KR20070057147A

KR20070057147A - 전하 유지가 가능한 간섭 변조기

Info

Publication number: KR20070057147A
Application number: KR1020077003353A
Authority: KR
Inventors: 클라렌스 츄이
Original assignee: 아이디씨 엘엘씨
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-06-04
Also published as: US20070041079A1; US7136213B2; US7995265B2; TW200624864A; US20060066542A1; US7667884B2; WO2006036506A1; CA2573717A1; SG155964A1; US20100079421A1; EP1800165A1

Abstract

간섭 변조기는 전하 유지 특성을 갖는 유전체를 포함하여 형성된다. 간섭 변조기는 전하 유지 특성을 유리하게 이용하는 방법에 의해 어드레싱된다. 간섭 변조기는 예비 충천을 관찰자가 볼 수 없도록 예비 충전되며, 이에 의해 간섭 변조기의 작동 전압 임계값이 현저하게 낮아진다. 이렇게 현저하게 낮아진 전압을 이용하여 간섭 변조기가 구동될 수 있고, 이에 의해 전력 소비를 감소시킬 수 있다.

Description

전하 유지가 가능한 간섭 변조기{INTERFEROMETRIC MODULATORS HAVING CHARGE PERSISTENCE}

본 발명은 미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems)에 관한 것이다.

미소 기전 시스템(MEMS)은 미소 기계 소자, 액추에이터, 및 전자 기기를 포함한다. 미소 기계 소자는 기판의 일부 및/또는 침적된 재료 층을 에칭으로 제거하거나 전기 및 기전 기기를 만들기 위해 층을 부가하는 침적, 에칭 및/또는 그 밖의 기타 미소 기계 가공 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 미소 기전 시스템 기기의 한 형태로서 간섭 변조기(interferometric modulator)가 있다. 본 명세서에 사용되고 있는 바와 같이, 간섭 변조기 또는 간섭계 광 변조기라는 용어는, 광학적 간섭(optical interference)의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 기기를 의미한다. 일실시예에서, 간섭 변조기는 한 쌍의 도전성 플레이트를 포함하고, 이들 플레이트 중 하나 또는 양자 모두는, 전체적으로 또는 부분적으로 투명성 및/또는 반사성을 가지고 있을 수 있고, 적절한 전기 신호가 인가되면 상대적 이동이 가능하다. 일실시예에서, 플레이트 중 하나는 기판상에 배치된 고정 층을 포함하여 구성되고, 다른 하나의 플레이트는 상기 고정 층으로부터 에어 갭에 의해 분리되어 있는 금속 막을 포함하여 구성될 수 있다. 더 구체적으로 설명하는 바와 같이, 하나의 플레이트에 대한 다른 플레이트의 상대적인 위치에 따라, 간섭 변조기에 입사하는 광의 광학적 간섭이 변경될 수 있다. 이러한 미소 기전 시스템 기기는 그 응용분야가 넓고, 이러한 형태의 기기의 특성을 활용 및/또는 개조하여, 그 특성이 기존의 제품을 개선하고 아직까지 개발되지 않은 새로운 제품을 창출하는 데에 이용될 수 있도록 하는 것이 해당 기술분야에 매우 유익할 것이다.

본 발명에 따른 시스템, 방법 및 기기는 각각 여러 가지 실시 형태가 있고, 이들 중 하나가 단독으로 바람직한 속성을 나타내는 것은 아니다. 이하에서 본 발명의 주요 특징을 설명하겠지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다. 이러한 점을 고려하여, "발명의 상세한 설명"을 읽고 나면, 본 발명의 특징적 구성이 어떻게 다른 디스플레이 기기에 비해 더 나은 장점을 제공하는지를 이해하게 될 것이다.

본 발명의 일실시예에서는, 전극과, 이 전극에 연결되며, 실질적으로 전하의 포획이 가능한(trappy) 적어도 하나의 표면을 갖는 유전체 층과, 유전체 층의 상기 표면 위로 연장하는 이동가능한 층을 포함하는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 제공한다. 이동가능한 층이 유전체 층의 상기 표면 위로 연장함으로써, 이동가능한 층과 유전체 층의 사이에 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다. 이동가능한 층은, 전극과 이동가능한 층의 적어도 일부 사이의 전위가 작동 임계값보다 큰 경우에, 유전체 층과 접촉하도록 구성되어 있다. 이동가능한 층이 유전체 층과 접촉하면, 이동가능한 층과 유전체 층 사이에서 전하가 이동되어, 작동 임계값을 현저하게 변화시키게 된다.

다른 실시예에서는, 전하를 저장하기 위한 전하 저장 수단, 전하를 전하 저장 수단으로 전달시키기 위한 전하 전달 수단, 및 전하 전달 수단을 이동시키기 위한 이동 수단을 포함하는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 제공한다. 이 미소 기전 시스템 기기의 작동 임계값은 전하 저장 수단에 저장되어 있는 전하에 의해 좌우되며, 이러한 전하는 전하 저장 수단으로 전달되어, 작동 임계값을 현저하게 변경시키는데 이용된다. 전하 전달 수단은, 이동 수단과 전하 전달 수단의 사이에 인가되는 전위가 작동 임계값보다 클 때에 전하를 전하 저장 수단에 전하를 전달하도록 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 작동 임계값에 따라 변화하는 상기 미소 기전 시스템 기기의 상태를 변경하기 위한 기기 상태의 변경 수단; 및 미소 기전 시스템 기기를 작동시켜서 작동 임계값을 현저하게 변경시키기 위한 작동 임계값 변경 수단을 포함하는 미소 기전 시스템 기기를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 소자를 어드레싱하는 방법으로서, 외형을 실질적으로 변경시키지 않으면서, 예비 충전 기간 동안 미소 기전 시스템 소자의 유전체 층으로 전하를 이동시키는 단계; 및 선택된 미소 기전 시스템 소자를 작동시키고 인지가능한 외형을 변경하기에 충분한 기간 동안, 제1 전위차를 미소 기전 시스템 소자에 인가하는 단계를 포함하는 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 제조하는 방법으로서, 전극을 형성하는 단계; 전극에 연결되며, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층을 형성하는 단계; 유전체 층의 상기 표면의 위로 연장하여 유전체 층과의 사이에 캐비티를 만드는 이동가능한 층을 형성하는 단계를 포함하며, 이동가능한 층의 적어도 일부와 전극 사이의 전위가 작동 임계값보다 크면, 이동가능한 층이 유전체 층과 접촉하게 되고, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하면, 전하가 상기 유전체 층으로 이동하도록 하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 이미지 데이터에 기초하여 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 기기를 제공한다. 이 디스플레이 기기는, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 각각 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자로 이루어지는 어레이와; 이미지 데이터를 수신하고, 이미지 데이터에 기초하여 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 선택하며, 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제1 전위차를 인가하여, 이동가능한 층이 유전체 층에 접촉하도록 하고, 전하가 유전체 층으로 이동하도록 한다. 이 경우에는, 이미지가 디스플레이되지 않는다. 구동 회로는 또한 어레이의 각각의 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자와 선택되지 않은 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 거의 동시에 제2 전위차를 인가하여, 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시키고, 이미지가 디스플레이되도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 이미지 데이터를 수신하는 수신 수단과, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 구비하는 각각의 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 어레이 중에서 하나 이상의 디스플레이 소자를 선택하는 선택 수단을 포함하는 디스플레이 기기를 제공한다. 본 발명의 디스플레이 기기는 또한 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제1 전위차를 인가하여, 이동가능한 층이 유전체 층에 접촉하도록 하고, 유전체 층으로 전하가 이동하도록 하며, 여기서는 이미지가 디스플레이되지 않는, 제1 전위차 인가 수단과, 어레이의 모든 디스플레이 소자에 거의 동시에 제2 전위차를 인가하여, 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시키고, 이미지를 디스플레이하는 제2 전위차 인가 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 구비하는 각각의 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 어레이를 포함하는 디스플레이 상에 이미지를 표시하는 이미지 디스플레이 방법으로서, 이미지 데이터를 수신하는 단계; 수신된 이미지 데이터에 기초하여 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 선택하는 단계; 외형을 실질적으로 변경시키지 않으면서, 예비 충전 기간 동안 각각의 미소 기전 시스템 소자의 유전체 층으로 전하를 이동시키는 단계; 및 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시켜서 이미지를 디스플레이하기에 충분한 디스플레이 기간 동안, 어레이의 모든 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 거의 동시에 제1 전위차를 인가하는 단계를 포함하는 이미지 디스플레이 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 이미지 데이터에 기초하여 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 기기를 제조하는 방법으로서, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 각각 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 어레이를 형성하는 단계; 구동 회로를 형성하는 단계; 구동 회로가 이미지 데이터를 수신하도록 하는 단계; 구동 회로가 이미지 데이터에 기초하여 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 선택하도록 하는 단계; 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제1 전위차를 인가하여, 이동가능한 층이 유전체 층에 접촉하도록 하고, 유전체 층으로 전하가 이동하도록 하며, 여기서는 이미지가 디스플레이되지 않는, 단계; 어레이의 각각의 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자와 선택되지 않은 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 거의 동시에 제2 전위차를 인가하여, 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시키고, 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함하는 디스플레이 기기의 제조 방법을 제공한다.

도 1은 간섭 변조기 디스플레이의 일실시예의 일부를 나타내는 등각 투상도로서, 여기서는 제1 간섭 변조기의 이동가능한 반사성 층이 해제 위치에 있고, 제2 간섭 변조기의 이동가능한 반사성 층이 동작 위치에 있는 것을 나타낸다.

도 2는 3×3 간섭 변조기 디스플레이를 구비하는 전자 기기의 일실시예를 나 타내는 시스템 블록도이다.

도 3은 도 1의 간섭 변조기의 일실시예에서 인가되는 전압에 대한 이동가능한 미러의 위치를 나타내는 도면이다.

도 4는 간섭 변조기 디스플레이를 구동시키는데 이용될 수 있는 일련의 수평열 전압 및 수직열 전압을 나타내는 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 간섭 변조기 디스플레이에 디스플레이 데이터의 프레임을 기록하는데 이용될 수 있는 수평열 신호 및 수직열 신호의 타이밍도의 일례를 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 다수의 간섭 변조기를 구비하는 영상 디스플레이 기기의 실시예를 나타내는 시스템 블록도이다.

도 7a는 도 1에 도시한 간섭 변조기 디스플레이 기기의 단면도이다.

도 7b는 간섭 변조기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7c는 간섭 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7d는 간섭 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7e는 간섭 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 간섭 변조기의 유전체 층 내에 전하를 내포시키는 과정을 나타내기 위한 간섭 변조기의 개략적인 측면도이다.

도 9a, 도 9b 및 도 9c는 선택된 간섭 변조기에 내포된 후에 반대 극성의 전역적인 DC 바이어스 전압을 인가하는 과정을 나타내기 위한 간섭 변조기의 개략적인 측면도이다.

도 10은 전하 유지 특성을 갖는 간섭 변조기의 동작을 나타내는 파형도이다.

도 11은 비디오 디스플레이 모듈 상에 출력을 생성하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 제한 없는 특정의 실시예에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서는, 도면을 참조하고 있는데, 전체 도면에 걸쳐 동일한 부분에 대해 동일한 번호가 사용된다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 동화상(예컨대, 비디오)이든 정지화상(예컨대, 스틸 이미지)이든, 또는 텍스트이든 그림이든, 이미지를 디스플레이하도록 구성된 것이라면 어떠한 기기에든 구현될 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 예컨대, 이동전화기, 무선 기기, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 손에 들고 다니거나 휴대할 수 있는 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이터, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 평판 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예컨대, 주행 거리계 디스플레이 등), 조종석 제어 장치 및/또는 디스플레이, 감시 카메라의 디스플레이(예컨대, 자동차에서의 후방 감시 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 게시판 또는 전자 서명기, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물, 및 미적 구조물(예컨대, 보석의 이미지 디스플레이) 등과 같은 다양한 전자 기기에 구현이 가능하며 또는 이들 전자 기기에 결합시켜서 구현하는 것도 가능한데, 다만 이들 기기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 여기서 개시한 미소 기전 시스템 기기와 유사한 구조의 기기 를 전자 스위칭 기기와 같은 비(非)표시용 디스플레이 분야에 사용할 수도 있다.

이하 설명하는 본 발명의 고유의 방식에 의해 어드레싱되는 소자에 의해 디스플레이가 이루어질 수 있다. 디스플레이 소자가 기본적으로 전하 유지(charge persistence) 특성을 가지고 있다면, 이러한 디스플레이 소자에 대해 기록 동작에서 예비 충전(pre-charge)이 이루어지고, 디스플레이 동작에서 필요로 했을 것으로 예상되는 전압보다 낮은 전압으로 디스플레이되며, 후속하는 기록 동작을 대비하여 클리어 동작에서 최종적으로 클리어될 수 있다. 이러한 방식은 특히 전력 소비가 낮은 동작의 경우에 유용하다.

간섭계 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자를 포함하여 구성된 간섭 변조기 디스플레이의 일실시예가 도 1에 도시되어 있다. 이들 기기에서, 픽셀은 밝은 상태 또는 어두운 상태 중 하나의 상태로 된다. 밝은 상태("온 상태" 또는 "개방 상태")에서는, 디스플레이 소자가, 입사되는 가시광의 대부분을 사용자에게 반사한다. 어두운 상태("오프 상태" 또는 "폐쇄 상태")에서는, 디스플레이 소자가 입사되는 가시광을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. 실시예에 따라서는, "온 상태"와 "오프 상태"의 광 반사 특성이 반대로 바뀔 수도 있다. 미소 기전 시스템의 픽셀은, 흑백뿐 아니라, 선택된 컬러를 주로 반사하여 컬러 디스플레이도 가능하도록 구성될 수 있다.

도 1은 영상 디스플레이의 일련의 픽셀 중 인접하는 두 개의 픽셀을 나타내는 등각 투영도이다. 이들 픽셀은 각각 미소 기전 시스템의 간섭 변조기를 포함하여 구성된다. 몇몇 실시예에서, 간섭 변조기 디스플레이는 이들 간섭 변조기들의 행렬 어레이를 포함하여 구성된다. 각각의 간섭 변조기는, 적어도 하나의 치수가 가변적인 공진(resonant)용의 광학 캐비티를 형성하도록 서로 가변적이고 제어가능한 거리를 두고 배치되어 있는 한 쌍의 반사층을 포함한다. 일실시예에서, 이 반사층들 중 하나가 두 개의 위치 사이에서 이동될 수 있다. 제1 위치(본 명세서에서는 "해방 위치"라고 한다)에서, 이동가능한 반사층은, 부분적으로 반사하는 고정된 층으로부터 비교적 멀리 떨어져서 위치한다. 제2 위치(본 명세서에서는 "작동 위치"라고 한다)에서, 이동가능한 반사층은 부분적으로 반사하는 고정된 층에 보다 가까이 인접하여 위치한다. 두 개의 층으로부터 반사되는 입사광은 이동가능한 반사층의 위치에 따라 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하여, 각 픽셀을 전체적으로 반사 상태 또는 비반사 상태로 만든다.

도 1에 도시된 픽셀 어레이 부분은 인접한 두 개의 간섭 변조기(12a, 12b)를 포함한다. 좌측에 있는 간섭 변조기(12a)에서는, 이동가능한 반사층(14a)이 부분적으로 반사하는 층을 포함하는 광학 스택(16a)으로부터 소정의 거리만큼 이격된 해방 위치(relaxed position)에 있는 것이 도시되어 있다. 우측에 있는 간섭 변조기(12b)에서는, 이동가능한 반사층(14b)이 광학 스택(16b)에 인접한 작동 위치(actuated position)에 있는 것이 도시되어 있다.

광학 스택(16a, 16b)[이를 총괄하여 표현할 때는 "광학 스택(16)"이라고 한다]은, 통상적으로 몇 개의 층을 결합시킨 것이며, 이러한 층에는 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 전극층, 크롬 등의 부분 반사 특성을 갖는 층, 및 투명 절연체 등이 포함될 수 있다. 따라서, 광학 스택(16)은, 전기적으로 도전성을 띠며, 부분적으 로 투명하고, 부분 반사 특성을 가지고 있으며, 예컨대 투명 기판(20) 상에 상기 언급한 층들 중 하나 이상을 침적시킴으로써 제조될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 이들 층을 패턴화하여 평행한 스트립으로 만들고, 이하에서 설명하는 바와 같이, 디스플레이 기기의 수평 전극(row electrodes)을 형성해도 된다. 이동가능한 반사층(14a, 14b)은, 포스트(18)와 이 포스트들 사이에 개재된 희생 재료의 표면에 침적된 하나 또는 둘 이상의 금속층으로 된 일련의 평행한 스트립[광학 스택(16a, 16b)의 수평 전극에 직교]으로 형성될 수 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동가능한 반사층(14a, 14b)이 광학 스택(16a, 16b)으로부터 갭(19)에 의해 분리된다. 이동가능한 반사층(14)은 알루미늄과 같이 도전성과 반사성이 높은 재료를 이용하여 형성할 수 있고, 이것의 스트립은 디스플레이 기기의 수직 전극(column electrodes)을 형성할 수 있다.

전압이 인가되지 않으면, 이동가능한 반사층(14a)은, 광학 스택(16a)과의 사이에 캐비티(19)가 그대로 유지되어, 도 1의 픽셀(12a)로서 나타낸 바와 같이, 물리적으로 해방된 상태로 있게 된다. 그러나, 선택된 행과 열에 전위차가 인가되면, 해당하는 픽셀에서 수평 전극과 수직 전극이 교차하는 지점에 형성되는 커패시터가 충전되고, 이에 의하여 생기는 정전기력에 의해 이들 전극이 서로 끌어당기게 된다. 만일 전압이 충분히 높다면, 이동가능한 반사층(14)이 변형되어, 광학 스택(16)에 접촉할 정도로 밀고 들어가게 된다. 광학 스택(16) 내의 유전체 층(도 1에는 도시하지 않음)에 의해, 도 1의 우측에 있는 픽셀(12b)에서 나타낸 바와 같이, 단락을 방지하고, 이동가능한 반사층(14)과 광학 스택(16) 사이의 이격 거리를 제어할 수 있다. 이러한 작용은 인가된 전위차의 극성에 관계없이 동일하다. 이러한 방식으로, 반사 픽셀 상태와 비반사 픽셀 상태를 제어할 수 있는 수평/수직 작동은 종래의 액정 디스플레이(LCD)나 다른 디스플레이 기술에서 사용되었던 방식과 여러 가지 면에서 유사하다.

도 2 내지 도 5는 간섭 변조기의 어레이를 디스플레이 응용분야에 이용하기 위한 방법 및 시스템의 일례를 보여준다.

도 2는 본 발명의 여러 특징을 구현할 수 있는 전자 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 본 실시예에서는, 전자 기기가 프로세서(21)를 포함한다. 이 프로세서(21)는, ARM, Pentium(등록상표), Pentium II(등록상표), Pentium III(등록상표), Pentium IV(등록상표), Pentium Pro(등록상표), 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표) 등과 같은 범용의 단일 칩 또는 멀티 칩 마이크로프로세서나, 또는 디지털 신호 처리기, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같은 특정 목적의 마이크로프로세서로 할 수 있다. 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세서는, 운영 체제를 실행시키는 것 외에도, 웹 브라우저, 전화 응용프로그램, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 응용프로그램을 포함하여, 하나 이상의 소프트웨어 응용프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.

일실시예에서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 신호를 주고 받도록 구성되어 있다. 일실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 패널 또는 디스플레이 어레이(디스플레이)(30)에 신호를 제공하는 수평열 구동 회로(24) 및 수직열 구동 회로(26)를 포함한다. 도 2에서 선 1-1을 따라 절단한 어레이의 단면도가 도 1이다. 미소 기전 시스템의 간섭 변조기에 대한 수평/수직 작동 프로토콜은 도 3에 도시된 기기의 히스테리시스(hysteresis) 특성을 이용할 수 있다. 이동가능한 층을 해방 상태에서 작동 상태로 변형시키기 위해, 예컨대, 10볼트의 전위차가 요구될 수 있다. 그러나, 이동가능한 층은 전압이 그 전위차에서 더 감소하면, 전압이 10볼트 이하로 떨어질 때 그 상태를 유지한다. 도 3의 실시예에서, 이동가능한 층은 전압이 2볼트 밑으로 떨어질 때까지는 완전히 해방되지 않는다. 따라서, 기기가 해방 상태 또는 작동 상태 중 어느 하나의 상태에서 안정되는 인가 전압 영역이 존재하는 전압의 범위가 있다. 도 3에서는 약 3~7볼트가 예시되어 있다. 이것을 본 명세서에서는 "히스테리시스 영역" 또는 "안정 영역"이라고 한다.

도 3의 히스테리시스 특성을 갖는 디스플레이 어레이의 경우, 수평/수직 작동 프로토콜은 수평열 스트로브가 인가되는 동안에 스트로브가 인가된 수평열에 있는 픽셀들 중에 작동되어야 픽셀은 약 10볼트의 전압차를 받고, 해방되어야 할 픽셀은 0(영) 볼트에 가까운 전압차를 받도록 설계될 수 있다. 스트로브를 인가한 후에는, 픽셀이 수평열 스트로브에 의해 어떠한 상태가 되었든지 간에 그 상태가 유지되도록 약 5볼트의 정상 상태 전압차(steady state voltage difference)를 받는다. 기록된 후에, 각 픽셀은 본 실시예에서 3~7볼트의 "안정 영역" 내의 전위차를 가진다. 이러한 구성으로 인해, 도 1에 도시된 픽셀 구조가 동일한 인가 전압의 조건 하에서 작동 상태든 해방 상태든 기존의 상태로 안정되게 된다. 작동 상 태로 있든 해방 상태로 있든, 간섭 변조기의 각 픽셀은 필연적으로 고정된 반사층과 이동하는 반사층에 의해 형성되는 커패시터이기 때문에, 히스테리시스 영역 내의 전압에서 거의 전력 낭비 없이, 안정된 상태가 유지될 수 있다. 인가 전위가 고정되어 있으면, 본질적으로, 전류는 픽셀에 유입되지 않는다.

전형적인 응용예로서, 첫 번째 수평열에 있는 일련의 작동 픽셀에 대응하는 일련의 수직 전극을 어서팅(asserting)함으로써 디스플레이 프레임을 만들 수 있다. 그런 다음, 수평열 펄스를 수평열 1의 전극에 인가하여, 어서트된 수직열 라인에 대응하는 픽셀들을 작동시킨다. 그러면, 일련의 어서트된 수직 전극이 두 번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동 픽셀에 대응하도록 변경된다. 그런 다음, 펄스를 수평열 2의 전극에 인가하여, 어서트된 수직 전극에 따라 수평열 2에서의 해당하는 픽셀을 작동시킨다. 수평열 1의 픽셀들은 수평열 2의 펄스에 영향을 받지 않고, 수평열 1의 펄스에 의해 설정되었던 상태를 유지한다. 이러한 동작을 순차적으로 전체 수평열에 대해 반복하여 디스플레이 프레임을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이러한 프레임들은 초당 소정 수의 프레임에 대해 이러한 처리를 계속해서 반복함으로써 리프레시(refresh)되거나, 및/또는 새로운 디스플레이 데이터로 갱신된다. 픽셀 어레이의 수평 전극 및 수직 전극을 구동하여 디스플레이 프레임을 생성하는 많은 다양한 프로토콜이 잘 알려져 있고, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 2의 3x3 어레이로 디스플레이 프레임을 생성하기 위한 작동 프로토콜의 예를 나타낸 것이다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 보여주는 픽셀들에 사용될 수 있는 수직열 및 수평열의 가능한 전압 레벨 세트를 나타낸다. 도 4의 실시예에서, 픽셀을 작동시키기 위해, 해당하는 수직열은 -V_bias로 설정하고 해당하는 수평열은 +ΔV로 설정하며, 각각의 전압은 -5볼트 및 +5볼트에 대응할 수 있다. 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당하는 수직열은 +V_bias로 설정하고 해당하는 수평열은 동일한 값의 +ΔV로 설정하여, 픽셀 양단의 전위차가 0(영)볼트가 되도록 한다. 수평열의 전압이 0(영)볼트로 되어 있는 수평열에서는, 수직열이 +V_bias이든 -V_bias이든 관계없이 픽셀들이 원래의 상태로 안정된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 설명한 것들 외의 반대 극성의 전압이 사용될 수 있는데, 예를 들면 픽셀을 작동시키기 위해서, 해당하는 수직열을 +V_bias로 설정하고, 해당하는 수평열을 -ΔV로 설정할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 실시예에서, 픽셀을 해방시키는 것은, 해당하는 수직열을 -V_bias로 설정하고 해당하는 수평열을 -ΔV로 설정하여, 픽셀 양단의 전위차를 0볼트로 함으로써 구현된다.

도 5b는 도 2의 3x3 어레이에 인가되는 일련의 수평열 신호 및 수직열 신호를 보여주는 타이밍도이며, 그 결과로서 작동된 픽셀들이 비반사성인 도 5a에 도시된 디스플레이 배열이 얻어진다. 도 5a에 도시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀들은 어떤 상태로 되어 있어도 무방하다. 본 예에서는, 모든 수평열들이 0(영)볼트이고, 모든 수직열들이 +5볼트이다. 이러한 인가 전압으로, 모든 픽셀들은 기존의 작동 상태 또는 해방 상태로 안정되어 있다.

도 5a의 프레임에서는, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3)의 픽셀들이 작동하고 있다. 이를 구현하기 위해, 수평열 1에 대한 "라인 시간" 동안, 수직열 1과 수직열 2는 -5볼트로 설정되고, 수직열 3은 +5볼트로 설정된다. 이것은 어느 픽셀의 상태도 바꾸지 않는다. 왜냐하면, 모든 픽셀들이 3~7볼트의 안정 영역 내에 있기 때문이다. 그런 다음, 수평열 1에 대해 0볼트에서 5볼트로 상승한 후 다시 0볼트로 되는 펄스를 가진 스트로브 신호를 인가한다. 이것은 (1,1) 및 (1,2)의 픽셀을 작동시키고 (1,3)의 픽셀을 해방시킨다. 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수평열 2를 원하는 대로 설정하기 위해, 수직열 2를 -5볼트로 설정하고, 수직열 1 및 수직열 3은 +5볼트로 설정한다. 동일한 스트로브 신호를 수평열 2에 인가하면, (2,2)의 픽셀이 작동되고, (2,1) 및 (2,3)의 픽셀이 해방된다. 여전히, 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수직열 2 및 수직열 3을 -5볼트로 설정하고 수직열 1을 +5볼트로 설정함으로써, 수평열 3도 마찬가지의 방법으로 설정될 수 있다. 수평열 3에 대한 스트로브 신호의 인가에 의해 수평열 3의 픽셀들도 도 5a에 도시된 바와 같이 설정된다. 프레임을 기록한 후에, 수평열 전위는 0(영)이고, 수직열 전위는 +5볼트 또는 -5볼트로 유지되므로, 디스플레이는 도 5a의 배치로 안정된다. 수십 또는 수백의 수평열 및 수직열로 된 어레이에 대해 동일한 처리가 행해질 수 있다는 것은 잘 알 수 있을 것이다. 또한, 수평열 및 수직열의 작동을 위해 사용되는 전압의 타이밍, 순서 및 레벨은 위에서 설명한 전반적인 원리 내에서 다양하게 변경될 수 있고, 상술한 예는 예시에 불과하고, 임의의 작동 전압 방법을 본 발명에 적용하여도 무방하다.

도 6a 및 도 6b는 디스플레이 기기(40)의 실시예를 나타내는 시스템 블록도이다. 디스플레이 기기(40)는, 예컨대 셀 방식의 휴대 전화 또는 모바일 전화기다. 그러나, 텔레비전이나 휴대용 미디어 플레이어와 같이 디스플레이 기기(40)와 동일한 구성품이나 약간 변형된 것도 디스플레이 기기의 여러 가지 형태의 예에 해당한다.

디스플레이 기기(40)는 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 기기(48), 및 마이크(46)를 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형이나 진공 성형을 포함하여 해당 기술분야에서 잘 알려진 여러 가지 제조 공정 중 어느 것에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 하우징(41)은, 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하여 여러 가지 재료 중 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 일실시예에서, 하우징(41)은 분리가능한 부분(도시되지 않음)을 포함하고, 이 분리가능한 부분은 다른 색깔이나 다른 로고, 그림 또는 심볼을 가진 다른 분리가능한 부분으로 교체될 수 있다.

예시적인 디스플레이 기기(40)의 디스플레이(30)는, 여기서 개시하고 있는 바와 같이, 쌍안정(bi-stable) 디스플레이를 포함하여, 여러 가지 디스플레이 중 어느 것이어도 무방하다. 다른 실시예에서, 디스플레이(30)는, 해당 기술분야에서 당업자에게 잘 알려진, 상술한 바와 같은, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD 등과 같은 평판 디스플레이와, CRT나 다른 튜브 디스플레이 기기 등과 같은 비평판 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명하기 위해, 디스플레이(30)는 여기서 설명하는 바와 같이 간섭 변조기 디스플레이를 포함한다.

예시된 디스플레이 기기(40)에 관한 일실시예의 구성요소가 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예의 디스플레이 기기(40)는 하우징(41)을 포함하고, 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치되어 있는 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 본 예의 디스플레이 기기(40)가 송수신기(47)와 연결된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함할 수 있다. 송수신기(47)는 프로세서(21)에 연결되어 있고, 프로세서(21)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결되어 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 고르게 하도록(예컨대, 신호를 필터링하도록) 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45)와 마이크(46)에 연결되어 있다. 프로세서(21)는 입력 기기(48)와 드라이버 컨트롤러(29)에도 연결되어 있다. 드라이버 컨트롤러(29)는 프레임 버퍼(28)와 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있고, 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(30)에 연결되어 있다. 전원(50)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 특정 설계에 따라 요구되는 모든 구성요소에 전력을 공급한다.

네트워크 인터페이스(27)는, 예시된 디스플레이 기기(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 기기들과 통신할 수 있도록 안테나(43)와 송수신기(47)를 포함한다. 일실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 부담을 경감하기 위해 어느 정도의 처리 능력을 가질 수도 있다. 안테나(43)는, 신호를 송수신하는 것으로서, 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 어떠한 안테나도 될 수 있다. 일실시예에서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하여 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시예에서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준 에 따라 RF 신호를 송수신한다. 셀 방식(celluar)의 휴대 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 휴대폰 네트워크를 통한 통신에 사용되는 공지의 다른 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 송수신기(47)는, 안테나(43)로부터 제공되는 신호를 수신하여 전처리함으로써, 프로세서(2021)가 이 신호를 수신하여 처리할 수 있도록 한다. 또한, 송수신기(47)는, 프로세서(21)로부터 제공되는 신호를 수신하고 처리하여, 안테나(43)를 통해 본 예의 디스플레이 기기(40)에서 전송되도록 한다.

다른 실시예에서, 송수신기(47)는 수신기로 대체할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는, 프로세서(21)로 전송될 이미지 데이터를 저장 또는 생성가능한 이미지 소스로 대체될 수 있다. 예컨대, 이미지 소스는 이미지 데이터를 담고 있는 DVD나 하드디스크 드라이브도 가능하고, 이미지 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈도 가능하다.

프로세서(21)는 일반적으로 예시적인 디스플레이 기기(40)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 이미지 소스로부터, 압축처리된 이미지 데이터 등의 데이터를 수신하여, 이를 본래의 이미지 데이터 또는 본래의 이미지 데이터로 용이하게 처리할 수 있는 포맷으로 가공한다. 그런 다음, 프로세서(21)는 가공된 데이터를 드라이버 컨트롤러(29)에 보내거나 프레임 버퍼(28)에 보내 저장시킨다. 전형적으로, 본래의 데이터는 이미지 내의 각 위치에 대한 이미지 특성을 나타내는 정보를 말한다. 예컨대, 그러한 이미지 특성은 컬러, 채도, 그레이 스케일 레벨을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 프로세서(21)는 마이크로컨트롤러, CPU, 또는 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하는 논리 유닛을 포함한다. 일반적으로, 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 스피커(45)로 신호를 보내고 마이크(46)로부터 신호를 받기 위해, 증폭기와 필터를 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 예시된 디스플레이 기기(40) 내의 별도의 구성요소일 수도 있고, 또는 프로세서(21)나 다른 구성요소 내에 통합되어 있을 수도 있다.

드라이버 컨트롤러(29)는 프로세서(21)에 의해 생성된 본래의 이미지 데이터를 이 프로세서(21)로부터 직접 또는 프레임 버퍼(28)로부터 받아서, 이를 어레이 드라이버(22)에 고속으로 전송하기에 적합한 포맷으로 재구성한다. 구체적으로, 드라이버 컨트롤러(29)는 디스플레이 어레이(30)의 전역에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가지도록 본래의 이미지 데이터를 래스터(raster)형의 포맷을 가진 데이터 흐름으로 재구성한다. 그런 다음, 드라이버 컨트롤러(29)는 재구성된 정보를 어레이 드라이버(22)로 보낸다. 종종 액정 디스플레이(LCD)의 컨트롤러 등과 같은 드라이버 컨트롤러(29)가 독립형 집적 회로(stand-alone IC)로서 시스템 프로세서(21)와 통합되기도 하지만, 이러한 컨트롤러는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 이러한 컨트롤러는 프로세서(21)에 하드웨어 또는 소프트웨어로서 내장될 수도 있고, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수도 있다.

전형적으로, 어레이 드라이버(22)는, 재구성된 정보를 드라이버 컨트롤러(29)로부터 받고, 이 비디오 데이터를 디스플레이의 x-y 행렬의 픽셀들로부터 이 어져 나온 수백 때로는 수천 개의 리드선에 초당 수 회에 걸쳐 인가되는 병렬의 파형 세트로 변환한다.

일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 기술한 어떠한 형태의 디스플레이에 대해서도 적합하다. 예컨대, 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 종래의 디스플레이 컨트롤러 또는 쌍안정 디스플레이 컨트롤러(예컨대, 간섭 변조기 컨트롤러)이다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예컨대, 간섭 변조기 디스플레이)이다. 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 어레이 드라이버(22)와 통합된다. 그러한 예는, 휴대폰, 시계 및 다른 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에서는 일반적인 것이다. 또 다른 실시예에서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예컨대, 간섭 변조기 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.

입력 기기(48)는, 사용자가 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어할 수 있도록 한다. 일실시예에서, 입력 기기(48)는 쿼티(QWERTY) 키보드나 전화기 키패드 등의 키패드, 버튼, 스위치, 터치 스크린, 압력 또는 열 감지 멤브레인을 포함한다. 일실시예에서, 마이크(46)는 예시된 디스플레이 기기(40)용의 입력 기기이다. 디스플레이 기기에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 사용자는 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하기 위한 음성 명령을 제공할 수 있다.

전원(50)은 본 기술분야에서 잘 알려진 다양한 에너지 저장 기기를 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 전원(50)은 니켈-카드뮴 전지나 리튬-이온 전지 와 같은 재충전가능한 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 재생가능한 에너지원, 축전기, 또는 플라스틱 태양 전지와 태양 전지 도료를 포함하는 태양 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 콘센트로부터 전력을 공급받도록 구성된다.

몇몇 구현예에서는, 상술한 바와 같이, 전자 디스플레이 시스템 내의 여러 곳에 위치될 수 있는 드라이버 컨트롤러의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수 있다. 어떤 경우에는, 어레이 드라이버(22)의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수도 있다. 해당 기술분야의 당업자라면 임의의 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소로도 상술한 최적화 상태를 구현할 수 있고, 또 여러 가지 다양한 구성으로 구현할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

상기 언급한 원리에 따라 동작하는 간섭 변조기의 구성의 상세는 광범위하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 7a-7e는 이동가능한 반사층(14)과 그 지지용 구조의 5가지 상이한 실시예에 대하여 나타내고 있다. 도 7a는, 도 1의 실시예에 대한 단면도로서, 금속 재료로 된 스트립(14)이 이 스트립과 직각으로 연장된 지지대(18) 상에 배치되어 있다. 도 7b에서, 이동가능한 반사층(14)은 연결선(32)에 의해 그 코너에서만 지지대에 부착되어 있다. 도 7c에서, 이동가능한 반사층(14)은 변형가능한 층(34)에 매달려 있다. 변형가능한 층(34)은 자신의 외주 둘레에 있는 기판(20)에 직접 또는 간접으로 연결된다. 이러한 연결을 본 실시예에서는 지지 포스트(support post)라고 한다. 도 7d에 도시된 실시예에서는, 지지 포스트 플러그(42) 상에 변형가능한 층(34)이 위치한다. 이동가능한 반사층(14)은, 도 7a-7c에 도시된 바와 같이, 캐비티의 위에 매달려 있지만, 변형가능한 층(34)은 자 신과 광학 스택(16) 사이의 틈을 채움으로써 지지 포스트를 형성하지 않는다. 그 대신에, 지지 포스트는 지지 포스트 플러그(42)를 형성하는데 이용되는 평탄화 재료에 의해 형성된다. 도 7e에 도시된 실시예는, 도 7d에 도시된 실시예에 기초하고 있지만, 도 7a-7c에 도시된 실시예뿐만 아니라 도시되지 않은 다른 실시예의 어떤 것과 동일한 작용을 하도록 구성될 수 있다. 도 7e에 도시된 실시예에서는, 버스 구조체(44)를 형성하기 위해, 금속 또는 그외 다른 도전성 재료로 된 여분의 층이 이용되고 있다. 이러한 구성에 의하여, 신호가 간섭 변조기의 후면을 통해 이동할 수 있게 되어, 그렇지 않았다면 기판(20) 상에 형성했어야만 하는 전극을 많이 제거할 수 있다.

도 7에 도시된 것과 같은 실시예에서, 간섭 변조기는 직시형 기기(direct-view devices)로서 작용한다. 이러한 직시형 기기에서는, 이미지를 투명 기판(20)의 정면에서 보게 되고, 그 반대쪽 면에 간섭 변조기가 배치된다. 이러한 실시예에서, 반사층(14)은, 이 반사층의 기판(20)과 대향하는 쪽의 면에 있는 간섭 변조기의 몇몇 부분을 광학적으로 차폐시킨다. 이러한 몇몇 부분에는 변형가능한 층(34)과 버스 구조체(44)가 포함된다. 이러한 구성에 의하면, 차폐된 영역이 이미지의 품질에 부정적인 영향을 미치지 않도록 구성되어 동작할 수 있다. 이러한 분리가능한 변조기 구조에 의해, 광학 변조기의 전기 기계적 특징 및 광학적 특징을 발휘하도록 이용되는 구조적인 설계 및 재료가, 서로 영향을 미치지 않도록 선택되어 기능하도록 한다. 또한, 도 7c-7e에 도시된 실시예는, 반사층(14)의 광학적 특성을 반사층의 기계적 특성으로부터 분리시킴으로써 추가의 장점을 갖는다. 이러한 분리는 변형가능한 층(34)에 의해 이루어진다. 이러한 구성에 의하면, 반사층(14)에 이용되는 구조적 설계 및 재료를 반사층의 광학적 특성에 대해 최적화되도록 할 수 있으며, 변형가능한 층(34)에 대해 이용되는 구조적 설계 및 재료를 바람직한 기계적 특성에 대해 최적화되도록 할 수 있다.

도 8a, 8b 및 8c는, 도 7a에 도시한 기기와 유사한 구조를 갖는 간섭 변조기를 나타내는 측단면도이다. 도 8a, 8b 및 8c는 전원(724)으로부터 제공되는 전압을 반사층(712)과 광학 스택(714)의 양단에 인가하는 것을 나타낸다. 도 8b에서, 반사층(712)은 변형이 완료된 상태를 나타내고 있으며, 여기서 반사층은 인가된 전압에 의해 생기는 정전기력에 의해 광학 스택(722)쪽으로 가까이 끌어 당겨져 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 반사층(712)이 유전체로 된 광학 스택(722)과 접촉하거나 충분히 가까워지면, 전하가 유전체 광학 스택(722)으로 이동하게 된다. 도 8c는, 반사층(712)이, 전원(724)에 의해 유도되는 전기적 전위가 제거 또는 감소되면, 자신의 변형전 상태(변형되지 않은 상태)로 복원되는 것을 나타낸다. 그러나, 도 8c를 보면, 반사층(712)이 변형되어 유전체 광학 스택과 접촉 또는 근접하게 되었을 때 전달된 전하의 일부 또는 모두를, 유전체 광학 스택(722)이 계속해서 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 이처럼 전달된 전하는 양의 전하 또는 양의 "전위"이다. 이러한 전위는, 통상적으로, 적어도 100ms 이상 동안 또는 반대 전위(opposite potential)가 반사층(712)과 유전체 광학 스택(722)의 양단에 인가될 때까지, 유전체 광학 스택 내에 잔존하게 된다. 이러한 전위의 잔존은, 반사층(712)이 캐비티(718)의 내부로 변형될 때와 음의 전위를 유 전체 광학 스택(722)으로 전달할 때에 생긴다.

유전체 광학 스택이 전위를 보유하고 있는 이러한 특성을 "전하 유지"(charge persistence)라고 할 수 있다. 유전체 광학 스택이 전위를 유지하고 있을 때에, 이러한 유지되는 전위를 "내포 전위"(embedded potential) 또는 "내포 전하"라고 할 수 있다. 양의 값을 갖는 내포 전위에 대한 본 명세서의 설명이, 반대 극성을 이용하는 실시예를 포함하지 않는 것으로 이해되어서는 안 된다. 실제로, 몇몇 실시예에서는 반대의 극성을 이용하고 있다. 또, 양 극성을 모두 사용하는 실시예도 가능하다.

간섭 변조기를, 질화 규소, 이산화 규소, 산화 알루미늄, 및/또는 이산화 티타늄과 같은 유전체를 이용하여 제조하는 실시예에서, 이러한 유전체 재료는 본 기술분야의 당업자가 알고 있는 기술을 이용하여 더 많은 전하 수용 능력을 갖도록 할 수 있다. 이러한 유전체는 전하의 포획이 가능한 것으로 알려져 있다. 이러한 특성은 어떤 경우에는 바람직하지 않기 때문에 회피되기도 하지만, 본 명세서에서 언급하고 있는 몇몇 실시예에서는 적어도 전하의 포획이 가능한 표면을 갖는 유전체가 바람직하다.

몇몇 실시예에서, 상기 언급한 것들과 같은 간섭 변조기는 비디오 디스플레이 모듈에 하나 이상의 픽셀을 구성하도록 어레이 형태로 배치된다. 몇몇 실시예에서는, 비디오 디스플레이 회로가, 컴퓨터 프로세서 또는 다른 명령 발급원으로부터 제공되는 명령을 수신하여 수행하고 그 결과를 표시할 수 있도록 구성된다. 비디오 디스플레이 회로에 제공되는 명령에는, 각각의 프레임에서의 구동을 위해 어 떤 간섭 변조기를 선택하여야 하는 지를 나타내는 이미지 데이터가 포함될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 비디오 출력을 디스플레이시키는데에 이용하기 위해, 어레이 내에 선택된 간섭 변조기를 준비시킬 목적으로, 전위를 내포하는 과정이 수행된다. 이에 따라, 다양한 간섭 변조기의 어레이가, 요구되는 출력에 따라, 하나 이상의 전압으로 준비되거나 또는 전혀 준비되지 않을 수 있다. 다음에, 어레이 내의 특정의 간섭 변조기 또는 픽셀을 선택하면, 텍스트, 이미지 또는 그외 다른 표시를 출력으로서 비디오 디스플레이 상에 디스플레이할 수 있다.

내포 전하를 유지할 수 있는 유전체 광학 스택을 구비하는 간섭 변조기를 이용하는 경우, 비디오 디스플레이의 출력을 위한 명령에 의해 회로를 제어하여, 선택된 간섭 변조기가 작동되고 이후 해방되도록 하여, 선택된 간섭 변조기의 유전체 광학 스택에 내포 전하가 유지되도록 할 수 있다. 이와 동시에, 다른 간섭 변조기는, 내포 전하를 수용하기 위해, 선택되지 않는다. 선택된 간섭 변조기와 선택되지 않은 간섭 변조기의 배치는 비디오 디스플레이 모듈에의 원하는 출력에 대응한다. 내포 전하를 유지하고 있는 선택된 간섭 변조기가 비디오 디스플레이 명령에 따른 배치를 나타낸다고 하더라도, 비디오 디스플레이 출력 상에는 이미지가 실제로 나타나지 않을 수 있는데, 이는 각 간섭 변조기의 광 검출 모듈 또는 사용자가 볼 수 있는 간섭 특성이, 내포 전하를 유지하고 있는 간섭 변조기와 내포 전하를 유지하고 있는 않은 간섭 변조기 사이에서 서로 상이하지 않을 수 있기 때문이다. 이러한 상황은, 모든 반사층(712)이 변형되기 전의 동일한 비변형(non-deformed) 구조로 되돌아 가기 때문에 생긴다. 선택된 간섭 변조기에 전하를 내포시키는 과 정을 "기록" 단계라고 할 수 있다.

몇몇 실시에에서, 기록 단계에 후속해서 "디스플레이" 단계가 이어지는데, 이 디스플레이 단계에서는, 회로에 의해 전압이 인가되어, 선택된 간섭 변조기를 작동시키고 또한 하나 이상의 간섭 현상을 유도함으로써, 사용자 또는 광 검출 모듈이 인식할 수 있는 출력을 생성한다. 디스플레이 단계 동안 인가되는 전압은, 기록 단계 동안 인가되는 전압과 반대의 극성을 가질 수 있으며, 어레이의 모든 간섭 변조기에 전역적으로 인가될 것이다. 도 9a, 9b 및 9c는 반대 극성의 DC 바이어스 전압을 인가하는 과정을 나타낸다. 도 9a에서, 도시된 간섭 변조기는 유전체 광학 스택(722) 내에 내포 전하를 수용하기 위해 기록 단계 동안 선택되지 않았던 간섭 변조기이다. 도 9a에 나타낸 바와 같이, 인가된 전위는, 반사층(712)을 변형시킬 수 있는 정전기력(electrostatic force)을 유도할 만큼 충분히 크기 않다. 그러나, 도 9b에는, 기록 단계 동안 선택된 간섭 변조기가 도시되어 있다. 따라서, 도 9b에 도시된 간섭 변조기의 유전체 광학 스택(722)은 내포 전하를 유지하고 있다. 도 9b에서, 반사층(722)과 광학 스택(714) 사이에 반대 극성의 DC 바이어스 전압이 인가되면, 유전체 광학 스택(722)에 전위가 추가되는 것에 의해, 더 커진 조합된 전위를 갖게 된다. 이 조합된 전위가 커지게 되면, 도 9a에 도시된 바와 같이, 내포 전하를 가지고 있지 않은 기기 내에 존재하는 정전기력보다 큰 정전기력이 생긴다. 도 9b에 도시된 바와 같은, 이러한 기기 내의 조합된 정전기력은, 도 9c에 도시된 것과 같이, 반사층(722)을 변형시킬 정도로 강한 힘을 가진다. 반사층의 변형에 의해, 선택된 간섭 변조기와 선택되지 않은 간섭 변조기가 사용자 또는 광 검출 모듈에 의해 다르게 보이도록, 캐비티의 간섭 특성이 변경된다. 이에 의하여, 어레이 내의 작동 간섭 변조기와 비작동 간섭 변조기를 구분할 수 있도록 하는 콘트래스트가 만들어진다.

마지막으로, 디스플레이는 "클리어링" 단계를 거치게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이 과정은 유전체 광학 스택에 또 다른 전압을 인가함으로써 구현된다. 몇몇 실시예에서, 클리어링 단계는 전역적인 동작으로서 수행된다. 즉, 클리어링 단계가 어레이 전체에 대해 동시에 적용되는 것이다. 이 과정은 관찰자가 이 과정을 인식할 수 없을 정도로 짧다는 장점이 있다. 몇몇 실시예에서, 클리어링 단계의 지속 시간은 10 밀리초에 못 미친다. 클리어링 신호의 종류에는, 큰 진폭의 짧은 음 전위 펄스, 이러한 큰 진폭의 짧은 음 전위 펄스에 이어지는 큰 진폭의 짧은 양 전위 펄스, 및/또는 큰 진폭의 양 전위와 음 전위 사이에서 전환하는 짧은 AC 파형이 있다. 이러한 AC 파형을 이용하는 것을 AC "워시"(wash)라고 한다. 전하의 "잔존"을 소거하는데 이용되는 파형의 유형은 유전체 광학 스택의 특징에 따라 부분적으로 달라진다.

실시형태: 어레이 내의 복수의 간섭 변조기에 대한 동작

몇몇 실시예에서, 간섭 변조기는 어레이 형태로 집합될 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 하나 이상의 간섭 변조기를 하나의 픽셀로서 동작하도록 배치할 수 있다. 그 결과, 픽셀의 어레이는 비디오 디스플레이 모듈로서 동작할 수 있다. 이하의 과정을 이용하여, 비디오 디스플레이의 출력을 생성할 수 있다.

이하의 예는, 작동 임계값을 모두 5V로 한 간섭 변조기의 어레이이다. 작동 임계값을 5V로 하면, 상부 층과 광학 스택 사이의 전압차가 +5V 또는 -5V를 초과하는 경우에, 반사층(722)이 변형된다.

비디오 디스플레이 모듈에의 출력을 만들기 위한 명령은, 간섭 변조기의 어레이에 고전압 및 저전압의 형태로 제공된다. 간섭 변조기는 수평열과 수직열의 행렬로 배치된다. 하나의 수평열에 있는 모든 간섭 변조기의 반사층의 전극에는 고전압(+10V)이 인가된다. 이 고전압이 일정하게 유지되는 동안에는, 각 수직열에 연결된 전기적 인터페이스가, 그 수평열에 있는 간섭 변조기의 광학 스택 내의 각각의 전극에 데이터 전압을 전달한다. 특정의 간섭 변조기를 작동시키고자 하는 경우에는, 저전압(0V)의 데이터 전압을 제공하여, 순 전압차가 +10V가 되도록 하여, 간섭 변조기를 작동시킨다. 이러한 전압의 인가는, 반사층의 일부가 유전체 광학 스택과 접촉할 정도로 충분히 오래 지속한다. 통상적으로, 이러한 전압의 인가 시간은, 반사층이 안정되는 "바닥" 위치에 정착하는데 필요할 것으로 예상되는 시간보다 짧고, 관찰자가 인식하는데 필요할 것으로 예상되는 시간보다도 짧다. 반사층은, 변형된 위치에 있으면, 어느 정도의 전하를 유전체 광학 스택으로 전달하게 되는데, 이 전하가 기기의 작동 임계값을 변화시키는 내포 전하가 된다. 이 임계값이 변동되는 정도는 내포 전하의 양에 따라 달라진다. 임계값이 변동되는 정도가 작동 임계값이 변동된 간섭 변조기를 이하 설명하는 디스플레이 단계 중에 임계값이 변동되지 않은 간섭 변조기와 용이하게 구분할 수 있을 정도로 충분하다면, 이러한 임계값의 변동을 "현저한" 변동 또는 작동 임계값이 "현저하게" 변동하는 것이라 한다.

작동시켜서는 안 되는 간섭 변조기가 있는 경우, 데이터 전압을 고전압(+10V)으로 해서 제공하여, 그 순 전압차가 0V가 되도록 하는데, 이 값은 간섭 변조기를 구동시키기에 충분하지 않은 값이 된다. 간섭 변조기가 작동하지 않으면, 그 간섭 변조기의 유전체 광학 스택으로 이동되는 전하가 없어서 내포 전하도 없게 되고, 작동 임계값도 변화없이 유지된다. 이 과정이 끝나면, 그 수평열에 있는 모든 선택된 간섭 변조기가 자신들의 유전체 광학 스택 내에 내포 전위를 가지므로, 이에 따라 작동 임계값이 현저하게 낮아지게 된다. 또한, 그 수평열에서 선택되지 않은 모든 간섭 변조기는 자신들의 유전체 광학 스택 내에 이러한 내포 전위를 갖지 않으므로, 이에 따라 작동 임계값도 변화없이 유지된다.

따라서, 수평열과 수직열에 인가되는 전압은 모두 해방 상태로 되고, 모든 반사층이 자신들의 변형 이전 상태, 즉 비변형 상태로 복원된다. 다음 수평열의 간섭 변조기에 대해서는 마찬가지의 기록 단계가 수행된다. 모든 수평열에 대해 기록 단계가 수행되었으면, 내포된 전압의 배치는, 비디오 디스플레이 모듈 상의 텍스트 및 이미지의 형태로 될 수 있는 원하는 출력에 공간적으로 대응하게 된다. 그러나, 이 시점에서는, 출력을 인지하기 위해 위치해 있는 사용자나 광 검출 모듈이 그 출력을 볼 수 없다. 이것은, 변형 위치에 있는 반사층이 하나도 없어서 간섭 변조기의 간섭 특성이 모두 동일하기 때문이다.

당업자라면, 여러 가지 형태와 크기를 갖는 스크린은, 어레이 내의 간섭 변조기의 개수와 배향 때문에, 기록 단계에서 여러 가지 시간 요건을 필요로 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 일반적으로, 기록 단계를 완료하기 위해 필요한 시간은 수평열의 개수에 어드레싱 라인 시간을 승산함으로써 산출될 수 있다. 이 산출 값은 인간이 그 변화를 인식하는데 필요한 시간보다 짧아야 한다. 예를 들어, 통상적인 라인 시간은 대략 5 마이크로초이다. 최대 1000개의 라인을 포함하는 디스플레이의 경우 기록 동작이 5 밀리초 내에 이루어지게 되며, 이 시간은 인간이 기록 과정을 인식할 수 없을 정도로 빠른 시간이다.

디스플레이 소자에 대한 준비가 완료되었으면, 다음 단계는 이미지를 표시하는 것이다. 이 단계는 전역적인 DC 바이어스 전압을 어레이 내의 모든 간섭 변조기에 인가하는 것에 의해 구현된다. 인가되는 전역적인 바이어스 전압은, 이미지 데이터에 기초하여 선택된 간섭 변조기의 현저하게 감소된 작동 임계값보다 크지만, 선택되지 않은 간섭 변조기의 변경되지 않은 작동 임계값보다는 작다. 따라서, 선택된 간섭 변조기는 작동을 하고, 선택되지 않은 간섭 변조기는 작동하지 않는다. 전역적인 바이어스 전압은, 사용자 또는 광 검출 모듈이 출력을 인지할 수 있을 정도로 충분히 오랫동안 유지된다. 작동되는 간섭 변조기와 작동되지 않는 간섭 변조기 간의 반사 능력의 차이가 크기 때문에, 이미지를 인지할 수 있게 된다.

만족스러운 성능을 얻기 위하여, 어레이를 대한 명령을 제공하는데 이용될 수 있는 방법은, 디스플레이 시간의 하나의 사이클이 스캔 시간(디스플레이 이외의 동작에 이용되는 시간)보다 대략 10배 더 길게 유지되도록 하는 것이다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 디스플레이 시간은, 응용 장치의 요건과 유전체 광학 스택에서 이용되는 유전체 재료의 유형에 따라, 훨씬 더 길어질 수 있다. 단일의 출력 사이 클에 대한 충분한 디스플레이 시간은 대략 10 밀리초에서 몇 초까지의 범위를 가질 수 있다는 것이 알려져 있다.

디스플레이 시간이 너무 길면, 이미지가 희미해지기 시작하는 것이 관찰되었다. 이미지가 희미해지는 것을 인식하는데 필요한 시간이, 사용되고 있는 구체적인 유전체 광학 스택에 따라 달라진다고 하더라도, 디스플레이 시간이 특정의 전하 확산 시간을 초과하는 경우에는 이미지가 희미해지기 시작한다. 이 특정의 전하 확산 시간은 인가된 전기장에 따라 전하가 유전체 광학 스택의 안으로 또는 유전체 광학 스택으로부터 밖으로 이동하는데 걸리는 시간이다. 이처럼 이미지가 희미해지는 것은, 반사층으로부터가 유전체 광학 스택으로 전위가 전달되기 때문에 생기는 것이다. 이러한 전위의 전달은 내포 전하를 상쇄시키기 때문에, 작동 임계값은 상승하게 되고, 인가되는 바이어스 전압은 더 이상 반사층을 변형 상태로 유지할 만큼 충분하지 않게 된다.

출력을 재설정하기 위해, 어레이의 모든 데이터가 클리어링된다. 이 과정은, 하나 이상의 전역적인 클리어링 전압을 어레이 내의 모든 간섭 변조기에 인가하는 것에 의해 이루어진다. 어레이는, 일단 클리어링되면, 앞서 설명한 과정을 반복함으로써 새로운 출력을 기록하기 위한 유효한 블랭크 슬레이트(blank slate)가 된다. 출력을 리프레시하는 것은, 희미해지는 디스플레이의 선명도를 새롭게 하기 위한 것뿐만 아니라, 텍스트 또는 데이터가 갱신되는 응용장치에서, 또는 움직이는 것처럼 보이기 위해 약간씩 다른 일련의 이미지를 이용하는 응용장치에서 효과적이다.

몇 가지 유형의 응용장치에서는 이러한 유형의 과정이 여러 장점을 갖는다. 예를 들면, 전하 유지 기술을 이용하는 경우, 반사층의 변형을 유도하기 위해 히스테리시스 영역 내에 전위를 인가하여 유지하는 종래의 과정에서보다, 비디오 출력을 생성하기 위해 어레이 내의 선택된 간섭 변조기를 구동시키는 것이 전력 소모가 적다. 선택된 간섭 변조기를 구동시키고 반사층을 변형 위치에 유지시키기 위해 필요한 전압이 낮기 때문에, 전력 소모가 적은 것이다. 예컨대, 간섭 변조기를 작동시켜서 유지하기 위해 필요한 전압이 5V이면, 요구되는 일정한 전압은 출력 사이클의 주기 동안 최소한 5V가 될 것이다. 그러나, 전하 유지 기술을 이용하는 경우에는, 3V 또는 2V 이하의 더 낮은 전압이어도 충분할 것이다. 기록 단계와 클리어링 단계 동안 더 큰 전압을 이용하는 경우에도 전력 소모를 줄일 수 있다. 기록 단계와 클리어링 단계 동안의 전압 인가는, 디스플레이 단계에 비해 짧은 기간 동안에 이루어지기 때문에, 전력 소모를 줄일 수 있다.

또한, 어드레싱은, 있을 수 있는 중요한 전자 기계적 히스테리시스의 존재 여부에 의존할 필요가 없고, 유전체의 충전 특성에만 의존하게 할 수 있기 때문에, 매우 낮은 전압의 디스플레이를 설계하는 것이 가능하다. 이것은 작동 전압(actuation voltage)만이 관계되며 해제 전압은 관계없기 때문이다. 또한, 제조 과정을 유연성 있게 할 수 있는데, 몇몇 실시예에서는 간섭 변조기가 정확하게 온으로 되는 전압 레벨과 오프로 되는 전압 레벨 간의 구분만을 필요로 하기 때문이다. 이것은 히스테리시스 영역에 의존하는 몇몇 디스플레이 기술과는 상이하다. 가장 중요한 것은, 작동 임계값과 해제 임계값을 정확하게 분리시키는 것이다. 몇 몇 히스테리시스 설계에 있어서, 2개의 전압 사이에 충분히 넓은 영역을 유지한다는 것은, 대형 기판상의 기기 균일성의 제어가 중요하다는 것을 의미한다. 이러한 균일성은 전하 유지 기술을 이용하는 몇몇 실시예에서는 덜 중요하며, 기기를 더 적은 비용으로 제조할 수 있다. 낮은 전압, 즉 몇몇 전하 유지 기술의 "슬로피"(sloppy) 특성은, 비디오 모드에서 동작할 때 전력 소비 문제가 있을 수 있다. 예를 들어, 이러한 유형의 기기를 동작시키기 위해 필요한 전력은 아래의 등식에 의해 결정할 수 있다.

이 등식에서, C_col은 수직열에 있는 커패시턴스이고, V_swing은 수직열에서의 전압 스위칭의 진폭이며, f는 스윙이 발생하는 주파수이다. 히스테리시스를 해결한 디스플레이용으로 사용되는 것에 상응하는 리프레시 레이트에서 동작하는 전하 유지 기술을 이용하는 디스플레이의 경우에는, 전하 유지 기술을 이용하는 어레이가 소비하는 전력이 더 낮은데, 이는 수직열에서의 커패시턴스와 V_swing이 히스테리시스 구조에서보다 더 낮기 때문이다. 기록 단계 동안, 기록되지 않는 모든 픽셀이 비작동 위치에 있기 때문에 커패시턴스가 낮아지고, 이에 따라 기록되지 않는 수평열에 있는 기생 커패시턴스가 적어지게 된다. 이러한 상황은, 선택된 수평열 이외의 수평열에 있는 몇몇 픽셀이 작동 위치 또는 비작동 위치 중 하나에 있을 수 있는 히스테리시스 구조인 경우에는 생기지 않을 수 있다.

도 10은 간섭 변조기의 어레이에 적용되는, 전하 유지 기술을 이용하는 간섭 변조기 어드레싱 구성의 동작을 나타내는 파형을 보여준다. 트레이스 라인(70)은 인가된 전압을 나타내며, 트레이스 라인(72)은 이에 대응하는 어레이의 광학적 응답을 나타낸다. 도시된 실시예는, 디스플레이 단계(83)로 진행하기 전에 기록 단계(81)에서 "더블 스캔"을 이용한다. 왼쪽에서 오른쪽으로 보면, 개시 전압(80)이 0V이다. 다음으로, +24V의 2개의 펄스(82)의 각각이 기록 단계(81) 동안 개별 시간에 인가된다. 디스플레이 단계(83) 동안, 반대 극성의 바이어스 전압(84)이 -12V로 유지된다. 다음으로, 클리어링 전압(86)이 클리어링 단계(85) 동안 +12V를 유지한다. 트레이스 라인(72)은 광학적 응답이 디스플레이 단계에서 가장 길고 가장 강하다는 것을 보여준다. 이것은, 몇몇 실시예에서, 사용자 또는 광 검출 모듈이 인식할 수 있는 사이클의 광학적 응답 부분에서만 그렇다.

비디오 디스플레이 모듈을 생성하기 위해 본 명세서에서 설명하는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 이용하는 경우, 단일의 픽셀을 생성하기 위해 다수의 MEMS 기기를 이용하는 것이 바람직한 경우도 있다. 단일 픽셀의 MEMS 기기는, 여러 MEMS 기기가 여러 가지 컬러 또는 여러 가지 명도를 만들 수 있도록 구성될 수 있다. 이에 의하여, 단일의 픽셀로, 컴퓨터 프로세서로부터 받은 명령에 따라, 다양한 컬러, 색조, 및 명도를 만들 수 있다. 또한, 픽셀이 단일의 컬러 또는 단일의 명도만을 생성하도록 구성할 수 있는데, 이 경우에는 다중 컬러 및/또는 다중 명도의 디스플레이가 갖는 다양성보다, 비용의 절감, 에너지의 절약, 신뢰성 또는 단순성이 더 중요하다.

도 11은 간섭 변조기의 어레이 상에 디스플레이를 생성하기 위한 과정을 나 타내는 흐름도이다. 제1 단계(400)는 기록 단계에 해당하며, 이 단계에서, 프로세서 또는 다른 지시 공급원은, 어레이 내의 선택된 간섭 변조기에, 이들 간섭 변조기의 작동 임계값을 현저하게 낮추기 위해 간섭 변조기의 유전체 광학 스택에 전하를 내포시킴으로써 기록을 행한다. 선택된 간섭 변조기의 위치는 텍스트 또는 이미지 등의 원하는 디스플레이에 대응한다. 선택된 모든 간섭 변조기가 내포 전하를 포함하고 있다면, 본 과정은 단계 404로 진행한다. 이 단계(404)에서는, 내포 전하를 갖는 간섭 변조기를 작동시키기 위해 전역적인 DC 바이어스 전압이 인가된다. 이 단계는, 기록 단계에서 이용되었던 극성과 반대의 극성을 가지며, 선택된 소자의 현저하게 낮추어진 작동 임계값보다 크고, 선택되지 않은 소자의 변경 없는 작동 임계값보다 작은 값을 갖는 전역적인 DC 바이어스 전압이 인가되는 디스플레이 단계에 해당한다. 내포 전하를 포함하는 간섭 변조기는 원하는 디스플레이를 작동시켜서 생성한다. 이러한 디스플레이는 사용자 또는 광 검출 모듈이 인지할 수 있을 정도로 충분히 오랫동안 스크린상에 유지되는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 과정은 단계 408로 진행하고, 이 단계(408)에서는, 디스플레이 내의 모든 간섭 변조기로부터 내포 전하가 클리어링된다. 이 과정은, 큰 진폭의 짧은 음 전위 펄스, 이러한 큰 진폭의 짧은 음 전위 펄스에 이어지는 큰 진폭의 짧은 양 전위 펄스 및/또는 큰 진폭의 양 전위와 음 전위 사이에서 전환하는 짧은 AC 파형 등과 같은 클리어링 신호를 인가함으로써 달성된다. 본 과정을 반복해서 디스플레이 상의 이미지를 리프레시한다. 디스플레이를 리프레시 또는 갱신하는 것은, 스크린상의 데이터 또는 텍스트의 변화를 나타내고자 하는 경우 또는 이미지를 순차적으로 변경해서 이미지가 움직이는 것처럼 보이게 하기 위한 응용장치에서 바람직하다.

다음으로, 본 과정은 단계 412로 진행하고, 이 단계(412)에서는, 이미지의 갱신을 계속할지 여부에 대한 판정이 이루어진다. 갱신이 필요하다면, 과정은 단계 400으로 복귀하고, 갱신이 필요하지 않다면, 과정을 종료한다. 당업자라면, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 추가의 단계 또는 대체 단계가 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

몇몇 실시예에서는, 간섭 변조기의 작동 시간을 감소시켜서, 스캔 시간을 가능한 짧게 하고, 파형을 어레이에 균일하면서 정확하게 전달하는 것이 유리하다. 이것을 달성하기 위해 이용될 수 있는 한가지 기술로서, 수평열과 수직열에서의 도전성을 높게 함으로써, 저항/커패시터(RC) 시간을 가능한 짧게 하는 것이 있다. 몇몇 실시예에서, RC 시간은 수평열과 수직열 모두에 대해 2 마이크로초보다 짧다.

간섭 변조기는, 반사층을 유전체와 접촉되도록 하거나 또는 유전체와 밀접하게 하는 경우에 반사층으로부터 전하를 획득하기 위한 실질적인 자화율(susceptibility)을 갖는 유전체를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 간섭 변조기의 간섭 작용은 반사층을 간단히 작동시켜서 전하가 유전체로 전달되어 내포되도록 함으로써 제어될 수 있다. 내포 전하는 간섭 변조기의 작동 전압을 감소시키며, 이에 따라 내포 전하가 없을 때 필요로 할 것으로 예상되는 것보다 더 낮은 전압으로 작동 전압을 순차적으로 인가할 수 있다. 낮은 전압을 이용함으로써 전력 소비도 낮추게 된다. 이러한 유형의 간섭 변조기는 낮은 전력으로 동작하는 디스 플레이 어레이를 만드는데에 이용될 수 있다.

상기 상세한 설명은 본 발명의 특징을 다양한 실시예에 적용하는 것으로 도시, 설명 및 주장하고 있지만, 해당 기술분야의 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양하고 많은 생략, 대체 및 변형이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 형태는 예시일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라는 것을 알아야 한다.

Claims

미소 기전 시스템(MEMS) 기기에 있어서,

전극;

상기 전극에 연결되며, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층; 및

상기 유전체 층의 상기 표면의 위로 연장하여 상기 유전체 층과의 사이에 캐비티를 형성하는 이동가능한 층

을 포함하며,

상기 이동가능한 층의 적어도 일부와 상기 전극 사이의 전위가 작동 임계값보다 크면, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하게 되고,

상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하면, 상기 이동가능한 층과 상기 유전체 층 사이에서 전하가 이동하고, 이에 따라 상기 작동 임계값이 현저하게 변동하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 유전체 층은, 질화 규소, 이산화 규소, 산화 알루미늄, 및 이산화 티타늄 중 하나 이상의 재료를 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템 기기는 간섭계 광 변조기를 포함하는 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제3항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템 기기는 다른 간섭계 광 변조기와 연결되어 어레이를 구성하는, 미소 기전 시스템 기기.
제4항에 있어서,

상기 어레이는 이미지를 디스플레이하도록 구성되어 있는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 유전체 층은, 자신에게 이동된 상기 전하를, 상기 이동가능한 층과 분리된 후 100ms(밀리초)를 초과하는 기간 동안 유지하도록 구성되어 있는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 전극과 상기 이동가능한 층 중 하나 이상과 전기적으로 연결되며, 이미지 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및

상기 프로세서와 전기적으로 연결되어 있는 메모리 기기를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
제7항에 있어서,

상기 디스플레이에 하나 이상의 신호를 제공하도록 구성된 드라이버 회로를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
제32항에 있어서,

상기 드라이버 회로에 상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 제공하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
제8항에 있어서,

상기 프로세서에 상기 이미지 데이터를 제공하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
제10항에 있어서,

상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제7항에 있어서,

입력 데이터를 수신하여 상기 프로세서에 제공하도록 구성된 입력 기기를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
미소 기전 시스템(MEMS) 기기에 있어서,

전하를 저장할 수 있으며, 저장된 전하에 따라 상기 미소 기전 시스템 기기의 작동 임계값이 변동하도록 하는 전하 저장 수단;

상기 작동 임계값이 현저하게 변동되도록 하기 위해 상기 전하 저장 수단으로 전하를 전달하는 전하 전달 수단; 및

상기 전하 전달 수단을 이동시키기 위한 수단

을 포함하며,

상기 전하 전달 수단은, 상기 전하 전달 수단을 이동시키기 위한 수단과의 사이에 인가되는 전위가 상기 작동 임계값보다 크게 되면, 상기 전하 저장 수단에 전하를 전달하도록 구성되어 있는, 미소 기전 시스템 기기.
제13항에 있어서,

상기 전하 저장 수단은 실질적으로 전하의 포획이 가능한, 상기 유전체 층의 하나 이상의 표면을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제13항에 있어서,

상기 전하 전달 수단을 이동시키기 위한 수단은, 상기 유전체 층의 상기 표면의 위로 연장하여 상기 유전체 층과의 사이에 캐비티를 형성하는 이동가능한 층 을 포함하며, 상기 이동가능한 층의 적어도 일부와 상기 전극 사이의 전위가 작동 임계값보다 크면, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하도록 구성된, 미소 기전 시스템 기기.
제13항에 있어서,

상기 전하 전달 수단은 전극을 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
미소 기전 시스템(MEMS) 기기에 있어서,

작동 임계값에 따라 변화하는 상기 미소 기전 시스템 기기의 상태를 변경하기 위한 기기 상태 변경 수단; 및

상기 미소 기전 시스템 기기를 작동시켜서 상기 작동 임계값을 현저하게 변경시키기 위한 작동 임계값 변경 수단

을 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
제17항에 있어서,

상기 기기 상태 변경 수단은,

전극;

상기 전극에 연결되며, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층; 및

상기 유전체 층의 상기 표면의 위로 연장하여 상기 유전체 층과의 사이에 캐비티를 형성하는 이동가능한 층을 포함하며,

상기 이동가능한 층의 적어도 일부와 상기 전극 사이의 전위가 작동 임계값보다 크면, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하게 되는, 미소 기전 시스템 기기.
제18항에 있어서,

상기 유전체 층은, 질화 규소, 이산화 규소, 산화 알루미늄, 및 이산화 티타늄 중 하나 이상의 재료를 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제18항에 있어서,

상기 유전체 층은, 자신에게 이동된 상기 전하를, 상기 이동가능한 층과 분리된 후 100ms(밀리초)를 초과하는 기간 동안 유지하도록 구성되어 있는, 미소 기전 시스템 기기.
제17항 또는 제18항에 있어서,

상기 작동 임계값 변경 수단은 구동 회로를 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제17항에 있어서,

광을 변조시키기 위한 광 변조 수단을 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기.
제22항에 있어서,

상기 광 변조 수단은 간섭계 캐비티를 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제22항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템 기기를 어레이 형태로 된 추가의 광 변조 수단에 연결시키기 위한 연결 수단을 더 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제24항에 있어서,

상기 연결 수단은 수평열 전극과 수직열 전극을 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기.
제24항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템 기기는 이미지를 디스플레이하도록 구성되어 있는, 미소 기전 시스템 기기.
실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 소자를 어드레싱하는 방법에 있 어서,

인지되는 외형을 실질적으로 변경시키지 않으면서, 예비 충전 기간 동안 상기 미소 기전 시스템 소자의 상기 유전체 층으로 전하를 이동시키는 단계; 및

상기 선택된 미소 기전 시스템 소자를 작동시키고 상기 외형을 변경하기에 충분한 기간 동안, 제1 전위차를 상기 미소 기전 시스템 소자에 인가하는 단계

를 포함하는 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법.
제27항에 있어서,

상기 제1 전위차를 인가하는 동작을 수행하기 전에, 전하를 이동시키는 동작을 반복하는 단계를 더 포함하는 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법.
제27항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템 소자에 제2 전위차를 인가하여, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고, 상기 이동된 전하를 상기 유전체 층으로부터 실질적으로 제거하도록 하는 단계를 더 포함하는 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법.
제27항에 있어서,

상기 제1 전위차는 제1 극성을 가지며,

상기 전하를 이동시키는 단계는 상기 제1 극성과 반대의 극성인 제2 극성을 갖는 제2 전위차를 인가하는 단계를 포함하는, 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법.
제27항에 있어서,

상기 제1 전위차를 인가하는 단계에서는, 상기 제1 전위차를 적어도 10 밀리초 동안 인가하는, 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법.
제27항에 있어서,

일련의 이미지 프레임을 디스플레이하는 단계를 더 포함하며,

상기 예비 충전 기간에 대한 상기 디스플레이 기간의 비율이 적어도 대략 10배가 되도록 하는, 미소 기전 시스템 소자의 어드레싱 방법.
미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 제조하는 방법에 있어서,

전극을 형성하는 단계;

상기 전극에 연결되며, 실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층을 형성하는 단계;

상기 유전체 층의 상기 표면의 위로 연장하여 상기 유전체 층과의 사이에 캐비티를 만드는 이동가능한 층을 형성하는 단계

를 포함하며,

상기 이동가능한 층의 적어도 일부와 상기 전극 사이의 전위가 작동 임계값 보다 크면, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하게 되고, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층과 접촉하면, 상기 유전체 층으로 전하가 이동하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 이동가능한 층을 형성하는 단계는 간섭계 캐비티를 형성하는 단계를 포함하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 유전체 층을 형성하는 단계에서는, 상기 유전체 층이 질화 규소, 이산화 규소, 산화 알루미늄, 및 이산화 티타늄 중 하나 이상의 재료를 포함하여 이루어지는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 전극과 상기 이동가능한 층이 다른 부가적인 미소 기전 시스템 기기의 어레이에 연결되도록 구성하는 단계를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제36항에 있어서,

상기 어레이가 이미지를 디스플레이하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 미 소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 유전체 층이, 자신에게 이동된 상기 전하를, 상기 이동가능한 층과 분리된 후 100ms(밀리초)를 초과하는 기간 동안 유지하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제33항에 기재된 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법에 의해 제조된 미소 기전 시스템(MEMS) 기기.
이미지 데이터에 기초하여 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 기기에 있어서,

실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 각각 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자로 이루어지는 어레이와;

상기 이미지 데이터를 수신하고,

상기 이미지 데이터에 기초하여 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 선택하며,

상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제1 전위차를 인가하여, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고, 상기 유전체 층으 로 전하가 이동하도록 하며, 여기서 상기 이미지는 디스플레이되지 않으며,

상기 어레이의 각각의 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자와 선택되지 않은 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 거의 동시에 제2 전위차를 인가하여, 상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시키고, 상기 이미지를 디스플레이하는, 구동 회로

를 포함하는 디스플레이 기기.
제40항에 있어서,

상기 구동 회로는 상기 제2 전위차를 인가하여 상기 선택되지 않은 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자가 작동되지 않도록 하는, 디스플레이 기기.
제40항에 있어서,

상기 구동 회로는 상기 제2 전위차를 인가하기 전에 상기 전하의 이동을 반복하도록 구성되어 있는, 디스플레이 기기.
제40항에 있어서,

상기 구동 회로는, 상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제3 전위차를 인가하여, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고, 상기 유전체 층으로부터 전하를 실질적으로 제거하도록 구성되어 있는, 디스플레이 기기.
제40항에 있어서,

상기 어레이와 전기적으로 연결되며, 상기 이미지 데이터를 처리하는 프로세서; 및

상기 프로세서와 전기적으로 연결되어 있는 메모리 디바이스를 더 포함하는 디스플레이 기기.
제44항에 있어서,

상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 상기 구동 회로에 제공하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 디스플레이 기기.
제44항에 있어서,

상기 이미지 데이터를 상기 프로세서에 제공하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 더 포함하는 디스플레이 기기.
제44항에 있어서,

상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는, 디스플레이 기기.
제44항에 있어서,

입력 데이터를 수신하여 상기 프로세서에 제공하도록 구성된 입력 기기를 더 포함하는 디스플레이 기기.
이미지 데이터를 수신하는 수신 수단;

실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 구비하는 각각의 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 어레이 중에서 하나 이상의 디스플레이 소자를 선택하는 선택 수단;

선택된 각각의 상기 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제1 전위차를 인가하여, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고, 상기 유전체 층으로 전하가 이동하도록 하여, 이미지가 디스플레이되지 않게 하는 제1 전위차 인가 수단;

상기 어레이의 모든 디스플레이 소자에 거의 동시에 제2 전위차를 인가하여, 상기 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시키고, 상기 이미지가 디스플레이되도록 하는 제2 전위차 인가 수단

을 포함하는 디스플레이 기기.
제49항에 있어서,

상기 수신 수단, 상기 선택 수단, 상기 제1 전위차 인가 수단 및 상기 제2 전위차 인가 수단은 각각 구동 회로를 구비하여 이루어지는, 디스플레이 기기.
제49항에 있어서,

상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제3 전위차를 인가하여, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고, 상기 유전체 층으로부터 전하를 실질적으로 제거하도록 구성되어 있는 제3 전위차 인가 수단을 더 포함하는 디스플레이 기기.
제51항에 있어서,

상기 제3 전위차 인가 수단은 구동 회로를 포함하여 이루어지는, 디스플레이 기기.
제49항에 있어서,

상기 제2 전위차를 인가하기 전에 전하의 이동을 반복하기 위한 반복 수단을 더 포함하는 디스플레이 기기.
제53항에 있어서,

상기 반복 수단은 구동 회로를 포함하여 이루어지는, 디스플레이 기기.
제49항에 있어서,

상기 제1 전위차는 제1 극성을 가지며,

상기 제2 전위차는 상기 제1 극성과 반대 극성인 제2 극성을 갖는, 디스플레 이 기기.
실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 구비하는 각각의 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 어레이를 포함하는 디스플레이 상에 이미지를 표시하는 이미지 디스플레이 방법에 있어서,

이미지 데이터를 수신하는 단계;

수신된 상기 이미지 데이터에 기초하여 상기 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 선택하는 단계;

인지되는 외형을 실질적으로 변경시키지 않으면서, 예비 충전 기간 동안 상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 상기 유전체 층으로 전하를 이동시키는 단계; 및

상기 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시켜서 상기 이미지를 디스플레이하기에 충분한 디스플레이 기간 동안, 상기 어레이의 모든 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 거의 동시에 제1 전위차를 인가하는 단계

를 포함하는 이미지 디스플레이 방법.
제56항에 있어서,

상기 제1 전위차를 인가하기 전에 상기 전하를 이동시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 이미지 디스플레이 방법.
제56항에 있어서,

상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고 상기 이동된 전하가 실질적으로 제거되도록, 상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제2 전위차를 인가하는 단계를 더 포함하는 이미지 디스플레이 방법.
제56항에 있어서,

상기 제1 전위차는 제1 극성을 가지며,

상기 전하를 이동시키는 단계는 제2 극성을 갖는 제2 전위차를 인가하는 단계를 포함하고,

상기 제1 극성은 상기 제2 극성과 반대인 극성을 갖는, 이미지 디스플레이 방법.
제56항에 있어서,

상기 제1 전위차를 인가하는 단계에서는 상기 전위차를 적어도 10 밀리초 동안 인가하는, 이미지 디스플레이 방법.
제56항에 있어서,

일련의 이미지 프레임을 디스플레이하는 단계를 더 포함하며,

상기 예비 충전 기간에 대한 상기 디스플레이 기간의 비율이 적어도 대략 10 가 되도록 하는, 이미지 디스플레이 방법.
이미지 데이터에 기초하여 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 기기를 제조하는 방법에 있어서,

실질적으로 전하의 포획이 가능한 하나 이상의 표면을 구비하는 유전체 층과 이동가능한 층을 각각 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 어레이를 형성하는 단계;

구동 회로를 형성하는 단계;

상기 구동 회로가 상기 이미지 데이터를 수신하도록 하는 단계;

상기 구동 회로가 상기 이미지 데이터에 기초하여 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 선택하도록 하는 단계;

상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 제1 전위차를 인가하여, 상기 이동가능한 층이 상기 유전체 층에 접촉하도록 하고, 상기 유전체 층으로 전하가 이동하도록 하며, 여기서 상기 이미지는 디스플레이되지 않는, 단계;

상기 어레이의 각각의 선택된 미소 기전 시스템 디스플레이 소자와 선택되지 않은 미소 기전 시스템 디스플레이 소자에 거의 동시에 제2 전위차를 인가하여, 상기 선택된 각각의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 작동시키고, 상기 이미지를 디스플레이하는 단계

를 포함하는 디스플레이 기기의 제조 방법.
제62항에 기재된 디스플레이 기기의 제조 방법에 의해 제조되는 디스플레이 기기.