. 이러한 도파 채널들은 광섬유, 도파관, 또는 그외 다른 (기존 물질이나 포톤 결정 으로 만든) 채널형 물질을 포함할 수 있다. 측방 오프셋을 포함한 채널 분리 특징부들이 사용될 수 있다. 3차원 공간에서 지그재그형 채널들이 사용되어 개별 채널들을 충분히 이격시킬 수 있고 또는 차폐 구조를 이용할 수도 있다. 매트릭스(915)는 출력부에서의 편광 분석기를 포함한, 임의의 복사 발생 및 특성 제어 특징들을 포함할 수 있다.
디스플레이 표면(920)은 매트릭스(915)의 도파관 채널들의 연속일 수도 있고, 별도의 구조일 수도 있다. 표면(920)은 가령 표면 형성 및 이용, 그리고 채널-측 수정을 포함하는 다양한 구현 범위를 가진다. 표면(920)의 입력 및 출력측의 구조는 박막, 광학 글래스, 또는 그외 다른 광학 물질이나 구조를 포함한, 복사 발생 및 특성 제어 특징들을 포함할 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 디스플레이(900)의 상세도이다. 조명원(910)은 광원(1005)과 편광 시스템(1010)을 포함한다. 매트릭스(915)는 입력(1020) 및 출력(1025)과 일체형으로 구성된 코일폼(coilform)을 가진 감쇠기/변조기 구조(1015)를 포함한다. 디스플레이 표면(920)은 분석기(1030), 광학적 수정 채널 출력(1035), 그리고 부가적인 디스플레이 표면/투영 코팅(1040)을 포함한다.
도 11은 본 발명의 선호 실시예에 따른 어드레싱 그리드(1100)의 개략도이다. 선호 실시예의 디스플레이 시스템의 한 소자는 변조 모델에 이용하기 위한 인플루언서 시스템을 포함한다. 선호 실시예는 인플루언서 시스템의 일부분으로 패러데이 효과를 제공하며, 이를 위해, 디스플레이는 적절한 자기장 발생을 위해 코일폼을 이용한다. 코일폼 구조를 가지는 소자가 수백개, 수천개 이상이 있을 수 있기 때문에, 효율적인 어드레싱 시스템은 제작 및 동작 요건들을 개선시킨다. 어드레싱 그리드(1100)는 효율적 어드레싱 시스템을 위한 선호 실시예의 한 구현예에 해당한다.
어드레싱 그리드(1100)는 패시브 또는 액티브 매트릭스로 구성될 수 있고, 도 11에 두가지 모두 도시된다. 그리드(1100)는 입력 접촉부(1105)와 출력 접촉부(1110)를 포함하며, 이들은 코일폼/인플루언서 소자를 통해 도파관내 회로 경로(1115)를 생성한다. 액티브 구조를 위해 부가적인 투과성 트랜지스터(1120) 소자가 포함된다. 패시브 모드에서는 생략된다. 입력 섬유의 직경에 대한 칩 회로 크기의 상대적 스케일링이 고려된다. 회로 크기는 각 섬유의 입력단을 개별적으로 어드레싱하기에 충분한 전도 라인들을 패킹할만큼 충분히 작아야 한다. 필요에 따라 섬유간 간격을 증가시키기 위해 섬유 번들을 통해 아래로 줄곧 간격 섬유들이 유지될 수 있고, 또는 큰 직경의 섬유들이 이용될 수도 있다. 선호되는 선택은 디스플레이나 프로젝터 표면의 크기에 따라 좌우될 것이다.
도시되는 패시브 매트릭스 기법에서, x 어드레싱 라인은 섬유 입력단 상의 내부 전도 링이나 지점과 접촉하고, y 어드레싱 라인은 동일한 섬유 입력단 상의 외부 전도 링이나 지점과 접촉한다. 코일폼이나 코일의 구조는 도 11에 도시되는 바와 같이 일반적 원리의 구조인 것이 바람직하며, 따라서, 내부 링이나 지점에 구현되는 접촉부는 코일폼에 대하여 구현된다. 전류는 코어 둘레의 권선이나 나선형 패턴을 통해 순환하고, 그후 충분한 절연 물질 및 두께로 코일폼을 둘러싸는 외부 박막 테이프가 전도성 물질로 코팅되어, 코일폼의 상부 변부 위치에서 내부 접촉부 에의 얇은 테두리를 형성한다. 이러한 코팅은 박막 테이프의 변부 둘레로 외부 표면까지 계속되며, 표면을 따라 스트립으로 이어져 섬유의 입력단에서 종료된다. 결과적인 외부 링 접촉지점은 절연되고 내부 링 접촉점으로부터 공간적으로 이격된다.
본원 타부분에서 개시되는 대량 제작 공정에서 섬유에 박막 테이프가 감긴다. 박막 외부로부터 내부까지 선택된 전도 지점들을 제공하기 위해, 박막은 전도 패턴의 인쇄나 증착 이전에, 마이크로-다공화에 의해 다공질화된다. 이는 마스크 에칭, 레이저, 공기압 다공질화, 또는 그외 다른 방법에 의해 구현된다. 따라서, 전도성 물질이 증착되면, 적정 크기의 다공부들을 가진 영역에서, 전도성 물질에 선택적으로 액세스하게 되고, 다공부를 통해 전도성 물질에 접촉할 수 있다. 다공부들은 원형일 수 있고, 또는 다른 형태를 가질 수도 있다. 선형, 정사각형 등이나 그보다 복잡한 형태 및 크기를 가질 수 있다.
대안으로서, 섬유 구조의 외부층으로부터 내부까지 선택된 접촉점들을 제공하기 위해, 클래딩이나 코팅이 마이크로다공화를 이용하여 선택적으로 다공화될 수 있다. 이는 전도 패턴의 인쇄나 증착 이전에 에칭이나 그외 다른 방법, 가령, 얇은 클래딩의 가열 및 신장, 그리고 공동의 붕괴(타원형 구멍이 형성됨)에 의해 구현된다. 따라서, 전도성 물질이 증착될 때, 적정 크기의 다공부를 가진 영역에서, 액체나 분말 형태(차후에 경화됨)로 전도체를 공급함으로서 다공부를 통해 전도 물질이 선택적으로 액세스되고 접촉할 수 있다.
인쇄 박막의 이용에 대한 또다른 대안으로서, 벌크 제작 중 절연 코팅이 섬 유에 도포된다. 그러나 이러한 코팅은 마스킹되며, 또는 섬유가 액체 폴리머형 물질에 섬유의 입력단까지만 침적되어, 코일폼의 얇은 종료 변부가 코팅되지 않은 상태로 남는다. 그후 전도성의 제 2 코팅이 도포되며, 코일폼의 노출된 전도 말단부까지 쭉 뻗어간다.
따라서, 섬유 번들에 병합된 그리드 영역에 대해 외부적인 로직은 특정 서브화소를 어드레싱하는 특정 x 라인과 특정 y 라인에서 전류를 스위칭한다. x 좌표에서 스위칭되는 전류는 적정 전류 강도의 펄스를 섬유 서브화소 소자에 전달하며, 이 펄스는 코일폼이나 코일을 지나 외부 전도 스트립까지 되돌아간다. 회로를 통해 y 전도성 라인까지 계속되어 회로를 완성한다.
도 9 및 도 10에 도시된 단일형 선호 실시예에서, 매트릭스(915)를 일체형 서브소자로 제공하는 것이 선호되는 실시예이다. 본원을 포함한 관련 출원에서는 직물 광학 도파관들의 직조 기술을 이용하여 이러한 일체형 컴포넌트들 중 한개 이상을 제작한다. 선호 실시예에서, 직조된 "X" 어드레싱 리본들과 직조된 "Y" 어드레싱 리본들이 사용된다.
도 12는 본 발명의 선호 실시예에 따른 X 리본 구조 섬유 시스템(1200)의 개략도이다. 섬유 시스템(1200)은 다수의 변조기 세그먼트(1205)를 포함하고, 각각의 변조기 세그먼트(1205)는 일체형 인플루언서 소자(1210)를 포함하여, 개별 채널들의 진폭을 제어한다. 추가적으로, 시스템(1200)은 다수의 구조적 소자(1215)와 스페이서 소자(1220)를 포함한다. 시스템(1200)은 전도성 X 어드레싱 필라멘트(1225)와 전도성 "Y" 어드레싱 필라멘트(1230)를 추가적으로 포함하여 X/Y 매트릭스 어드 레싱 시스템을 구현한다. 전도성 소자들은 금속일 수도 있고 전도성 폴리머일 수도 있다.
정밀한 3차원 자카드 룸 장치에서 제조된 섬유 및 필라멘트로, 도 12에서처럼 리본이 직조된다. 앞서 설명한 방법에 따라 벌크 제작 단위로 제작되는 칼라 묶음 단위의 수직 광섬유들은, 구조 강도 요건에 따라, 구조 섬유로 상호 직조되도록 설정되고, 상부와 하부에 한개씩 두개가 자리잡으며, 하부 섬유는 각 광섬유의 x어드레싱을 구현하는 전도성 폴리머 마이크로섬유일 것이다. 다른 전도성 필라멘트나 와이어도 가능하다. 특히, Nanosonic, Inc. 사의 "러버 금속(rubber metal)"이나 이 물질로 코팅되거나 감긴 다른 물질들로 만든 필라멘트들이 가능하다. 또한, 인장 강도, 탄성, 전기전도도, 그리고 직물 제작 기법에서 요망되는 그외 다른 성질들의 최적 조합을 제공하는 물질이나 화합물이 상용화될 것으로 예상된다. 이는 본 용도에서 기존의 금속 와이어에 비해 우수한 성능을 보일 것이다. 부가적으로, 전도성 필라멘트나 섬유가 두개의 순수 구조 섬유에 부가될 수 있다.
부가적인 간격(spacing) 필라멘트에 대한 필요성은, 서브화소의 직경에 대한 광섬유 세그먼트들의 상대적 직경에 의해 결정된다. 이 직경은 디스플레이의 크기와 해상도에 의해 결정된다. 서브화소당 다수개의 섬유들이 이용되지 않는 한, 서브화소 직경보다 훨씬 작은 섬유 직경은 한개 이상의 간격 필라멘트를 필요로할 것이다. 본 직물형 제작 기법을 이용하면, 인접한 패러데이 감쇠기/서브화소/화소들이 서로로부터 수직으로 이격될 수 있고, 간격 소자들에 의해 이격될 수 있으며, 추가적인 수단으로서, 서로로부터 전기적 및 자기적으로 소자들을 절연시킬 수 있 다.
x 및 y 어드레싱 섬유의 경우에, 섬유의 상부와 하부에서 우수한 접촉이 구현된다. 코일폼이나 코일, 또는 그외 다른 자계 발생 소자는 섬유에 피층 접촉을 제공한다. 각 섬유가 서브화소로 기능하기 때문에, 그리고 각각의 리본은 한 칼라만의 다이-도핑 섬유로 직조되기 때문에, 수직 광섬유의 수는 디스플레이의 해상도 요구사항에 의해 역전될 것이며, 수백에서 수천개에 이를 수 있다.
구조 섬유 및 어드레싱 섬유를 직조한 후, 리본의 상부 및 하부 고정점들 사이에 공간을 남기며, 고정 접착제가 절단 이전에 리본에 도포될 수 있다. 구조 섬유 및 어드레싱 섬유들은 각 부분에 대한 프레임의 탈착형 탭으로 후킹(hooking)된다. 리본은 그후 적절하게 조여진다. 리본 행들 간 간격을 남기면서, 이 프로세스는 반복되어, 긴 직조 패브릭 형태를 형성하며, 이는 직물 제작 표준에 의해 결정되는 바와 같이 최적의 길이로 풀릴 수 있다. 결과적인 패브릭은 표준 직물 제작 방식으로 스핀들에 흡수된다. 스핀들이나 홀딩 프레임에 롤링되면, 직조된 패브릭이 또다른 직물 처리 장치로 전달되고, 이 직물 처리 장치에서 리본들이 긴 패브릭 볼트로부터 절단된다. 수직 광섬유 및 간격 섬유들은 위와 아래에서 갈라진다. 틈새 형성 장치는 광섬유 소자들의 출력단에 열을 가할 수 있고, 그후 섬유의 가열 및 연화가 실행됨에 따라 직조 장치에 의해 섬유들에 대한 인장력 공급과 조합될 수 있어서, 섬유 말단의 형태의 신장 및 변조를 구현할 수 있다. 따라서, 틈새 형성 장치가 접촉점으로 롤러를 구비한 제 1 가열 바(heating bar)를 가질 때 가늘어짐이나 압축이 구현되며, 이에 따라 섬유 축에 대해 직각으로 회전을 시키면, 틈새 형성 장치가 섬유 축에 대해 평행하게 이동할 것이며, 따라서 섬유 말단의 트위스트나 마모를 구현할 수 있을 것이다. 그외 다른 유사한 기계적 압력, 가열, 그리고 형성 방법들이 적용되어 틈새 형성 이전에 섬유의 형태와 구조를 변경시킬 수 있어서, 산란 및 분산 특성을 증가시킨다. 틈새가 형성되면, 리본은 실패 상에 흡수될 수 있다.
도 13은 본 발명의 선호 실시예에 따른 Y 리본 구조 섬유 시스템(1300)의 개략도이다. 섬유 시스템(1300)은 다수의 변조기(1305)를 구비하며, 여기에는 한개 이상의 삽입형 제 1 구조 필라멘트(1310)와, 한개 이상의 삽입형 구조 필라멘트/스페이서(1315)가 포함된다. 한개 이상의 x 어드레싱 리본(1320)(도 12)이 변조기와 필라멘트/스페이서(1315) 사이에서 직조되어, 변조기(1305)에 대한 X 어드레스 입력을 제공한다. 전도성 Y 필라멘트(1325)는 X/Y 매트릭스 어드레싱을 완료시킨다. 섬유 시스템(1200)과 섬유 시스템(1300)의 조합에 따라, 직조된(wooven) 스위칭 매트릭스가 생성된다.
길이방향의 구조 필라멘트와 x 어드레싱 필라멘트로 구성되는, 그리고 수백내지 수천개의 수직 단일 칼라 다이-도핑 및 제작 광섬유 패러데이 감쇠기 소자들로 구성되는 x 리본들은, 또다른 정밀 자카드 룸 머신에 설정되고, 이때, 수백 내지 수천개의 리본들이 직조되어, 최종 직물-직조 스위칭 매트릭스를 형성한다. 이제 Y 구조 필라멘트와 Y 어드레싱 필라멘트가 평행 리본들로 직조되며, 도시되는 바와 같이 x 리본에 직조되어 들어가 대등한 y 리본을 형성한다. 리본의 광섬유 축은 y 필라멘트의 평면에 수직으로 설정된다. 정밀 자카드 루밍(Jaquard looming)에 의해, X 리본의 상부 및 하부 강화 구조 필라멘트 사이에 갭이 침투할 수 있다. 따라서, 얇은 x 리본은 직물 매트릭스의 깊이를 형성하고, 그 표면은 광섬유 패러데이 감쇠기 소자들의 투영 출력단들로 구성된다. 이 표면에 평행하게, X 리본의 구조 및 하부 어드레싱 필라멘트가, 그리고 Y 그리드의 구조 및 상부 어드레싱 필라멘트가 구성된다.
플랫 패널 디스플레이의 구조 프레임이 되는 자카드 룸(Jacquard Loom)으로부터의 제거가능형 "디스플레이 프레임"은 구동 회로에 어드레싱 필라멘트를 고정시키고, 스위칭 매트릭스의 전체 직조 구조를 홀딩한다. 직조(weaving)에 의한 자체 고정은 직물 매트릭스의 x 및 y 행 각각의 단부에서 개별 후크(hook)나 고정 장치(fastening apparatus)의 구현을 가능하게 한다.
직조되어 조밀하게 당겨지면, 직물 매트릭스의 제거가능형 프레임이 룸(loom)으로부터 제거된다. 이 프레임은 최종 디스플레이 케이스에 직물 스위칭 매트릭스를 고정시키는 데 사용될 것이다. 이 프레임은 가요성일 수도 있고 가요성이 아닐 수(견고형)도 있으며, 직물 형일 수도 있고 솔리드형일 수도 있다. 그러나, 각각의 X 및 Y 행과 열에 접촉하는 어드레싱 로직(가령, 트랜지스터)이나 전도성 소자로 제작된다. 추가적으로, 매트릭스의 변부들에서의 직조(looming)는 직물 제작의 표준 수단에 의해 매트릭스를 자체고정시키며, 따라서, 변형없이 룸(loom)으로부터 매트릭스가 제거될 수 있다. 이때, 루크나 고정자가 각각의 X 리본 및 Y 리본에 대한 측부에서 고정된다. 이 후크나 고정자를 이용하여 디스플레이 케이스 구조에 매트릭스가 후킹되거나 고정될 수 있다. 이때, x및 y 어드레싱 필라멘트들 에 대한 후킹/접촉점이 디스플레이 장치에 대한 구동 회로와 접촉할 수 있다. 제거될 경우, 또는 직물 구조의 수많은 옵션들에 따라 편리한 대로 구성될 경우, 룸 상태에서, 결과적인 직물 매트릭스는 검은색으로 염색된 졸로 포화될 수 있어, 블랙 매트릭스를 구현하고 자외선 경화된다. 그후 졸은 직물 래티스를 밀봉한다. 가요성이지만 밀폐된 직물 매트릭스로, 또는 견고형 또는 반-견고형 구조로 적절한 절연 및 차폐 성질을 가지도록 졸이 선택될 수 있다.
경화되면, 추가적인 졸이나 액체 폴리머가 경화되고 밀폐된 직물 매트릭스/스위칭 매트릭스 표면에 상부 및 하부 모두 살포될 수 있다. 출력단 및 입력단의 광섬유 소자들이 이들을 고정 및 어드레싱하는 수평 필라멘트들 위로 뻗어가기 때문에, 추가적인 가요성, 견고성, 또는 반-견고성 물질들이 광섬유의 돌출 단부들 간의 공간을 채우는 것이 바람직할 수 있다. 균등한 출력 및 입력 표면이 형섬됨으로서, 광섬유 패러데이 감쇠기 소자들의 입력단 이전, 그리고 출력단 이후에 편광 박막이나 시트를 증착시킬 수 있다. 하지만, 이 필름이나 시트들이 입력단과 조명원 사이에, 그리고 출력 디스플레이 광학 글래스 상에, 또는 출력단 및 임의의 광학 장치(가령, 광학 글래스 포함) 사이에 부착되거나 고정될 수 있다.
스위칭 그리드를 구현하기 위한 대안의 방법은, 직물 매트릭스 구조를 어드레싱 필라멘트없이 제작하여, 졸로 포화시켜 경화시키고 추가적인 액체 폴리머로 상부층을 매끄럽게 하며, 표준 FPD 어드레싱 그리드로 인쇄된 박막을 에피택시에 의해 증착하고, 또는 그외 다른 표준 반도체 리소그래피 방식으로 증착하는 것이다.
직조된 직물 구조 기법으로의 스위칭 매트릭스는 임의의 스케일의 직물 제작 기계에 적용된다. 가령, Albany International Techniweave 사의 상용화된 장비 및 공정으로부터, Zyvex 사의 마이크로어셈블리 공정 장치 및 방법들을 이용하여 마이크로~나노 스케일 직물형 제작까지 광범위하게 적용된다. 특히, Arryx 광학 트위저 방법과, 나노조작기 시스템을 이용하여 마이크로 및 나노 섬유와 필라멘트의 직물형 제작에 적용될 수 있다. 이러한 방법들은 직물 기법을 개별적으로 또는 조합하여 최소 단위의 어셈블리 및 컴포넌트들로 변환하여, 다양한 형태의 "나노-루밍(nano-looming)" 시스템을 구현할 수 있다.
도 14는 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 변조기 스위칭 매트릭스(1400)에 대한 선호 실시예의 개략도이다. 매트릭스(1400)는 다수의 변조기(1410)를 홀딩하고 배열하는 한개 이상의 "그리퍼 시트(gripper sheets)"(1405)를 포함한다. 바람직하게는 두개 이상의 마주보는 시트들이 함께 접합되어 그리퍼 블록(1415)을 형성한다. 그리퍼 블록(1415)은 그리퍼 블록(1415)에 또한 위치하는 보완형 리셉터클(1425)에 짝을 이루는 그리퍼-형 스터드 커넥터(gripper-type stud connector)(1420)를 포함한다. 시트(1405)들을 적층하여 블록(1415)을 형성하고 다중 블록(1415)들을 배열함으로서, 전체 매트릭스(500)가 형성된다. 블록(1415)은 다수의 변조기(1410)들에 결합하기 위해 내장된 X/Y 어드레싱 매트릭스를 포함한다. 스터드/리셉터클 장착 시스템에 추가하여, 그외 다른 인터-시트/인터-블록 연결 시스템이 사용될 수 있고, 그 예로 그루브-플랜지를 들 수 있다.
본 실시예에서, 상용화된 Corning Gripper 기술은 이에 따라 수정된다. Corning은 2002년 3월 Otical Fiber Conference에서 자신의 Polymer Gripper technology를 소개하였다. 이는 서브미크론 단위의 정밀도로 섬유들을 위치하게 하는 홀딩 장치에 관한 내용이다. Corning은 이 장치의 기능을, 페룰(ferrule), GRIN 렌즈, 그리고 그외 다른 다양한 구조를 가진 광학 소자들처럼, 대형 컴포넌트들의 홀딩 및 배치를 포함하도록 확장하였다. 앞서 소개된 신규한 방법들 중 한가지에 따라 제작되는 광섬유는 편리한 다중 소자 길이 내로 틈새형성된다.
부가적으로, Corning Gripper 사의 시트들이 제작되며, 그러나, 각 홈통의 하부의 높이에서 노출되도록 매달리거나 홈통의 방향에 직각으로, 경화 이전에 액체 폴리머에 놓인 전도성 필라멘트들을 도입함으로서 수정된다. 또한, 홈통에 섬유가 놓일 때 필라멘트가 패러데이 감쇠기 소자의 입력단이나 출력단에서 코일폼이나 코일에 접촉하도록 이 시트들이 배치된다. 필라멘트들은 섬유의 일체형 패러데이 감쇠기 구조들의 주기적 형성에 대해 정확하게 대응하는 코닝 그리퍼 시트에 이격되어 놓인다. 경화 이후 제거되는 와이어에 의해 그리퍼에 구멍이 또한 남게된다. 이러한 구멍들은 패러데이 감쇠기 광섬유 소자의 반대편 단부에서 직각으로 배향된다. 추가적으로, 그리퍼 시트의 후방에서 홈통 맞은편에는, 마이크로 정렬 탭들이 각 패러데이 감쇠기 광섬유 소자의 길이에 대응하도록 주기적으로 그리퍼 물질에 형성된다. 또한 각 그리퍼 시트의 측부에는, 채널과 동일한 평면에서, 마이크로리지(ridge)/그루브나 탭/오목부가 존재할 것이다. 이들은, 이러한 시트가 측부 단위로 배치될 경우 함께 잠겨질 수 있다.
여러개의 광섬유들이 코팅 그리퍼 시트로 로딩되어, 고무처리된 롤러 어레이 에 의해 그리퍼 채널 내로 롤링되고, 결국 모든 채널이 충진된다. 충진된 시트 위에 미러 코닝 그리퍼 시트가 놓여, 고무처리된 롤러 어레이에 의해 섬유 상에 물려들어가도록 압축된다. 이 그리퍼 시트들은 주기적으로 후방에 형성되는 오목부들을 가져, 하부 시트의 후방에 제작되는 탭 구조들을 수용한다.
이러한 코닝 그리퍼 시트 샌드위치들이 다수개 제작된다. 하부 시트의 후방의 탭들은 상부 시트의 후방에 위치한 오목부 내로 삽입되어, 섬유 자체의 홈통 구조에 의해 실현되는 동일한 잠금 프로세스를 구현한다. 이 여러개의 코팅 그리퍼 시트들은 함께 층상화되어 접착제로 본딩되며, 따라서, 탭 및 오목부 잠김을 보완하고, 측부마다 수백, 수천개의 광섬유 소자들을 가진 두개의 동일 크기의 블록들을 형성한다. 그리고 섬유축에 대응하는 더 긴 크기를 가지는 블록들을 형성한다. 이러한 시트들의 편리한 적층부가 상기 블록으로 조립될 경우, 시트에 놓인 섬유들의 수가 적층 및 접착된 시트들의 수와 같게 되며, 이때, 스택들은 묶음 제작 섬유에서의 주기적 패러데이 감쇠기 구조들 간의 간격에 주기적으로 대응하도록 절단된다. 이 잘려진 세그먼트들은 타일 형태를 취하며, 이들은 슬라이스된 상태로 기계적으로 수집되어 옮겨지고 저장된다. 나중에 디스플레이를 구조적으로 형성하게 된다.
부가적으로, 각 타일의 슬라이싱 이전에, 전도성 필라멘트가 그리퍼 시트에 내장되어 x 어드레싱을 형성하는 경우에, 필요에 따라 미끄러운 박막으로 코팅된 속이 비고 매우 얇은 바늘이 고속으로 연속 구멍내로 펀칭될 것이다. 이 연속적인 구멍은 각 그리퍼 시트에 남겨진 와이어에 의해 원래 형성되는 것이다. 전도성 필 라멘트가 이 얇은 바늘에 삽입되어 바늘에 포함된다. 이 바늘은 구멍으로부터 제거되며, 이때, 필라멘트는 바늘로부터 외부에 홀딩되어 유지되며, 그 바늘은 그 길이를 따라 쑥 들어가게 된다. 필라멘트는 그리퍼 물질 상의 작은 압력으로 바늘 아래에서 절단된다. 따라서, 탄성 그리퍼 물질이 튀어서, 이 지점에서 그리퍼의 표면과 정확하게 균등하게 절단부를 구성한다. 이 과정은 다음 채널을 따라 반복된다. 추가적으로, 이러한 여러개의 바늘들이 단일 펀치 및 충진 메커니즘에 이용되어, 여러 채널에 동시에 필라멘트들을 삽입한다. 이러한 전도성 필라멘트들은 이러한 부가적인 방법에서 y 어드레싱을 형성한다.
최종 스위칭 매트릭스 구조는 충분한 수의 정사각형 타일들을 배치하고 정렬함으로서 완료된다. 이에 따라, 요구되는 디스플레이 크기를 형성한다. 투과성 배치 팬(pan) 아래에 놓인 레이저 센서 어레이가 이용되어 타일의 정밀 정렬을 보장한다. 그러나, 미리 적층되고 미리 잘려진 각각의 원본 시트의 측부들에 형성되는, 교대로 나타나는 마이크로-리지/그루브나 탭/오목부들은 각 타일의 두 반대편 측부들에 다수의 리지/그루브나 탭/오목부들을 형성하여, 한 축에 타일들의 자체-마이크로-정렬을 구현한다. 추가적으로, 각 타일의 나머지 두 측부들은 자체-잠김 소자, 탭/오목부로 제작되어, 이 축에 타일들을 함께 자체 잠금하거나 물려들어가게 한다. 마이크로 정렬 구조는 내장된 x 및 y 어드레싱 필라멘트들 간에 연속적이고 우수한 접촉을 보장한다.
내장될 때, x 및 y 어드레싱 필라멘트들은 그리퍼 기반 구조의 일부분으로 구현되지 않으며, 스위칭 매트릭스로 증착되거나 인쇄된 메시나 박막층은 한 층 상 의 x 및 y 어드레싱의 조합이나 하부(x 어드레싱용) 및 상부(y 어드레싱용)에 구현된다. 한 층의 경우, 일체형 패러데이 감쇠기 광섬유 소자 상의 적절한 접촉 지점에 박막을 정밀 정렬시키는 것이 반드시 수행되어야 한다. 트랜지스터들은 액티브 매트릭스 스위칭 구현을 위해 어드레싱 라인들과 함께 선택된 층에 인쇄될 수 있다.
도 15는 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트릭스(1500)의 제 1 대안의 선호 실시예의 개략도이다. 매트릭스(1500)는 각각 변조기 소자(1515)를 형성하는 주기적 서브유닛들을 가진 가요성 도파관 채널(1510)로 기계적으로 충진된 솔리드층(1505)을 포함한다. 한개 이상의 기계적 바늘(1520)이 층(1505)에 요망 패턴을 수놓게 되고, 전단 시스템(1525)이 도파관 채널을 모듈 요소들로 분할한다. X/Y 어드레싱 매트릭스가 층(1505)에 배열되어 개별 변조기들에 연결되고 이들을 제어한다.
매트릭스(1500)는 견고형이거나 가요성인 솔리드 물질이 다수의 광섬유 패러데이 감쇠기 소자들을 구비한 전용 가요성 도파관 채널들에 대한 구조적 지지물로 제공되는, 견고형이거나 가요성인 솔리드 afnwlf을 포함하는 실시예의 카테고리를 나타낸다. 어드레싱이 구조의 일부분으로 만들어지거나, 박막이나 층이 입력 면과 출력면에 인쇄될 수 있다. 또는 한 층에 x 및 y 어드레싱을 모두 인쇄할 수 있다. 트랜지스터들은 액티브 매트릭스 스위칭 구현을 위해 주어진 층에 인쇄될 수 있다.
구멍들을 가진 가요성 솔리드 시트의 경우에, 패러데이 감쇠기 광섬유 소자들로 구멍을 채우는 두가지 대안이 실용적이다. 한 방법에서, 속이 빈 바늘들의 어 레이가 이용된다. 이 어레이는 묶음 단위로 구멍들의 여러 행이나 정사각형들을 충진하고, 하지만, 매번 교대로 또는 세개마다 한개꼴로 구멍을 충진한다. 이는 여러개의 바늘과 펀치 구조를 맞추는 실용적 밀도 공차에 따라 좌우된다. 즉, 바늘 구조 크기가 구멍보다 크기 때문에, 그리고 바늘이 미리 잘려진 섬유 세그먼트로 충진되거나 펀칭되기 전에 잘려진 섬유로 충진되어야 하기 때문에, 바늘 구조와 바늘을 충진하는 상부 구조 간의 공간이 교대로 구멍을 채우는 것을 필요로 한다. 두개 마다 또는 세개마다의 구멍들의 묶음이 충진되며, 이는 바늘을 통해 사전절단된 섬유 세그먼트를 기압에 의해 삽입함으로서, 또는, 실패(spool)로부터 섬유의 펀칭 및 가압 삽입에 의해 충진된다. 디스플레이가 이러한 방식으로 한번에 커버되어 두 구멍마다 또는 세 구멍마다, 또는 네 구멍마다 충진될 경우, 충진 장치는 리셋되어, 충진되는 첫번째 행 바로 다음의 행에서 시작된다. 묶음 충진 및 재설정의 과정이 반복되며, 구멍들만큼 많이 묶음식 충진에서 건너뛰게 된다.
제 2 방법에서, 스위칭 장치가 이용되며, 이 경우에, 바늘이 묶음-제작된 광섬유의 연속 스레드를 삽입한다. 다시, 구멍들을 건너뛰게 되고 디스플레이 스위칭 매트릭스가 여러 차례 수놓이게 된다. 각 차례 이후, 절단 메커니즘이 바 형태로 전개되고 날카롭게 형성되어, 연속적으로 수놓여진 섬유가 솔리드 시트 위아래를 지나면서 잘려져, 광섬유 세그먼트들을 이격된 상태로, 그리고 솔리드 시트에 대해 수직으로 정렬되도록 한다. 본 실시예의 솔리드 시트의 가요성 물질은 바늘이 삽입될 때 확장되며, 바늘이 제거될 때 섬유를 제자리로 고정시키게 된다.
도 16은 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트 릭스(1600)용의 제 2 대안의 선호 실시예의 개략도이다. 매트릭스(1600)는 변조기 세그먼트를 수용하기 위한 기형성된 구멍(1610)을 가진 층(1605)을 포함한다. 각각 주기적 변조기 구조들을 포함하는 한개 이상의 연장된 도파관 채널 리소스(1615)들이 처리되어(가령, 정밀 틈새형성 시스템에 의해) 다수의 변조기 세그먼트(1625)들을 형성한다. 이 세그먼트(1620)들은 정렬/삽입 시스템(1625)에 증착되고, 이 시스템(1625)은 적정 세그먼트들을 요망 위치로 안내하고 이들을 적정 구멍(1610)에 삽입한다. 층(1605)은 X/Y 어드레싱 매트릭스를 포함할 수 있다.
매트릭스(1600)는 견고형 솔리드 시트의 경우에 해당하며, 이 경우에, 기계적인 진동(동요) 프로세스에 의해, 사전절단된 패러데이 감쇠기 광섬유 세그먼트들로 구멍이 충진된다. 이 방법에서, 칼라-서브화소 행들은 최적으로 스케일링된 대형 묶음 프로세스들에 해당하는 디스플레이 행의 일부분에서, 동시에 채워진다. R, G, B를 번갈아가며 다중 행들이 아래와 같이 동일 프로세스에 의해 동시에 채워질 수 있다.
앞서 설명한 옵션이나 변형에 따라 제작되는 광섬유는 여러개의 실패(spool)로부터, 수직 골형태인 얇은 피더 골(feeder troughs)에 소정의 각도로 설정된 골형태 트레이로 공급된다. 틈새형성 장치는 적절한 컴포넌트 세그먼트들로 섬유를 절단하고, 이 세그먼트들은 골을 따라 미끄러져 피더 골의 수직 골 내로 들어간다. 실패 어레이는 인접 골 세트를 완전히 채우도록 옆으로 이동하여, 결국, 피더 골이 한 행의 서브화소들의 숫자와 같도록 채워지며, 또는, 최적의 묶음 처리 크기의 피더 골이 채워진다. 피더 골의 하부에는 이 골의 하부의 구멍들을 노출시키는 제거 가능형 슬롯이 위치한다. 여러개의 골들이 피더 골 묶음 처리 CCM 장치의 일부분일 수 있고, 앞서의 공정에 의해 채워질 수 있다.
채워진 피더 골이나 일련의 골들은 수직 슬롯에 여러개의 광섬유 컴포넌트 세그먼트들을 가지면서, 견고한 시트 위에 배치된다. 매우 얇은 이동가능한 배치 가이드-와이어나 필라멘트들의 두 어레이가 솔리드 시트 아래에 배치된다. 이때, 하나의 서브화소 구멍 당 두개의 x 및 두개의 y 와이어로 구성된 두개의 층들이 형성된다. 이들은 스프링 장력에 의해 이격되어 유지된다. 이들은 위 구멍에 들어갈 수 있는 세그먼트를 감싸도록 배치된다. 이 구멍은 광섬유 컴포넌트 세그먼트들보다 큰 직경을 가지며, 구멍에 광섬유 세그먼트를 용이하게 넣을 수 있도록 충분히 큰 직경을 가진다. 가이드-와이어를 홀딩하는 룸-타입 장치는 견고한 시트의 구멍과 동일한 직경으로 설정되지만, 와이어는 이동가능하다. 와이어나 필라멘트들은 인장 상태에 놓여 수지로 코팅된다. 따라서, 가이드-와이어를 압착하는 기계적 측방 장력에 의해 유지될 수 있는 섬유 세그먼트 상의 견고한 그립을 제공한다. 가이드 와이어 아래에는 아래 전개되는 이동가능한 레이저 센서 어레이를 가진 투과성의 또다른 솔리드 시트가 배치된다.
채워질 행이나 행의 일부분에 접촉할만큼 바로 위에 놓인 후, 슬롯이나 플랩(flap)은 이동하고 구멍이 노출된다. 이와 동시에, 골은 약간씩 측방으로 또는 원형의 형태로 요동치기 시작한다. 따라서 요동치는 섬유 컴포넌트 세그먼트는 피더 골의 슬롯으로부터 하강하여 아래의 구멍을 채울 것이다. 모든 섬유 컴포넌트 세그먼트들이 구멍에 삽입되어 묶음 프로세스에 의해 채워짐을 센서 어레이가 확인 해줄 경우, 가이드 와이어들이 풀리게 되고, 스프링 장력은 이들을 섬유와 접촉하게 하여 섬유를 펴게 되고, 레진으로 코팅된 상부 및 하부 가이드 와이어에 의해 견고한 물질의 구멍 바로 아래에 유지시킴으로서, 견고한 시트에 큰 직경의 구멍들의 중심에 섬유들을 배치한다. 그후, 견고한 다공질 시트, 가이드 와이어 시스템, 그리고 하부 투과성 시트를 유지시키는 전체 장치가 180도 회전한다.
따라서 전체 장치가 회전하면, 그리고 섬유 컴포넌트들이 스프링 장력 가이드 와이어에 의해 매달리면, 액체 폴리머 물질이 다공질 솔리드 시트에게로 주입되어 시트 사이에서 흘러들어가 광섬유 컴포넌트 세그먼트들과 다공부의 측부들 간의 갭을 충진시킨다. 이 액체 폴리머는 그후 자외선에 의해 경화되고, 다공부의 중심에 섬유들의 위치를 고정시킨다. 가이드 와이어가 이제 분리될 수 있다.
견고한 시트는 어드레싱 그리드, 패시브, 또는 액티브 매트릭스로 먼저 임프린팅될 수 있다. 또는, 어드레싱 회로가 프린트되거나 증착될 수 있다.
도 17은 도 9 및 도 10에 도시된 디스플레이에 사용되는 모듈형 스위칭 매트릭스(1700)의 제 3 실시예의 개략도이다. 매트릭스(1700)는 개별 도파형 변조기 세그먼트들로 채워지는 메시 구조를 포함한다. 스위칭 매트릭스(1700)는 메시 구조를 형성하는 다수의 금속 밴드(1705)들을 포함한다. 메시(1710)의 X 밴드나 필라멘트와, 메시(1715)의 Y 밴드나 필라멘트는 X/Y 어드레싱 매트릭스를 생성한다. 입력 접촉접(1720)은 메시 구조의 공간 내에 배치되는 트랜스포트 컴포넌트의 인플루언서 메커니즘(가령, 코일폼)에 대한 입력을 제공한다.
본 실시예에서, 어셈블리 공정은 위의 "가요성 솔리드 시트"를 기계적으로 충진하기 위해 제시된 내용에 따른다. 그러나, 가요성 메시의 이용시, 미리 직조된 메시가 어드레싱 스트립이나 필라멘트를 또한 포함할 수 있고, 이들은 광섬유 컴포넌트들을 추가적으로 밴딩하여, 다-밴드 자계 발생 구조나 준-코일폼을 형성할 수 있다. 메시 밴드, 스트립, 또는 필라멘트들 간의 간격들은 여러개의 직조된 층들로 형성될 수 있는 것으로서, 가요성 솔리드 시트에서와 동일한 방법으로 채워진다. 소정의 필라멘트나 밴드들이 전도성 폴리머로, 또는, 전도성 물질로 코팅되거나 금속화된 가요성 합성 물질로 만들어진다. 이 물질 밴드들은 한쪽이 다른 쪽과 구분되게 코팅될 수 있다는 점에서 편리하다.
이 필라멘트나 밴드들은 한 쌍의 x 및 y 어드레싱 와이어만으로 짝지어질 수 있고, 이 경우에 코일폼은 본원 타부분에서 제시한 방법들 중 하나에 따라 제작된다. 그러나 부가적으로, x 및 y 축의 어드레싱 트랜지스터들은 다층 메시의 평행한 필라멘트나 밴드들에 전류를 스위칭할 수 있다. 여러개의 x 및 y 밴드 또는 필라멘트들은 수평 밴드로 섬유들과 접촉하여, 섬유 축에 대해 직각으로 다수의 전류 세그먼트들을 구현한다. 이 스위칭 매트릭스 스테이지에서 섬유가 스퀘어 클래딩으로 제작될 경우, 밴드나 스트립들은 도핑된 클래딩과 연속적인 접촉을 구현할 수 있다.
인플루언서 제어가 제어 신호에 연결되도록 X 및 Y 어드레싱 밴드 내에 변조기 소자들이 배치되는 도 17에 도시된 특정 실시예에 대하여 추가적으로, 이 "메시" 해법에 대한 대안이 가능하다. 구체적으로, 이 경우에, 인플루언서 구조(가령, 코일폼)의 일부분이 직물 밴딩을 통해 구현되고, 로직은 디스플레이 측부로부터 평 행하게 밴드들을 구동하여, 메시 구조의 일부분을 구현한다. 이 방식으로, 트랜스포트 소자들이 메시에 로딩될 수 있고, 메시로부터 인플루언서 접촉부까지 접촉을 위해 정밀한 정렬을 필요로하지 않는다. 이는 도 17에 코일폼 구조(1725)로 도시되는 데, 이 코일폼 구조(1725)는 트랜스포트 세그먼트(1730)를 수용하기 위해 메시와 일체형으로 구성된다. 도 17의 원래 실시예에서, 코일폼(1725)과 트랜스포트 세그먼트(1730)는 앞서 기술한 바와 같이 일체형으로 구성된다.
본 실시예는 상술한 바와 같은 스위칭 매트릭스 구조 소자를 통해 코일폼을 구현하는 유사한 방법을 이용한다. 그러나 이 경우는 추가적인 장점을 가진다. 즉, 직조 과정이 패러데이 감쇠기 광섬유 컴포넌트들 둘레로 다수의 전도성 소자들을 효과적으로 둘러싸싸서, 원형 클래딩 섬유 둘레로 조밀한 접촉을 보장한다. 이 방법은 적절하게 제작된 광섬유 둘레로 일체형으로 코일폼이나 코일을 제작하기 위한 방법들과 조합될 수 있다.
이 변형은 권선 구현을 위해, 변조기 섬유 세그먼트들의 길이에 대해, 효과적으로 다-층 구조를 구현하는 메시나 직물형 구조를 포함한다. 입력 x 그리드와 출력 y 그리드 사이에는 메시나 직조 직물의 층들이 존재하여, 광학 필라멘트들이 준-권선으로 효과적으로 둘러싸이게 된다. 섬유 구조로 그리고 섬유 제작 공정 중 제작되는 코일폼 대신에, 텍스타일 구조를 깊이 방향으로(in-depth) 구현한다. 한번의 회선(turn)을 형성하기 위해 직물의 네 층의 네개의 전도성 세그먼트들을 이용하여 일종의 "나선형 박스(spiral box)"가 구현된다. 하부(X층)나 상부(Y층) 간의 층들은 (어드레싱 매트릭스에 대해) 실질적으로 패시브 형태이며, 마이크로-스 트립 필라멘트들에 의해 최적으로 구현될 수 있다. 이 필라멘트들의 전도성 부분들은 섬유 직경의 길이 부분일 뿐이며, (원형) 섬유와의 접촉점으로부터, 아래 층의 이전 전도성 필라멘트의 직경 더하기 섬유의 반경만큼 뻗어간다.
도 18은 본 발명의 선호 실시예에 따른 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션 시스템(1800)의 개략도이다. 시스템(1800)은 아래 설명되는 바와 같이 도파관 내 한 쌍의 포트(1815, 1820)를 이용하여 한 도파관 채널(1805)의 복사선 전파를 또다른 측방향 도파관 채널(1810)에게로 리디렉션시키는 메커니즘을 제시한다. 제 1 채널(1805)은 인플루언서 세그먼트(1825)(즉, 일체형 코일폼)와 부가적인 제 1 경계 영역(1830) 및 제 2 경계 영역(1835)을 포함하도록 구성된다. 추가적으로, 제 1 채널(1805)은 편광자(1840)와 이에 대응하는 분석기(1845)를 포함한다. 제 1 채널은 제 2 경계 영역(1835)에 제공되는 포트(1815)에 인접한 위치에서 제 1 경계 영역(1830)의 일부분에 측방향 편광 분석기 포트(1850)를 포함한다. 정션을 통한 손실을 개선시키기 위해 정션에서 채널(1805) 및 채널(1810)을 둘러싸는 부가적 물질(1855)이 제공된다. 물질(1855)은 경화된 졸일 수 있고, 나노-자체 조립 전용 물질일 수 있으며, 요망 굴절률을 가지는 기타 물질일 수 있다. 이는 신호 손실을 감소시키고 포트(1815) 및 포트(1820)의 요망 정렬을 보장한다. 인플루언서(1825)는 분석기 포트(1850)의 관통축에 대한 상대적 편광각에 기초하여, 포트(1815)를 통과하는 복사선의 양과 제 1 채널(1805)을 통해 전파하는 복사선의 편광을 제어한다. 시스템(1800)의 추가적인 구조 및 동작이 아래에 기술된다.
포트(1815) 및 포트(1820)는 아래 설명되는 용웅 섬유 스타터 방법을 통해 구현되는 경계 영역의 안내 구조에 해당하며, GRIN 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 이 포트들은 경계 영역 내 정확한 위치에 배치될 수 있고, 또는, 포트들이 채널의 길이를 따라 주기적으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 경계 영역들 중 하나의 전체 부분들은, 요망 속성(편광이나 포트) 구조를 가질 수 있고, 정션 위치에서 다른 경계 영역에서 한개 이상의 대응하는 구조를 가질 수 있다.
편광자(1840)와 분석기(1845)는 채널(1805) 아래로 전파되는 복사선의 진폭을 제어하는 부가적 구조이다. 편광자(1840)와 분석기는 이 세그먼트에 대한 부가적 인플루언서 요소를 포함하는 것으로서, 인플루언서(1825)와 협력하여, 채널(1805)과 채널(1810) 간의 복사선 신호 전파를 제어한다.
이러한 마이크로-직물 구조에서 인터-섬유 방식의 스위칭은, 일체형 마이크로-패러데이 감쇠기 광섬유 소자의 "횡방향" 변형에 의해 촉진될 수 있다. 직물 매트릭스에서 수직으로 배치되는 섬유들 간의 정션 지점/접촉점은 섬유들 간에 새로운 종류의 광 탭(light tap)의 장소에 해당한다. 광발명의 선호 실시예에 따른 광섬유 마이크로-패러데이 감쇠기의 클래딩 1에서, 클래딩은 편광 필터링(NanoOpto Corporation 사의 서브파장 나노 그리드 참조)되도록, 또는 편광 비대칭이도록 주기적 굴절률 변화로 미세 구성된다. 동일 섹션에서, 굴절률은 코어의 굴절률과 같도록 변경되었다(이온 충돌, 전기적 에너지, 가열, 광학적 반응 등에 의해). 이에 대한 대안으로, 전체 클래딩 1이 동일한 굴절률을 가지도록 구성될 수 있다.추가적으로, 서로 다른 굴절률에 의해 달성되는 안내 및 편광 경계에 추가하여, 구조-기하적 구성(가령, 포톤형 결합과, 서브파장 구멍-공동/그리드 시스템 이용)이 본 발 명의 범위 내에 또한 포함된다. 설명을 단순화하기 위해, 굴절률 차이를 이용하여 안내 및 경계부가 설명된다. 그러나 이 경우에는 구조-기하적 구성의 이용이 또다시 사용될 수 있다.
Gemfire Corporation 사의 광-탭처럼, 모든 다른 기존의 "광-탭(light-taps)"으로부터 기본적으로 차별화된다는 점이 본 일체형 패러데이-감쇠기의 본 변형의 본질에 해당한다. 이 경우에 도파관은 반도체 광학 도파관을 연결하기 위해 자체적으로 붕괴된다. 도파 구조의 붕괴는 포톤형 또는 전자포톤적 스위칭 기법이나 네트워크의 효력있는 컴포넌트가 파괴됨을 의미하고, 이는 채널간 광학 신호의 효율적 전송을 보장한다. 모든 다른 종류의 광-탭들처럼 코어-영역 사이에 안내받지 못한 신호들을 제어하기 위해 추가적이고 복잡한 보상을 필요로하지 않는 광탭은 훨씬 간단하고 효율적이다.
따라서, 공지 기술에서의 다른 광-탭들과는 달리, 스위칭 메커니즘은 격자 구조에 영향을 미치기 위해 극 영역(poled region)을 활성화하는 것이 아니고, 전극들의 어레이를 활성화는 것도 아니다. 차라리, 본 인-라인 패러데이 감쇠기 스위치는 코어를 통해 전파되는 광의 편광각을 회전시키며, 효과적인 편광 필터인 클래딩의 섹션과 상기 스위치를 조합함으로서, 출력 및 입력 섬유의 클래딩들의 횡방향 안내 구조를 통해 신호의 정밀하게 제어된 부분을 전환시키는 결과를 도출한다. 이 스위치의 속도는 패러데이 감쇠기의 속도에 해당하며, 이는 캐소드 및 애노드에 의해 커버되는 비교적 폭넓은 영역의 화학적 특성을 변화시키는 속도에 반한다.
코어(와 선택적 클래딩 1)에서의 전반사를 구현하기 위해 코어(와 선택적 클 래딩 1)와는 충분히 다른 굴절률을 가진 클래딩 2에서, 다음의 두 구조 중 한가지가 제작된다.
a) 본원 타부분에서 개시되는 방법에 따라 제작되어, 섬유축에 직각에 가깝게 광학축을 가진, 클래딩 내 점진형 굴절률(GRIN) 렌즈 구조: 그 초점 경로는 광섬유의 축에 직각으로 배향되거나 약간의 오프셋을 가져서, 제 1 채널(1805) 로부터 GRIN 렌즈를 통과하는 광이 제 2 채널(1810)과의 접촉점에서 연결될 것이고, 제 2 채널(1810)의 축에 또한 직각으로 삽입될 것이며, 또는 선호되는 방향으로 제 2 채널(1810) 내로 한 각도로 삽입될 것이다.
b) 이온 주입, 제작 공정에서의 전극간 전압 공급, 가열, 또는 그외 다른 시스템 등에 의해 제작되는 코어(와 부가적 클래딩 1)와 동일한 굴절률을 가진 간단한 광학 채널: 이 간단한 도파 채널의 축은 직각이거나 약간의 오프셋을 가진다.
이러한 마이크로 패러데이 감쇠기 기반의 광-탭의 동작은, 좀 더 정확하게 규정하자면, 횡방향 섬유간(도파관간) 패러데이 감쇠기 스위치는, 활성화된 일체형 마이크로패러데이 감쇠기 섹션을 통과함으로서 편광 각이 회전할 때, 그래서 광섬유 '광-탭'의 동작에 따라, 클래딩 1을 통해 클래딩 2의 GRIN 렌즈 구조나 이보다 간단한 광학 채널로 안내될 때(이를 누출(leak)이라 표현함), 그리고 출력 채널로부터 제 2 채널(1810)로 연결될 때, 구현된다.
제 2 채널(1810)은 평행 구조에 의해 제 1 채널(1805)로부터 수신되는 광을 편광 필터링 또는 비대칭 클래딩 1에게로, 그리고 다시 제 2 채널(1810)의 코어로 최적으로 연결하도록 제작된다. 섬유간 매트릭스를 둘러싸는 것은, 직물 구조에 주 입되는 경화 졸이며, 이 졸은 섬유들 사이에서 안내되는 광을 국한시키는 굴절률 차이를 가지며, 연결 효율을 보장한다.
클래딩들을 미세 구조형성하는 신규한 방법은 MCVD/PMCVD/PCVD/OVD 프리폼 제작 방법의 신규한 수정사항을 제시함으로서 달성될 수 있다. 또한, 선호되는 실시예는 섬유간 스위칭에 제한되지 않으며, 공유 기판이나 독립형 도파관들에 배치되는 도파관들 간의 경우처럼, 도파관간 스위칭을 제공하기 위해 본원에서와는 다른 종류의 도파관들이 구성될 수 있다.
도 19는 도 18에 도시되는 횡방향 일체형 변조기 스위치/정션(1800)에 대한 일련의 제작 단계들의 개략도이다. 제작 시스템(1900)은, 다수의 도파 채널들을 가진 물질 블록(1905)의 형성을 포함하며, 블록(1905)의 얇은 섹션이 제거된 상태로 도시된다. 섹션(1919)은 스타터 월 시트(1915)를 형성하기 위해 연화되어 제조된다. 시트(1915)는 롤링되어 실리카 스타터 튜브(1920)를 형성하며, 이에 따라, 인발을 위한 요망 프리폼을 생성한다.
본 신규한 방법에 따르면, 실리카 튜브에 유연들이 증착되어 프리폼이 성장하게 되는 데, 이 실리카 튜브는 롤링된 그리고 용융된 융용 실리카 단면들의 얇은 시트로 제작되는 실린더 형태를 취한다. 즉, 서로 다른 굴절률과 서로 다른 광전자 성질을 가진 얇은 섬유 섹션들의 격자들을 구현하기 위해 이렇게 서로 다르게 최적화되는 섬유들을 교대로 하여, 클래딩 및 코어들의 적절한 도핑 특성을 위해 선택된 서로 다른 특성을 가진 광섬유들이 융용된다. 그리고 용융 섬유 매트릭스의 섹션들이 얇은 시트로 잘려나간다. 이 시트들은 균일하게 가열되고 연화되어, 가열된 성형 핀 둘레로 구부러진다. 따라서, 공지된 프리폼 제작 공정에 따라 얇은 프리폼을 제작하기 위한 스타터로 적합한 얇은 벽체를 가진 실린더를 도출한다.
용융 섬유 시트에 사용되는 섬유들의 크기는, 인발되는 섬유의 클래딩 내 결과적인 횡방향 구조의 최적 크기를 도출하도록 선택된다. 그러나 일반적으로, 이 용도를 위한 섬유들은 가능한 최소 제작 크기(코어 및 클래딩)를 가지며, 구조 직경은 이에 따라 제작되는 프리폼으로부터 인발 중 효과적으로 증가할 것이다. 이러한 섬유 크기는 개별 섬유로 단일 모드 이용을 위해선 너무 작을 수 있다. 그러나, 용융 섬유 섹션이나 슬라이스에 대한 두께를 적절하게 선택할 경우, 결과적인 인발 섬유에서 연속적으로 패턴형성된 횡방향 도파 구조의 크기는, 횡방향 구조가 요망 (단일 모드, 멀티-모드) 코어 및 클래딩 크기를 가지도록, 제어될 수 있다.
마이크로 구조에 적합한 크기를 구현하기 위해, 더 작은 조합의 섬유들이 용융, 연화, 인발되고, 최종 섬유 어레이들이 길이에 따라 용융되기 전에 다시 다른 섬유들과 용융되며, 그후 시트로 잘려져 실린더로 형성된다.
본 발명의 일체형 패러데이 감쇠기 장치의 이러한 섬유간 변형을 구현함에 있어서 가요성을 촉진시키기 위해, 입력단과 출력단에서 광섬유 1의 코어 및 클래딩 1의 편광 섹션들은 당 분야에 잘 알려진 자외선 여기에 의해, 또는 본원 발명 타부분에서의 방법에 따라 인터-/인트라-클래딩 상에 제작되는 전극 구조들에 의해 스위칭가능하게 유도될 수 있다. 이러한 자외선 신호는 인터-/인트라-클래딩으로 제작되는 소자들에 의해 발생될 수 있다. 전극 구조에 의해, 편광 필터링이나 비대칭 상태의 스위칭이 광전자적인 것으로 설명될 수 있고, 또는, 자외선 신호에 의할 경우, 모두 광학적인 것으로 설명될 수 있다. 자외선에 의해 활성화되는 본원의 변형은 특정 구현예에서 선호되는 다른 실시예들과 마찬가지로 가장 선호되는 실시예에 해당한다.
이러한 편광 필터링이나 코어 및 클래딩의 비대칭 섹션들은 "전이(transient)"라는 용어로 설명될 수 있다. 이에 관하여 미국특허 5,126,874 호를 참고할 수 있다. 이에 따르면, 필터나 비대칭 소자들이 일체형 패러데이 감쇠기의 가변 강도 스위칭 소자로서의 동작에 따라 활성화되거나 동작정지되고, 스위칭 온되거나 스위칭 오프될 수 있다.
클래딩 1은 코어와 동일한 굴절률을 가질 수 있고, 클래딩 2는 다른 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 클래딩 단독의 비대칭 구조나 편광 필터링에 의해, 잘못된 편광의 코어에 대한 국한(confinement)이 이루어진다. 따라서, 클래딩 1의 디폴트 설정이 온일 경우 편광 필터/비대칭에 의해 광을 코어에 국한시키게 되고, 오프일 경우 광을 코어 및 클래딩 1 내로 안내하고 클래딩 2에 의해서만 국한시킨다. 그후 광은 전극이나 자외선 활성화 소자들이 구성된 섹션 내에 놓일 수 있다. 이는 디폴트의 반대의 설정으로 스위칭될 수 있다.
마이크로직물 3차원 IC의 동작을 특성화시키기 위한 한가지 방법에서는 광섬유가, 마이크로-안내 구조 인트라 및 인터-클래딩과, 인트라 및 인터-클래딩을 이 채널들과 일체형으로 구성하는 IC 소자 및 트랜지스터들과, 이 구조의 주기적 요소로 제작되는 일체형 인-라인 및 횡방향 패러데이 감쇠기 장치와 함께 횡방향으로 구성되며, 이 광섬유가 코어 내 WDM 타입의 멀티-모드 펄스 신호들을 버스로서, 클 래딩 내 횡방향 안내 구조를 통해, 클래딩 내 반도체 및 포톤형 구조까지 운반할 수 있고, 이러한 클래딩 내 반도체 및 포톤형 구조는 버스나 그외 다른 전자포톤 컴포넌트로 기능한다.
일부 채널들은 인트라/인터-클래딩 방식으로 제작되는 단일 소자들을 가진 나노-스케일 및 단일 모드형일 수 있다. 또는, 클래딩들 간에, 클래딩들 내에, 또는 클래딩 상에 매우 많은 반도체 소자들을 이용하여 효과적으로 제작되는 큰 직경의 멀티 또는 단일 모드형일 수 있다. 섬유들은 전체 마이크로 직물 구조에서 조합 내에서, 섬유 내의 마이크로 구조 IC 소자들과 조합으로, 버스나 개별 스위칭 또는 메모리 소자로 기능할 수 있다. 따라서 스위칭은 섬유 코어들 내에서, 코어와 클래딩 사이에서, 클래딩 내 소자들 사이에서, 그리고 섬유들 사이에서 이루어진다.
사파이어 테이퍼(saphire taper) 주위로 글래스 섬유를 감고 가열하며 그후 비교적 고속으로 인발하는 간단한 공정에 의해, 스파이더 실크의 두배 내지 다섯배 인장 강도와, 원자 레벨의 매끄러운 표면을 가지도록 제작되는 50nm 광학 나노와이어에 관한 Harvard University의 Eric Marzur, Limin Tong의 제안은, 마이크로 직물 구조에 구현하기에 매우 적합하다. 가시광선에서 근적외선 파장이 광학 섬유 도파관 타입의 이러한 서브파장 직경 변화에서 안내되며, 코어 내에 국한시키는 대신에, 안내되는 광을 표면을 따라 내부적으로 반-소실 방식으로 이동하게 한다. 섬유간의 광학적 소실 결합에 의해 낮은 손실로 광이 연결될 수 있다.
이러한 나노와이어 사이에 편광 경계/필터의 클래딩 및 코팅을 주사된 졸을 통해 삽입하고, 그후 일체형 패러데이 감쇠기 장치의 횡방향 변형을 통해 조작을 행함으로서, 경로간 추가적으로 단순화된 스위칭/정션 장치를 제공할 수 있다. 마이크로-직물 IC 구조는 와이어의 가요성으로 인한 광학 나노와이어의 성질에 의해 특히 촉진된다. 이는 IC 구조를 직각으로 휘어지게 하고, IC 구조를 트위스트시키거나 매듭으로 묶는다.
The California Institute of Technology 사의 Kerry Vahala 의 보완 작업은 수십 미크론 직경의 광학 와이어의 제작에 관한 것으로서, 실리카 마이크로-비드(micro-bead)와 미크론 스케일 광학 와이어로 구성된 초소형, 초저 임계값 Raman 레이저를 제시하는 Vahala의 관련 작업에 또한 관련된 사항이며, 마이크로 직물 구조에 특히 유용하다. 마이크로 직물 구조에 산재된 마이크로-비드들은 마이크로 직물 구조 소자에 의해 제위치에 유지되며, 광학 와이어에 연결되어, 3차원 IC 구조에서의 조작 및 신호 발생을 위한 추가적인 옵션을 구현한다.
포톤 및 전자 스위칭 소자, 인터-섬유, 인트라-클래딩, 등등의 최적 결합과 조합된, 인라인 및 횡방향 패러데이 감쇠기 스위치/정션들의 속성은, 광학 펄스 영역에 대해 일정한 광학 신호 및 변화하는 편광 상태를 이용하여 이진 로직을 구현하는 새로운 방법을 제시한다. 이러한 이진 로직 시스템은 따라서, 항상 온 상태인 광학 경로를 포함한다. 이때의 로직 상태는 신호의 편광 각을 이용하여 조작되고 검출된다. 이는 고속으로 변할 수 있다. 혼합형 광전자 마이크로 직물 IC 구조에서 전개되는 일체형 패러데이 감쇠기 장치의 공개된 변형들은, 이러한 이진 로직 기법을 명확하게 구현할 수 있어서, 마이크로프로세서 및 광학 통신 동작의 속도 및 효율을 증가시킬 수많은 가능성을 제시한다. 물론, 다수의 편광각을 이용하여 다상태 로직 시스템을 실현할 수도 있다. 그리고, 본 시스템은 한개의 동작 모드 중에 한개의 로직 시스템을 이용하면서 또다른 동작 모드 중에 또다른 로직 시스템으로 스위칭되며, 그후 차후 모드에서 또다른 로직 시스템으로 변경되거나 원래 모드로 스위치 백될 수 있다.
이러한 일례의 구현들은 본 디스플레이 발명의 신규한 직물 구조 및 스위칭 구조를 폭넓게 활용할 수 있도록 구축하는 기능을 하며, 가령, 포톤 및 반도체 전자 소자들을 최적화하는 파동 분할 멀티플렉싱 스위칭 매트릭스와, LSI 및 VLSI IC 설계를 그 예로 들 수 있을 것이다.
도 20은 디스플레이, 디스플레이 요소, 로직 장치, 로직 요소, 또는 메모리 장치 등과 같이 사용가능한 직물 매트릭스(2000)의 3차원 표현에 해당한다. 매트릭스(2000)는 X 구조 필라멘트(2015), X 어드레싱 구조 필라멘트나 리본(2020), 그리고 Y 어드레싱/구조 필라멘트(2025)로 상호직조된 구조/스페이서 소자(2010)와, 다수의 도파관 채널 필라멘트(2005)를 포함한다.
도파관 소자들을 구조적으로 조합하고 홀딩하면서 각 서브화소나 화소에 전자적으로 어드레싱하는 스위칭/변조 매트릭스의 구성 및 조합에는 다양한 메커니즘들이 존재한다. 광섬유의 경우에, 섬유 컴포넌트의 속성에는 모든 섬유에 대해 직물 구성 및 섬유 소자 어드레싱의 잠재성이 내재한다. 가요성 메시나 솔리드 매트릭스들은 대안의 구조로서, 조합 방법들이 필요하다. 플랫 패널 디스플레이용의 스위칭 매트릭스에 선호되는 실시예는 일체형 광섬유 감쇠기 장치들의 조합 어레이(가령, 직물 조합)로서, 대형 집적 광학 장치를 효과적으로 형성하는 것이다. 제작 되는 실리카-기반 도파관은 다른 섬유 및 프리폼 물질과 새 프리폼 스테이지에서 조합될 수 있고, 꼬아지거나 조합되어 대형 복합 섬유, 케이블, 또는 직물 구조를 형성할 수 있다. 이에 관하여는 미국특허 6,647,852 호, "Continuous Intersected Braided Composite Structure and Method of Making Same"을 참조할 수 있다.
본원에서 공개되는 일반적 스위칭 기법의 잠재성을 더욱 발전시킨 사항은, 본 발명의 실시예들의 스위칭 매트릭스 제작에 대해 선호되는 3차원 직물 래티스 조합의 공개내용에 포함된다. 또한, 섬유 구조 자체의 액티브 매트릭스 스위칭 기법에서 트랜지스터를 집적시키는 방법의 공개 내용에도 포함된다. 선호 실시예에서, 광섬유 소자들은 직물 구조의 소자들로 유지되고 조합되어, 스위칭 메커니즘이나 매트릭스를 형성한다. 이 스위칭 구조는 광섬유 소자들을 홀딩하고 어드레싱하는 것으로서, 소자의 후방의 조명 시스템에 평행하게 평면으로 배열되며, 장치 전면의 디스플레이 표면에 또한 평행한 평면으로 배열된다. 또다른 선호 실시예에서, 자카드-룸 타입(Jaccquard-loom-type) 직물 제작 공정이 소개된다. 광섬유 소자들의 직물형 조합은 광학적 특성의 보존 및 개선을 위해 도파관 채널들을 직조하는 현대식 정밀 자카드 룸 직물 제작 시스템(가령, Albany International Techniweave)을 통해 구현된다. 이 단계들은 앞서 기재한 바에 따르며, X 리본 및 Y 리본의 형성을 포함한다.
직물 매트릭스 형태의 스위칭 매트릭스는 디스플레이 케이싱/구조에 조립될 준비가 된 상태에서, 룸으로부터 제거가능형 프레임(견고형 또는 가요성)의 배치 또는 고정에 의해 배치되고 고정된다. 또는 각 칼라 서브화소 행에 대해 제공되는 후크나 고정 장치에 의해 배치되고 고정된다. 제거가능형 프레임의 경우에, 프레임은 이러한 패시브 매트릭스 옵션의 경우에, 전체 스위칭 매트릭스에 대해 순차적으로 각각의 x 및 y 행을 어드레싱하도록 요구되는 로직을 포함하며, 또는 순차적으로 어드레싱되는 섹터들로 나누어진 로직을 포함한다. 이때, 주어진 비디오 디스플레이 프레임에 대해 각각의 서브화소 패러데이 감쇠기 소자의 회전을 변경시키는 데 필요한 서브화소 정보 및 전류를 효과적으로 운반하는 가변 전류의 적절히 변조된 펄스들이 동반한다. 이 로직의 제작은 표준 반도체나 회로 보드 리소그래피/인쇄 시스템에 의해 이루어지며, 또는 딥-펜 나노리소그래피 등과 같은 그외 다른 방법에 의해 구현된다. 대안으로, 제거가능형 프레임은 인쇄 전도 스트립으로 간단하게 제작될 수 있고, 이 스트립들은 디스플레이 케이싱/구조에 내부 프레임 상에 제작되는 로직과 접촉한다.
x-y 축방향 트랜지스터를 통해 x-y 열 및 행을 스위칭함으로서 각 서브화소가 어드레싱되는 패시브 매트릭스의 구현과는 달리, 디스플레이의 각 서브화소를 제어하도록 트랜지스터를 구현하기 위한 추가 구성은, 섬유 도펀트를 위해 편리한 물질들의 현재 버데트 상수가 주어졌을 때, 패러데이 감쇠기 컴포넌트들의 최적 성능을 구현하는 데 있어 바람직할 것이다. 액티브 매트릭스 영역의 경우에, 트랜지스터 및 그외 다른 액티브 소자들(가령, 반도체 소자들)이 도파관/직물 매트릭스에 일체형으로 형성된다. 트랜지스터 및 액티브 소자들의 형성에 관한 세부사항은 본원 및 관련 출원에 개시되어 있다.
더우기, 반도체 구조가 인트라-클래딩 및 인터-클래딩 방식으로 제작되기 때 문에, 따라서, 코어까지 이어지는 섬유 구조를 이용할 수 있기 때문에, 다양한 메커니즘(가령, 전도성 마이크로필라멘트를 형성하는 반경방향 도핑 프로파일)을 통해, 섬유 부분을 통해 외부 표면 지점들 간의 추가적인 회로 구조 및 기법을 구현하도록 추가적으로 마이크로-구성으로 솔리드 섬유 구조가 형성될 수 있다. 이러한 섬유를 포함한 도파관의 고상 IC 마이크로스트럭처 형성은 트랜지스터, 커패시터, 저항, 코일폼, 또는 그외 다른 전자식 반도체 구조에 제한되지 않는다. 그러나, 본원의 방법, 장치 , 컴포넌트들에 의해 제시되는 바와 같이, 광전자적 일체화를 위한 새로운 기법을 제공한다. 본원에서 공개되는 신규한 일체형 (마이크로) 패러데이 감쇠기 광섬유 장치는 신규한 범용 일체형 광전자 IC 장치의 한 사례로 공개될 수 있다.
인트라- 및 인터-클래딩 방식으로 전자식 반도체 특징들이 제작될 뿐 아니라, 임의의 광전자 장치가 이렇게 제작되는 일체형 IC의 소자일 수 있다. 즉, 섬유 내에 일체형으로 형성되어 메인 섬유의 클래딩/코팅 구조에 부가적인 안내 구조로 제작되는 반도체 도파관 채널들로, 또는 프리폼 인발 공정에서 제작되는 피층 나선형 채널에 추가적으로 채널화되는, 또는 클래딩에 대한 선택사항이나 모드에 의해 제약받는 섬유 코어에서 채널화되는 광을 수정하게 된다. 포톤 밴드갭 구조는 당 분야에 잘 알려진 방법들에 의해 인트라-또는 인터-클래딩 방식으로 제작될 수 있다. 따라서, 포톤 결정 베이스 섬유 구조(그 위에 클래딩 및 코팅이 제작됨)나 표준 섬유 코어 및 클래딩을 포함할 수 있는 복합 섬유 구조를 도출할 수 있다.
특히 적절한 용액에 차례로 담금으로서 구현되는 나노입자들의 정전형 자체- 조립은, 섬유 기반 구조를 효율적으로 그리고 대량으로 제작하는 데 관련성을 가진다. 섬유의 곡면 표면 구조에 대해 특히 효과적인 추가적인 제작 방법은, Molecular Imprints, Inc. 사의 제품을 이용할 수 있다. 이 제작 기법은 플래시 자외선에 의해 경화되는 액체 임프린트 유체의 몰드 나노 구조를 복제하는 나노-임프린트의 서브미크론 정렬 및 상온 제작을 제공하는 "스텝 앤드 플래시(step and flash)" 임프린트 리소그래피라 불린다. 이 단계 공정은 비교적 평탄한 평면형 섹션에 곡선 형태를 패턴처리하기에 적합하며, 저렴한 비용의 제작을 제공한다. 코어 내에서 안내되는, 클래딩 내로 제약되는, 또는, 보조 및 소형 반도체 구조 내에서 안내되는 광은 패러데이 회전에 의해 제어될 수 있다. 포톤 시뮬레이션에 의해 야기되는 브랙(Bragg) 격자 및 그외 다른 구조를 유도하는 광굴절 도핑의 구현과, 격자 및 그외 다른 구조의 구현을 위한 섬유 구조의 광전자적 변경, 그리고 그외 다른 포톤 스위칭 및 변조 방법들이 복합 섬유-기반 IC 구조의 요소들로 바람직하게 구현될 수 있다.
(에피택시 성장이나 이온 충돌 묶음 공정 또는 정전형 자체 조립을 통한 묶음 섬유 구현과 같은) 당 분야 및 반도체 제작 방법 분야에 잘 알려진 프리폼 인발 및 그외 다른 묶음 섬유 제작 공정의 조합들을 구현하기 위한 기법의 범위는 본 발명의 선호되는 실시예 및 구현예에 의해 제시되며, 이러한 여러개의 IC 섬유 광전자 장치를 조합하는 직물 구조의 범주에서 추가적으로 발전하게 된다. 섬유의 형태를 IC 제작의 자체 기판 형태로 만들도록, 당 분야에 잘 알려진 패턴처리 방법 및 반도체 리소그래피 방법을 위해 광학 장치들의 형태를 조정하는 것은 당 분야에 잘 알려진 광학 소자 및 포커싱 소자들의 표준 수정에 의해 효과적으로 구현될 수 있다.
3차원 직물 매트릭스의 인접 구조 소자들에 광전자 장치들을 제작하기 위한 모든 신규한 방법에서, 획득할 수 있는 장점은, 1) 화소 구성의 차폐 및 견고성, 2) 인접 소자들에 대한 공정 단계들의 확산, 3) 직물 매트릭스에서 소자당 공정 단계들의 수 감소, 4) 그리고 일반적으로, 광전자 스위칭 설계의 효율성을 위해 3차원 구조의 전개에 해당하는 이상의 4가지 옵션에 있다.
섬유는 벌크 섬유 제작 공정에서 인발되어 다양하게 도핑되고 처리되어 광학적으로 활성인 코어, 다이-도핑 코어(dye-doped core), 섬유축에 대해 직각의 자화로 영구적으로 자화된 그리고 도핑된 내부 클래딩(부가적임), 최적 페리/강자성 물질로 도핑된 클래딩(이는 자화 및 탈자화될 수 있고 그 히스테리 곡선은 비디오 프레임 사이클 중 회전 크기를 유지하기에 적합함), 코일폼이나 코일 또는 자계 발생 소자를 구현한다. 이러한 코일폼이나 코일 또는 자계 발생 소자는 전도성 구조(가령, 필름, 코팅된 실리카 섬유, 전도성 폴리머 등)에 구조적으로 래핑(wrapping)되거나, 또는 클래딩에 전도성 패턴을 트위스트시키거나 첨가시킴으로서 광섬유의 구조에 형성된다. 또한, 도핑된 외부 클래딩을 자화시킬 자계를 발생시키도록 충분한 크기의 펄스형 전류를 수신할 수 있다. 상기 섬유는 부가적인 트랜지스터를 추가로 구현한다. 이 트랜지스터 역시 디스플레이용 액티브 매트릭스를 구현하기 위해 다른 구조적 소자들과 조합되어, 동일한 방법들에 의해 구조적 소자로 제작된다. 이러한 화합물 섬유 구조의 도핑 및 구조형성은 소정의 도펀트나 구조적 특징부에 관 하여 주기적일 수도 있고, 연속적일 수도 있다. 따라서, 전형적인 길고 저비용의 섬유 제작이 가능하다. 코일폼이 연속적일 경우(연속적인 트위스트나 임플랜팅된 와이어, 등등), 접촉점에 의해 코일폼의 일부분을 정확하게 선택함으로서, 차후에 코일폼 기능에 정밀하게 액세스할 수 있고, 따라서, 장치의 동작에 대하여 이 지점들 넘어 연속되는 구조를 비기능 및 비활성으로 할 수 있다.
섬유 제작 공정들은 계속하여 발전하고 있다. 특히, 도핑 농도 개선 및 도펀트 프로파일, 섬유의 주기적 도핑의 조작 등에 관하여 발전하고 있다. 미국 특허 6,532,774 호, "Method of Providing a High Level of Rare Earth Concentrations in Glass Fiber Preforms"는 다중 도펀트의 동시적 도핑을 위한 개선된 공정을 개시한다. 도펀트들의 농도 증가에 성공함으로서, 도핑된 코어의 선형 버데트 상수와 도핑된 코어의 성능을 개선시킬 수 있어서 비선형 효과들을 촉진시킬 수 있다.
마지막으로, 광섬유의 벌크 제작 모드는 결함에 대한 구조 섬유의 벌크 테스트를 가능하게 하는 컴포넌트들의 테스트 영역을 구현가능하게 한다. 따라서, 섬유 컴포넌트 틈새형성 및 직조 과정에서 긴 길이 섬유의 결함 부분을 표시하고 버릴 수 있다. 따라서, 대형 반도체 공정 기반 LCD 및 PDP의 결정적 결함률 및 이에 따른 불량률을 방지할 수 있다.
섬유에 대한 각 RGB 채널에서 세개의 "x" 및 "y" 어드레싱 포인트들에 대한 정밀 접촉 포인트들을 고려할 수 있다. 정밀 접촉 포인트 및 정렬은 더 큰 크기의 이러한 3-채널 섬유 구조에 의해 보조받을 수 있고, 하지만, 어떤 경우에도 전-섬유 직물 조합 방법의 변형에 의해 달성된다. 이때, 다중 레벨의 구조 및 어데르싱 "x" 및 "y" 어드레싱 필라멘트를 이용하여 섬유 컴포넌트 세그먼트를 따라 여러 다른 위치에서 우수한 접촉을 구현할 수 있고, 또는 그외 다른 방법에 의해 우수한 접촉을 구현할 수 있다.
위에서 개시한 본 발명의 선호 실시예들은 이 시스템, 시스템의 컴포넌트, 제작 및 조립 방법, 그리고 바람직한 동작 모드들을 이용하여, 매우 얇고 컴팩트한, 그러면서 가요성이거나 견고형인 구조를 제공하며, 제작 비용이 저렴하고 우수한 시야각, 해상도, 밝기, 콘트래스트를 가진다. 일반적으로 말해서 우수한 성능 특성을 가진다.
본원에서 기술한 방법 및 구조는 본 발명의 실시예의 범위를 제한하는 것이 아니며, 광섬유 소자에서 일체형 패러데이 감쇠 및 칼라 선택을 포함하는 광섬유 기반의 자기광학형 디스플레이의 컴포넌트들을 직물 방식으로 조립함에 있어서 필요에 따라 3차원 직조 스위칭 매트릭스의 직물 제작에 관한 모든 변형들을 포함한다.
본원에 의해 개시되는 일체형 광섬유 광전자 컴포넌트 장치들의 중요성에 대하여 이루어진 이전의 관찰사항을 확대시키기 위해, 일체형 광전자 연산을 위한 대안의 기법을 이러한 일체형 구성의 3차원 직물 조립이 제시한다는 것은 큰 중요성을 가진다. 이는 파동 분할 멀티플렉싱(WDM) 시스템용의 스위칭 매트릭스로 직접 적용될 수 있으며, 좀 더 폭넓게 이야기하자면, 포톤 및 반도체 전자 컴포넌트들을 최적으로 조합하는 LSI 및 VLSI 스케일링의 대안의 IC 기법으로 적용될 수 있다. 이와 같이, 본원 선호 실시예의 장치 및 그 제작 방법은 폭넓은 응용 범위를 가진 다. 게다가 본 선호 실시예는 또다른 방식으로 쓰여질 수 있다.
즉, 직물 광섬유 매트릭스는 디스플레이 출력 표면 어레이를 형성하도록 구성된 "3차원 광섬유 직물 구조 일체형 회로 장치"로 또한 형성된다. 디스플레이의 엄격한 필드 바깥에 있는 본 발명의 선호 실시예의 응용예는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같이 구성되는 직물 광섬유 매트릭스일 것이다. 소자들을 일체화시키기 위한 3차원 직물 구조의 조합된 장점들은, 포톤 장치 및 전자 장치를 최적으로 조합시키고, 각각의 장치는 그 강도에 따라 구현된다. 반도체 소자 및 포톤 소자용으로 고인장강도 자체 기판으로 IC 섬유를 이용할 수 있고, 포톤 코어 둘레로 연속 표면을 형성하도록 깊이 및 둘레에 따라 모놀리식 구조를 구현하는 다층 클래딩 및 코팅들이 있다. 이들 모두의 효율과, 광전자 직물 블록을 형성함에 있어 직물 직조의 제작 비용 장점,그리고 섬유들의 대형 묶음 방식 제작의 비용 장점들은 평면형 반도체 웨이퍼 기법에 대한 중요한 대안을 제시한다.
본 발명의 선호되는 광섬유 실시예에 의해 제시된 새로운 기법에 따르면, 3차원 마이크로직물 매트릭스에서 광섬유 및 그외 다른 전도성의 IC 구조 섬유와 필라멘트를 조합할 수 있다. 대형 직경의 섬유들은 일체형으로 제작되는 인터-클래딩 및 인트라-클래딩 완성형 마이크로프로세서 장치들을 가질 수 있다. 포톤 결정 섬유와 그외 다른 광섬유 구조, 특히 단일 모드 섬유들이 나노-스케일 직경에 접근함에 따라, 개별 섬유들은 원통형 길이를 따라 2~4개의 IC 특징부/소자들만을 통합할 수 있다.
따라서, 복합적 마이크로직물 매트릭스가 가변적 직경의 광섬유들로 직조되 어 다른 필라멘트들과 조합된다(나노 섬유 포함). 이 필라멘트들은 전도성일 수 있고, 이들은 주기적인 IC 소자의 인터-클래딩이나 인트라-클래딩으로 제작될 수 있다. 섬유들은 대형 포톤 서큘레이터 구조의 소자들일 수 있으며, 합쳐지거나 꼬아져서 마이크로광학 네트워크로 만들어질 수 있다.
이러한 마이크로 직물 매트릭스의 섬유들은 동일한 굴절률을 가진 코어 및 클래딩으로 제작될 수 있다. 가령, 코일폼/자계 발생 소자, 전극, 트랜지스터, 커패시터 등등을 포함하는 투과성 IC 구조로 제작될 수 있다. 따라서, 직조된 직물 구조가 졸과 합쳐져, 졸이 자외선에 의해 경화될 때, 필수 차이 굴절률을 가져서, 인터-섬유/인터-필라멘트 졸이 개별 클래딩들을 대체하게 된다.
이러한 과정은 나노입자의 정전형 자체 조립의 용액으로 마이크로 직물 구조를 포화시킴으로서 추가적으로 발전될 수 있다. 개별적인 필라멘트 갈래들에 대한 루밍 과정은 직조될 때 섬유 및 필라멘트들의 패턴처리를 촉진시킬 수 있다. 하지만, 직조 이전에, 또는 섬유나 필라멘트가 반(semi)-평행 조합 상태에 있을 때 패턴형성하는 것이 좀더 가요성이 클 것이다. 섬유 정션들 간 광 태핑(light-tapping) 및 포톤 밴드갭 스위칭이 크게 촉진되도록(미국특허 6,278,105 호 참조), 당 분야에 잘 알려진 이러한 방법 및 기타 방법들을 통해 인터-섬유 졸의 구조를 제어할 가능성은 명확하다고 말할 수 있을 것이다.
이러한 IC 구조에 메모리 소자로 구현되는 일체형 패러데이 감쇠기 광섬유는, LSI 및 VLSI 스케일의 구조에 캐시 방식으로 구현될 수 있다. 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)는 이러한 IC 구조 기법에 대한 폭넓은 구현 영역을 제시한 다. 광섬유들의 파동 안내를 파괴하지 않으면서 최대 구부림각이 개선됨에 따라, 광섬유 및 그외 다른 마이크로필라멘트들로 직조된 마이크로 직물 구조의 가용한 복잡도가 증가할 것이다. 심해 유기물에 의해 성장되는 얇은 모세관형 광섬유의 성질에 대해 최근에 보고된 연구결과는 재합사(doubling back)의 지점까지 트위스트되고 구부러질 수 있는 광학적 안내 구조를 보여준다. 본원에서 제시되는 마이크로직물 IC 시스템 종류의 3차원 직조는 비-선형 직조를 포함할 것이다. 가령, 당 분야에 잘 알려진 복합 직조 터빈 구조에서 보여지는 바와 같이 화합물에 의해 곡면을 형성하는 3차원 직조를 예로 들 수 있다. 일반적으로, 마이크로직물 장치 클래스 및 그 제작 방법은 당 분야에 알려진, 그리고 차후로 발전될, 3차원 정밀 직조 형태의 전체 범위를 포괄한다.
(Zyvex Corporation 사와 Arryx 사의) 상용화된 나노 어셈블리 방법을 이용하여 작은 직경의 섬유 및 필라멘트들로 마이크로 직물 기법이 추가적으로 발전할 것으로 기대되고 있다. Zyvex 사의 나노-매니퓰레이터 기술은 "나노룸(nanoloom)" 시스템으로 구현될 수 있고, Arryx 사의 나노-스케일 광학 트위저는 마이크로-직조 제작 공정에 적합하며, 부가적으로 효율적인 기계적/광학적 루밍 기법에서 Zyvex 나노-매니퓰레이터와 조합하여 사용된다. 그 동작은 Albany International Techniweave 사에서 제시한 방법 및 장비에 대한 마이크로 또는 나노 스케일로 패턴형성될 수 있다.
전도성 매질에서 전자와 광학적 투과성 매질에서의 광간에 잘 알려진 1000:1의 속도 차이는 전자 및 포톤 소자를 구성함에 있어서 자유도의 차이를 제시 하며, (이러한 마이크로직물 IC 구조에 의해 구현가능한) 반도체 특징부들의 크기를 감소시키는 데 초점을 맞춤으로서 일부 제약사항을 느슨하게 한다. 결과적으로, 전자 및 포톤 스위칭과 회로 경로 소자의 최적 혼합을 가능하게 한다. 따라서, 일부 섬유들은 다수의 반도체 소자 인터-클래딩 및 인트라-클래딩를 지원하기 위해 큰 직경으로 제작될 수 있다. 반면에 다른 소자들은 몇가지 전자적 컴포넌트들만을 포함시킴으로서 매우 작은 직경을 가질 수 있다. 또한 일부 소자들은 전부 광학적 컴포넌트들만을 가질 수도 있다. 포톤 계열의 경로 소자의 수를 최대화시킴으로서, 포톤 경로에 의해 연결되는 최적 스케일 섬유들에 제작되는 작은 마이크로프로세서 구조들이 가능하며, 따라서, 최적화 가능성의 논리적 출력을 얻을 수 있다.
제시되는 마이크로직물 IC 큐브(또는 다른 3차원 마이크로직물 구조)는 크고 작은 광섬유들과 그외 다른 필라멘트(전도성이고 미세모세관형이며, 순환 유체로 충진되어 구조물을 냉각시킬 수 있음)들의 임의의 조합으로 구성될 수 있고, 이들은 순수한 구조적 구성일 수도 있고, 전도성 구성일 수도 있다.
선호되는 전-섬유(all-fiber) 직물-직조 광섬유 실시예가 광섬유 기반 자기광학 디스플레이의 구조적 및 도파 방식의 장점을 제시하지만, 자체적으로 여러가지 장점을 제공하는 도파관 변조기/스위칭 소자들을 어드레싱하고, 위치를 고정하며, 조립하는 방법들에 대해 추가적인 변화들이 가능하다.
선호 실시예의 직조/직물 시스템은 일부 실시예에서, 광학적/도파관/스위칭/포톤형/IC 기능 측면에서 피복 품질의 직물을 생성할 수 있다. 선호되는 실시예는 직물-직조 플랫 패널 디스플레이 기법으로부터 도출되는 응용품이다. 본 발명에 대 한 부가적인 응용은 직물-스위칭 피복 섹션들 사이에서 연속적으로 직조되는 정션들의 세부사항을 포함할 것이다.
일반적으로, 본 발명의 태양들을 구현하는 트랜스포트, 변조기, 그리고 시스템의 성능 속성들은, 다음의 사항들을 포함한다.
* 서브화소 직경: 100 미크론 미만 또는 50미크론 미만.
* 서브화소 요소 길이: 100 미크론 미만, 또는 50 미크론 미만
* 단일 서브화소에 대한 90도 회전 구현을 위한 구동 전류: 0-50 mAmps.
* 응답 시간: 패러데이 회전자의 경우 매우 높음(즉, 1ns 가 제시됨).
전체 디스플레이 전력 요건의 기본적 이해사항으로서, 실제 전력 요건들이 서브화소들이 총 수 곱하기 90도 회전에 요구되는 최대 전류의 선형 배수에 기초하여 연산되는 것이 아니라는 점이 중요하다. 실제 평균 및 피크 전력 요건들은 다음의 요인들을 고려하여 연산되어야 한다.
감마 및 평균 칼라 서브화소 이용: 둘 모두 100%보다 훨씬 작다. 따라서 평균 회전은 90도보다 훨씬 작다.
감마: 컴퓨터 모니터가 백색 배경을 디스플레이하고, 모든 서브화소들을 이용할 경우, 매 서브화소마다 최대 감마를 필요로하지 않거나 임의의 서브화소를 필요로하지 않는다. 그러나, 적절한 이미지 디스플레이를 위해 본질적인 것은 디스플레이, 화소, 그리고 서브화소 간의 상대적 강도이다.
최대 감마 및 최대 회전은 가장 극단의 콘트래스트를 필요로하는 경우에만 요구될 것이다. 가령, 태양으로 향하는 광선을 예로 들 수 있다.
따라서, 디스플레이용 평균 감마는 통계적으로, 최대 감마의 일정 비율에 해당할 것이다. 이는 컴퓨터 모니터의 일정한 백색 배경의 편안한 관찰을 위해, 패러데이 회전이 최대에 있지 않는 이유에 해당한다. 요약하자면, 임의의 주어진 서브화소를 구동하는 어떤 주어진 패러데이 감쇠기도 최대 회전에 도달할 필요가 거의 없으며, 따라서, 최대 전력을 거의 요구하지 않는다.
칼라: 순수한 백색만이 한 클러스터 내 RGB 서브화소들의 동등 강도 조합을 필요로하기 때문에, 칼라나 그레이 스케일 이미지의 경우, 한번에 어드레싱되는 것은 디스플레이 서브화소들의 일정 비율이다. RGB 조합에 의해 추가적으로 형성되는 칼라들은 다음의 사항들을 제시한다. 일부 칼라 화소들은 (가변 강도에서) 단 하나의 서브화소만(가령, R, G, B 중 하나)이 온되는 것을 필요로하고, 일부 화소들은 (가변 강도에서) 두개의 서브화소들이 온되는 것을 요구할 것이며, 일부 화소들은 (가변 강도에서) 세개의 서브화소들이 온 되는 것을 필요로할 것이다. 순수 백색 화소들은 모든 세 서브화소들이 온 되는 것을 요구할 것이다. 이때, 패러데이 감쇠기들은 동등 강도를 구현하도록 회전한다.
서브화소 클러스터들에 대한 칼라 및 그레이 스케일 이미징 수요를 고려할 때, 평균 프레임에 대하여, 실제 어드레싱되어야할 필요가 있는 것은 모든 디스플레이 서브화소들의 일부분일 것이며, 평균 강도는 최대보다 훨씬 작을 것이다. 이는 RGB 보강 칼라 기법에서 서브화소들의 함수로 인한 것이며, 절대 감마의 고려사항에 부가된, 추가적인 요인이다.
통계적인 분석에 따라, 이러한 고려사항으로 인한 FLAT의 액티브 매트릭스/ 연속-어드레싱 장치의 전력 수요 프로파일을 결정할 수 있다. 어떤 경우에도, 이 프로파일은, 최대 페러데이 회전에서 동시적인 디스플레이의 각 서브화소의 가상 최대값보다 훨씬 작게 된다. 어떤 주어진 프레임에 대해서도 모든 서브화소들이 온인 경우가 없으며, 이러한 온에 대한 강도들은 다양한 이유로, 최대값에 대한 비교적 작은 비율을 가진다. 최소 사양에서 0-90도 회전에 대한 전류 0-50mAmp: 0-90도 회전에 대한 일례의 전류 범위가 기존 패러데이 감쇠기 장치의 성능 사양으로부터 제시되고 있다(0-50mAmp). 그러나 이러한 성능 사양은, 광학 통신용 기존 장치들에 의해 이미 능가된 최소값으로 제공된다. 이는 본 발명에서 명시한 신규한 실시예들을 반영하지 않는다. 가령, 개선된 방법 및 재료 기술로부터 도출되는 장점들을 반영하지 않는다. 언급되는 사양의 개선점들이 계속하여 가속되고 있기 때문에 성능 계속은 계속 진행 중이다.
본 출원에서 기재한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들은 하드웨어적으로 구현될 수 있다. 가령, CPU, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 시스템 온 칩(SOC), 또는 그외 다른 프로그래머블 장치 내에서, 또는 이에 연결되어 하드웨어적으로 구현될 수 있다. 추가적으로, 이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들이 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다. 가령, 소프트웨어를 저장하도록 구성된 컴퓨터 이용가능형(가령, 판독형) 매체에 배치되는 컴퓨터 판독형 코드, 프로그램 코드, 명령이나 데이터(가령, 소스, 객체, 또는 머신 언어)를 들 수 있다. 예를 들어, 이는 일반적인 프로그래밍 언어(가령, C, C++), GDSII 데이터베이스, 하드웨어 기술 언어(HDL) 등을 포함하며, 그외 다른 가용 프로그램, 데이터베이스, 나노처리, 그리고 회로 캡처 툴을 이용하여 구현될 수 있다. HDL의 예로는 Verilog HDL, VHDL, AHDL(Altera HDL), 등이 있다. 이러한 소프트웨어는 반도체, 자기 디스크, 광학 디스크(가령, CD-ROM, DVD-ROM, 등)과 를 포함하는 컴퓨터에 의해 이용가능한 매체에 저장될 수 있고, 또는, 컴퓨터로 이용가능한 전송 매체(가령, 반송파, 또는, 디지털 매체, 광학 매체, 아날로그 기반 매체에 포함된 그외 다른 매체)에 구현된 컴퓨터 데이터 신호로 표현될 수도 있다. 이와 같이, 소프트웨어는 인터넷과 인트라넷을 포함한 통신 네트워크를 통해 전송될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들은 반도체 지적 재산 코어(가령, HDL로 구현됨)에 포함될 수 있고, 집적 회로 제작시 하드웨어로 변환될 수 있다. 추가적으로, 본원에서 기재한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램 프로덕트, 그리고 전파 신호들은 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
가령, 스위칭 제어를 위한, 본 발명의 한가지 선호 실시예는 컴퓨터 동작 중 컴퓨팅 시스템의 메모리에 상주하는 프로그래밍 단계나 명령들로 구성되는 운영 체제의 한가지 루틴이다. 컴퓨터 시스템이 요구할 때까지, 프로그램 명령은 또다른 판독형 매체에 저장될 수 있다. 가령, 디스크 드라이브나 탈착형 메모리, 가령, 플라피 디스크나 광학 디스크에 저장될 수 있다. 더우기, 프로그램 명령들은 본 발명의 시스템에 이용하기 전에 또다른 컴퓨터의 메모리에 저장될 수 있고, 본 발명의 사용자가 필요로 할 때, 인터넷같은 LAN이나 WAN을 통해 전송될 수 있다. 본 발명을 제어하는 프로세스들은 다양한 형태의 컴퓨터 판독형 매체에 분포될 수 있다.
본 발명의 루틴들을 구현하기 위해 임의의 적합한 프로그래밍 언어들이 사용될 수 있다. 가령, C, C++, Java, 어셈블리어 등이 사용될 수 있다. 절차지향형이나 객체지향형의 여러 다른 프로그래밍 기술들이 이용될 수 있다. 이 루틴들은 단일 처리 장치나 다중 프로세서를 이용하여 수행될 수 있다. 그 단계, 동작, 연산들이 특정 순서로 제시될 수 있지만, 그 순서가 실시예마다 달라질 수 있다. 일부 실시예에서는 본 명세서에서 순차적으로 표현된 다수의 단계들이 동시에 실행될 수 있다. 본원에서 제시된 동작들의 시퀀스가 인터럽트되거나, 중지되거나, 또는 또다른 프로세스(가령, 운영 체제, 커널, 등)에 의해 제어될 수 있다. 이 루틴들은 시스템 프로세싱의 전부 또는 순차적 부분을 점유하는 독립형 루틴들로, 또는 운영 체제 환경에서 동작할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 완전히 이해할 수 있도록 수많은 세부사항들(가령, 컴포넌트 및 방법들)이 제공된다.
컴퓨터 판독형 매체는 예를 들어, 전자식, 자기식, 광학식, 전자기식, 적외선식, 또는 반도체 시스템, 장치, 시스템, 소자, 전파 매체, 또는 컴퓨터 메모리에 해당한다.
프로세서나 프로세스는 데이터, 신호, 또는 그외 다른 정보를 처리하는 사람, 하드웨어/소프트웨어 시스템, 메커니즘,또는 컴포넌트를 포함한다.
발명의 실시예들은 전용 직접 회로, 프로그래머블 게이트 로직 장치, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 화학적, 생물학적, 양자/나노 시스템, 컴포넌트, 그리고 메커니즘을 이용함으로서, 프로그래밍된 디지털 범용 디지털 컴퓨터를 이용하 여 구현될 수 있다.

Claims (24)

  1. - 직조된 구조 내에 배치된 다수의 도파관, 그리고
    - 상기 다수의 도파관에 연결되어, 상기 다수의 도파관 중 한개 이상을 통해 전파하는 복사선의 특성에 독립적으로 영향을 미치는 인플루언서 시스템
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 도파관들은 다수의 지지형 필라멘트 구조들로 상호직조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 다수의 지지형 필라멘트 구조들은 각각의 도파관에 연결되는 어드레싱 그리드를 형성하는 전도성 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 특성이 편광각인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인플루언서 시스템은, 상기 도파관의 경계층에 일체형으로 구성된 진폭-영향 변조 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 각각의 도파관은 출력을 포함하며, 상기 다수의 도파관들 은 직조 구조로 배치되어, 상기 다수의 도파관들의 출력으로부터 집합형 프리젠테이션 매트릭스를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 스위칭 매트릭스에 있어서, 상기 매트릭스는,
    - 평행한 통과축을 가지는 다수의 도파관으로서, 이때, 각각의 도파관은 일체형 인플루언서를 포함하고, 상기 일체형 인플루언서는 상기 인플루언서의 제 1 접촉부와 제 2 접촉부에 공급되는 제어 신호에 따라 반응하는 특징의 상기 다수의 도파관,
    - 상기 도파관들 사이에서 직조되어 상기 제 1 접촉부에 전기적으로 연결되는 전도성 X 어드레싱 필라멘트, 그리고
    - 상기 도파관들 사이에 배치되어 상기 제 2 접촉부에 전기적으로 연결되는 전도성 Y 어드레싱 필라멘트로서, 이때, 상기 어드레싱 필라멘트들은 어드레싱 그리드를 제공하여 상기 인플루언서를 독립적으로 제어할 수 있는 특징의 상기 전도성 Y 어드레싱 필라멘트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 매트릭스.
  8. a) 일체형 인플루언서 소자들을 가진 다수의 도파관과 다수의 전도성 필라멘트들을 직조하여 직물 구조를 생성하는 단계로서, 이때, 상기 필라멘트들은 각각의 인플루언서에 연결되는 어드레싱 그리드를 생성하는 단계, 그리고
    b) 상기 직물로부터 평면형 매트릭스를 생성하는 단계로서, 이때, 각각의 도 파관은 출력을 가지며, 이 출력은 상기 직물 구조의 상기 도파관들의 배열에 의해 구축된 집합형 프리젠테이션 매트릭스를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 방법.
  9. a) 일체형 인플루언서 소자들을 가진 다수의 도파관과 다수의 전도성 필라멘트들을 직조하여 직물 구조를 생성하는 단계로서, 이때, 상기 필라멘트들은 각각의 인플루언서에 연결되는 어드레싱 그리드를 생성하는 단계, 그리고
    b) 상기 직물로부터 평면형 매트릭스를 생성하는 단계로서, 이때, 각각의 도파관은 출력을 가지며, 이 출력은 상기 직물 구조의 상기 도파관들의 배열에 의해 구축된 집합형 프리젠테이션 매트릭스를 형성하는 단계
    를 실행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터-판독형 매체.
  10. 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    - 구조적으로 그리고 재료 측면에서도 일체형으로 형성된 패러데이 감쇠 및 칼라 필터링 기능을 가진 한개 이상의 도파관 구조로서, 상기 도파관 구조는 스위칭 매트릭스로 조합되어 디스플레이나 이미지 프로젝터를 형성하고, 이 도파 구조는 조명 수단과 편광 필터링 수단을 일체형으로 구성하는 특징의 상기 도파관 구조
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템이 단일형 플랫 패널 광섬유 기반 디스플레이인 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 시스템은 일체형 패러데이 감쇠기 광섬유 세그먼트들을 구비한 직물-직조 스위칭 매트릭스를 포함하고, x 및 y 회로 어드레싱 소자들을 이용하며, 직물-조합 3차원 회로 구조를 적용하기 위해, 일체형 화합물 광섬유 컴포넌트들을 이용하고, 또한, 전기광학적 연산을 위해 LSI 및 VLSI 회로 스케일링이 가능하며, 따라서, 회로 구조로부터 이미지의 평행 디스플레이나 투영이 가능한 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시스템의 직물-직조에 의해 조합되는 디스플레이 및 3차원 광섬유 전기광학 회로 구조는 X 리본, 또다른 리본을 형성하는 Y 섬유/필라멘트, 그리고 제거가능형 "디스플레이 프레임"을 포함하고,
    상기 X 리본은 광섬유 세그먼트 및 평행 스페이서 필라멘트들을 고정하도록 직조된, 디스플레이 표면에 평행한 구조 섬유로서, 그 광섬유 컴포넌트들의 출력단은 디스플레이 표면을 향하고 디스플레이 표면을 형성하며, X 어드레싱을 구현하는 전도성 폴리머 필라멘트 및 구조 필라멘트를 또한 포함하며,
    상기 Y 섬유/필라멘트는 X 리본과 수직으로 직조되고, Y 어드레싱을 구현하는 구조 필라멘트 및 전도성 폴리머 필라멘트를 포함하여, 직물 매트릭스를 형성하며,
    상기 제거가능형 디스프렐이 프레임은 자카드 룸(Jacquard Loom)으로 만든 것으로서, 플랫 패널 디스플레이의 구조 프레임이 되고 구동 회로에 어드레싱 필라멘트들을 고정시키며, 스위칭 매트릭스의 전체 직조 구조를 홀딩하고,
    측부에서의 직조에 의한 자체-고정은 개별 후크나 고정자의 구현을 또한 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 직물-직조 스위칭 매트릭스 구조의 측부에 대해 x 및 y 축에서의 "패시브 매트릭스" 트랜지스터는, 플랫 패널 디스플레이 케이스 내부에서, 룸(loom)으로부터의, 또는 내부 장착 프레임 상에서의, "제거가능형 디스플레이 프레임"에 포함되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 각각의 RGB 서브화소에 대해 "액티브 매트릭스" 트랜지스터가 구현되고, 광섬유 패러데이 감쇠기 컴포넌트나 그외 다른 직물-직조 스위칭 매트릭스의 직물 소자에 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 트랜지스터들은 표준 반도체 웨이퍼 방법에 의해 일체형 패러데이 감쇠기 광섬유 컴포넌트들의 인터-클래딩 구조로 제작되고, 이 방법에는 기상 증착, 에피택셜 결정 형성, 양자 우물 인터믹싱 방법이 포함되며, 이러한 IC 종류가 광섬유 인터- 및 인트라-클래딩 및 코팅의 구현에 의해 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 트랜지스터들이 섬유 상에 둘러싸여 박막 테이프 상에 제작되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서, 트랜지스터들이 스위칭 매트릭스의 섬유에 인접한 구조 필라멘트들에 둘러싸여 박막 테이프 상에 제작되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서, 트랜지스터들이 딥-펜 나노리소그래피에 의해 인접 구조 필라멘트나 섬유 상에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 시스템은, 스위칭 모듈로부터 이격된, 그러나 광섬유 번들에 의해 링크된, 디스플레이 모듈을 구비한 컴포넌트형 광섬유 기반 디스플레이나 프로젝터를 포함하며, 이때, 상기 스위칭 모듈은 반도체 어드레싱 웨이퍼와 일체형으로 구성된 섬유 번들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 일체형 패러데이 감쇠기 광섬유 컴포넌트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서, X 및 Y 어드레싱 필라멘트들없이 직물 지지 및 정렬을 행하면서 서브화소 패러데이 감쇠기 광섬유 컴포넌트들만으로 직물 조합을 행하며, 이때, 섬유 세그먼트의 한 단부에만 틈새가 형성되고, 패러데이 감쇠기 구조는 스위칭 수단과 디스플레이나 프로젝터 표면 사이에 광섬유 케이블을 형성하는 대형 갭으로 제작되는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 디스플레이나 프로젝터 표면에서의 섬유들의 상대적 위치가 광섬유의 주기적 루밍(looming)에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 광학 파 동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서, 섬유들 간의 임의의 간격 플리멘트들이 점진적으로 제거되어, 섬유들이 함께 밀접하게 점진적으로 묶음화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 파동 안내 기반의 컴포넌트형 자기광학 디스플레이 시스템.
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