KR20080037072A - 디스플레이 방법들 및 장치들 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, MEMS-기반 광 변조기들의 이동을 제어하는 제어 매트릭스를 이용하는 디스플레이 상에 영상들을 형성하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다.
픽셀, 개구, 제어 매트릭스, 디스플레이

Description

디스플레이 방법들 및 장치들{Display methods and apparatus}
일반적으로, 본 발명은 영상 디스플레이 분야에 관한 것이며, 특히 영상 디스플레이 내에 내장된 광 변조기들을 제어하기 위한 회로들에 관한 것이다.
기계적 광 변조기들로부터 만들어진 디스플레이들은 액정 기술에 근거한 디스플레이들의 매력적인 대안이다. 기계적 광 변조기들은 좋은 시야 각도들과 넓은 범위의 색상 및 그레이 스케일(gray scale)을 가진 비디오 콘텐츠를 디스플레이하기에 충분히 빠르다. 기계적 광 변조기들은 프로젝션 디스플레이(projection display) 사용들에서 성공적이었다. 기계적 광 변조기들을 이용한 후광 디스플레이들은 아직까지 밝기와 저전력의 충분히 매력적인 조합들을 보여주지 못하였다. 당업계에서는 빠르고, 밝고, 저전력인 기계적 작동 디스플레이들에 대한 수요가 있다. 구체적으로 화질이 향상되고 전력 소비가 감소되기 위해 고속 및 저전압으로 구동될 수 있는 기계적 작동 디스플레이들에 대한 수요가 있다.
본 발명은 화질이 향상되고 전력 소비가 감소되기 위해 고속 및 저전압으로 구동될 수 있는 기계적 작동 디스플레이 장치들 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 디스플레이는, 스위치들, 및 셔터 어셈블리(shutter assembly)들 내에 내장된 셔터들을 개방하고 폐쇄하도록 구성된 전극들을 포함하는 제어 매트릭스(matrix)와 결합된 MEMS-기반 셔터 어셈블리들의 배열을 이용하여 형성될 수 있다. 제 1 양상(aspect)에서, 본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 일 실시형태에서 디스플레이 장치는 픽셀(pixel)들의 배열을 포함한다. 픽셀들의 배열은 복수의 개구들 및 개구들에 대응하는 복수의 셔터들을 가지는 기판을 포함한다. 각각의 픽셀은 적어도 하나의 개구 및 개구에 대응하는 하나의 셔터를 포함한다. 디스플레이 장치는 또한 기판에 연결된 제어 매트릭스를 포함한다. 픽셀들의 배열 내의 픽셀에 대하여, 제어 매트릭스는 스위치, 셔터 개방 전극 및 셔터 폐쇄 전극을 포함한다. 스위치 및 전극들은 기판에 횡단하는 픽셀의 셔터의 선택적인 이동이, 영상을 형성하도록 픽셀을 향하여 안내되는 광을 변조하는 것을 가능하게 한다.
다양한 실시형태들에서, 스위치는, 트랜지스터, 다이오드, 또는 배리스터(varistor)일 수 있다. 일 실시형태에서, 스위치는 셔터 개방 전극에 인가된 전위를 조정하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 스위치는 셔터 폐쇄 전극에 인 가된 전위를 조정하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 제어 매트릭스는 픽셀에 대한 제 2 스위치를 포함하는데, 제 1 스위치는 셔터 개방 전극에 인가된 전위를 제어하고 제 2 스위치는 셔터 폐쇄 전극에 인가된 전위를 제어한다.
제어 매트릭스는 셔터 이동 명령을 저장하기 위한 메모리 요소를 또한 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 메모리 요소는 각각의 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 전극에 대한 커패시터를 포함한다. 선택적인 메모리 요소들은 SRAM 또는 DRAM 회로들을 포함하고, 이에 제한되지 않는다.
일 실시형태에서, 제어 매트릭스는 또한 픽셀에 대한 기록가능 인터커넥트(interconnect)를 포함한다. 기록가능 인터커넥트는, 픽셀에 인가되면 데이터가 픽셀에 기록되는 것을 가능하게 하는 기록가능 전위를 받고 전하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 복수의 픽셀들은 스캔 라인(scan line) 내에 배열된다. 스캔 라인 내의 픽셀들은 공통 스캔 라인 인터커넥트를 공유한다.
일 실시형태에서, 제어 매트릭스는 또한 작동 전압 인터커넥트를 포함한다. 작동 전압 인터커넥트는 셔터를 작동하기에 충분한 크기의 전위를 픽셀로 받고 전한다. 다른 실시형태들에서, 제어 매트릭스는 또한 작동 전압 인터커넥트와 구별되는 데이터 인터커넥트를 포함한다. 이러한 별개의 데이터 인터커넥트는, 셔터로의 작동 전압의 인가를 조정하는 이동 명령들을 셔터로 전한다. 일 실시형태에서, 제어 매트릭스는 2개의 데이터 인터커넥트들, 셔터 개방 인터커넥트 및 셔터 폐쇄 인터커넥트를 포함한다.
디스플레이 장치는 개별적인 데이터 전압원들 및 작동 전압원들을 포함할 수 있다. 양쪽의 전압원들을 포함하는 일 실시형태에서, 작동 전압원은 데이터 전압원보다 큰 크기를 가진 전압을 출력한다. 예를 들어, 작동 전압원의 크기는 데이터 전압원의 출력의 적어도 2배, 4배, 또는 5배일 수 있다.
더욱 구체적으로, 이상에서 기술된 것과 같은 픽셀 당 2개의 스위치를 가진 실시형태에서, 픽셀 내에서, 제 1 스위치는 셔터 개방 인터커넥트, 제 1 커패시터, 및 작동 전압 라인에 전기적으로 연결된다. 픽셀 내의 제 2 스위치는 셔터 폐쇄 인터커넥트, 제 2 커패시터, 및 작동 전압 인터커넥트에 전기적으로 연결된다. 셔터 개방 인터커넥트에 의한 스위치로의 전압 인가에 반응하여, 제 1 스위치는 제 1 커패시터의 방전을 조성함으로써, 대응하는 셔터를 작동시킨다. 셔터 폐쇄 인터커넥트에 의한 제 2 스위치로의 전압의 인가에 반응하여, 제 2 스위치는 제 2 커패시터의 방전을 조성함으로써 대응하는 셔터를 작동시킨다. 선택적인 실시형태에서, 셔터 개방 인터커넥트에 의한 스위치로의 전압의 인가에 반응하여, 제 1 스위치는 제 1 커패시터의 충전을 조성함으로써, 대응하는 셔터를 작동시킨다. 셔터 폐쇄 인터커넥트에 의한 제 2 스위치로의 전압의 인가에 반응하여, 제 2 스위치는 제 2 커패시터의 충전을 조성함으로써, 대응하는 셔터를 작동시킨다.
다양한 실시형태들에서, 제어 매트릭스는 전체 공통 인터커넥트를 포함한다. 전체 공통 인터커넥트는 픽셀들의 배열의 적어도 2개의 행(row)들 및 2개의 열(column)들 내의 픽셀들에 연결된다. 전체 공통 인터커넥트는 복수의 행들의 픽셀들의 동시 작동을 가능하게 하는 전체 작동 인터커넥트로서 기능을 할 수 있다. 전체 공통 인터커넥트는 또한 픽셀들의 배열 내의 셔터들에 걸친 0V 평균 DC 전압 의 공급을 지원하는 기능을 할 수 있다.
제 2 양상에서, 본 발명은, 픽셀들의 배열 및 제어 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 픽셀들의 배열은 복수의 개구들 및 복수의 셔터들을 가지는 기판을 포함한다. 각각의 픽셀은 적어도 하나의 개구 및 개구에 대응하는 적어도 하나의 셔터를 포함한다. 각각의 셔터는, 기판에 의해 형성된 평면에 평행한 평면으로 셔터의 이동을 실질적으로 제한하는 적어도 하나의 기계적 지지물을 가진다. 제어 매트릭스는 영상을 형성하기 위해 기판을 향하여 안내된 광을 변조하기 위해 기판에 연결되어 있다. 제어 매트릭스는, 픽셀에 대응하는 셔터와 셔터 개방 전극 및 셔터 폐쇄 전극 중 하나 사이의 전기장을 생성함으로써, 실질적으로 기판에 횡단하는 이동면 내에서 대응하는 셔터를 정전기적으로 구동하기 위해, 픽셀에 대하여 셔터 개방 전극, 셔터 폐쇄 전극, 및 셔터 개방 전극 및 셔터 폐쇄 전극 중 하나로의 전압의 인가를 선택적으로 제어하기 위한 스위치를 포함한다.
제 3 양상에서, 본 발명은, 영상을 디스플레이 상에 형성하는 방법에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 본 방법은 디스플레이의 스캔 라인을 선택하는 단계를 포함한다. 스캔 라인은 복수의 픽셀들을 포함한다. 본 방법은 또한 픽셀의 셔터 개방 작동기 및/또는 셔터 폐쇄 작동기를 거친 전압을 선택적으로 조정하는 단계에 의해, 셔터 개방 작동기 또는 셔터 폐쇄 작동기가 대응하는 셔터를 기판 내에 형성된 개구에 인접하여 횡단으로 이동시키는 것을 가능하게 하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 또한 영상을 형성하기 위해 광을 복수의 픽셀들로 안내하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 전압을 조정하는 단계는 커패시터를 충전하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 전압을 조정하는 단계는 커패시터를 방전하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 전압을 조정하는 단계는, 실질적으로 더 큰 크기를 가진 제 2 전위의 인가를 조정하기 위해 제 1 크기를 가진 제 1 전위를 스위치로 인가하는 단계를 포함한다. 본 실시형태에서의 제 2 전위의 크기는 셔터 개방 작동기 및 셔터 폐쇄 작동기 중 하나를 작동시키기에 충분히 크다.
또 다른 실시형태에서, 전압을 조정하는 단계는 셔터 이동 명령을 픽셀에 대응하는 메모리 요소에 저장하는 단계를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 메모리 요소는 커패시터, SRAM 회로 또는 DRAM 회로를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 셔터 개방 작동기 또는 셔터 폐쇄 작동기가 대응하는 셔터를 이동시키는 것을 가능하게 하는 단계는, 작동기를 작동시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 가능하게 하는 단계는, 셔터 개방 작동기 및 셔터 폐쇄 작동기 중 하나를 작동시키는 데에 필요한 추가적인 최소 전압 변화를 실질적으로 감소시키는 단계를 포함한다. 전체 작동 전압의 다음의 인가는 픽셀들을 작동시키는 데에 필요한 결과적인 최소 전압 변화를 제공한다.
또 다른 실시형태에서, 본 방법은 제 2 스캔 라인 내에 배열된 제 2 일련의 픽셀들을 선택하는 단계를 포함한다. 제 2 일련의 픽셀들은 대응하는 셔터 개방 에너지 저장소들 및 셔터 폐쇄 에너지 저장소들을 가진다. 본 방법은, 제 2 스캔 라인 내의 픽셀들 중 적어도 하나에 대하여, 제 2 셔터 개방 작동기 또는 제 2 셔터 폐쇄 작동기가 대응하는 제 2 셔터를 기판 내의 제 2 개구에 인접하여 횡단으로 이 동시키는 것을 가능하게 하는 단계를 포함한다. 그 다음에, 전체 작동 전압은 대응하는 셔터들의 횡단이동을 실질적으로 동시에 개시하도록 인가된다.
제 4 양상에서, 본 발명은 픽셀들의 배열 및 픽셀들을 제어하기 위한 제어 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 픽셀들의 배열은 복수의 개구들 및 복수의 대응하는 셔터들을 가진 기판을 포함한다. 배열 내의 각각의 픽셀은 적어도 하나의 개구 및 대응하는 셔터를 포함한다. 셔터들은 기판에 대하여 횡단하여 이동하도록 구성된다.
제어 매트릭스는, 픽셀들의 배열 내의 픽셀에 대하여, 기록가능 인터커넥트, 작동 전압 인터커넥트, 스위치, 및 데이터 전압 인터커넥트를 포함한다. 기록가능 인터커넥트는 픽셀들의 배열 내의 픽셀이 셔터 이동 명령을 받는 것을 가능하게 한다. 일 실시형태에서, 스캔 라인으로 칭해지는 픽셀들의 배열 내의 복수의 픽셀들은, 공통 기록가능 인터커넥트를 공유한다. 작동 전압 인터커넥트는 셔터들의 횡단이동을 허용하기에 충분한 전압을 제공한다. 일 실시형태에서, 횡단이동을 허용하는 단계는 셔터에 연결된 작동기를 직접 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 횡단이동을 허용하는 단계는 이러한 작동기의 작동을 개시하는 데에 필요한 전압 변화를 실질적으로 감소시키는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태들에서, 필요한 최소 전압 변화는 전체 작동 인터커넥트를 경유하여 인가된다. 일 실시형태에서, 작동 전압 인터커넥트는, 복수의 픽셀들, 예를 들어 픽셀들의 배열의 열 내의 픽셀들에 의해 공유된다. 예를 들어, 트랜지스터, 배리스터, 또는 다이오드와 같은 스위치는, 데이터 전압 인터커넥트로부터 받은 전압에 근거한 셔터 로의 작동 전압 인터커넥트로부터의 전압의 인가를 조절한다. 셔터는, 작동된다면, 기판에 대하여 대응하는 개구를 통과하는 광을 선택적으로 횡단하여 이동함으로써, 영상을 형성한다. 일 실시형태에서, 픽셀 내에서, 저항은 스위치와 작동 전압 인터커넥트를 분리시킨다.
일 실시형태에서, 디스플레이 장치는 또한 작동 전압원 및 데이터 전압원을 포함한다. 작동 전압원에 의해 출력된 전압은 데이터 전압원에 의해 출력된 전압의 크기보다 상당히 더 큰 크기를 가진다. 특정 일 실시형태에서, 작동 전압원은 데이터 전압원의 크기의 2배를 넘는 크기를 가진 전압을 출력한다. 또 다른 실시형태에서, 작동 전압원은 데이터 전압원의 크기의 4배보다 더 큰 크기를 가진 전압을 출력한다. 또 다른 실시형태에서, 작동 전압원은 데이터 전압원의 크기의 5배보다 더 큰 크기를 가진 전압을 출력한다.
또 다른 실시형태에서, 제어 매트릭스는 픽셀에 대한 제 2 데이터 전압 인터커넥트를 포함한다. 제 2 데이터 전압 인터커넥트는 제 2 스위치를 제어한다. 제 1 데이터 전압 인터커넥트로의 예정된 전압의 인가는 대응하는 셔터의 개방을 허용하고, 제 2 데이터 전압 인터커넥트로의 예정된 전압의 인가는 셔터의 폐쇄를 허용한다. 선택적인 실시형태에서, 픽셀은, 작동 전압의 인가 없이, 셔터를 기판에 대하여 횡단하여 이동시키도록 픽셀 내의 셔터의 일단에 연결된 탄성 부재를 포함한다.
일 실시형태에서, 픽셀은 계획된 현재 또는 장래의 셔터 위치를 저장하기 위한 메모리 요소를 포함한다. 메모리 요소는 커패시터, SRAM 회로 및/또는 DRAM 회로를 포함할 수 있다. 커패시터가 메모리 요소로서 기능을 할 때, 제어 매트릭스 는, 데이터 전압 인터커넥트에 대한 전압을 커패시터에 저장함으로써 계획된 셔터 위치를 저장한다.
픽셀에 대한 제어 매트릭스가 커패시터를 포함하는 일부 실시형태들에서, 셔터는 커패시터의 충전에 반응하여 횡단하여 이동한다. 다른 실시형태들에서, 셔터는 커패시터의 방전에 반응하여 횡단하여 이동한다.
제 5 양상에서, 본 발명은, 픽셀들의 배열 및 제어 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 픽셀들의 배열은 복수의 개구들을 가진 기판 및 개구들에 대응하는 복수의 셔터들을 포함한다. 셔터들은, 셔터의 이동 범위를 기판에 의해 형성된 평면에 평행한 이동면으로 실질적으로 제한하는 적어도 하나의 기계적 지지물을 가진다. 제어 매트릭스는, 픽셀에 대하여 기록가능 인터커넥트, 작동 인터커넥트, 스위치, 및 데이터 전압 인터커넥트를 포함한다. 데이터 전압 인터커넥트는 스위치를 제어하기 위한 전압을 전함으로써, 각각의 셔터에 연결된 작동기를 걸친 작동 전압 인터커넥트에 의해 전해진 전압의 인가를 조정하여, 각각의 셔터의 정전기적으로 구동된 이동을 실질적으로 이동면 내에서 허용한다.
제 6 양상에서, 본 발명은 영상을 디스플레이 상에 형성하는 방법에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 본 방법은, 기록가능 전압을 스캔 라인 내에 배열된 복수의 픽셀들로 인가하는 단계, 및 작동 전압을 스캔 라인 내의 적어도 하나의 픽셀들에 인가하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 픽셀 내의 작동기로의 작동 전압의 인가를 조정하기 위해 데이터 전압을 스캔 라인 내의 픽셀에 대응하는 스위치로 선택적으로 인가함으로써, 작동기에 연결된 셔터의 위치를 제어하는 단계를 포함한다. 작 동 전압의 크기는, 일 실시형태에서, 적어도 데이터 전압의 크기의 2배이다. 또 다른 실시형태에서, 작동 전압의 크기는 적어도 데이터 전압의 크기의 4배이다. 셔터는 기판에 인접한 횡단이동에 의해 위치를 변화시킨다. 일 실시형태에서, 본 방법은 작동기를 접지시킴으로써, 탄성 복원력이 셔터를 정지 위치로 횡단하여 구동시키는 것을 허용하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 횡단이동은, 픽셀들로의 전체 작동 전압의 인가에 반응하여 일어난다.
또 다른 실시형태에서, 본 방법은 픽셀에서의 셔터의 계획된 위치를 저장하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 계획된 셔터 위치를 저장하는 단계는 예를 들어 데이터 전압을 이용하여 커패시터를 충전하는 단계를 포함한다. 선택적인 실시형태에서, 계획된 위치를 저장하는 단계는 커패시터를 방전하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 계획된 위치를 저장하는 단계는 셔터 위치를 픽셀 내에 내장된 SRAM 회로 또는 DRAM 회로 내에 저장하는 단계를 포함한다.
제 7 양상에 있어서, 본 발명은, 픽셀들의 배열의 복수의 열들 및 복수의 행들 내의 픽셀들 사이에서 공유된 적어도 하나의 전기적 인터커넥트를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 일 실시형태에서, 본 발명은 픽셀들의 배열 및 제어 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 픽셀들의 배열은 복수의 개구들을 가지는 기판을 포함한다. 픽셀들의 배열은 또한 복수의 셔터들을 포함한다. 각각의 셔터는 하나의 개구에 대응한다. 각각의 픽셀은 하나 이상의 개구 셔터 쌍들을 포함한다. 셔터들은 기판에 대하여 횡단이동하도록 구성된다. 제어 매트릭스는 한 세트의 픽셀들 사이의 공통 전기적 연결부를 포함한다. 한 세트의 픽셀들은 픽셀들의 배열의 복수의 행들 및 복수의 열들 내의 픽셀들을 포함한다. 제어 매트릭스는 또한 복수의 데이터 전압 인터커넥트들을 포함한다. 픽셀들의 배열 내의 픽셀들의 각각의 열은 자신의 대응하는 데이터 전압 인터커넥트를 가진다. 제어 매트릭스는, 픽셀들의 배열 내의 픽셀에 대하여, 데이터 전압 인터커넥트에 인가되는 전압에 반응하여 대응하는 셔터의 작동을 제어하는 스위치를 포함한다.
일 실시형태에서, 공통 전기적 연결부는 전체 작동 인터커넥트로서 기능을 한다. 이러한 실시형태들에서, 데이터 전압 인터커넥트로의 데이터 전압의 인가는 셔터의 이동을 개시하는 데에 필요한 최소 전압 변화를 실질적으로 감소시킨다. 공통 전기적 연결부가 전체 작동 인터커넥트로서 기능을 할 때, 공통 전기적 연결부는 추가적인 최소 전압 변화를 제공한다. 그러므로 공통 전기적 연결부에 인가되는 전체 작동 전압에 반응하여, 주어진 영상 프레임을 형성하도록 이동할 공통 전기적 연결부에 연결된 모든 셔터들은 동시에 이동한다. 디스플레이 장치는 또한 전압을 공통 전기적 연결부에 인가하기 위한 전체 작동 전압원을 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 공통 전기적 연결부는, 공통 전기적 연결부가 연결된 픽셀들 내에 저장된 전류를 받기 위한 공통 전류 드레인(drain)으로서 기능을 한다. 일부 실시형태들에서, 셔터들은 대응하는 커패시터의 방전에 반응하여 작동한다. 공통 전류 드레인으로서 기능을 할 때, 공통 전기적 연결부는 방전으로부터 일어나는 전류를 받음으로써, 셔터들의 작동 및 이동을 허용한다.
일 실시형태에서, 셔터들은 쌍안정 셔터 어셈블리들에 의해 지지된다. 셔터 어셈블리들은 전기적으로 그리고/또는 기계적으로 쌍안정일 수 있다. 일 실시형태에서, 셔터 어셈블리는, 기판에 횡단하는 하나의 경로에서 셔터를 횡단하여 이동시킴으로써 셔터를 개방하기 위한 셔터 개방 어셈블리, 및 기판에 횡단하는 대향하는 경로에서 셔터를 횡단하여 이동시킴으로써 셔터를 폐쇄하기 위한 셔터 폐쇄 작동기를 포함한다. 일 실시형태에서, 픽셀은 또한 하나 이상의 계획된 셔터 위치들을 저장하기 위한 메모리 요소를 포함한다. 이러한 일 실시형태에서, 픽셀에 대응하는 스위치는 데이터 전압을 메모리 유닛에 저장하여 계획된 셔터 위치들을 저장한다.
제 8 양상에서, 본 발명은, 디스플레이 장치 내의 픽셀들의 배열의 복수의 행들 및 복수의 열들 내의 픽셀들 사이에 공유된 전기적 접속부를 이용함으로써 디스플레이 상에 영상을 형성하는 방법에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 본 방법은 디스플레이의 제 1 스캔 라인을 선택하는 단계를 포함한다. 제 1 스캔 라인은 복수의 픽셀들을 포함한다. 선택된 스캔 라인 내의 픽셀들 중 적어도 하나에 대하여, 작동기에 걸친 전압은 작동기에 대응하는 셔터가, 셔터가 만들어진 기판 내에 형성된 개구에 인접하여 횡단하여 이동하는 것을 가능하게 하도록 조정된다. 본 방법은, 제 2 세트의 픽셀들을 포함하는 제 2 스캔 라인을 선택하는 단계, 및 제 2 세트의 픽셀들 내의 픽셀들 중 하나 내의 작동기에 걸친 전압을 조정함으로써 제 2 셔터가 기판 내의 제 2 개구에 인접하게 횡단하여 이동하는 것을 가능하게 하는 단계를 더 포함한다. 작동기들에 걸친 전압들은 일 실시형태에서 작동기들에 대응하는 스위치들로의 데이터 전압들의 인가에 의해 조정된다. 픽셀은 단일 스위치를 가질 수 있거나 또는 셔터를 개방하고 폐쇄하기 위한 개별적인 스위치들을 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 스위치에 의해 조정된 전압의 크기는 데이터 전압의 크기보다 상당히 더 높다. 일 실시형태에서, 셔터가 이동하는 것을 가능하게 하는 단계는, 작동이 일어나는 작동기에 인가되는 것이 필요한 최소 전압 변화를 실질적으로 감소시키는 단계를 포함한다.
본 방법은, 또한 전체 작동 전압을 디스플레이의 복수의 열들 및 복수의 스캔 라인들 내의 픽셀들을 연결하는 전체 작동 인터커넥트로 인가함으로써 작동기들을 작동시키는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 전체 작동 인터커넥트는, 픽셀들의 배열 내의 픽셀들 내에 저장된 전류를 받음으로써 가능하게 된 작동기들의 작동을 허용하기 위한 공통 전류 드레인을 제공한다. 그 다음에 광은 영상을 디스플레이 상에 형성하기 위해 개구들을 향하여 안내된다.
일 실시형태에서, 픽셀들의 배열 내의 셔터들은 셔터 어셈블리들에 의해 지지된다. 셔터 어셈블리들은 전기적으로 그리고/또는 기계적으로 쌍안정일 수 있다.
디스플레이를 작동시키는 데에 필요한 전력은 디스플레이 내의 다양한 요소들의 정전용량에서의 불균형을 이용함으로써 감소될 수 있다. 디스플레이는 픽셀들의 배열을 포함한다. 구체적으로, 디스플레이 내의 각각의 픽셀은 2개의 전극들을 가지는 적어도 하나의 작동기를 포함한다. 하나의 전극은 다른 전극보다 더 높은 정전용량을 가진다. 게다가, 디스플레이 내의 픽셀들을 어드레싱하고 작동시키는 데에 사용되는 신호들 중에서, 일부 신호들은 전압 크기에서 다른 신호들보다 더 큰 진폭들을 경험하고, 일부 신호들은 다른 신호들보다 더욱 자주 전환된다. 각각의 픽셀의 더 낮은 정전용량 전극에서 더 큰 크기 또는 더 큰 주파수 전압들을 구 동시키면 전력 관리가 향상된다.
더욱 구체적으로, 제 9 양상에서, 본 발명은, 셔터 어셈블리 및 제어 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 셔터 어셈블리는 셔터 및 구동 전극을 포함한다. 셔터 어셈블리 및 구동 전극은 상당히 다른 정전용량들을 가진다. 셔터 어셈블리는, 셔터와 구동 전극 사이의 전위차의 생성에 반응하여, 셔터는 구동 전극을 향하여 정전기적으로 끌어당겨진다. 일 실시형태에서, 셔터 어셈블리는, 셔터의 이동 범위를 셔터 어셈블리가 만들어지는 기판에 평행한 평면으로 실질적으로 제한하기 위한 기계적 지지물을 포함한다.
제어 매트릭스는, 제 1 크기를 가진 제 1 전압을 셔터 또는 구동 전극으로 인가하기 위한 제 1 전압 인터커넥트를 포함한다. 제어 매트릭스는 또한 제 2 크기를 가진 제 2 전압을 셔터 또는 구동 전극에 인가하기 위한 제 2 전압 인터커넥트를 포함한다. 셔터가 구동 전극보다 더 높은 정전용량을 가진다고 가정하면, 제 1 전압 인터커넥트에 의해 인가된 전압의 크기가 제 2 전압 인터커넥트에 의해 인가된 크기보다 더 작은 경우, 제 1 전압 인터커넥트는 셔터에 연결되고 제 2 전압 인터커넥트는 구동 전극에 연결된다. 그렇지 않은 경우, 제 1 전압 인터커넥트는 구동 전극에 연결되고 제 2 전압 인터커넥트는 셔터에 연결된다. 역으로, 셔터가 구동 전극보다 더 낮은 정전용량을 가진다고 가정하면, 제 1 전압 인터커넥트에 의해 인가된 전압의 크기가 제 2 전압 인터커넥트에 의해 인가된 크기보다 큰 경우, 제 1 전압 인터커넥트는 셔터에 연결되고 제 2 전압 인터커넥트는 구동 전극에 연결된다.
일 실시형태에서, 제 2 전압은 접지 전압 또는 거의 접지 전압이다. 또 다른 실시형태에서, 제 2 전압은 접지 전압과 접지 전압의 약 1/2 사이에서 변화한다. 제 2 전압 인터커넥트는 전체 작동 인터커넥트로서 기능을 할 수 있다.
일 실시형태에서, 구동 전극으로의 제 1 전압의 인가는 셔터를 개방한다. 선택적인 실시형태에서, 구동 전극으로의 제 1 전압의 인가는 셔터를 폐쇄한다. 또 다른 실시형태에서, 구동 전극으로의 제 1 전압의 인가는, (개방되거나 폐쇄된) 셔터를, 제 2 전압 인터커넥트를 경유하여 셔터에 인가된 전압 없이 이동시킨다.
또 다른 실시형태에서, 셔터 어셈블리는 제 3 전압 인터커넥트에 연결된 제 2 구동 전극을 포함한다. 제 1 구동 전극으로의 제 1 전압의 인가는 셔터 어셈블리가 셔터를 개방 위치로 이동시키도록 하고, 제 2 구동 전극으로의 제 3 전압의 인가는 셔터를 폐쇄한다. 그러나, 일 실시형태에서, 제 2 전압의 인가는 셔터 이동을 방지한다.
제 10 양상에서, 본 발명은 영상을 형성하는 방법에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 본 방법은 셔터 및 구동 전극을 가진 셔터 어셈블리를 제공하는 단계를 포함한다. 셔터 및 구동 전극은 상당히 다른 정전용량들을 가진다. 제 1 전압은 셔터 또는 구동 전극에 인가된다. 제 2 전압은 셔터 또는 구동 전극 중 다른 것에 인가됨으로써 셔터와 구동 전극 사이의 전위차를 생성한다. 전위차는 셔터를 구동 전극을 향하여 끌어당긴다. 제 1 전압은 제 2 전압보다 더 높다. 그러므로 셔터가 구동 전극보다 더 높은 정전용량을 가진다면, 제 1 전압이 구동 전극에 인가된다. 셔터가 구동 전극보다 더 낮은 정전용량을 가진다면, 제 1 전압은 셔터에 인가된다.
또 다른 양상에서, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은, 하우징(housing), 및 하우징 내에 설치되고 각각의 픽셀을 온(on) 조건 또는 오프(off) 조건으로 설정하도록 진행 광선의 경로를 통하여 각각의 셔터를 횡단하여 이동시킴으로써 광을 변조할 수 있는 복수의 횡단이동가능 셔터들을 가진 광 변조층을 가진 디스플레이 패널을 가진 휴대용 핸드헬드 장치들(portable handheld devices)을 포함한다. 제어 매트릭스는, 광을 변조하기 위해 상기 횡단이동가능 셔터들을 이동시키기 위한 횡단이동가능 셔터들 중 각각의 횡단이동가능 셔터에 대한 제어를 제공하기 위해 디스플레이 패널에 연결된다. 제어 매트릭스는 수동 또는 능동 매트릭스 디스플레이를 위한 것이고, 각각이 각각의 이동가능 셔터와 관련된 복수의 제어 회로들을 가질 수 있다. 전원은 하우징 내에 배치되어 있고, 광원과 제어기에 연결되어 있다. 휴대용 핸드헬드 장치는, 다른 물건들, 게임 콘솔들, 휴대폰들, 오디오 플레이어들, 비디오 플레이어들, 시계들, 전자책들, 디지털 카메라들, 텔레비젼들, GNSS 수신기들, 및 휴대용 컴퓨터들 사이에 있을 수 있다.
선택적으로, 휴대용 핸드헬드 장치는 영상을 디스플레이하기 위해 이동가능 셔터 요소들을 제어하기 위한, 제어 매트릭스에 연결된 디스플레이 제어기를 가진다. 디스플레이 제어기는, 컬러 영상을 디스플레이하기 위해 결정된 순서를 통하여 각각의 이동가능 셔터들을 구동시키기 위해 이동가능 셔터들에 대한 온 및 오프 조건들의 순서를 결정할 수 있는 컬러 영상 생성기, 전형적으로 프로그램가능 논리 장치(programmable logic device)를 포함할 수 있다.
선택적으로, 휴대용 핸드헬드 장치는 디스플레이 패널 내에 배치된 적어도 하나의 컬러 필터를 가질 수 있고, 디스플레이 제어기는, 디스플레이 패널에 연결되어 있고, 한 그룹의 이동가능 셔터들을 예정된 구간들의 선택된 상태로 이동시키기 위해 동기 펄스를 생성하는 동기 제어기를 포함한다. 영상 신호를 위한 저장소를 가지며 제어기에 연결된 영상 메모리가 이용될 수 있고, 메모리는 착탈식 메모리 저장 장치일 수 있다.
디스플레이 패널은 광 변조층의 하면에 결합된 투명 기판, 및 투명 기판의 하부에 배치된 광원을 가질 수 있다. 각각이 선택된 색상을 생성할 수 있는 복수의 광원들이 이용될 수 있고, 디스플레이 제어기 또는 개별적인 광 제어기는 컬러 영상을 디스플레이하기 위해 복수의 광원들을 순차적으로 작동시키도록 제공될 수 있다. 디스플레이 제어기는, 또한 영상을 생성하기 위해 이용되는 컬러 비트 수를 제어하기 위한 컬러 비트 제어기를 제공하거나 가질 수 있다.
장치들은, 하우징에 결합되고 사용자 명령들에 반응하는 입력 신호들을 생성할 수 있는 사용자 인터페이스 장치, 및 디스플레이 패널의 상면 위에 배치되고, 사용자에 의해 눌려지는 디스플레이 패널 상의 위치를 나타내는 신호들을 생성할 수 있는 접촉 감지 스크린을 가질 수 있다. 덮개판은 외부 압력에 반응하여 내향 변형을 제한하도록 선택된 두께를 가질 수 있고, 광 변조 기판과 덮개판 사이에 배치된 지지물들은 덮개판에 인접하여 지지할 수 있다.
*전력 제어기는 전원에 연결될 수 있고, 전원으로부터 끌어당겨진 전력을 선택적으로 조정하기 위한 복수의 동작 모드들을 가질 수 있다. 타이머는, 광원이 전 환되는 선택된 기간 또는 타이밍 이후에 광원이 구동되는 진폭을 변화하도록 전력 제어기를 안내할 수 있다. 전력 제어기는, 광원들 중 적어도 하나가 전원으로부터 낮은 전력을 끌어당기는 색상들을 생성하도록 전환하는 타이밍을 제어할 수 있고, 전환되지 않은 광원을 이용하여 단색 광을 생성하기 위해 광원을 제어할 수 있다.
레벨 탐지기는, 하우징의 외부의 광을 측정하고 적어도 부분적으로 측정에 근거하여 전원으로부터 끌어당겨진 전력을 선택적으로 조정하기 위한 전력 제어기에 연결될 수 있다.
광 변조층 상에 형성되고, 제어 매트릭스에 연결되며, 각각의 착탈식 셔터를 향하여 이동하도록 배열된 착탈식 접촉부는, 셔터를 이동시키기 위해 인가된 전압을 감소시킬 수 있다.
이러한 장치들을 이용하고 제조하기 위한 방법들이 또한 기술되고 있다.
본 발명에 따르면, 화질이 향상되고 전력 소비가 감소되기 위해 고속 및 저전압으로 구동될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 전체적인 지식을 제공하기 위해, 영상들을 디스플레이하기 위한 장치들 및 방법들을 포함하는 특정 예시적 실시형태들이 기술될 것이다. 그러나 당업자는, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들이 설명되는 사용에 적합하게 채택되고 변형되는 것, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들이 다른 적합한 사용들에서 이용될 수 있는 것, 및 이러한 다른 추가들 및 변형들이 본 발명의 범위를 벗 어나지 않는다는 것을 이해할 것이다.
도 1a는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 디스플레이 장치(100)의 등각투영도이다. 디스플레이 장치(100)는 복수의 광 변조기들, 특히 행들 및 열들로 배열된 복수의 셔터 어셈블리들(102a-102d)(일반적으로 "셔터 어셈블리들(102)")을 포함한다. 셔터 어셈블리들(102a 및 102d)은 광이 통과하는 것을 허용하는 개방 상태에 있다. 셔터 어셈블리들(102b 및 102c)은, 광의 통로를 방해하는 폐쇄 상태에 있다. 셔터 어셈블리들(102a 내지 102d)의 상태들을 선택적으로 설정함으로써, 광 변조 배열(100)은 램프(105)에 의해 조명되는, 프로젝션 또는 후광 디스플레이를 위한 영상(104)을 형성하도록 이용될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 장치(100)는 장치의 전방으로부터 생겨난 주변 광의 반사에 의해 영상을 형성할 수 있다.
디스플레이 장치(100)에서, 각각의 셔터 어셈블리(102)는 영상(104) 내의 픽셀(106)에 대응한다. 다른 실시형태들에서, 디스플레이 장치(100)는 영상(104) 내의 픽셀(106)을 형성하기 위해 복수의 셔터 어셈블리들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(100)는 3색-지정 셔터 어셈블리들(102)을 포함할 수 있다. 픽셀에 대응하는 하나 이상의 색상 지정 셔터 어셈블리들을 선택적으로 개방함으로써, 셔터 어셈블리는 영상 내의 컬러 픽셀(color pixel)을 생성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 디스플레이 장치(100)는 영상(104) 내의 그레이 스케일을 제공하기 위해 픽셀(106) 당 2개 이상의 셔터 어셈블리들(102)을 포함한다. 영상에 대하여, "픽셀"은, 영상의 해상도에 의해 정해진 가장 작은 픽쳐 요소(picture element)에 대응한다. 디스플레이 장치(100)의 구조적 요소들에 대하여, 용어 "픽셀"은, 단일 픽셀의 영상을 형성하는 광을 변조하는 데에 이용되는 결합된 기계적 전기적 요소들을 칭한다.
각각의 셔터 어셈블리(102)는 셔터(108) 및 개구(109)를 포함한다. 영상(104) 내의 픽셀(106)을 조명하기 위해, 셔터(108)는, 광이 뷰어를 향하여 개구(109)를 통과하는 것을 허용하도록 위치된다. 픽셀(106)을 점등되지 않도록 유지하기 위해, 셔터(108)는, 개구(109)를 통하는 광의 통로를 방해하도록 위치된다. 개구(109)는 각각의 셔터 어셈블리(102) 내의 반사 또는 광 흡수 물질을 통하여 패터닝된 개구에 의해 형성된다.
디스플레이 장치는 또한 기판 및 셔터들의 이동을 제어하기 위한 셔터 어셈블리들에 연결된 제어 매트릭스를 포함한다. 제어 매트릭스는, 픽셀들의 행 당 적어도 하나의 기록가능 인터커넥트(110)(또한 "스캔 라인 인터커넥트(scan-line interconnect)"라 함)를 포함하는 일련의 전기적 인터커넥트들(예를 들어, 인터커넥트들(110, 112, 및 114)), 픽셀들의 각각의 열에 대한 하나의 데이터 인터커넥트(112), 및 디스플레이 장치(100)의 복수의 열들 및 복수의 행들의 픽셀들에 공통 전압을 제공하는 하나의 공통 인터커넥트(114)를 포함한다. 적절한 전압의 인가에 반응하여, 주어진 행의 픽셀들에 대한 기록가능 인터커넥트(110)는 새로운 셔터 이동 명령들을 받도록 행 내의 픽셀들을 준비한다. 데이터 인터커넥트들(112)은 데이터 전압 펄스들의 형태로 새로운 이동 명령들을 전달한다. 일부 실시형태들에서, 데이터 인터커넥트들(112)에 인가된 데이터 전압 펄스들은, 셔터들의 정전기적 이동에 직접 기여한다. 다른 실시형태들에서, 데이터 전압 펄스들은, 셔터 어셈블리 들(102)로의, 데이터 전압들보다 크기가 더 큰 개별적인 작동 전압들의 인가를 제어하는 트랜지스터들 또는 다른 비선형 회로 요소들과 같은 스위치들을 제어한다. 그 다음에 이러한 작동 전압들의 인가는 셔터들(108)의 정전기적 이동을 일으킨다.
도 1b는 디스플레이 장치(100)의 블록도(150)이다. 블록도(150)에 도시된 것처럼, 이상에서 기술된 디스플레이 장치(100)의 요소들에 추가하여, 디스플레이 장치(100)는 복수의 스캔 구동기들(152)(또한 "기록가능 전압원들"이라 함) 및 복수의 데이터 구동기들(154)(또한 "데이터 전압원들"이라 함)을 포함한다. 스캔 구동기들(152)은 기록가능 전압들을 스캔 라인 인터커넥트들(110)에 인가한다. 데이터 구동기들(154)은 데이터 전압들을 데이터 인터커넥트들(112)에 인가한다. 디스플레이 장치의 일부 실시형태들에서, 데이터 구동기들(154)은, 영상(104)의 그레이 스케일이 아날로그 방식으로 구동되는 셔터 어셈블리들에 아날로그 데이터 전압들을 제공하도록 구성된다. 아날로그 동작에서, 한 범위의 중간 전압들이 데이터 인터커넥트들(112)을 통하여 인가될 때, 셔터들(108) 내에서 한 범위의 중간 개방 상태들이 생김에 따라, 영상(104) 내에서 한 범위의 중간 조명 상태들 또는 그레이 스케일들이 생긴다.
다른 경우들에서, 데이터 구동기들(154)은 감소된 세트의 2, 3, 또는 4 디지털 전압 레벨들만을 제어 매트릭스에 인가하도록 구성된다. 이러한 전압 레벨들은, 디지털 방식으로 개방 상태 또는 폐쇄 상태를 셔터들(108)의 각각에 설정하도록 디자인된다.
스캔 구동기들(152) 및 데이터 구동기들(154)은 디지털 제어기 회로(156)(또 한 "제어기(156)"라 함)에 연결된다. 제어기는, 들어오는 영상 신호들을, 공간적 어드레싱 및 디스플레이의 그레이 스케일 용량들에 적절한 디지털 영상 포맷으로 처리하는 디스플레이 인터페이스(158)를 포함한다. 데이터 구동기들(154)에 필요한 데이터가 공급될 수 있도록 각각의 영상의 픽셀 위치 및 그레이 스케일은 프레임 버퍼(159) 내에 저장된다. 데이터는, 행들 및 영상 프레임들에 의해 그룹화된 예정된 순서들로 구성된 일련의 방식으로 데이터 구동기들(154)로 보내진다. 데이터 구동기들(154)은 직렬 병렬 데이터 변환기들(series to parallel data converters), 레벨 시프팅(level shifting), 및 일부 응용예들에 대한 디지털 아날로그 전압 변환기들(digital to analog voltage converters)을 포함할 수 있다.
다른 디스플레이 기능들을 위한 모든 구동기들(예를 들어, 스캔 구동기들(152), 데이터 구동기들(154), 작동 구동기(153) 및 전체 작동 구동기(155))은 제어기(156) 내의 타이밍-컨트롤(timing-control; 160)에 의해 시간-동기화된다. 타이밍 명령들은, 램프 구동기들(168)을 경유한 적색, 녹색 및 청색 램프들(162, 164 및 166)의 조명, 픽셀들의 배열의 지정 행들의 기록가능 및 순서화, 데이터 구동기들(154)로부터의 전압들의 출력, 및 셔터 작동을 제공하는 전압들의 출력을 조정한다.
제어기(156)는, 배열 내의 셔터들(108) 각각이 새로운 영상(104)에 적절한 조명 레벨들로 재설정될 수 있는 순서화 또는 어드레싱 구조를 결정한다. 새로운 영상들(104)은 주기적 구간들에서 설정될 수 있다. 예를 들어, 비디오 디스플레이들에 대해, 비디오의 컬러 영상들(104) 또는 프레임들은 10 내지 300 Hz 범위의 주 파수들에서 공급된다. 일부 실시형태들에서, 선택적인 영상 프레임들이 적색, 녹색 및 청색과 같은 변동하는 일련의 색상들로 조명되도록, 영상 프레임의 설정이 후광의 조명으로 동기화된다. 각각의 색상에 대한 영상 프레임들은 색상 서브-프레임(color sub-frame)으로 칭해진다. 필드 순차 컬러 방법(field sequential color method)으로 칭해지는 방법에서, 색상 서브-프레임들이 20Hz를 초과하는 주파수에서 변경된다면, 인간의 뇌는, 변경되는 프레임 영상들을, 넓고 연속적인 범위의 색상들을 가진 영상으로 인지한다.
디스플레이 장치(100)가 개방 상태와 폐쇄 상태 사이의 셔터들(108)의 디지털 전환을 위해 디자인된다면, 제어기(156)는, 적절한 그레이 스케일을 가진 영상들(104)을 생성하기 위해 영상 프레임들 사이의 어드레싱 순서 및/또는 시간 구간들을 제어할 수 있다. 셔터(108)가 특정 프레임에서 개방되는 시간의 양을 제어함으로써 그레이 스케일의 변화 레벨들을 생성하는 처리는 시간 분할 그레이 스케일로 칭해진다. 시간 분할 그레이 스케일의 일 실시형태에서, 제어기(156)는, 픽셀의 조명 레벨 또는 그레이 스케일을 따라서, 셔터(108)가 개방 상태로 남아 있도록 허용되는 각각의 프레임 내의 기간 또는 시간 부분을 결정한다. 시간 분할 그레이 스케일의 또 다른 실시형태에서, 프레임 시간은, 4-비트 이진 그레이 스케일(4-bit binary gray scale)에 적절한 조명 레벨들에 따른 15 균등 기간 서브-프레임(15 equal time-duration sub-frame)들로 분할된다. 그 다음에 제어기(156)는 구별되는 영상을 15개의 서브-프레임들 각각 내로 설정한다. 영상의 밝은 픽셀들은 15개의 서브-프레임들의 대부분 또는 모두에 대한 개방 상태에 있고, 어두운 픽셀들은 서 브 프레임들의 부분에 대한 개방 상태로 설정된다. 시간 분할 그레이 스케일의 또 다른 실시형태에서, 제어기 회로(156)는, 조도를 나타내는 코딩된 그레이 스케일 워드의 비트-레벨 중요성에 비례하여 일련의 서브-프레임들의 기간을 변경한다. 즉, 서브-프레임들의 기간들은 이진 시리즈 1, 2, 4, 8...을 따라서 변화될 수 있다. 각각의 픽셀에 대한 셔터들(108)은 그 다음에 계획된 그레이 레벨에 대한 이진 워드 내의 대응하는 위치에서의 비트 값에 따라서 특정 서브-프레임의 개방 또는 폐쇄 상태로 설정된다.
다수의 혼성 기술들이, 이상에서 기술된 시간 분할 기술들을 픽셀 당 복수의 셔터들(108) 또는 후광 강도의 독립 제어와 결합하는 그레이 스케일을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 기술들이 이하에서 설명될 것이다.
제어 매트릭스를 어드레싱하는 것, 즉 제어 정보를 픽셀들의 배열로 공급하는 것은, 일 실시형태에서 매트릭스의 스캔 라인들 또는 행들로 칭해지는 각각의 라인들의 순차적 어드레싱에 의해 달성된다. Vwe를 주어진 스캔 라인에 대한 기록가능 인터커넥트(110)로 인가하고, 데이터 전압 펄스들 Vd를 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트들(112)에 선택적으로 인가함으로써, 제어 매트릭스는 기록가능 행 내의 각각의 셔터(108)의 이동을 제어할 수 있다. 디스플레이 장치(100) 내의 픽셀들의 각각의 행에 대하여 이러한 단계들을 반복함으로써, 제어 매트릭스는 디스플레이 장치(100) 내의 각각의 픽셀로의 이동 명령들의 설정을 완성할 수 있다.
선택적인 일 실시형태에서, 제어 매트릭스는 Vwe를 픽셀들의 복수의 행들의 기록가능 인터커넥트(110)로 동시에 인가하고, 예를 들어, 픽셀들의 다른 행들 내의 픽셀들에 대한 이동 명령들 사이의 유사성들을 이용하여, 이동 명령들을 디스플레이 장치(100) 내의 모든 픽셀들로 제공하는 데에 필요한 시간 량을 감소시킨다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 행들은, 특히 코딩된 시간 분할 그레이 스케일을 이용하여 생성되는 시각 가공물을 최소화하기 위해, 의사-무작위(pseudo-randomized) 순서와 같이 비순차적으로 어드레싱된다.
선택적인 실시형태들에서, 배열 내로 내장된 픽셀들을 제어하는 픽셀들의 배열 및 제어 매트릭스들은 직사각형 행들 및 열들이 아닌 구성들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 픽셀들은, 육각형 배열들 또는 곡선을 이루는 행들 및 열들로 배열될 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 이용된 것처럼, 용어 스캔-라인(scan-line)은 기록가능 인터커넥트를 공유하는 복수의 픽셀들을 칭한다.
셔터 어셈블리들
도 2는, 도 1의 디스플레이 장치(100) 내에 내장되기에 적합한 예시적인 셔터 어셈블리(200)의 다이어그램이다. 셔터 어셈블리(200)는 작동기(204)에 연결된 셔터(202)를 포함한다. 작동기(204)는 2개의 개별적인 유연 전극 빔 작동기들(205)을 포함한다. 셔터(202)의 일 측면에 작동기들(205)이 연결된다. 작동기들(205)은, 표면에 실질적으로 평행한 이동면 내의 표면 위를 횡단하여 셔터를 이동시킨다. 셔터의 대향하는 면은, 작동기(204)에 의해 가해지는 힘들에 대향하는 복원력을 제공하는 스프링(207)에 연결된다.
각각의 작동기(205)는 셔터(202)를 로드 앵커(load anchor; 208)에 연결하는 유연 로드 빔(compliant load beam; 206)을 포함한다. 유연 로드 빔들(206)을 가진 로드 앵커들(208)은 셔터(202)가 표면 근처에 매달려 있도록 유지하는 기계적 지지물들로서 기능을 한다. 표면은 광의 통로를 허용하기 위한 하나 이상의 개구들(211)을 포함한다. 로드 앵커들(208)은 유연 로드 빔들(206) 및 셔터(202)를 표면에 물리적으로 연결하고, 로드 빔들(206)을 바이어스(bias) 전압, 일부 경우들에서는 접지 전압에 전기적으로 연결한다.
각각의 작동기(204)는 또한 각각의 로드 빔(206)에 인접하여 위치된 유연 구동 빔(216)을 포함한다. 구동 빔들(216)의 일단은 구동 빔들(216) 사이에 공유된 구동 빔 앵커(218)에 연결된다. 각각의 구동 빔(216)의 타단은 자유롭게 이동한다. 각각의 구동 빔(216)은, 구동 빔(216)의 자유단과 로드 빔(206)의 고정단 근처에서 로드 빔(206)에 가장 가깝도록 만곡되어 있다. 동작 중에, 셔터 어셈블리(200)를 내장하는 디스플레이 장치는 전위를, 구동 빔 앵커(218)를 경유하여 구동 빔들(216)에 인가한다. 제 2 전위는 로드 빔들(206)에 인가될 수 있다. 구동 빔들(216)과 로드 빔들(206) 사이의 결과적인 전위차는 구동 빔들(216)의 자유단들을 로드 빔들(206)의 고정단들을 향하여 잡아당기고, 로드 빔들(206)의 셔터 말단들을 구동 빔들(216)의 고정 말단들을 향하여 잡아당김으로써, 셔터(202)를 구동 앵커(218)를 향하여 횡단하여 구동시킨다. 빔들(206 및 216)에 걸친 전압이 제거될 때, 로드 빔들(206)이 셔터(202)를 초기 위치로 밀어내고 로드 빔들(206) 내에 저장된 응력을 방출하도록, 유연 부재들(206)은 스프링들로서 작용한다.
수동 복원력 메커니즘을 내장하는, 셔터 어셈블리(200)와 같은 셔터 어셈블 리는 일반적으로 탄성 셔터 어셈블리로서 칭해진다. 다수의 탄성 복원 메커니즘들은, 정전 작동기들과 결합하여, 일 실시예를 제공하는 셔터 어셈블리(200)에 도시된 유연 빔들로 만들어질 수 있다. 비동작 또는 이완 상태에서, 셔터들이 개방 또는 폐쇄되도록, 탄성 셔터 어셈블리들이 만들어질 수 있다. 예시적인 목적을 위하여, 이하에서는, 본 명세서에 기술된 탄성 셔터 어셈블리들은 이완 상태에서 폐쇄되도록 구성된다.
구동 빔들(216) 및 로드 빔들(206)의 만곡에 따라서, 셔터 어셈블리는 아날로그 또는 디지털 방식으로 제어될 수 있다. 빔들이 강한 비선형 또는 발산 만곡을 가질 때, 구동 빔들(216)과 로드 빔들(206) 사이의 아날로그 작동 전압의 인가는 셔터(202)의 예정된 증분 이동을 일으킨다. 그러므로, 셔터(202) 이동의 크기는, 구동 빔들(216)과 로드 빔들(206) 사이의 다른 크기 전압들을 인가함으로써 변화될 수 있다. 따라서, 더 많은 만곡된 빔들을 포함하는 셔터 어셈블리들(200)은, 아날로그 그레이 스케일 처리들을 실시하는 데에 이용된다.
덜 만곡된 빔들을 가진 셔터 어셈블리들에 대하여, 구동 빔들(216)과 로드 빔들(206) 사이의 전압의 인가는, 상기 전압이 임계 전압(Vat)보다 크다면 셔터 이동을 일으킨다. Vat와 같거나 초과하는 전압의 인가는, 최대 셔터 이동을 일으킨다. 즉, 셔터(202)가 임계값과 같거나 초과하는 전압의 인가 없이 폐쇄된다면, Vat와 같거나 초과하는 전압의 인가는 셔터를 완전히 개방한다. 이러한 셔터 어셈블리들은, 디스플레이 장치(100)의 다양한 실시형태들의 시간 분할 및/또는 디지털 영역 분할 그레이 스케일 처리들을 실시하는 데에 이용된다.
도 3a 및 3b는, 디스플레이 장치(100) 내에서 사용하기에 적합한 제 2 셔터 어셈블리(300)의 등각투영도들이다. 도 3a는 개방 상태의 제 2 셔터 어셈블리(300)의 도면이다. 도 3b는 폐쇄 상태의 제 2 셔터 어셈블리(300)의 도면이다. 셔터 어셈블리(200)와 비교하여, 셔터 어셈블리(300)는 셔터(306)의 양측에 작동기들(302 및 304)을 포함한다. 각각의 작동기(302 및 304)는 독립적으로 제어된다. 제 1 작동기, 셔터 개방 작동기(302)는 셔터(306)를 개방하는 기능을 한다. 제 2 작동기, 셔터 폐쇄 작동기(304)는 셔터(306)를 폐쇄하는 기능을 한다. 작동기들(302 및 304)은 바람직하게는 유연 빔 전극 작동기들이다. 작동기들(302 및 304)은, 셔터(306)를, 실질적으로 셔터가 매달려 있는 표면(307)에 평행한 평면 내에서 구동함으로써, 셔터(306)를 개방하고 폐쇄한다. 셔터(306)는 작동기들(302 및 304)에 부착된 앵커들(308)에 의해 표면 위에 매달려 있다. 이동축을 따르는 셔터(306)의 양 말단들에 부착된 지지물들을 포함함으로써, 셔터(306)의 면외 이동이 감소되고 이동을 실질적으로 요망되는 이동면으로 한정한다. 표면(307)은, 표면(307)을 통하는 광의 통로를 허용하기 위한 적어도 하나의 개구(309)를 포함한다.
도 4는, 디스플레이 장치(100) 내의 구성요소로서 적합한 셔터 어셈블리들(402)의 배열(400)의 평면도이다. 각각의 셔터 어셈블리(402)는 셔터(404), 로드 빔(406), 및 2개의 구동 빔들(408)을 포함한다. 이상에서 기술된 셔터 어셈블리들(200 및 300)과 같이, 셔터들(404)이, 셔터들(404)이 구동되는 표면 내의 개구들을 통과하는 광을 선택적으로 간섭하도록, 셔터 어셈블리들(402)은 대응하는 셔터 들(404)을 횡단하여 구동함으로써 광을 변조한다.
셔터 어셈블리들 중 하나 내의 셔터들 중 하나를 구동하기 위해, 전압은 로드 빔(406) 및 구동 빔들(408) 중 하나 사이에 인가된다. 전압을 생성하기 위해, 제 1 전위는 선택된 구동 빔에 인가되고 제 2 전위는 로드 빔(406) 및 셔터(404)에 인가된다. 제 1 및 제 2 전위들은 같은 극성을 가질 수 있거나, 반대 극성들을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 전위들은 같은 크기를 가지거나 다른 크기들을 가질 수 있다. 각각의 전위는 접지 전위로 설정될 수 있다. 셔터 어셈블리가 작동하기 위해, 제 1 및 제 2 전위들 사이의 차이는 작동 임계 전압 Vat와 같거나 초과해야 한다.
대부분의 실시형태들에서, Vat는 실질적으로 다른 크기들의 전압들을 선택된 구동 빔 및 로드 빔에 인가함으로써 도달된다. 예를 들어, Vat가 40V라고 가정하면, 디스플레이 장치(100)는 30V를 구동 빔으로 인가할 수 있고 -10V를 로드 빔으로 인가할 수 있으며, 40V의 전위차를 일으킨다. 전력 손실을 제어하기 위해, 디스플레이의 접지 또는 패키지 전위에 대하여 각각의 전극에 인가된 절대 전압을 고려하고 제어하는 것이 또한 중요하다. 전위들을 작동기들의 배열에 인가하는 데에 필요한 전력은 전압원에 의해 확인된 정전용량에 비례하며(P= 1/2 fCV2), f는 구동 신호의 주파수이고, V는 전압원의 전압이며, C는 전압원에 의해 확인된 전체 정전용량이다. 전체 정전용량은, 로드 빔과 구동 빔 사이에 존재하는 정전용량, 전압원과 작동기 사이의 인터커넥트 라인을 다르는 트랜지스터들의 소스(source) 드레인 정전 용량, 인터커넥트와 이웃하는 셔터 어셈블리들 및/또는 크로스오버 라인들(crossover lines)을 포함하는 주변 요소들 사이의 정전용량, 및 로드 또는 구동 빔들과 이웃하는 셔터 어셈블리들 또는 디스플레이 패키지를 포함하는 주변 요소들 사이의 정전용량을 포함하는 여러 개의 추가적인 성분들을 가진다. 로드 빔(406)이 셔터(404)와 전기적으로 연결되기 때문에, 로드 빔(406)의 정전용량은 셔터(404)의 정전용량을 포함한다. 셔터는 전형적으로 픽셀의 큰 부분의 영역을 포함하기 때문에, 로드 빔과 주변 요소들 사이의 정전용량은 전압원에 의해 확인된 전체 정전용량의 상당 부분을 나타낼 수 있다. 게다가, 결합된 로드 빔(406) 및 셔터(404)의 영역과 구동 빔(408)의 영역의 차이는 상당하기 때문에, 로드 빔과 주변 요소들 사이의 정전용량은 구동 빔과 주변 요소들 사이의 정전용량보다 더 크다. 결과적으로, 구동 또는 로드 빔들에 연결된 전압원들에 의해 경험되는 CV2 전력 손실은, 전압 진폭의 범위가 같을지라도, 상당히 다르다. 이러한 이유로, 작동기, 즉 로드 빔의 가장 높은 정전용량 단자를 접지 또는 패키지 전위에 대하여 전압을 상당히 변화시키지 않는 전압원, 또는 구동 시스템이 필요로 하는 가장 높은 주파수들을 이용하여 전압을 변화시키지 않는 전압원으로 연결하는 것이 유리하다. 예를 들어, 작동기를 작동시키기 위해 로드 빔(406)과 구동 빔(408) 사이의 40V 차이가 필요하다면, 구동 빔과 접지 또는 케이스 전위 사이의 전위차는 40V의 적어도 절반을 나타내는 것이 유리하다.
셔터 어셈블리 배열(400) 상에 놓인 점선은 단일 픽셀(410)의 경계를 도시한 다. 픽셀(410)은 각각이 독립적으로 제어될 수 있는 2개의 셔터 어셈블리들(402)을 포함한다. 픽셀(410) 당 2개의 셔터 어셈블리들(402)을 가짐으로써, 셔터 어셈블리 배열(400)을 내장한 디스플레이 장치는 영역 분할 그레이 스케일을 이용하여 픽셀 당 3 레벨들의 그레이 스케일을 제공할 수 있다. 더욱 구체적으로, 픽셀은 다음의 상태들로 구동될 수 있다: 셔터 어셈블리들 모두 폐쇄; 하나의 셔터 어셈블리는 개방되고 하나의 셔터 어셈블리는 폐쇄; 또는 셔터 어셈블리들 모두 개방. 그러므로, 결과적인 영상 픽셀은 오프, 절반만큼 밝음, 또는 완전 밝음일 수 있다. 다른 크기의 개구들을 가진 픽셀(410) 내의 각각의 셔터 어셈블리(402)를 가짐으로써, 디스플레이 장치는 영역 분할 그레이 스케일을 이용하여 또 다른 레벨의 그레이 스케일을 제공할 수 있다. 도 2, 3 및 4의 셔터 어셈블리들(200, 300 및 402)은 쌍안정일 수 있다. 즉, 셔터들은, 각각의 위치에서 유지시키는 데에 필요한 전력을 거의 필요로 하지 않는 적어도 2개의 평형 위치(예를 들어, 개방 또는 폐쇄)들을 가질 수 있다. 더욱 구체적으로, 셔터 어셈블리(300)는 기계적으로 쌍안정일 수 있다. 셔터 어셈블리(300)의 셔터가 평형 위치에 설정된다면, 위치를 유지하는 전기적 에너지 또는 유지 전압이 필요하지 않다. 셔터 어셈블리(300)의 물리적 요소들에 대한 기계적 응력들은 셔터를 제 위치에서 유지할 수 있다.
셔터 어셈블리들(200, 300, 및 402)은 또한 전기적으로 쌍안정이 될 수 있다. 전기적 쌍안정 셔터 어셈블리에서, 대향하는 힘이 셔터에 발휘되더라도, 폐쇄된 작동기에 인가되면 작동기를 폐쇄시키면서 셔터를 제 위치에서 유지하는 셔터 어셈블리의 작동 전압 밑의 한 범위의 전압들이 존재한다. 대향하는 힘은, 셔터 어 셈블리(200) 내의 스프링(207)과 같은 셔터의 대향하는 말단에 부착된 스프링에 의해 발휘될 수 있고, 또는 대향하는 힘은 대향하는 작동기에 의해 발휘될 수 있다. 대향하는 힘에 대하여 셔터의 위치를 유지하는 데에 필요한 최소 전압은 유지 전압 Vm으로 칭해진다.
전기적 쌍안정은, 작동기에 걸친 정전력이 전압과 위치의 뚜렷한 함수라는 사실에 기인한다. 셔터 어셈블리들(200, 300, 및 402) 내의 작동기들의 빔들은 커패시터 판들로서 작용한다. 커패시터 판들 사이의 힘은 1/d2에 비례하는데, d는 커패시터 판들 사이의 간격이다. 폐쇄된 작동기에서, 작동기 빔들 사이의 간격은 매우 작다. 그러므로 작은 전압의 인가는 작동기 빔들 사이의 상대적으로 강한 힘을 일으킬 수 있다. 결과적으로, Vm과 같은 상대적으로 작은 전압은, 다른 요소들이 작동기에 대향하는 힘을 발휘할지라도, 작동기가 폐쇄되도록 유지할 수 있다.
(셔터를 개방하고 폐쇄하기 위해서) 2개의 개별적인 제어가능 작동기들을 제공하는 셔터 어셈블리(300)와 같은 셔터 어셈블리들에서, 셔터의 평형 위치는 작동기들의 각각에 걸친 전압차들의 결합된 효과에 의해 결정될 것이다. 바꿔 말하면, 셔터 위치뿐만 아니라 모든 3개의 말단들(셔터 개방 구동 빔, 셔터 폐쇄 구동 빔, 및 셔터/로드 빔들)의 전위들은, 셔터에 대한 평형력들을 결정하도록 고려되어야 한다.
전기적 쌍안정 시스템에 대하여, 한 세트의 논리 규칙들이 안정 상태들을 기술할 수 있고, 셔터에 대한 신뢰가능 어드레싱 또는 디지털 제어 구조들을 개발하 는 데에 사용될 수 있다. 이러한 논리 규칙들은 다음과 같다:
Vs는 셔터 또는 로드 빔에 대한 전위이다. Vo는 셔터 개방 구동 빔에 대한 전위이다. Vc는 셔터 폐쇄 구동 빔에 대한 전위이다. │Vo-Vs│는 셔터와 셔터 개방 구동 빔 사이의 전위차의 절대값이다. Vm은 유지 전압이다. Vat는 작동 임계 전압, 즉 대향하는 구동 빔으로의 Vm의 인가 없이 작동기를 작동시키는 데에 필요한 전압이다. Vmax는 Vo 및 Vc에 대한 최대 허용 전위이다. Vm ＜ Vat ＜ Vmax 이다. 그 다음에, Vo 및 Vc가 Vmax보다 작다고 가정한다:
1. │Vo-Vs│＜ Vm 그리고 │Vc-Vs│＜ Vm 라면, 셔터는 기계적 스프링의 평형 위치로 이완된다.
2. │Vo-Vs│＞ Vm 그리고 │Vc-Vs│＞ Vm 라면, 셔터가 이동하지 않고, 위치가 마지막 작동 이벤트에 의해 설립되는 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 유지된다.
3. │Vo-Vs│＞ Vat 그리고 │Vc-Vs│＜ Vm 라면, 셔터는 개방 위치로 이동한다.
4. │Vo-Vs│＜ Vm 그리고 │Vc-Vs│＞ Vat 라면, 셔터는 폐쇄 위치로 이동한다.
0 근처의 각각의 작동기에 대한 전위차들을 가지고 규칙 1을 따르면, 셔터는 이완된다. 많은 셔터 어셈블리들에서, 기계적 이완 위치가 부분적으로 개방되거나 폐쇄되고, 이러한 전압 조건은 바람직하게는 어드레싱 구조에서 회피된다.
규칙 2의 조건은 전체 작동 기능을 어드레싱 구조 내로 포함하는 것을 가능하게 한다. 적어도 유지 전압인 빔 전압차들을 제공하는 셔터 전압을 유지함으로써, 셔터 개방 전위 및 셔터 폐쇄 전위의 절대값들은, 의도하지 않은 셔터 이동의 위험 없이 (전압차들이 Vat를 초과하는) 넓은 전압 범위들에 걸친 어드레싱 순서에서 변경될 수 있다.
규칙들 3 및 4의 조건은, 셔터의 쌍안정 작동을 확보하는 어드레싱 순서 동안 일반적으로 목표가 되는 것들이다.
유지 전압차 Vm은 작동 임계 전압 Vat의 특정 부분으로서 디자인되거나 표현될 수 있다. 유용한 정도의 쌍안정을 위해 고안되는 시스템들에 대하여, 유지 전압은 Vat의 20% 내지 80%의 범위에 있을 수 있다. 시스템 내의 전하 누설 또는 기생 전압 변동은 유지 범위 바깥으로의 지지 전압의 편향-셔터의 의도하지 않은 작동을 일으키는 편향을 일으키지 않는다. 일부 시스템들에서, 예외적인 정도의 쌍안정 또는 히스테리시스(hysteresis)는, Vm이 Vat의 2% 내지 98%의 범위에 있도록 제공된다. 이러한 시스템들에서, V ＜ Vm의 전극 전압 조건이 이용가능한 어드레싱 및 작동 시간 이내에서 얻어질 수 있다.
제어 매트릭스들 및 그의 작동 방법들
도 5a는, 픽셀들의 배열을 어드레싱하기 위한 디스플레이 장치(100) 내의 구 성요소로서 적합한 제어 매트릭스(500)의 개념도이다. 도 5b는, 제어 매트릭스(500)를 포함하는 픽셀들의 배열의 부분의 등각투영도이다. 각각의 픽셀(501)은, 작동기(503)에 의해 제어되는 셔터 어셈블리(200)와 같은 탄성 셔터 어셈블리(502)를 포함한다.
제어 매트릭스(500)는, 셔터 어셈블리들(502)이 형성된 기판(504)의 표면 상에 확산 또는 박막 증착 전기 회로로서 제조된다. 제어 매트릭스(500)는, 제어 매트릭스(500) 내의 픽셀들(501)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(506) 및 제어 매트릭스(500) 내의 픽셀들(501)의 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트(508)를 포함한다. 각각의 스캔 라인 인터커넥트(506)는 기록가능 전압원(507)을 픽셀들(501)의 대응하는 행 내의 픽셀들(501)에 전기적으로 연결한다. 각각의 데이터 인터커넥트(508)는 데이터 전압원(Vd 소스; 509)을 픽셀들의 대응하는 열 내의 픽셀들(501)에 전기적으로 연결한다. 제어 매트릭스(500)에서, 데이터 전압(Vd)은 작동에 필요한 에너지의 대부분을 제공한다. 그러므로 데이터 전압원(509)은 또한 작동 전압원으로서 기능을 한다.
각각의 픽셀(501)에 대하여 또는 배열 내의 각각의 셔터 어셈블리에 대하여, 제어 매트릭스(500)는 트랜지스터(510) 및 커패시터(512)를 포함한다. 각각의 트랜지스터의 게이트(gate)는, 픽셀(501)이 위치되는 배열 내의 행의 스캔 라인 인터커넥트(506)에 전기적으로 연결된다. 각각의 트랜지스터(510)의 소스는 대응하는 데이터 인터커넥트(508)에 전기적으로 연결된다. 셔터 어셈블리(502)는 2개의 전극들 을 가진 작동기를 포함한다. 2개의 전극들은 주변 요소들에 대하여 상당히 다른 정전용량들을 가진다. 트랜지스터는 데이터 인터커넥트(508)를 낮은 정전용량을 가진 작동기 전극에 연결한다. 더욱 구체적으로, 각각의 트랜지스터(510)의 드레인은, 대응하는 커패시터(512)의 하나의 전극과, 작동기의 낮은 정전용량 전극에 전기적으로 병렬로 연결된다. 커패시터(512)의 다른 전극 및 셔터 어셈블리(502) 내의 작동기의 더 높은 정전용량 전극은 공통 또는 접지 전위에 연결된다. 동작 중에, 영상을 형성하기 위해, 제어 매트릭스(500)는 Vwe를 각각의 스캔 라인 인터커넥트(506)에 인가함으로써, 배열 내의 각각의 행을 순차적으로 기록가능하다. 기록가능 행에 대하여, 행 내의 픽셀들(501)의 트랜지스터들(510)의 게이트들로의 Vwe의 인가는, 트랜지스터들을 통한 데이터 인터커넥트들을 통한 전류의 흐름이 전위를 셔터 어셈블리(502)의 작동기로 인가하는 것을 허용한다. 행이 기록가능한 동안, 데이터 전압들 Vd는 데이터 인터커넥트들(508)에 선택적으로 인가된다. 아날로그 그레이 스케일을 제공하는 실시형태들에서, 각각의 데이터 인터커넥트(508)에 인가되는 데이터 전압은, 기록가능 스캔 라인 인터커넥트(506) 및 데이터 인터커넥트(508)의 교차점에 위치된 픽셀(501)의 요망되는 밝기와 관련하여 변화된다. 디지털 제어 구조들을 제공하는 실시형태들에서, 데이터 전압은, 상대적으로 낮은 크기의 전압(즉, 접지 전압 근처)이거나 또는 Vat(작동 임계 전압)와 같거나 초과하도록 선택된다. 데이터 인터커넥트(508)로의 Vat의 인가에 반응하여, 대응하는 셔터 어셈 블리(502) 내의 작동기가 작동하여, 셔터 어셈블리(502) 내의 셔터를 개방한다. 제어 매트릭스(500)가 Vwe를 행에 인가하는 것을 중지한 이후에도, 데이터 인터커넥트(508)에 인가된 전압은 픽셀의 커패시터(512) 내에 저장된다. 셔터 어셈블리(502)가 작동하기에 충분히 긴 시간 동안 행에 대한 전압 Vwe를 유지하는 것이 필요하지 않고; 기록가능 전압이 행으로부터 제거된 이후에 이러한 작동 전압이 진행될 수 있다. 행 내의 커패시터들(510) 내의 전압은, 전체 비디오 프레임이 기록될 때까지, 일부 실시형태들에서는 새로운 데이터가 행에 기록될 때까지 실질적으로 저장된다.
제어 매트릭스(500)는 다음의 순서의 처리 단계들을 이용하여 제조될 수 있다:
제 1 단계에서, 개구 층(550)이 기판(504) 상에 형성된다. 기판(504)이 실리콘과 같이 불투명하다면, 기판(504)은 개구 층(550)으로서 기능을 하고, 개구 홀들(554)은 홀들의 배열을 기판(504)을 통하여 에칭함으로써 기판(504) 내에 형성된다. 기판(504)이 유리처럼 투명하다면, 개구 층(550)은 기판(504) 상의 광 블로킹 층의 증착 및 홀들의 배열로의 광 블로킹 층의 에칭으로부터 형성될 수 있다. 개구 홀들(554)은 일반적으로 원형, 타원형, 다각형, S자형, 또는 불규칙한 형태일 수 있다. 광 블로킹 층이 또한 금속과 같은 반사 물질로 이루어진다면, 개구 층(550)은, 전송되지 않은 광을 증가된 광 효율로 부착된 후광 내로 재생하는 반사면으로서 작용할 수 있다. 광 재생을 제공하는 데에 적절한 반사 금속막들이, 스퍼터링, 이베포레이션(evaporation), 이온 도금, 레이저 절제, 또는 화학 기상 증착을 포함하는 다수의 기상 증착 기술들에 의해 형성될 수 있다. 이러한 반사에 효과적인 금속들은 Al, Cr, Au, Ag, Cu, Ni, Ta, Ti, Nd, Nb, Si, Mo 및 그의 합금들을 포함하고, 이에 제한되지 않는다. 30 nm 내지 1000 nm의 두께들이 충분하다.
제 2 단계에서, 금속간 유전층은 개구 층 금속(550)의 상면 위에 블랭킷 방식(blanket fashion)으로 증착된다.
제 3 단계에서, 제 1 도전층은 기판 상에 증착되고 패터닝된다. 이러한 도전층은 스캔 라인 인터커넥트(506)의 도전 트레이스들(conductive traces) 내로 패터닝될 수 있다. 이상에서 열거된 임의의 금속들, 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide)와 같은 도전 산화물들은 이러한 응용에 대하여 충분히 낮은 저항을 가질 수 있다. 각각의 픽셀 내의 스캔 라인 인터커넥트(506)의 부분은 트랜지스터(510)의 게이트를 형성하도록 위치된다.
*제 4 단계에서, 또 다른 금속간 유전층은, 트랜지스터(510)의 게이트를 형성하는 부분을 포함하는 도전 인터커넥트들의 제 1 층의 상면 위에 블랭킷 방식으로 증착된다. 이러한 목적에 충분한 금속간 유전체들은 30 nm 내지 1000 nm의 두께들을 가진 SiO2, Si3N4, 및 Al2O3 를 포함한다.
제 5 단계에서, 비결정 실리콘층은 금속간 유전체의 상면 상에 증착되고, 박막 트랜지스터 활성층의 소스, 드레인 및 채널 영역들을 형성하도록 패터닝된다. 선택적으로 이러한 반도체 물질은 다결정 실리콘일 수 있다.
제 6 단계에서, 제 2 도전층은 비결정 실리콘의 상면 상에 증착되고 패터닝된다. 이러한 도전층은 데이터 인터커넥트(508)의 도전 트레이스들로 패터닝될 수 있다. 동일 금속들 및/또는 도전 산화물들은 이상에서 열거된 것처럼 이용될 수 있다. 제 2 도전층의 부분들은 트랜지스터(510)의 소스 및 드레인 영역들과 접촉하여 형성되도록 이용될 수 있다.
커패시터(512)와 같은 커패시터 구조들은, 개재 유전 물질을 이용하여 제 1 및 제 2 도전층들 내에 형성되는 판들로서 만들어질 수 있다.
제 7 단계에서, 보호막을 씌우는 유전체는 제 2 도전층의 상면 위에 증착된다.
제 8 단계에서, 기계적 희생층은 보호층의 상면 위에 증착된다. 다음의 MEMS 셔터층들은 밑의 도전층들에 전기적으로 접촉하고 기계적으로 부착할 수 있도록, 바이어스는 희생층과 보호층으로 개방된다.
제 9 단계에서, MEMS 셔터층은 희생층의 상면 상에 증착되고 패터닝된다. MEMS 셔터층은 작동기들(503)과 셔터들(502)과 함께 패터닝되고, 희생층으로 패터닝된 바이어스를 통하여 기판(504)으로 고정된다. 셔터(502)의 패턴은, 제 1 개구 층(550) 내에 형성된 개구 홀들(554)의 패턴으로 정렬된다. MEMS 셔터층은, 300 nm 내지 10 마이크론의 두께의 Au, Cr 또는 Ni와 같은 증착된 금속, 또는 다결정 실리콘 또는 비결정 실리콘과 같은 증착된 반도체로 이루어질 수 있다.
제 10 단계에서, MEMS 셔터층의 구성요소들이 작동기들(503)에 걸쳐 인가된 전압들에 반응하여 자유롭게 이동하도록, 희생층이 제거된다.
제 11 단계에서, 작동기(503) 전극들의 측벽들은 대향하는 전압들을 가진 전극들 사이의 단락을 방지하기 위해 유전 물질로 코팅된다.
이상의 처리에서의 많은 변화들이 가능하다. 예를 들어, 제 1 단계의 반사 개구 층(550)은 제 1 도전층으로 결합될 수 있다. 픽셀의 대부분이 반사 금속으로 피복되는 반면에, 간극들은 층 내의 전기적 도전 트레이스들을 제공하도록 이러한 도전층 내에 패터닝된다. 또 다른 실시형태에서, 게이트 단자들이 제 2 도전층 내에 형성되는 반면에, 트랜지스터(510) 소스 및 드레인 단자들은 제 1 도전층 상에 위치될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 반도체 비결정 또는 다결정 실리콘은 제 1 및 제 2 도전층들 각각 밑에 직접 위치한다. 이러한 실시형태에서, 금속 접촉들이 반도체 하부층(underlying layer)에 행해지도록, 바이어스는 금속간 유전체에 패터닝될 수 있다.
도 6은, 픽셀들(602)의 배열을 어드레싱하기 위한 디스플레이 장치(100) 내의 구성요소로서 적합한 제 2 제어 매트릭스(600)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스(600) 내의 픽셀들(602)은, MIM(metal-insulator-metal) 다이오드(604)로 인해 제어 매트릭스(500) 내에 포함된 트랜지스터 및 커패시터를 이용하지 않는다. 제어 매트릭스(600)는 제어 매트릭스(600) 내의 픽셀들(602)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(606) 및 제어 매트릭스(600) 내의 픽셀들의 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트(607)를 포함한다. 각각의 스캔 라인 인터커넥트(606)는 픽셀들(602)의 대응하는 행 내의 각각의 픽셀(602)의 MIM 다이오드(604)의 하나의 단자 에 연결된다. 픽셀(602) 내의 MIM 다이오드(604)의 다른 단자는 픽셀(602) 내의 셔터 어셈블리(200)와 같은 셔터 어셈블리(608)의 2개의 전극들 중 하나에 전기적으로 연결된다.
동작 중에, 스캔 라인 인터커넥트(606)와 데이터 라인 인터커넥트(607) 사이에 나타난 전압이 임계 전압 V다이오드( diode )를 초과하지 않는다면, MIM 다이오드(604)는, 전류가 셔터 어셈블리(609)로 흐르는 것을 방지하는 비선형 스위치 요소로서 작용한다. 그러므로, 데이터 라인 인터커넥트(607)에 의해 제공된 전압 펄스들이 V다이오드를 초과하지 않는다면, 이러한 데이터 펄스들은 데이터 라인을 따라 연결된 셔터 어셈블리들(608)의 작동에 영향을 미치지 않는다. V다이오드를 초과하는 전압차가 스캔 라인 인터커넥트(606)와, 스캔 라인 인터커넥트(606)와 교차하는 여러 개의 데이터 라인 인터커넥트들(607) 사이에서 나타나도록 기록가능 전압 Vwe가 스캔 라인 인터커넥트(606)에 인가된다면, 스캔 라인 인터커넥트(606)와 데이터 라인 인터커넥트들(607)의 교차점에서의 셔터들은 충전을 받고 작동될 수 있다. 아날로그 그레이 스케일을 제공하는 실시형태들에서, 각각의 데이터 인터커넥트(607)에 인가된 데이터 전압은 기록가능 스캔 라인 인터커넥트(606)와 데이터 인터커넥트(607)의 교차점에 위치된 픽셀(602)의 요망된 밝기와 관련하여 변화된다. 디지털 제어 구조들을 제공하는 실시형태들에서, 데이터 전압은 Vwe(전류가 다이오드(604)를 통하여 거의 흐르지 않음)에 가깝거나, Vwe-V다이오드가 Vat(작동 임계 전압)와 같거나 초 과하기에 충분히 크도록 선택된다.
다른 실시형태들에서, MIM 다이오드(604)는 셔터 어셈블리(608)와 데이터 라인 인터커넥트(607) 사이에 위치될 수 있다. 작동 방법은 이상에서 기술된 것과 동일하다. 다른 실시형태들에서는, 각각이 분리되고 인접한 스캔 라인에 연결된 2개의 MIM 다이오드들이 이용된다. 셔터 어셈블리의 하나의 전극은 각각의 스캔 라인들의 대향하는 쪽에서 MIM 다이오드들 각각과 연결되어, 셔터 전극에서 나타나는 전압은 2개의 스캔 라인들 사이의 전압차의 거의 1/2이다. 이러한 방식에서는, 작동기의 전극들 중 하나의 전위를 공지된 0 또는 공통 전위로 고정하는 것이 더욱 용이하다.
픽셀(602) 내의 셔터 어셈블리(608)의 2개의 전극들은 접지 또는 케이스 전위에 대한 상당히 다른 정전용량들을 가진다. 이러한 2개의 전극들 중에서, 스캔 라인이, 전형적으로 데이터 라인 인터커넥트(607)가 요구하는 것보다 (접지에 대한) 더욱 작은 전압 변화들을 요구하기 때문에, 더욱 높은 정전용량 전극이 (선택적으로, 도시된 것처럼, 셔터(608)와 스캔 라인 인터커넥트(606) 사이에 연결된 다이오드를 이용하여) 스캔 라인 인터커넥트(606)에 연결되는 것이 바람직하다. 데이터 인터커넥트(607)는, 셔터 어셈블리(608)의 낮은 정전용량 전극에 전기적으로 연결된다.
도 7은, 셔터 어셈블리들(300 및 402)과 같은 개방 작동기 및 폐쇄 작동기를 가진 셔터 어셈블리들(703)을 내장한 픽셀들(702)을 제어하기 위한 제 3 제어 매트릭스(700)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스(700)는, 제어 매트릭스(700) 내의 픽 셀들(702)의 행 당 스캔 라인 인터커넥트(704) 및 제어 매트릭스(700) 내의 픽셀들(702)의 각각의 열을 어드레싱하는 2개의 데이터 인터커넥트들(706a 및 706b)을 포함한다. 데이터 인터커넥트들 중 하나는 셔터 개방 인터커넥트(706a)이고, 다른 데이터 인터커넥트는 셔터 폐쇄 인터커넥트(706b)이다.
제어 매트릭스(700) 내의 주어진 픽셀(702)에 대하여, 픽셀(702)은 2개의 트랜지스터-커패시터 쌍들을 포함하며, 한 쌍은 픽셀을 어드레싱하는 각각의 데이터 인터커넥트(706a 및 706b)에 연결된다. 픽셀(702) 내의 양 트랜지스터들의 게이트들은 픽셀(702)이 위치하는 제어 매트릭스(700)의 행에 대응하는 스캔 라인 인터커넥트(704)에 전기적으로 연결된다. 트랜지스터들 중 하나, 셔터 개방 트랜지스터(708a)의 소스는, 픽셀(702)이 위치하는 열의 셔터-개방 데이터-인터커넥트(706a)에 전기적으로 연결된다. 셔터-개방 트랜지스터(708a)의 드레인은, 커패시터들 중 하나의 하나의 전극, 셔터-개방 커패시터(710a), 및 픽셀의 셔터 어셈블리(703)의 셔터 개방 작동기의 하나의 전극에 병렬로 전기적으로 연결된다. 셔터 개방 커패시터(710a)의 다른 전극은 접지, 또는 픽셀들(702) 사이의 공통 전압으로 설정된 바이어스 인터커넥트에 전기적으로 연결된다.
유사하게, 픽셀(702) 내의 다른 트랜지스터, 셔터 폐쇄 트랜지스터(708b)의 소스는, 픽셀(702)이 위치되는 열의 셔터 폐쇄 데이터 인터커넥트(706b)에 전기적으로 연결된다. 셔터 폐쇄 트랜지스터(708b)의 드레인은, 픽셀 내의 커패시터들 중 다른 커패시터, 셔터 폐쇄 커패시터(710b), 및 셔터 어셈블리(703)의 셔터 폐쇄 작동기의 전극들 중 하나에 병렬로 전기적으로 연결된다.
셔터 어셈블리(703)의 셔터 개방 작동기 및 셔터 폐쇄 작동기 모두는 2개의 전극들을 포함한다. 각각의 작동기 내의 하나의 전극은 다른 것보다 상당히 더 높은 정전용량을 가진다. 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 트랜지스터들의 드레인들은 대응하는 작동기들의 더 낮은 정전용량 전극들에 전기적으로 연결된다. 접지 또는 바이어스 인터커넥트는, 만약 있다면, 더 높은 정전용량 전극에 전기적으로 연결된다.
도 7의 제어 매트릭스는 n-채널 트랜지스터들을 이용한다. p-채널 MOS 트랜지스터들을 이용하는 다른 실시형태들이 가능하다. 다른 실시형태들에서, 트랜지스터들(708a 및 708b)은 MIM 다이오드들 또는 다른 비선형 회로 요소들 또는 스위치들에 의해 대체될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 커패시터들(710a 및 710b)은, 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 작동기들의 유효 정전용량에 의해 대체되는 기능이 제거될 수 있다.
복수의 셔터들이 각각의 픽셀 내에서 작동되는 경우, 개별적인 쌍의 셔터 개방 데이터 인터커넥트들 및 셔터 폐쇄 데이터 인터커넥트들은, 관련된 트랜지스터들 및 커패시터들과 함께 픽셀 내의 각각의 셔터에 대하여 제공될 수 있다.
도 8은, 영상 프레임을 형성하기 위해 도 7의 제어 매트릭스(700)에 의해 제어되는 픽셀들(702)을 어드레싱하는 방법(800)의 순서도이다. 단일 영상 프레임을 어드레싱하도록 수행되는 단계들은 "프레임 어드레싱 사이클(frame addressing cycle)"로서 집합적으로 칭해진다. 본 방법은 디스플레이 내의 제 1 스캔 라인을 기록가능하게 함으로써 시작된다(단계 802). 이렇게 하기 위해, 제어 매트릭 스(700)는 Vwe(예를 들어, nMOS 트랜지스터들에 대한 +45V 또는 pMOS 트랜지스터들에 대한 -45V)를 제어 매트릭스 내의 제 1 행에 대응하는 제어 매트릭스(700) 내의 스캔 라인 인터커넥트(704)에 인가하고, 다른 스캔 라인 인터커넥트들(704)을 접지시킨다. 제어 매트릭스(700)는 그 다음에 데이터를 기록가능 스캔 라인 내의 각각의 픽셀(702)에 기록한다(결정 블록(decision block) 804로부터 단계 812). 데이터는 픽셀들(702) 내의 셔터 어셈블리들(703)의 요망된 상태들에 대응한다. 쉬운 이해를 위하여, 데이터 기록 처리(결정 블록(804)으로부터 단계 812)가 기록가능 스캔 라인 내의 선택된 열 내의 단일 픽셀(702)와 관련하여 이하에서 설명된다. 데이터가 이러한 단일 픽셀(702)에 기록됨과 동시에, 제어 매트릭스(700)는 또한 데이터를 기록가능 스캔 라인 내의 나머지 픽셀들(702)로 같은 방식으로 기록한다.
결정 블록(804)에서, 제어 매트릭스(700)의 선택된 열과 기록가능 스캔 라인의 교차점의 픽셀(702)로 데이터를 기록하기 위해, 셔터 어셈블리(703)가 다음의 영상 프레임 내에서 개방되거나 폐쇄되는지 여부를 결정한다. 셔터 어셈블리(703)가 개방되려 한다면, 제어 매트릭스(700)는 데이터 전압 Vd를 선택된 열의 셔터 개방 인터커넥트(706a)에 인가한다(단계 806). Vd는, 작동에 필요한 전압 Vat과 같거나 초과하도록 셔터 어셈블리(703) 내의 셔터 개방 작동기의 전극들에 걸친 전압을 상승시키도록 선택된다. 제어 매트릭스(700)는 Vd를 선택된 열의 셔터 개방 인터커넥트(706a)에 인가함과 동시에(단계 806), 제어 매트릭스(700)는 열의 셔터 폐쇄 인터커넥트(706b)를 접지시킨다(단계 808).
결정 블록 804에서, 셔터 어셈블리(703)가 폐쇄될 것으로 결정된다면, 제어 매트릭스(700)는 데이터 전압 Vd를 셔터 폐쇄 인터커넥트(706b)에 인가하고(단계 810), 열의 셔터 개방 인터커넥트(706a)를 접지시킨다(단계 812). 요망되는 작동기의 전극들 사이의 전압이 Vat로 형성될 때, 작동기는, 이전에 요망되는 위치에 있지 않은 경우, 셔터 어셈블리(703) 내의 셔터를 요망되는 위치로 이동시키도록 작동된다(단계 814).
데이터가, 단계들 806-812에서, 스캔 라인 내의 픽셀들(702)로 기록된 이후에, 제어 매트릭스(700)는 스캔 라인 인터커넥트(704)를 접지시키고(단계 814), 다음의 스캔 라인을 기록가능하게 한다(단계 816). 처리는, 제어 매트릭스(700) 내의 모든 픽세들(702)이 어드레싱될 때까지 반복된다. 일 실시형태에서, 제어 매트릭스(700) 내의 제 1 스캔 라인을 어드레싱하기 이전에, 제어 매트릭스가 부착된 후광은 소등된다. 그 다음에, 제어 매트릭스(700) 내의 모든 스캔 라인들이 어드레싱된 이후에, 후광은 다시 점등된다. 후광 오프 및 온의 전환을, 프레임이 어드레싱되는 기간의 시작과 끝과 동기화하는 것은, 모든 픽셀들이 정확한 영상 상태로 설정될 때에만 후광이 켜지기 때문에, 결과 영상의 색 순도를 향상시킨다.
작동 결과는, 셔터 개방 작동기 및 셔터 폐쇄 작동기 사이에서 나타나는 전위차들을 관찰하여 결정된다. 일관된 작동을 위해, 전위차들 중 하나가 0에 가깝게, 또는 적어도 특정 유지 전압 Vm 미만으로 유지되고, 다른 전압 차의 절대값은 작동 전압을 초과한다. 도 2, 3, 및 4에 대하여 설명된 작동 조건들과 일치하게, Vd 와 같은 인가된 전압들의 극성들은 음 또는 양일 수 있고, 공통 전위(도 7 및 단계 812에서 "접지"로 표시됨)에 인가된 전압은 양 또는 음인 전압일 수 있다.
일부 실시형태들에서, 픽셀들을 어드레싱하는 방법(800)을 변경하지 않고 셔터 어셈블리(703)의 작동기들에 걸쳐 나타나는 전압들의 부호를 주기적으로 또는 가끔씩 반전시키는 것이 유리하다. 어느 경우에서, 데이터 전압 Vd의 극성을 반전시키는 동안, 극성 반전은, 모든 셔터들(703)의 공통 전극을 0에 가까운 전위로 유지시킴으로써 달성될 수 있다. 또 다른 경우에서, 극성 반전은 공통 전압을, Vat와 같거나 더 큰 V공통( common )으로 설정함으로써 달성될 수 있고, 그 다음에 데이터 전압이 V공통과 2×Vat 사이 또는 0과 V공통 사이에서 교대로 번갈아 가도록 하는 전압원을 제공한다.
극성 반전들의 유사한 유리한 사용 및 0이 아닌 공통 전압들의 사용은 제어 매트릭스들(500 및 600)에 인가될 수 있다.
방법(800)의 순서도는, 디지털 정보만이 영상 프레임으로 기록되고, 셔터들이 개방되거나 폐쇄될 것으로 계획되는 경우이다. 영상 프레임 어드레싱과 유사한 방법은, 데이터 인터커넥트들(706a 및 706b)을 통하여 아날로그 데이터를 로딩할 때 만들어지는 그레이 스케일 영상들의 공급을 위하여 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 중간 전압들은 셔터들(703)을 부분적으로 개방하도록 계획된다. 셔터 개방 작동기들에 걸쳐 인가된 전압들은, 셔터 폐쇄 작동기들에 걸친 전압들에 의해 유도된 이동과 대향하는 방향들로 셔터들을 이동시킨다. 2개의 작동기들 사이에서 동시 에 인가될 때, 부분적인 셔터 개방의 제어되고 예정된 상태들을 일으키는 보충적인 전압들의 쌍들이 있다.
셔터 개방 인터커넥트(706a) 또는 셔터 폐쇄 인터커넥트(706b)에 공급되는 전압들의 보충적 성질은, 전압원 전자장치가 충전 재생 능력을 갖추도록 디자인된다면, 유리하게 이용될 수 있다. 디지털 정보를 영상 프레임으로 로딩하도록 디자인되는 예시적 방법(800)으로서 취하면: 단계들 806 또는 810의 인터커넥트들로 로딩되는 전압들은 보충적이다. 즉, Vd가 인터커넥트들 중 하나로 로딩(loading)된다면, 다른 인터커넥트는 통상적으로 접지된다. 셔터 어셈블리(703)의 상태를 (폐쇄로부터 개방으로) 변화시키는 것은, 하나의 작동기에 저장된 전하를 대향하는 작동기로 옮기는 것이다. Q는 작동기에 저장된 전하이고 이러한 전이들 각각에서 손실된 에너지가 Q×Vd라면, 저장된 전하가 각각의 전이의 전압원 전자장치들 내의 폐기물 에너지로서 없어지지 않고 다른 작동기에 대한 사용을 위해 재생된다면, 상당한 전력이 절약될 수 있다. 완전한 충전 재생이 힘들어지는 반면에, 부분적인 재생 방법들이 가능하다. 예를 들어, 프레임 어드레싱 방법(800)은, 데이터 라인 인터커넥트들(706a 및 706b)이 단계들(802 및 804) 사이에서 단기간 동안 전압원 전자장치들 내에서 단락되는 단계를 제공할 수 있다. 이러한 인터커넥트들이 단락되는 단기간 동안, 저장된 전하를 공유하므로, 이전의 전하의 적어도 일부분은, 데이터 라인 인터커넥트들 중 전체 충전 상태로 돌아오는 것에 대하여 이용가능하다.
도 9는, 디스플레이 장치(100) 내의 픽셀들의 배열을 어드레싱하기에 적합한 또 다른 예시적인 제어 매트릭스(900)이다. 제어 매트릭스(900)는 제어 매트릭스(700)와 유사하다. 즉, 제어 매트릭스(900)는, 제어 매트릭스(900) 내의 픽셀들의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(904), 및 제어 매트릭스 내의 픽셀들(902)의 각각의 열에 대한, 2개의 데이터 인터커넥트들, 셔터 개방 인터커넥트(906a) 및 셔터 폐쇄 인터커넥트(906b)를 포함한다. 게다가, 제어 매트릭스(900) 내의 각각의 픽셀은, 셔터 개방 트랜지스터(또는 선택적으로 다이오드 또는 배리스터; 908a), 셔터 폐쇄 트랜지스터(또는 선택적으로 다이오드 또는 배리스터; 908b), 셔터 개방 커패시터(910a), 셔터 폐쇄 작동기(910b), 및 셔터 어셈블리(912)를 포함한다. 셔터 어셈블리는 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 쌍안정이다. 그러나 제어 매트릭스(900)는, 추가적 제어가능 인터커넥트, 전체 작동 인터커넥트(914)를 포함한다. 전체 작동 인터커넥트(914)는, 거의 같은 전압(공통 전압)을 제어 매트릭스(900)의 적어도 2개의 행들 및 2개의 열들 내의 픽셀들(902)로 실질적으로 동시에 제공한다. 일 실시형태에서, 전체 작동 인터커넥트(914)는 공통 전압을 제어 매트릭스(900) 내의 모든 픽셀들(902)로 제공한다. 제어 매트릭스(900) 내의 각각의 픽셀(902) 내의 셔터 어셈블리들(912)의 작동기들의 더 높은 정전용량 전극은, 접지 대신에 전체 작동 인터커넥트(914)에 전기적으로 연결된다.
전체 작동 인터커넥트(914)를 포함함으로써, 제어 매트릭스(900)의 복수의 행들 내의 픽셀들(902)의 근사적인 동시 작동이 가능하다. 결과적으로, 주어진 영상 프레임을 설정하도록 동작하는 모든 작동기들은, 방법(800) 내에서 설명된 행 작동 방법에 의해 행에 대향하여, 동시에 작동될 수 있다. 전체 작동 과정을 이용 하여, 데이터의 픽셀(902)로의 기록이, 픽셀(902) 내의 셔터 어셈블리(912)의 작동으로부터 분리된다.
제어 매트릭스(900) 내에 내장된 전체 작동 피쳐는 제어 매트릭스(900) 내의 셔터 어셈블리들(912)의 쌍안정을 이용한다. 전기적 쌍안정 셔터 어셈블리가 2개의 조건들이 동시에 만족되는 것을 필요로 한다고 가정하면, 하나의 전극에 걸친 전압의 절대값은 Vat를 초과하고, 다른 전극에 걸친 전압의 절대값은 유지 전압 Vm보다 더 작다. 그러므로, 제어 매트릭스(900)에 대하여, Vm을 초과하는 전압이 셔터 어셈블리(912)의 하나의 작동기에 인가될 때, 대향하는 셔터 어셈블리로의 Vat의 인가는 작동기가 작동하도록 하기에 불충분하다.
예를 들어, 전기적 쌍안정 셔터 어셈블리의 셔터 개방 작동기가 40V의 Vat를 가진다고 가정한다. 동시에, 60V가 셔터 개방 작동기의 전극들 사이에 인가될 때에도, 셔터 폐쇄 작동기의 전극들 사이의 10V 유지 전압의 인가는 셔터 어셈블리의 셔터를 폐쇄 위치로 유지시킨다. 접지 전위가 작동 전극들 중 하나에 인가되는 동안, -10V 바이어스 전위가 모든 셔터 어셈블리들의 더 높은 정전용량 전극들과 전체 공통 인터커넥트를 경유한 접지 사이에 인가된다면, +40V의 데이터 전압은 셔터 어셈블리들 내의 선택된 작동기들의 더 낮은 정전용량 전극들에 인가됨으로써, 작동기들이 작동되도록 하지 않으면서 +50V 전위차가 작동기들 사이에서 발생할 수 있게 한다. 그 다음에, 전체 공통 인터커넥트를 접지시킴으로써, 선택된 작동기들의 전극들 사이의 전압은 +40V로 감소되고, 대향하는 작동기 사이의 전압이 제거된 다. +40V는 작동기의 작동 전압과 같고 유지 전압이 대향하는 작동기를 제 위치에 유지하지 않기 때문에, 선택된 작동기들 모두는 동시에 이동한다. 또 다른 실시예가 도 10과 관련하여 이하에서 상세히 설명된다.
도 10은, 도 9의 제어 매트릭스(900)를 이용하여 영상 프레임을 어드레싱하는 방법(1000)의 순서도이다. 본 방법은, 전체 공통 인터커넥트(914)를 접지에 대하여 유지 전압 Vm, 예를 들어 1/2 Vat로 설정함으로써 시작된다(단계 1001). 그 다음에, 제어 매트릭스(900)는 디스플레이 내의 제 1 스캔 라인을 기록가능하게 한다(단계 1002). 그렇게 하기 위해, 제어 매트릭스(900)는 Vwe, 예를 들어 +45V를 제어 매트릭스(900) 내의 제 1 스캔 라인 인터커넥트(904)로 인가하고, 다른 스캔 라인 인터커넥트들(904)을 접지시킨다.
그 다음에, 제어 매트릭스(900)는, 데이터를, 다음의 영상 프레임 내의 픽셀들의 요망된 상태들에 대응하는 기록가능 스캔 라인 내의 각각의 픽셀(902)로 기록한다(결정 블록 1004로부터 단계 1012). 데이터 기록 과정은, 기록가능 스캔 라인 내의 선택된 열 내의 단일 픽셀(902)과 관련하여 이하에서 설명된다. 데이터가 이러한 단일 픽셀(902)에 기록됨과 동시에, 제어 매트릭스(900)는, 또한 기록가능 스캔 라인 내의 나머지 픽셀들(902)에 같은 방식으로 데이터를 기록한다.
결정 블록 1004에서, 데이터를 픽셀(902)에 기록하기 위해, 픽셀(902) 내의 셔터 어셈블리(912)의 셔터가 다음의 영상 프레임의 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 있을 지 여부가 결정된다. 셔터가 개방 위치에 있게 된다면, 제어 매트릭스(900)는 데이터 전압 Vd를 선택된 열의 셔터 개방 인터커넥트에 인가한다(단계 1006). 전체 공통 인터커넥트(914)로의 전체 작동 전압 Vag의 인가 이전에 픽셀(902) 내의 셔터 개방 작동기에 걸친 전압이 셔터 폐쇄 작동기에 인가된 바이어스를 극복하기에 불충분하게 남아있고, 전체 공통 인터커넥트(914)로의 Vag의 인가 이후에 셔터 개방 작동기의 전극들에 걸친 전압이 셔터 개방 작동기가 작동하기에 충분하도록, Vd가 선택된다. 예를 들어, Vat가 40V와 같고, Vm이 20V와 같고, Vag가 접지 전위와 같다면, Vd는 40V이상이면서 Vm을 극복하는 전위 미만이 되도록 선택된다. 제어 매트릭스(900)가 Vd를 선택된 열의 셔터 개방 인터커넥트(906a)에 인가함과 동시에, 제어 매트릭스(900)는 열의 셔터 폐쇄 인터커넥트(906b)를 접지시킨다.
결정 블록 1004에서, 셔터가 오프 위치에 있도록 결정된다면, 제어 매트릭스(900)는 데이터 전압 Vd를 셔터 폐쇄 인터커넥트(906b)로 인가하고(단계 1010), 열의 셔터 개방 인터커넥트(906a)를 접지시킨다(단계 1012).
제어 매트릭스(900)가 데이터를 단계들 1006-1012에서 기록가능 스캔 라인 내의 픽셀들(902)로 기록한 이후에, 제어 매트릭스(900)는, 현재 기록가능 스캔 라인 인터커넥트(904)를 접지시키고(단계 1014), 다음의 스캔 라인을 기록가능하게 한다(단계 1016). 과정은, 제어 매트릭스(900) 내의 모든 픽셀들(902)이 어드레싱될 때까지 반복된다(결정 블록 1015 참조). 제어 매트릭스(900) 내의 모든 픽셀들 이 어드레싱된 이후에, 제어 매트릭스(900)는 전체 공통 전압 Vag를 전체 공통 인터커넥트에 인가함으로써, 제어 매트릭스(900) 내의 셔터 어셈블리들(912)의 전체 작동을 거의 동시에 일으킨다. 그러므로, 이러한 실시형태들에 대하여, 전체 공통 인터커넥트는 전체 작동 인터커넥트로서 기능을 한다.
방법(800)과 같이, 본 방법(1000)은 또한 셔터 작동을 이용한 후광의 동기화를 포함한다. 그러나, 이상에서 설명된 전체 작동 과정을 이용하여, 후광은 디스플레이가 동작하는 더 큰 백분률의 시간 동안 유지될 수 있으므로, 후광 내에서 같은 레벨의 구동 전력 동안 더 밝은 디스플레이를 생산한다. 일 실시형태에서, 후광은, 제어 매트릭스의 다른 행들의 셔터들이 다른 영상 프레임 동안 설정되는 동안, 제어 매트릭스의 하나의 행 내의 셔터들이 하나의 영상 프레임에 대하여 설정될 때, 오프되도록 동기화된다. 비디오의 모든 프레임에 대하여, 전체 작동을 이용하지 않는 제어 매트릭스들에서, 픽셀들의 각각의 행이 어드레싱되는 것처럼, 후광은 전체 데이터 기록 과정 동안(거의 500 마이크로세컨드(microsecond) 내지 5 밀리세컨드(milisecond)) 오프되어 있다. 반대로, 전체 작동을 이용하는 제어 매트릭스들에서, 후광은, 모든 데이터가 기록될 때까지 픽셀들이 상태를 변화시키지 않기 때문에 데이터 기록 과정이 일어나는 동안, 남아 있을 수 있다. 후광은, 마지막 스캔 라인이 기록된 이후에 시작하고, 전체 작동 전압이, 픽셀들이 상태들을 변화시키도록 인가되고 충분한 시간이 흐른 후에 종료하는 더 짧은 시간 동안(거의 10 마이크로세컨드 내지 500 마이크로세컨드) 오프되어 있다.
방법(1000)에서의 작동 결과는, 셔터 개방 작동기와 셔터 폐쇄 작동기 사이에서 나타나는 전위차들을 관찰함으로써 결정된다. 도 2, 3, 및 4와 관련하여 설명된 작동 조건들과 일치하게, Vd와 같은 인가된 전압들의 극성들이 음 또는 양일 수 있고, 전체 공통 인터커넥트에 인가된 전압은 양 또는 음인 전압일 수 있다.
다른 실시형태들에서, 다른 영역들 또는 일련의 행들 및 열들의 그룹들을 갱신하는 것이 유리하기 때문에, 도 10의 방법(1000)을, 픽셀들의 전체 배열의 선택된 부분으로 인가하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 다수의 다른 전체 작동 인터커넥트들(914)은, 배열의 다른 부분들을 선택적으로 갱신하고 작동시키기 위한 배열의 선택된 부분들로 경로설정될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 픽셀들을 어드레싱하는 방법(1000)을 변경하지 않고 셔터 어셈블리(912)의 작동기들 사이에서 나타나는 전압들의 부호를 주기적으로 또는 가끔씩 반전시키는 것이 유리하다. 이러한 경우, 극성 반전은, 기록가능 전압을 제외하면, 방법(1000)에서 이용되는 전위들의 대부분의 부호들을 반전시킴으로써 달성될 수 있다. 또 다른 경우들에서, 방법(1000)에서 이용되는 전압들과 유사한 전압들이 보충적인 논리과 함께 인가될 수 있다. 표 1은, 방법(1000)에 대하여 이상에서 기술된 명목상의 전압할당들과, 셔터 어셈블리들의 전극들에 대하여 극성 반전을 달성하도록 인가될 수 있는 전압들 사이의 차이들을 도시한다. 극성 반전 방법 1로 칭해지는 제 1 경우에서, 작동기 전극들 사이에서 나타나는 전압들은 부호에서 반전된다. Vd를 셔터 개방 전극에 인가하는 대신에, 예를 들어 -Vd가 인가된 다. nMOS 트랜지스터들이 트랜지스터들(908a 및 908b)에 대하여 이용되는 경우, 전압 이동이 이용되어야 한다(양쪽의 게이트 전압들이 Vd만큼 하향 이동). 이러한 게이트 전압 이동들은, nMOS 트랜지스터들이 데이터 인터커넥트들에 대한 새로운 전압들을 이용하여 정확하게 동작하게 한다.
동작: "셔터 폐쇄" 방법(1000) 극성 반전 방법 1 극성 반전 방법 2
불능 행 전압 접지 -Vd 접지
기록가능 전압 Vwe -Vd+Vwe Vwe
셔터 폐쇄 인터커넥트에 대한 전압 Vd -Vd 접지
셔터 개방 인터커넥트에 대한 전압 접지 접지 Vd
유지 전압 Vm -Vm Vm
전체 작동 전압 Vag (거의 접지) -Vag (거의 접지) Vd
표 1은, (인터커넥트 구동기들에 대한 부호들을 반전시킬 필요 없이) 유사한 전압들의 이용을 허용하지만 모든 작동기들 사이의 극성 반전을 달성하는 제 2 방법, 극성 반전 방법 2를 도시한다. 이것은, 선택된 셔터들을 이동시키기 위해 방법(1000)과 같이 접지를 향하는 대신에 더 높은 전압 Vd로의 전체 작동 인터커넥트를 구동시킴으로써 달성된다. 극성 반전 방법 2의 전압 변화들의 순서는, 전압들을 각각의 픽셀의 작동기들로 할당할 때, 보충적인 논리이 단계 1004에서 이용되는 것을 제외하면, 방법(1000)의 전압 변화들의 순서와 유사하다. 이러한 방법 2에서, 셔터가 폐쇄된다면, 셔터 폐쇄 인터커넥트가 접지되는 반면에 셔터 개방 인터커넥트는 전위 Vd로 상승된다. 이러한 실시예에서, 전체 작동 인터커넥트가 유지 전위 Vm으로부터 작동 전위 Vd로 옮겨진 이후에, 셔터 폐쇄 작동기에 걸친 전위가 셔터를 폐쇄 위치로 작동시키기에 충분하며, 방법(1000)에서 인가된 것과 반전되는 극성을 가진 -Vd인 반면에, 셔터 개방 작동기를 걸친 전위는 0에 가깝다(분명히 Vm보다 더 작다). 유사하게, 단계 1004에서, 셔터가 개방되어 있다면, 셔터 개방 인터커넥트가 접지되어 있는 동안, 셔터 폐쇄 인터커넥트는 전위 Vd로 상승한다.
제어 매트릭스(900)는, 방법(1000)에서 사용되는 전압과 모든 프레임 또는 다른 주기적 기초에서의 극성 반전 방법들에서 사용되는 전압 사이에서 교대로 번갈아가면서 바뀔 수 있다. 시간에 지남에 따라서, 충전 인터커넥트(1406) 및 전체 작동 인터커넥트(1416)에 의한 셔터 어셈블리들(1408)의 작동기들 사이에서 인가된 순전위들은 평균적으로 약 0V가 된다.
방법(1000)과 유사한 작동 방법들은, 제어 매트릭스(500)에서의 셔터 어셈블리들(502)과 같은 단일 측면 또는 탄성 셔터 어셈블리들에 또한 인가될 수 있다. 이러한 단일 측면 사용들은 이하의 도 14와 관련하여 설명될 것이다.
도 11은, 디스플레이(100) 내의 구성요소로서 적합한 또 다른 제어 매트릭스(1100)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스들(700 및 900)과 같이, 제어 매트릭스(1100)는, 제어 매트릭스(1100) 내의 픽셀들(1102)의 각각의 행에 대응하는 하나의 스캔-라인 인터커넥트(1104)와 함께 일련의 스캔 라인 인터커넥트들(1104)을 포함한다. 제어 매트릭스(1100)는 제어 매트릭스 내의 픽셀들(1102)의 각각의 열에 대하여 단일 데이터 인터커넥트(1106)를 포함한다. 제어 매트릭스(1100)는, 셔터 어셈블리(200)와 같은 탄성 셔터 어셈블리들(1108)을 제어하기에 적합하다. 셔터 어셈블리(200) 내의 작동기와 같이, 제어 매트릭스(1100) 내의 셔터 어셈블리들(1108) 내의 작동기들은 하나의 더 높은 정전용량 전극 및 하나의 더 낮은 정전용량 전극을 가진다.
스캔 라인 및 데이터 인터커넥트들(1104 및 1106)에 추가하여, 제어 매트릭스(1100)는 (V(at)로 표시되는) 충전 인터커넥트(1110) 및 (C-T로 표시되는) 충전 트리거 인터커넥트(charge trigger interconnect; 1112)를 포함한다. 충전 인터커넥트(11100) 및 충전 트리거 인터커넥트(1112)는 제어 매트릭스(1100) 또는 일부 서브세트 내의 모든 픽셀들(1102) 사이에서 공유될 수 있다. 예를 들어, 픽셀들(1100)의 각각의 열은 공통 충전 인터커넥트(1110) 및 공통 충전 트리거 인터커넥트(1112)를 공유할 수 있다. 다음의 설명은, 전체 공유 충전 인터커넥트(1110) 및 전체 공통 충전 트리거 인터커넥트(1112)를 내장하고 있다고 가정한다.
제어 매트릭스(1100) 내의 각각의 픽셀(1102)은 2개의 트랜지스터들, 충전 트리거 스위치 트랜지스터(1114) 및 방전 스위치 트랜지스터(1116)를 포함한다. 충전 트리거 스위치 트랜지스터(1114)의 게이트는 제어 매트릭스(1100)의 충전 트리거 인터커넥트(1112)에 전기적으로 연결된다. 충전 트리거 스위치 트랜지스터(1114)의 드레인은 충전 인터커넥트(1110)에 전기적으로 연결된다. 충전 인터커넥트(1110)는, 스캔 라인 인터커넥트(1104)로의 바이어스 전압의 인가 없이, 각각의 픽셀(1102) 내의 셔터 어셈블리(1108)의 작동기들을 작동시키기에 충분한 DC 전압을 받는다. 충전 트리거 스위치 트랜지스터(1114)의 소스는, 픽셀(1102) 내의 셔터 어셈블리(1108) 내의 작동기의 더 낮은 정전용량 전극 및 방전 스위치 트랜지스터(1116)의 드레인으로 전기적으로 연결된다. 방전 스위치 트랜지스터(1116)의 게이트는 픽셀(1102)이 위치한 제어 매트릭스(1100)의 열의 데이터 인터커넥트(1106)에 전기적으로 연결된다. 방전 스위치 트랜지스터(1116)의 소스는, 픽셀(1102)이 위치하는 제어 매트릭스(1100)의 행의 스캔 라인 인터커넥트(1104)에 전기적으로 연결된다. 셔터 어셈블리(1108) 내의 작동기의 더 높은 정전용량 전극은 픽셀에 대응하는 행의 스캔 라인 인터커넥트(1104)에 전기적으로 연결된다. 선택적으로, 더 높은 정전용량 인터커넥트는 개별적인 접지 또는 공통 전극에 연결될 수 있다.
도 12는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 제어 매트릭스(1100)와 같은 제어 매트릭스 내에 내장된 픽셀들을 어드레싱하는 방법(1200)의 순서도이다. 프레임 어드레싱 사이클의 초기에, 제어 매트릭스(1100)는, 모든 셔터 어셈블리들(1108)이 같은 위치(개방 또는 폐쇄)로 설정되도록, 제어 매트릭스(1100) 내에 내장된 셔터 어셈블리들(1108)의 모든 비작동 작동기들을 작동시킨다(단계 1202-1204). 그렇게 하기 위해, 제어 매트릭스(1100)는 충전 트리거 전압, 예를 들어 45V를 충전 트리거 인터커넥트(1112)에 인가하여, 픽셀들의 충전 트리거 스위치 트랜지스터들(1114)을 작동시킨다(단계 1202). 픽셀들(1108)의 셔터 어셈블리들(1108) 내에 내장된 작동기들의 전극들은, 충전 인터커넥트(1110)에 공급된 전압 Vat, 예를 들어 40V를 저장하기 위한 커패시터들로서 기능을 한다. 제어 매트릭스(1100)는, 모든 작동기들이 작동하기에 충분한 기간 동안 충전 트리거 전압을 계속하여 인가하고(단계 1202), 그 다음에 제어 매트릭스(1100)는 충전 트리거 스위치 트랜지스터(1114)를 접지시킨다(단계 1204). 제어 매트릭스(1100)는, 접지에 대한 바이어스 전압 Vb, 예를 들어 10V를 제어 매트릭스 내의 모든 스캔 라인 인터커넥트들(1104)로 인가한다(단계 1206).
그 다음에, 제어 매트릭스(1100)는 한 번에 한 행씩 제어 매트릭스 내의 각각의 픽셀(1102)의 어드레싱을 진행한다(단계 1208-1212). 특정 행을 어드레싱하기 위해, 제어 매트릭스(1100)는 대응하는 스캔 라인 인터커넥트(1104)를 접지시킴으로써 제 1 스캔 라인을 기록가능하게 한다(단계 1208). 그 다음에, 결정 블록 1210에서, 제어 매트릭스(1100)는, 기록가능 행 내의 각각의 픽셀(1102)에 대하여 픽셀(1102)이 초기 위치 프레임을 벗어나 전환될 필요가 있는지 여부를 결정한다. 예를 들어, 단계 1202에서, 모든 셔터들이 개방된다면, 결정 블록 1210에서, 기록가능 행 내의 각각의 픽셀(1102)이 폐쇄되는지 여부가 결정된다. 픽셀(1102)이 폐쇄된다면, 제어 매트릭스(1100)는 데이터 전압, 예를 들어 5V를, 픽셀(1102)이 위치하는 열에 대응하는 데이터 인터커넥트(1106)에 인가한다(단계 1212). 기록가능 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1104)는 접지되기 때문에, 열의 데이터 인터커넥트(1106)로의 데이터 전압 Vd의 인가는, 트랜지스터(1116)의 채널을 개방하기 위해, 정확한 부호 및 크기의 방전 스위치 트랜지스터(1116)의 게이트 및 소스 사이의 전위차를 일으킨다. 트랜지스터(1116)의 채널이 개방될 때, 셔터 어셈블리 작동기 내에 저장된 전하는 스캔 라인 인터커넥트(1104)를 통하여 접지에 의해 방전될 수 있다. 셔터 어셈블리(1108)의 작동기 내에 저장된 전압이 소실되기 때문에, 셔터 어셈블리(1108) 내의 복원력 또는 스프링은 셔터를 이완 위치로 나아가게 하여, 셔터를 폐쇄한다. 결정 블록(1210)에서, 상태 변화가 픽셀(1102)에 필요하지 않다는 것이 결정된다면, 대응하는 데이터 인터커넥트(1106)는 접지된다. 이러한 실시예의 이완 위치가 셔터 폐쇄 위치로서 형성될지라도, 선택적인 셔터 어셈블리들에서는 이완 상태가 셔터 개방 위치일 수 있다. 이러한 선택적인 경우들에서, 단계 1212에서의 데이터 전압 Vd의 인가는 셔터를 개방시킨다.
다른 실시형태들에서, 다른 영역들 또는 일련의 행들 및 열들의 그룹들을 갱신하는 것이 유리하기 때문에, 도 12의 방법(1200)을 픽셀들의 전체 배열의 선택된 부분으로 인가하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 다수의 다른 충전 트리거 인터커넥트들(1112)은, 배열의 다른 부분들을 선택적으로 갱신하고 작동시키기 위한 배열의 선택된 부분들로 경로설정될 수 있다.
이상에서 기술된 것처럼, 제어 매트릭스(1100) 내의 픽셀들(1102)을 어드레싱하기 위해, 데이터 전압 Vd는 작동 전압 Vat보다 상당히 더 작을 수 있다. 데이터 전압 Vd가, 프레임 당, 제어 매트릭스(1100) 내의 행들의 개수만큼 각각의 데이터 인터커넥트(1106)에 인가되는 반면에, 작동 전압 Vat가 프레임 당 한번씩 인가되기 때문에, 제어 매트릭스(1100)와 같은 제어 매트릭스들은 작동 전압으로서 기능을 하기에 충분히 높은 데이터 전압을 필요로하는 제어 매트릭스들과 비교하여 실질적인 양의 전력을 절약할 수 있다.
기록불능 행들 내의 픽셀들(1102)에 대하여, 데이터 전압 Vd가 대응하는 열들의 데이터 인터커넥트(1106)에 인가될 때에도, 대응하는 스캔 라인 인터커넥트들(1104)에 인가된 바이어스 전압 Vb는 방전 트랜지스터(1116) 소스들의 전위를 방전 트랜지스터(1116) 게이트 단자들의 전위들보다 더 크게 유지한다. 도 11의 실시형태는 n-채널 MOS 트랜지스터들의 사용을 가정한다. 바이어스 전위들(Vb 및 Vd)의 상대적인 부호들이 반전되는 경우의 p-채널 트랜지스터들을 이용하는 다른 실시형태들이 가능하다.
방전 스위치 트랜지스터(1116)가 한 세트의 2개 이상의 트랜지스터들에 의해 대체될 수 있는 다른 실시형태들에서, 예를 들어 제어 매트릭스(1100)가 표준 CMOS 기술을 이용하여 만들어진다면, 방전 스위치 트랜지스터는 보충적인 쌍의 nMOS 및 pMOS 트랜지스터들로 이루어질 수 있다.
방법(1200)은 디지털 정보가 영상 프레임으로 기록된다고 가정하고, 셔터들은 개방되거나 폐쇄되는 것으로 계획된다. 제어 매트릭스(1100)의 회로를 이용하여, 아날로그 정보를 셔터 어셈블리들(1108)로 기록하는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우에, 스캔 라인 인터커넥트들의 접지는 짧고 고정된 양의 시간 동안 제공되고, 부분적인 전압들만이 데이터 라인 인터커넥트들(1106)을 통하여 인가된다. 방전 스위치 트랜지스터(1116)로의 부분적인 전압들의 인가는, 선형 증폭 모드로 동작될 때, 셔터 어셈블리(1108)의 전극의 부분적인 방전에 따른 셔터의 부분적인 개방을 허용한다.
제어 매트릭스(1100)는, 데이터 전압을 제어 매트릭스(1100)의 나머지 열들에 동시에 선택적으로 인가한다. 모든 픽셀들이 계획된 상태들을 달성한 이후에(단계 1214), 제어 매트릭스(1100)는 Vb를 선택된 스캔 라인 인터커넥트로 다시 인가하고 다음의 스캔 라인 인터커넥트를 선택한다(단계 1216). 모든 스캔 라인들이 어드레싱된 이후에, 과정이 다시 시작한다. 이전에 설명된 제어 매트릭스들처럼, 부착된 후광의 활동은 각각의 프레임의 어드레싱과 동기화될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 디스플레이 장치(100) 내의 구성요소로서 적합한 또 다른 제어 매트릭스(1300)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스(1300) 내의 픽셀들(1302)은 충전 트리거 전환 트랜지스터들(1114)에 대향하는 충전 다이오드들(1304)을 포함할지라도, 제어 매트릭스(1300)는 제어 매트릭스(1100)와 유사하고, 제어 매트릭스(1300)는 충전 트리거 인터커넥트(1112)가 부족하다. 더욱 구체적으로, 제어 매트릭스(1300)는, 제어 매트릭스(1300) 내의 각각의 열에 대한 하나의 데이터 인터커넥트(1306), 제어 매트릭스(1300) 내의 각각의 행에 대한 하나의 스캔 라인 인터커넥트(1308), 및 방전 트랜지스터(1309)를 포함한다. 제어 매트릭스(1300)는, 제어 매트릭스(1100) 내에 내장된 것과 유사한 충전 인터커넥트(1310)(또한 V(at)로 표시됨)를 포함한다.
제어 매트릭스(1300)는, 충전 인터커넥트(1310)에 전기적으로 연결된 작동 전압원을 포함한다. 작동 전압원은 각각의 프레임 어드레싱 사이클의 초기에 전압의 펄스들을 공급하고, 제어 매트릭스(1300) 내의 픽셀들(1302)의 셔터 어셈블리들(1314)로 전류가 흐르는 것을 허용하여, 셔터 어셈블리들(1314) 내의 작동되지 않은 작동기들을 작동시킨다. 결과적으로, 전압 펄스 이후에, 제어 매트릭스(1300) 내의 픽셀들(1302) 모두는 개방 또는 폐쇄의 동일 상태에 있다. 전압 펄스 이후에, 충전 인터커넥트(1310)의 전위가 0으로 재설정될 때, 충전 다이오드(1304)는 셔터 어셈블리들(1314) 내에 저장된 전압이 충전 인터커넥트(1310)를 경유하여 소실되는 것을 방지한다. 제어 매트릭스(1300)는 픽셀 어드레싱 방법(1200)과 유사한 방법을 이용하여 제어될 수 있다. 단계 1202에서, 전압을 충전 트리거 인터커넥트(1112)로 인가하는 대신에, 작동 전압원은, 폐쇄된 셔터 어셈블리들을 개방시키기에 충분한 기간 및 크기를 가진 전압 펄스를 공급한다.
셔터 어셈블리들(1108 및 1314)의 더 높은 정전용량 전극이 스캔 라인 인터커넥트들(1104 및 1308)에 연결되고, 더 낮은 정전용량 전극이 트랜지스터(1114) 또는 다이오드(1304)를 통하여 충전 인터커넥트들(1112 또는 1310)로 연결되는 것이 바람직하다. 충전 인터커넥트들을 통하여 셔터 전극들에서 구동되는 전압 변화들은, 스캔 라인 인터커넥트들을 통하여 인식되는 것들보다 더 큰 크기를 가진다.
도 14는, 디스플레이 장치(100)의 구성요소로서 적합한 제어 매트릭스(1400)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스(1400)는, 제어 매트릭스(1300)의 구성요소들, 즉 스캔 라인 인터커넥트들(1402), 데이터 인터커넥트들(1404), 및 충전 인터커넥트(1406)를 포함한다. 제어 매트릭스(1400) 내의 픽셀들(1408)은 충전 다이오드(1410), 셔터 어셈블리(1412), 및 방전 트랜지스터(1414)를 포함한다. 제어 매트릭스(1400)는, 또한 도 9 및 10과 관련하여 설명된 것과 유사한 방법을 이용하여, 제어 매트릭스(1400) 내의 픽셀들(1408)의 전체 작동을 제공하기 위한 전체 작동 인터커넥트(1416)를 포함한다. 제어 매트릭스는, 또한 방전 트랜지스터(1414)의 소스 및 드레인과 병렬로 연결되는 선택적인 커패시터(1418)를 포함한다. 커패시터는, 전체 작동 인터커넥트(1416)를 통하여 다른 전극에 인가된 전압 변화들에도 불구하고 셔터 어셈블리(1412)의 하나의 전극에서의 안정된 전압을 유지하는 것을 돕는다. 인터커넥트(1416)는, 배열 내의 복수의 행들 및 복수의 열들의 픽셀들(1408) 사이에서 공유된다.
전체 작동 인터커넥트가, 표 1의 극성 반전 방법 2와 유사한 모드로 이용된다면, 작동 임계 전압의 제공에 추가하여 0V DC 평균 모드의 동작을 확보하도록 이용될 수 있다. 0V DC 평균을 달성하기 위해, 제어 매트릭스는 제어 논리들 사이에서 번갈아 바뀐다. 프레임 어드레싱 사이클의 초기에 픽셀 어드레싱 방법(1000 및 1200)에서 이용되는 것과 유사한 제 1 제어 논리에서, 제어 매트릭스(1400)는, 셔터 어셈블리(1412) 작동기의 전극들 사이의 Vat를 저장함으로써 제어 매트릭스(1400) 내의 모든 픽셀들의 셔터 어셈블리들(1412)을 개방한다. 그 다음에, 제어 매트릭스(1400)는, 셔터 어셈블리들(1412)을 개방 상태로 고정시키기 위해 바이어스 전압을 인가한다. 제어 매트릭스(1400)는, Vm보다 더 큰 1/2 Vat와 같은 바이어스 전압을 전체 작동 인터커넥트(1416)를 경유하여 인가한다. 그 다음에, 셔터 어셈블리(1412)의 상태를 변화시키기 위해, 셔터 어셈블리(1412)가 위치하는 픽셀들(1408)의 행이 기록가능할 때, 제어 매트릭스(1400)는 셔터 어셈블리(1412) 내에 저장된 Vat를 방전한다. 전체 작동 인터커넥트(1416)가 접지될 때까지, 유지 전압은 셔터 어셈블리(1412)가 개방되도록 유지한다.
표 1의 극성 반전 방법 2와 유사한 제 2 제어 논리에서, 전체 작동 인터커넥트(1416)로 인가된 전압을 1/2 Vat로부터 접지 전압으로 변화시키는 제어 매트릭스 대신에, 제어 매트릭스는 전체 작동 인터커넥트(1416)에 인가된 전압을 1/2 Vat로부터 Vat로 변화시킨다. 그러므로, 셔터 어셈블리(1412) 내의 셔터를 이완 상태로 해제하기 위해, 충전 다이오드(1410)를 경유하여 인가된 전압은 방전과 반대로 유지되어야 한다. 그러므로, 제 2 제어 논리에서, 제어 매트릭스(1400)는 폐쇄된 것들과 반대로 개방되게 남아 있을 셔터 어셈블리들로부터 저장된 Vat를 방전한다. 제어 매트릭스(1400)는, 매 프레임 또는 다른 주기에 기초하여 제어 논리들 사이에서 교대로 엇갈리며 변경될 수 있다. 시간이 지남에 따라, 충전 인터커넥트(1406) 및 전체 작동 인터커넥트(1416)에 의해 셔터 어셈블리들(1408)의 작동기들 사이에 인가된 순 전위들은 평균적으로 0V가 된다.
도 15는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 디스플레이 장치(100) 내에 포함되기 위한 또 다른 적합한 제어 매트릭스(1500)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스(1500)는 도 11의 제어 매트릭스(1100)와 유사하다. 제어 매트릭스(1500)는, 제어 매트릭스(1500) 내의 픽셀들(1504)의 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트(1502) 및 제어 매트릭스(1500) 내의 픽셀들(1504)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1506)를 포함한다. 제어 매트릭스(1500)는 공통 충전 트리거 인터커넥트(1508) 및 공통 충전 인터커넥트(1510)를 포함한다. 제어 매트릭스(1500) 내의 픽셀들(1504) 각각은, 도 11에 설명된 것처럼, 탄성 셔터 어셈블리(1511), 충전 트리거 전환 트랜지스터(1512) 및 방전 전환 트랜지스터(1514)를 포함한다. 제어 매트릭스(1500)는 또한 제어 매트릭스(900)와 관련하여 전체 작동 인터커넥트(1516) 및 대응하는 기능성을 포함한다. 제어 매트릭스(1500)는 또한 방전 전환 트랜지스터(1514)의 소스 및 드레인과 병렬로 연결된 선택적인 전압 안정 커패시터(1517)를 포함한다.
제어 매트릭스(1500)의 각각의 픽셀(1504)은, 또한 제 3 트랜지스터, 기록가능 트랜지스터(1518), 및 데이터 저장 커패시터(1520)를 포함한다. 픽셀들(1504)의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1506)는 행 내에서 각각의 픽셀(1504) 내에 포함된 기록가능 트랜지스터(1518)의 게이트들로 연결된다. 제어 매트릭스(1500)의 열들에 대한 데이터 인터커넥트들(1502)은 열 내의 픽셀들(1504)의 기록가능 트랜지스터들(1518)의 소스 단자들에 전기적으로 연결된다. 각각의 픽셀(1504) 내의 기록가능 트랜지스터들(1518)의 드레인은, 각각의 픽셀들(1504)의 데이터 저장 커패시터(1520) 및 방전 트리거 트랜지스터(1514)의 게이트 단자에 병렬로 전기적으로 연결된다.
제어 매트릭스(1500)의 동작은 방법들(1000 및 1200) 각각을 공동으로 이용하는 요소들을 포함한다. 프레임 어드레싱 사이클의 초기에, 전압이 제어 매트릭스(1500)의 충전 트리거 인터커넥트(1508) 및 충전 인터커넥트(1510)에 인가되어, 폐쇄된 셔터 어셈블리들(1511)을 개방하기 위해 제어 매트릭스(1500) 내의 각각의 픽셀(1504)의 하나의 셔터 어셈블리(1511) 작동기 전극 상에 전위 Vat를 형성한다. 이러한 단계들은 도 12의 단계들 1202 및 1204에서 수행되는 것들과 유사하다. 도 11, 13, 및 14와 관련하여 행해지는 대응하는 스캔 라인 인터커넥트들의 접지와 같은 기록가능을 수행하는 대신에, 제어 매트릭스(1500)가 기록가능 전압 Vwe를 각각의 행에 대응하는 스캔 라인 인터커넥트(1506)에 인가하는 것을 제외하면, 각각의 행은 순차적으로 기록가능해진다. 픽셀들(1504)의 특정 행이 기록가능한 동안, 제어 매트릭스(1500)는 데이터 전압을, 폐쇄될 기록가능 행 내에 픽셀(1502)을 내장하는 열에 대응하는 제어 매트릭스(1500)의 각각의 데이터 인터커넥트(1508)에 인가한다. 기록가능 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1506)로의 Vwe의 인가는, 대응하는 스캔 라인 내의 픽셀들(1504)의 기록가능 트랜지스터들(1518)을 켠다. 데이터 인터커넥트들(1502)에 인가된 전압들은 각각의 픽셀들(1504)의 데이터 저장 커패시터들(1502) 상에 저장되는 것이 허용된다.
픽셀(1504)의 데이터 저장 커패시터(1520) 상에 저장된 전압이 예를 들어 5V처럼 접지 전압보다 충분히 더 크다면, 방전 전환 트랜지스터(1514)가 작동되어, 충전 트리거 전환 트랜지스터(1514)를 경유하는 대응하는 셔터 어셈블리(1511)에 인가된 전하가 방전하는 것을 허용한다. 셔터 어셈블리(1511) 내에 저장된 더 큰 전압 Vat의 방전은, 데이터 저장 커패시터(1520) 상에 상대적으로 작은 데이터 전압을 저장하는 데에 필요한 것보다 더 많은 시간을 소모할 수 있다. 데이터 전압을 데이터 저장 커패시터(1520)에 저장함으로써, 방전 및 기계적 작동 과정이 제어 매트릭스(1500)가 스캔 라인 인터커넥트(1506)를 접지시킨 이후에도 계속되어, 커패시터(1520)에 저장된 전하를 대응하는 데이터 인터커넥트(1502)로부터 절연시킨다. 도 11, 13, 및 14 내의 제어 매트릭스들에 의해 나타나는 방전 과정과 비교하여, 제어 매트릭스(1500)는, 데이터 인터커넥트(1502) 상의 신호들과의 실시간 통신을 필요로 하는 대신에, 커패시터(1520) 상에 저장된 데이터 전압에 의해 (셔터 어셈블리(1511)에서의 작동 전압 Vat의 인가를 제어하기 위한) 방전 스위치(1514)를 조정한다.
선택적인 실시형태들에서, 저장 커패시터(1520) 및 기록가능 트랜지스터(1518)는, 공지된 DRAM 또는 SRAM 회로들과 같은 선택적인 데이터 메모리 회로들을 이용하여 대체될 수 있다.
도 11, 13 및 14에서 도시된 회로들과 비교하여, 셔터 어셈블리(1511)의 전극들 상의 전하는, 방전될 때, 픽셀(1504)에 대응하는 스캔 라인 인터커넥트에 의해 접지되어 흐르지 않는다. 대신에, 방전 전환 트랜지스터(1514)의 소스는, 밑의 행 내의 픽셀의 스캔 라인 인터커넥트(1522)에 연결된다. 기록가능하지 않을 때, 제어 매트릭스(1500) 내의 스캔 라인 인터커넥트들(1522)은 접지 전위 또는 접지 전위 근처로 유지되어; 이웃하는 행들에서 전류들을 방전하기 위한 효과적인 싱크(sink)들로서 기능을 할 수 있다.
제어 매트릭스(1500)는 또한 도 10에 기술된 것과 유사한 과정 또는 방법의 전체 작동을 위한 능력을 포함한다. 방전된 픽셀들(1504) 내의 셔터들은, 전체 작동 인터커넥트(1516)로의 유지 전압 Vm, 예를 들어 1/2 Vat의 인가로 인하여 제 위치에 유지된다. 모든 행들이 어드레싱된 이후에, 제어 매트릭스(1500)는 전체 작동 인터커넥트(1516)를 접지시킴으로써, 모든 방전된 셔터 어셈블리들(1511)의 셔터들을 실질적으로 일치되게 해제한다.
도 16은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 디스플레이 장치(100) 내에 포함되기 위한 또 다른 적합한 제어 매트릭스(1600)의 다이어그램이다. 제어 매트릭스(1600)는 도 15의 제어 매트릭스(1500)와 유사하다. 제어 매트릭스(1600)는, 제어 매트릭스(1600) 내의 픽셀들(1604)의 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트(1602), 및 제어 매트릭스(1600) 내의 픽셀들(1604)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1606)를 포함한다. 제어 매트릭스(1600)는, 공통 충전 트리거 인터커넥트(1608), 공통 충전 인터커넥트(1610), 및 전체 작동 인터커넥트(1612)를 포함한다. 제어 매트릭스(1600) 내의 픽셀들(1604) 각각은, 도 15에서 설명된 것처럼 탄성 셔터 어셈블리(1614), 충전 트리거 전환 트랜지스터(1616), 방전 전환 트랜지스터(1617), 기록가능 트랜지스터(1618), 및 데이터 저장 커패시터(1620)를 포함한다. 제어 매트릭스(1600)는 또한 전체 작동 인터커넥트(1612)와 구별되는 셔터 공통 인터커넥트(1622)를 포함한다. 이러한 인터커넥트들(1612 및 1622)은 배열 내의 복수의 행들 및 복수의 열들의 픽셀들(1604) 사이에서 공유된다.
동작 중에, 제어 매트릭스(1600)는 다른 수단들 또는 방법들에 의해 제어 매트릭스(1500)의 기능들과 같은 기능들을 수행한다. 더욱 구체적으로, 제어 매트릭스(1600) 내의 전체 작동을 달성하기 위한 방법은, 제어 매트릭스들(900, 1400 또는 1500) 내에서 수행되는 것과 구별된다. 이전의 방법들에서, 전체 작동 인터커넥트는 셔터 어셈블리의 하나의 전극에 연결되어 있고, 유지 전압 Vm을 금지된 셔터 작동에 인가하였다. 제어 매트릭스(1600)에서, 전체 작동 인터커넥트(1612)는 방전 전환 트랜지스터(1617)의 소스에 연결된다. 전체 작동 인터커넥트(1612)를 셔터 공통 인터커넥트(1622)의 전위보다 더 큰 전위로 유지하는 것은, 어느 전하가 커패시터(1620)에 저장되는 지에 상관없이, 방전 전환 트랜지스터들(1617)의 켜짐을 방지한다. 제어 매트릭스(1600) 내의 전체 작동은, 전체 작동 인터커넥트(1612)의 전위를 셔터 공통 인터커넥트(1622)와 같은 전위로 인가함으로써 달성되고, 방전 전환 트랜지스터들(1617)이 데이터 전압이 커패시터(1620)에 저장되었는지 여부에 따라서 켜지는 것을 가능하게 한다. 그러므로 제어 매트릭스(1600)는, 전체 작동을 달성하기 위해 셔터 어셈블리(1614) 내의 전기적 쌍안정에 의존하지 않는다.
부분적인 전압들을 데이터 저장 커패시터(1620)에 인가하는 것은, 전체 작동 인터커넥트(1612)가 작동 전위가 되는 시간 동안 방전 전환 트랜지스터(1617)의 부분적인 켜짐을 허용한다. 이러한 방식으로, 아날로그 전압이 셔터 어셈블리(1614)에서 생성되어, 아날로그 그레이 스케일을 제공한다.
제어 매트릭스(1600)에서, 제어 매트릭스(1500)와 비교하여, 셔터 어셈블리들(1614) 내의 작동기들의 더 높은 정전용량 전극은, 전체 작동 인터커넥트(1612) 대신에 셔터 공통 인터커넥트(1622)로 전기적으로 연결된다. 동작 중에, 제어 매트릭스는, 도 14의 제어 매트릭스(1400)와 관련하여 기술된 2개의 제어 논리들 사이에서 교대로 번갈아 바뀔 수 있다. 제어 매트릭스(1600)에 대하여, 제어 매트릭스가 제어 논리들 사이에서 전환될 때, 제어 매트릭스(1600)는, 제어 매트릭스(1400)에 의해 행해지는 것처럼 전체 작동 인터커넥트에 인가된 전체 작동 전압을 전환하는 대신에, 선택된 제어 논리에 의존하여, 셔터 공통 인터커넥트(1622)에 인가된 전압을 접지 또는 Vat로 전환한다.
도 13의 제어 매트릭스(1300)처럼, 단순 다이오드 및/또는 MIM 다이오드는 충전 트리거 트랜지스터(1616)를 대신하여 사용될 수 있어, 배열 내의 각각의 픽셀에 대한 전환 또는 충전 로딩 기능을 수행한다.
도 17은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 디스플레이 장치(100) 내에 포함되기 위한 추가적인 적합한 제어 매트릭스(1700)이다. 제어 매트릭스(1700)는, 탄성 셔터 어셈블리들(1704)을 포함하는 픽셀들(1702)의 배열을 제어한다. 제어 매트릭스(1700)는 바람직하게는 쌍안정이지 않은 셔터 어셈블리들을 포함하여, 셔터 어셈블리들(1704)은 아날로그 방식으로 더 잘 제어된다. 즉, 셔터 어셈블리들(1704) 중 하나의 작동기로의 특정 전압의 인가는 공지된 증분 셔터 이동을 일으킨다.
제어 매트릭스(1700)는, 제어 매트릭스(1700) 내의 픽셀들(1702)의 각각의 행에 대한 하나의 스캔 라인 인터커넥트(1706), 및 제어 매트릭스(1700) 내의 픽셀들(1702)의 각각의 열에 대한 하나의 데이터 인터커넥트(1708)를 포함한다. 제어 매트릭스(1700)는 또한 충전 인터커넥트(1710), 충전 트리거 인터커넥트(1712), 및 방전 트리거 인터커넥트(1714)를 포함한다. 이러한 인터커넥트들(1710, 1712 및 1714)은 제어 매트릭스(1700) 내의 픽셀들(1702)의 모두 또는 서브세트 사이에서 공유된다. 제어 매트릭스(1700) 내의 각각의 픽셀(1702)은 4개의 트랜지스터들, 충전 트리거 트랜지스터(1716), 그레이 스케일 트랜지스터(1718), 방전 트랜지스터(1720), 및 기록가능 트랜지스터(1722)를 포함한다. 충전 트리거 트랜지스터(1716)의 게이트는 충전 트리거 인터커넥트(1712)에 전기적으로 연결된다. 드레인은 충전 인터커넥트(1710)에 전기적으로 연결되고, 소스는 그레이 스케일 트랜지스터(1718)에 전기적으로 연결된다. 그레이 스케일 트랜지스터(1718)의 게이트는 데이터 저장 커패시터(1724) 및 기록가능 트랜지스터(1722)에 병렬로 전기적으로 연결된다. 그레이 스케일 트랜지스터(1718)의 소스는 방전 트랜지스터(1720)에 전기적으로 연결된다. 방전 트랜지스터(1720)의 게이트는 방전 인터커넥트(1714)에 전기적으로 연결되고, 소스는 접지된다. 기록가능 트랜지스터(1722)를 참조하면, 게이트는 대응하는 스캔 라인 인터커넥트(1706)에 전기적으로 연결되고, 드레인은 대응하는 데이터 인터커넥트(1708)에 전기적으로 연결된다.
제어 매트릭스(1700)는 아날로그 그레이 스케일을 디스플레이 장치(100)로 제공하도록 이용될 수 있다. 동작 중에, 프레임 어드레싱 사이클의 초기에, 제어 매트릭스(1700)는 전압을 방전 트리거 인터커넥트(1714)에 인가하고, 방전 트랜지스터(1720)를 켠다. 픽셀들(1702) 내의 셔터 어셈블리들(1704)의 작동기들 내에 저장된 전압이 방전되고, 셔터 어셈블리들(1704) 내의 셔터들을 정지 위치들로 해제한다. 제어 매트릭스(1700)는, 그 다음에 방전 트리거 인터커넥트(1714)를 접지시킨다. 그 다음에, 제어 매트릭스(1700)는 기록가능 전압 Vwe를 각각의 스캔 라인 인터커넥트(1706)로 인가하고, 제어 매트릭스(1700)의 각각의 대응하는 행 내의 픽셀들(1702)의 기록가능 트랜지스터들(1722)을 켠다. 주어진 행에 대한 기록가능 트랜지스터(1722)가 켜짐에 따라, 제어 매트릭스(1700)는 전압 펄스들을 데이터 인터커넥트들(1708) 각각에 인가하여, 픽셀들(1702)의 기록가능 행 내의 각각의 픽셀(1702)의 요망된 밝기를 가리킨다. 어드레싱 순서가 완성된 이후에, 제어 매트릭스는 전압을, 충전 트리거 트랜지스터(1716)를 켜는 충전 트리거 인터커넥트(1712)로 인가하여, 모든 전극들이 충전될 수 있고 모든 픽셀들이 동시에 작동될 수 있다.
픽셀(1702)의 밝기는, 대응하는 데이터 인터커넥트(1708)에 인가되는 전압 펄스의 기간 또는 크기에 의해 결정된다. 전압 펄스가 픽셀의 데이터 인터커넥트(1708)에 인가되는 동안, 전류는 기록가능 트랜지스터(1722)를 통과하여 흐르고, 데이터 저장 커패시터(1724) 상의 전위를 형성한다. 커패시터(1724) 상의 전압은 그레이 스케일 트랜지스터(1718)의 도전 채널의 개방을 제어하는 데에 이용된다. 게이트-투-소스 전압이 특정 임계 전압을 초과하는 동안 이러한 채널은 개방된 채 남아 있다. 결국, 충전 사이클 동안, 셔터 어셈블리(1704)의 전극 상의 전위는, 그레이 스케일 트랜지스터가 꺼지는 커패시터(1724)에 저장되는 전위와 일치하도록 상승한다. 이러한 방식으로 셔터 어셈블리 상에 저장된 작동 전압은 커패시터(1724) 상에 저장된 아날로그 전압에 비례하여 변화할 수 있다. 결과적인 전극 전압은, 결과 전압에 비례하여 셔터 어셈블리(1704) 내의 셔터의 증분 이동을 일으킨다. 셔터는, 방전 트리거 인터커넥트(1714)가 프레임 어드레싱 사이클의 끝에서 다시 전력을 받을 때까지, 정지 위치로부터 이동한 상태에 있다.
도 13의 제어 매트릭스(1300)와 같이, 단순 다이오드 및/또는 MIM 다이오드는, 배열 내의 각각의 픽셀에 대한 전환 또는 전하 로딩 기능을 수행하기 위해 충전 트리거 트랜지스터(1716)를 대신하여 대체될 수 있다.
도 18은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 디스플레이 장치(100) 내에 포함되기 위한 또 다른 적합한 제어 매트릭스(1800)이다. 제어 매트릭스(1800)는 이중 작동기 셔터 어셈블리들(1804)(즉, 셔터 개방 작동기 및 셔터 폐쇄 작동기를 가지는 셔터 어셈블리들)을 포함하는 픽셀들(1802)의 배열을 제어한다. 셔터 어셈블리들(1804) 내의 작동기들은 전기적으로 쌍안정이거나 기계적으로 쌍안정일 수 있다.
제어 매트릭스(1800)는, 제어 매트릭스(1800) 내의 픽셀들(1802)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1806)를 포함한다. 제어 매트릭스(1800)는 또한 제어 매트릭스(1800) 내의 픽셀들(1802)의 각각의 열에 대하여, 2개의 데이터 인터커넥트들, 셔터 개방 인터커넥트(1808a) 및 셔터 폐쇄 인터커넥트(1808b)를 포함한다. 제어 매트릭스(1800)는, 충전 인터커넥트(1810), 충전 트리거 인터커넥트(1812), 및 전체 작동 인터커넥트(1814)를 더 포함한다. 이러한 인터커넥트들(1810, 1812, 및 1814)은 배열 내의 복수의 행들 및 복수의 열들의 픽셀들(1802) 사이에서 공유된다. (이하에서 더욱 상세히 설명되는) 일 실시형태에서, 인터커넥트들(1810, 1812, 및 1814)은 제어 매트릭스(1800) 내의 모든 픽셀들(1802) 사이에서 공유된다. 제어 매트릭스 내의 각각의 픽셀(1802)은 셔터 개방 충전 트랜지스터(1816), 셔터 개방 방전 트랜지스터(1818), 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터(1820), 및 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터(1822)를 포함한다. 제어 매트릭스는, 방전 트랜지스터들(1818 및 1822)의 소스 및 드레인과 병렬로 연결되는 2개의 전압 안정 커패시터들(1824)을 내장한다. 각각의 프레임 어드레싱 사이클의 초기에, 제어 매트릭스(1800)는, 셔터 어셈블리들 Vat를 작동시키는 데에 필요한 전압의 1/2와 같은 유지 전압 Vm을 전체 작동 인터커넥트(1814)에 인가한다. 전체 작동이 프레임 어드레싱 사이클의 끝에서 개시될 때까지 유지 전압은 셔터 어셈블리들(1804)을 현재 상태들로 잠근다. 제어 매트릭스(1800)는 그 다음에 전압을 충전 트리거 인터커넥트(1812)로 인가하고, 제어 매트릭스(1800) 내의 픽셀들(1802)의 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 트랜지스터들(1816 및 1820)을 켠다. 일 실시형태에서, 충전 인터커넥트(1810)는 40V와 같은 Vat 이상의 DC 전압을 가진다.
제어 매트릭스(1800) 내의 픽셀들(1802)의 각각의 행이 어드레싱됨에 따라, 제어 매트릭스(1800)는 대응하는 스캔 라인 인터커넥트(1806)를 접지시킴으로써 픽셀들(1802)의 행을 기록가능하게 한다. 그 다음에, 제어 매트릭스(1800)는 5V와 같은 데이터 전압 Vd를, 제어 매트릭스(1800) 내의 픽셀들(1802)의 각각의 열에 대응하는 셔터 개방 인터커넥트(1808a) 또는 셔터 폐쇄 인터커넥트(1808b)에 인가한다. Vd가 열의 셔터 폐쇄 인터커넥트(1808b)에 인가된다면, 대응하는 셔터 어셈블리(1804)의 셔터 폐쇄 작동기에 저장된 전압은 셔터 폐쇄 방전 트랜지스터(1822)를 경유하여 방전된다. 유사하게, Vd가 열의 셔터 개방 인터커넥트(1808a)에 인가된다면, 대응하는 셔터 어셈블리(1804)의 셔터 개방 작동기에 저장된 전압은 셔터 개방 방전 트랜지스터(1818)를 경유하여 방전된다. 일반적으로, 적절한 작동을 확보하기 위해, 셔터 폐쇄 작동기 또는 셔터 개방 작동기 중 하나만이 배열 내의 주어진 셔터 어셈블리에 대하여 방전되는 것이 허용된다.
픽셀들(1802)의 모든 행들이 어드레싱된 이후에, 제어 매트릭스(1800)는 전체 작동 인터커넥트(1814)의 전위를 Vm으로부터 접지로 변화시킴으로써 픽셀들(1802)을 전체적으로 작동시킨다. 필요하다면, 전압의 변화는 작동기들을 잠겨진 상태로부터 해제하여 다음의 상태로 전환한다. 전체 작동 인터커넥트가 일정 전압 접지 또는 공통 인터커넥트로 대체된다면, 즉 전체 작동 방법이 제어 매트릭스(1800)로 이용되지 않는다면, 전압 안정 커패시터들(1824)은 필요하지 않다.
도 14의 제어 매트릭스(1400)와 같이, 단순 다이오드 및/또는 MIM 다이오드는 셔터 개방 충전 트랜지스터(1816) 및 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터(1820)를 대신하여 이용될 수 있다.
선택적으로, 셔터 어셈블리(1804)의 쌍안정 성격을 이용하고 셔터 개방 충전 트랜지스터(1816) 및 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터(1820)를 대신하여 저항을 이용하는 것이 가능하다. 저항을 이용하여 동작할 때, 셔터 어셈블리(1804) 내의 작동기의 저항 및 정전용량과 관련된 RC 충전 시간 상수는, 셔터 개방 방전 트랜지스터(1818) 또는 셔터 폐쇄 방전 트랜지스터(1822)를 통하여 작동기를 방전하는 데에 필요한 시간보다 더 클 수 있다. 셔터 어셈블리(1804)의 작동기가 방전 트랜지스터들 중 하나를 통하여 방전될 때와 작동기가 저항 및 충전 인터커넥트(1810)를 통하여 재충전될 때 사이의 시간 구간에서, 정확한 전압차들이 셔터 어셈블리(1804)의 작동기들 사이에 설정될 수 있고, 셔터 어셈블리가 작동할 수 있다. 셔터 어셈블리(1804)의 개방 및 폐쇄 작동기들 각각이 저항을 통하여 재충전된 이후에, 적절한 유지 전압, 즉 Vm보다 더 큰 전압을 유지하기 때문에 셔터 어셈블리(1804)는 재작동하지 않을 것이다.
도 19는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 디스플레이 장치(100) 내에 포함되기 위한 또 다른 적합한 제어 매트릭스(1900)이다. 제어 매트릭스(1900)는, 이중 작동기 셔터 어셈블리들(1904)(즉, 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 작동기들을 가진 셔터 어셈블리들)을 포함하는 픽셀들(1902)의 배열을 제어한다. 셔터 어셈블리들(1904) 내의 작동기들은 전기적 쌍안정 또는 기계적 쌍안정일 수 있다.
제어 매트릭스(1900)는 제어 매트릭스(1900) 내의 픽셀들(1902)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1906)를 포함한다. 제어 매트릭스(1900)는 또한 제어 매트릭스(1900) 내의 픽셀들(1902)의 각각의 열에 대하여 2개의 데이터 인터커넥트들, 셔터 개방 인터커넥트(1908a) 및 셔터 폐쇄 인터커넥트(1908b)를 포함한다. 제어 매트릭스(1900)는 충전 인터커넥트(1910), 충전 트리거 인터커넥트(1912), 전체 작동 인터커넥트(1914) 및 셔터 공통 인터커넥트(1915)를 포함한다. 이러한 인터커넥트들(1910, 1912, 1914 및 1915)은 배열 내의 복수의 행들 및 복수의 열들의 픽셀들(1902) 사이에서 공유된다. (이하에서 상세히 기술되는) 일 실시형태에서, 인터커넥트들(1910, 1912, 1914 및 1915)은 제어 매트릭스(1900) 내의 모든 픽셀들(1902) 사이에서 공유된다.
도 16 및 18과 관련하여 설명된 것처럼, 제어 매트릭스 내의 각각의 픽셀(1902)은 셔터 개방 충전 트랜지스터(1916), 셔터 개방 방전 트랜지스터(1918), 셔터 개방 기록가능 트랜지스터(1917), 및 데이터 저장 커패시터(1919)를 포함한다. 제어 매트릭스 내의 각각의 픽셀(1902)은 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터(1920), 셔터 폐쇄 방전 트랜지스터(1922), 셔터 폐쇄 기록가능 트랜지스터(1927), 및 데이터 저장 커패시터(1929)를 포함한다.
각각의 프레임 어드레싱 사이클의 초기에, 제어 매트릭스(1900)는 전압을 충전 트리거 인터커넥트(1912)에 인가하고, 제어 매트릭스(1900) 내의 픽셀들(1902)의 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 트랜지스터들(1916 및1920)을 켠다. 일 실시형태에서, 충전 인터커넥트(1910)는 40V와 같은 Vat 이상의 DC 전압을 가진다.
도15의 제어 매트릭스(1500)와 관련하여 설명된 것처럼, 각각의 행은 그 다음에 순차적으로 기록가능해진다. 픽셀들(1902)의 특정 행이 기록가능한 반면에, 제어 매트릭스(1900)는 데이터 전압을, 제어 매트릭스(1900) 내의 픽셀들(1902)의 각각의 열에 대응하는 셔터 개방 인터커넥트(1908a) 및 셔터 폐쇄 인터커넥트(1908b)에 인가한다. 기록가능 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(1906)로의 Vwe의 인가는, 대응하는 스캔 라인 내의 픽셀들(1902)의 기록가능 트랜지스터들(1917 및 1927) 모두를 켠다. 데이터 인터커넥트들(1908a 및 1908b)에 인가된 전압들은, 각각의 픽셀들(1902)의 데이터 저장 커패시터들(1919 및 1929)에 저장되는 것이 허용된다. 일반적으로, 적절한 작동을 확보하기 위해, 셔터 폐쇄 작동기 또는 셔터 개방 작동기 중 하나만이 배열 내의 주어진 셔터 어셈블리에 대하여 방전되는 것이 허용된다.
제어 매트릭스(1900)에서, 전체 작동 인터컨넥트(1914)는 셔터 개방 방전 전환 트랜지스터(1918) 및 셔터 폐쇄 방전 트랜지스터(1922) 모두의 소스에 연결된다. 전체 작동 인터커넥트(1914)를 셔터 공통 인터커넥트(1915)의 전위보다 더 큰 전위에서 유지하는 것은, 어떤 전하가 커패시터들(1919 및 1929) 상에 저장되는 지에 상관없이, 방전 전환 트랜지스터들(1918 또는 1922)의 켜짐을 방지한다. 제어 매트릭스(1900) 내의 전체 작동은, 전체 작동 인터커넥트(1914) 상의 전위를 셔터 공통 인터커넥트(1915)와 같은 전위로 만드는 것에 의해 달성되어, 방전 전환 트랜지스터들(1918 또는 1922)이 데이터 전압이 커패시터(1919 또는 1920)에 저장되는지 여부에 따라 켜지는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 제어 매트릭스(1900)는 전체 작동을 이루기 위해 셔터 어셈블리(1904) 내의 전기적 쌍안정에 의존하지 않는다.
부분적인 전압들을 데이터 저장 커패시터들(1919 및 1921)에 인가하는 것은, 전체 작동 인터커넥트(1914)가 작동 전위가 되는 시간 동안 방전 전환 트랜지스터들(1918 및 1922)의 부분적인 켜짐을 허용한다. 이러한 방식으로, 아날로그 전압은 아날로그 그레이 스케일을 제공하기 위해 셔터 어셈블리(1904)에서 생성된다.
동작 중에, 제어 매트릭스는 도 16의 제어 매트릭스(1600)와 관련하여 설명되는 2개의 제어 논리들 사이에서 교대로 바뀐다.
도 13의 제어 매트릭스(1300)와 같이, 단순 MIM 다이오드들 또는 배리스터들은, 배열 내의 각각의 픽셀에 대한 전환 또는 전하 로딩 기능을 수행하기 위해 충전 트리거 트랜지스터(1616)를 대신하여 이용될 수 있다. 또한, 도 18의 제어 매트릭스(1800)와 같이, 셔터 개방 충전 트랜지스터(1916) 및 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터(1920)를 대신하여 저항을 사용하는 것이 가능하다.
일반적으로 말하자면, 단일 작동 또는 탄성 셔터 어셈블리들의 사용을 통하여 예시된 제어 매트릭스들(1100, 1300, 1400, 1500, 또는 1700)은, 개방 및 폐쇄 작동기들 각각에 대하여 거울 방식으로 제어 회로를 재생함으로써 이중 작동 셔터 어셈블리들을 이용한 사용에 적합할 수 있다. 도 8의 방법(800)에 도시된 것처럼, 데이터 개방 인터커넥트들 및 데이터 폐쇄 인터커넥트들에 공급된 데이터는 종종 보충적이다. 논리 "1"이 데이터 개방 인터커넥트에 공급된다면, 논리 "0"은 데이터 폐쇄 인터커넥트에 공급된다. 선택적인 실시형태들에 추가하여, 제어 매트릭스들은 트랜지스터들을 배리스터들로 대체하도록 변경될 수 있다.
선택적인 실시형태들에서, 다음의 영상 프레임에 대한 픽셀의 상태가 이전의 위치와 다르다면, 제어 매트릭스는 각각의 픽셀의 이전의 위치의 트랙을 유지하고 위치들을 픽셀에 대응하는 데이터 인터커넥트들로 인가하기만 한다. 또 다른 선택적인 실시형태들에서, 픽셀들은, 전기적 쌍안정 셔터 어셈블리들 대신에 기계적 쌍안정 셔터 어셈블리들을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 충전 트리거 트랜지스터들은 저항들로 대체될 수 있고, 충전 트리거 인터커넥트는 도 18과 관련하여 이상에서 기술된 것처럼 제어 매트릭스로부터 생략될 수 있다. 제어 매트릭스(1400)에 의해 사용되는 이중 제어 논리은 또한 제어 매트릭스(1800)의 다른 실시형태들에서 사용될 수 있다.
그레이 스케일 기술
필드 순차 컬러(Field Sequential Color)
디스플레이 장치(100)는 상대적으로 낮은 전력을 이용하여 고화질 비디오 영상들을 제공한다. 셔터-기반 광 밸브의 광 처리 효율은, 영상의 생성에서 편광기들 또는 컬러 필터들을 필요로 하지 않기 때문에 액정 디스플레이들의 효율보다 더 크다.
컬러 필터들을 사용하지 않고, 셔터-기반 디스플레이의 비디오 영상들을 생성하기 위한 하나의 방법은 필드 순차 컬러의 사용이다. 컬러 필터들은 필터들의 흡수를 통하여 광 효율을 60% 이상 감소시킨다. 필드 순차 컬러를 이용하는 디스플레이들은 순 적색, 녹색 및 청색 광을 순차적으로 생성하는 후광을 사용한다. 개별적인 영상은 각각의 컬러에 대하여 생성된다. 개별적인 컬러 영상들이 50Hz를 초과하는 주파수들에서 변경될 때, 인간의 눈은 영상들을 평균화하여 넓고 연속적인 범위의 색상들을 가진 단일 영상을 인식한다. 발광 다이오드 소스들 또는 전자 발광 소스들로부터의 순 색상들 사이의 빠른 전환을 허용하는 효율적인 후광들이 생성될 수 있다.
도 5, 6, 7, 9, 11, 13-19에 도시된 제어 매트릭스들은, 정확한 그레이-톤들을 가진 색상-지정 영상들을 생성하기 위한 수단들, 및 빠르게 컬러 영상들 사이에서 전환하기 위한 수단들을 제공한다.
필드 순차 컬러를 이용한 정확한 영상들의 형성은, 각각의 서브-프레임의 요구되는 상태들 사이에서 각각의 픽셀을 전환하거나 재설정하는 유한 기간을 필요로 하기 때문에, 후광과 픽셀 어드레싱 과정 사이의 동기화에 의해 향상될 수 있다. 픽셀들을 어드레싱하고 작동시키는 데에 사용되는 제어 매트릭스에 의존하여, 전체 작동이 선택되지 않는다면, 영상 제어기는, 각각의 행에서 완성되는 기계적 전환 또는 작동에 대하여 충분히 긴 디스플레이의 각각의 행 또는 스캔 라인에서 정지하는 데에 필요하다. 디스플레이 제어기가 2개의 컬러 영상들 사이에서 한 행씩 상태들을 전환하는 동안 후광이 단일 색상으로 전체 디스플레이를 넓게 조명한다면, 결과적인 명암비는 혼란스러워진다.
동기화된 디스플레이의 색상들 사이의 영상의 재설정 동안 후광을 이용하여 실시될 수 있는 블랭킹 시간들(blanking times)을 조명하는 2개의 실시예들을 고려한다. 셔터들은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 작동하거나 이동하는 데에 20 마이크로세컨드를 요구하고, 셔터들이 한 행씩 작동되며, 100개의 행들이 있다면, 어드레싱을 완성하는 데에 2 밀리세컨드를 필요로 한다. 그 다음에, 동기화된 후광이 2 밀리세컨드 동안 꺼진다. 디스플레이가 프레임 당 3개의 색들을 가지고 60Hz 프레임 속도로 실행된다면, 컬러 서브-프레임 당 5.6 msec가 허용되고, 이러한 실시예에서 후광은 36%의 시간 동안 꺼진다.
선택적으로, 컬러 서브-프레임들 사이에서 전환하기 위한 전체 작동 구조를 사용할 때, 영상의 동일한 재설정은 영상들 사이의 모든 셔터들의 동시 이동을 위해 20 마이크로세컨드만을 필요로 한다. 이제, 셔터 속도에 대한 요구가 약해진다. 색상 재설정 동안, 후광이 100 마이크로세컨드만큼 꺼져 있다면, 60Hz 프레임 속도에서의 조명 시간의 백분률은 98%를 초과한다. 100 마이크로세컨드 영상 리프레시(refresh) 시간을 가정하면, 조명 시간의 실질적인 손실 없이, 프레임 속도를 120Hz로 증가시키는 것이 가능하다. 120Hz의 프레임 속도를 이용하면, 빠르게 이동하는 비디오 영상들의 색 분리와 같은, 필드 순차 컬러에 의해 야기되는 시각적 가공물(visual artifact)이 감소한다.
그레이 스케일
디스플레이에서 이용가능한 독특한 색상들의 개수는, 3개의 컬러 영상들 각각 내에서 이용가능한 그레이 스케일의 레벨들에 부분적으로 의존한다. 그레이 스케일을 생성하는 4개의 주요 방법들 및 그의 조합들이, 횡단하는 셔터 디스플레이들에 적용될 수 있다.
아날로그 그레이 스케일(Analog Gray Scale)
그레이 스케일을 생성하는 제 1 방법은, 셔터들이 부분적인 작동 전압의 인가에 비례하여 개구를 부분적으로 방해하는 아날로그 방법이다. 횡단하는 셔터들은, 전송되는 광의 백분률이, 예를 들어 도 2와 관련하여 이상에서 기술된 작동 전극들의 형상의 제어를 통하여 작동 전압에 비례하도록 디자인될 수 있다.
아날로그 그레이 스케일에 대하여, 픽셀들에 전달되는 전압이 계획된 그레이 스케일 레벨에 비례하도록, 디스플레이 장치는 디지털 아날로그 변환기를 갖춘다. 각각의 작동기의 비례하는 전압은, 비례하는 셔터 위치가 조명 기간을 통하여 유지되도록 영상 프레임의 기간을 통하여 유지된다. 도 2 및 17 내의 작동기들과 평행하게 배치된 커패시터의 임의적인 사용은, 일부 전하가 조명 시간 동안 픽셀로부터 새어나올지라도, 전압이 조명 기간 동안 셔터 위치를 변경하도록 눈에 띌 만큼 변화하지 않는다는 것을 보증하는 것을 돕는다.
아날로그 그레이 스케일은, 픽셀 당 이동에서 1개의 셔터만을 필요로 하고 각각의 컬러 조명의 기간 동안 1개의 영상 프레임만을 설정하는 장점이 있다. 그러므로, 아날로그 그레이 스케일에 대한 데이터 속도들 및 어드레싱 속도들은 그레이 스케일의 모든 선택적인 방법들 사이에서 가장 적게 요구된다.
시간 분할 그레이 스케일(Time Division Gray Scale)
횡단하는 셔터의 적절한 디자인을 이용하여, 빠른 저전압 전환이 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에 대한 것들과 같은, 횡단하며 구동되는 셔터 어셈블리들은, 3 마이크로세컨드 내지 100 마이크로세컨드의 범위의 작동 시간을 가지며 만들어질 수 있다. 이러한 빠른 작동은 시간 분할 그레이 스케일의 실시형태를 가능하게 하고, 명암비가, 작동되는 셔터들의 상대적인 온-타임 또는 듀티 사이클을 제어함으로써 달성된다. 시간 분할 그레이 스케일은, 쌍안정 셔터 어셈블리들을 내장하는 제어 매트릭스들이 셔터 작동의 두 상태들, 온 또는 오프를 인식하는 점에서, 디지털 그레이 스케일을 이용하여 실시될 수 있다. 그레이 스케일은, 셔터가 개방되는 시간의 길이를 제어함으로써 이루어진다.
전환 시간은, 필드 순차 컬러를 가진 60Hz 프레임 속도의 경우를 가정함으로써 평가될 수 있다. 각각의 컬러 서브-프레임은 5.6 msec만큼 할당된다. 이용가능한 시간이 63 세그먼트(segment)들로 분할된다면(컬러 당 6 비트 그레이 스케일), 최하위 비트(LSB; least significant bit) 시간으로 알려진, 각각의 영상에 대한 온 타임의 최소 증분은 88 마이크로세컨드이다. LSB 타임 비트에 대한 영상이 전체 작동 구조를 이용하여 만들어지고 디스플레이 된다면, 모든 셔터들에 대한 작동은 88 마이크로세컨드 보다 상당히 작은 LSB 시간에 완성될 필요가 있다. 디스플레이가 한 행씩 어드레싱된다면, 각각의 행의 재설정에 이용가능한 시간은 상당히 작다. 100개의 행들을 가진 디스플레이에 대하여, 이용가능한 작동 시간은 행 당 0.5 마이크로세컨드보다 더 작을 수 있다. 다수의 제어기 알고리즘은 행 구조의 셔터들을 어드레싱하는 데에 필요한 시간을 늦추는 데에 가능하지만(예를 들어, 엔.에이. 클라크 등, 페로일렉트로닉스(N.A. Clark et. al., Ferroelectrics), 46권, 97쪽 (2000년)), 어느 경우든지 6 비트 그레이 스케일 실시예의 셔터 작동에 필요한 시간은 20 마이크로세컨드보다 상당히 더 작다.
작동 사이클에서 손실된 에너지는 제어 구조에서 각각의 리프레시 또는 어드레싱 사이클을 통한 각각의 픽셀에 대하여 1/2 CV2(C는 픽셀과 제어 전극들의 정전용량이고 V는 작동 전압임)이기 때문에, 시간 분할 멀티플렉싱(multiplexing)을 이용한 복수 비트의 그레이 스케일을 달성하는 것은 어드레싱 회로의 상당한 전력을 필요로 한다. 도 11 및 13-19의 회로 다이어그램들은, 어드레싱 전압들(스캔 라인들 및 데이터 라인들에 필요한 전압들)을 작동 전압들(셔터를 이동시키는 데에 필요한 전압들)로부터 감소시킴으로써 전력 요구사항들을 감소시킨다.
영역 분할 그레이 스케일(Area Division Gray Scale)
시간 분할 그레이 스케일의 어드레싱 속도 및 전력 요구량을 감소시킬 수 있는 또 다른 방법은, 픽셀 당 복수의 셔터들 및 작동기들을 허용하는 것이다. 6 비트 바이너리 시간-분할 구조(63개 요구되는 시간 슬롯들)는, 공간 또는 면적 영역에서 추가적인 그레이 스케일 비트의 유용성을 추가시킴으로써 5 비트 시간 구조(31개 요구되는 시간 슬롯들)로 감소될 수 있다. 셔터들/개구들이 동등하지 않은 영역들을 가진다면, 추가적인 공간 비트가 픽셀 당 2개의 셔터들 및 개구들을 이용하여 이루어질 수 있다. 유사하게, (동등하지 않은 영역들을 가진) 4개의 셔터들이 픽셀 당 이용가능하다면, 요구되는 시간 비트 수는 3으로 감소될 수 있고, 결과는 컬러 당 유효 64 레벨들의 그레이 스케일이다.
조명 그레이 스케일(Illumination Gray Scale)
이상의 그레이 스케일 기술들에 대한 속도 및/또는 실 평가 요구들을 완화할 수 있는 또 다른 방법은 조명 그레이 스케일의 사용이다. 컬러 영상의 조명을 통하여 달성된 명암비는 후광으로부터의 변경된 강도에 의해 양질의 그레이 레벨들이 조정되거나 주어질 수 있다. 후광이 (LED 후광들과 같이) 신속한 반응이 가능하다면, 명암비는 후광의 밝기 변경 또는 조명의 지속에 의해 달성될 수 있다.
제어 매트릭스가 전체 작동 구조를 이용하고 시간 분할 그레이 스케일이 시간의 길이를 다르게 하도록 조명되는 구별되는 시간 비트 영상들의 형성 및 디스플레이를 통하여 달성된다고 가정하는 일 실시예를 고려하자. 예를 들어 컬러 프레임을 15개의 타임 슬롯들로 분할함으로써 달성되는 4 비트 바이너리 시간 코딩 구조를 취한다. 가장 짧은 (LSB) 시간에 대하여 형성되는 영상은 이용가능한 프레임 시간의 1/15 동안 유지되어야 한다. 5 비트 코딩 구조로 확장하기 위해, 시간 영역에서, 컬러 프레임을 31개의 슬롯들로 분할하고, 2배의 어드레싱 속도를 필요로 한다. 선택적으로, 16개의 시간 슬롯들만을 할당하고, 이러한 시간 슬롯들 중 하나로, 프레임 시간의 1/31의 온 기간 동안 플래시되는 후광에 의해 밝기의 1/2만큼 조명되는 영상을 할당한다. 3 추가 비트들의 그레이 스케일은, 부분적인 조명에 의해 달성되는 단기간 지속 영상들을 추가함으로써 4 비트 시간-분할 코딩 구조의 꼭대기에 추가될 수 있다. 부분적인 조명 비트가 가장 작은 시간 슬라이스들에 할당된다면, 평균 투영 밝기의 무시할 수 있는 손실이 일어난다.
혼성 그레이 스케일 구조들(Hybrid gray scale schemes)
그레이 스케일의 4개의 원리 수단들은 아날로그 그레이 스케일, 시간 분할 그레이 스케일, 영역 분할 그레이 스케일, 및 조명 그레이 스케일이다. 유용한 제어 구조들은, 이상의 방법들의 조합, 예를 들어 시간 분할, 영역 분할 및 부분적 조명의 조합에 의해 형성될 수 있다. 그레이 스케일의 추가적인 분할들은 또한 진동법으로 알려진 삽입 기술들을 통하여 이용가능하다. 시간 영역 진동법은 변경되는 일련의 컬러 프레임들에서만 LSB 타임 비트들의 삽입을 포함한다. 하프-토닝으로 공지된 공간 영역 진동법은, 부분적인 밝기를 가진 지역적 영역들을 생성하도록 이웃하는 픽셀들의 특정 부분의 제어 또는 개방을 포함한다.
본 발명의 전체적인 이해를 위해, 휴대용 핸드헬드 장치들 및 이를 만들기 위한 방법들을 포함하는 추가적인 예시적 실시형태들이 기술될 것이다. 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들이 응용예에 적절히 채택되고 변형될 수 있다는 것, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들이 다른 적절한 응용예들에 이용될 수 있다는 것, 및 이러한 다른 추가예들 및 변형예들이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다.
더욱 구체적으로, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은, 시각적 사용자 인터페이스에 복수의 주변 광 조건들 하에서 보여질 수 있는 시각적으로 구별되는 영상들을 제공하도록 충분한 해상도를 가진 저전력이면서 밝게 점등되는 디스플레이 패널들을 포함하는 휴대용 핸드헬드 장치들 및 그의 제조 방법을 포함한다. 더욱 구체적으로, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은, 특정 실시형태들에서, 광 변조층을 가지는 MEMS 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이들을 포함하는 휴대용 핸드헬드 장치들을 포함한다. 광 변조층은, 사용에 따라서는 0.25 인치 이하만큼 작은 스크린들을 포함하는 임의의 크기의 스크린들을 위한 작동 뷰잉 해상도를 제공하도록 구성되는 픽셀 요소들을 포함한다. 구체적으로, 일 실시형태에서, 광 변조층은, 픽셀 요소들의 매트릭스로 배열되는 복수의 횡단이동가능 셔터들을 가지는 디스플레이 패널로 형성되는 디스플레이를 포함한다. 매트릭스는, 120개의 열들 및 120개의 행들을 가지고, 근사적으로 1인치의 폭과 1인치의 길이를 가짐으로써, 1인치 디스플레이 패널에 의해 1인치 이내에 균등하게 분배된 약 14,400개의 픽셀들을 제공한다. 선택적으로, 본 명세서에서 추가로 상세히 기술될 것처럼, 광 변조층을 통하여 광을 안내하는 광원을 제공하는 후광이 형성될 수 있어, 횡단하여 이동하는 셔터들이 디스플레이 패널에 영상을 형성하도록 생성된 광을 변조할 수 있다. MEMS 디스플레이 제어기는 영상들을 생성하도록 디스플레이를 구동하기 위해 MEMS 디스플레이 패널에 연결될 수 있다. 선택적으로, MEMS 디스플레이 제어기는 응용 및 조건들에 적합한 모드로 MEMS 디스플레이를 구동하기 위해 복수의 동작 모드들을 제공한다. MEMS 디스플레이 패널의 높은 광 출력 효율은, 일 실시형태에서 이용가능한 출력의 함수 및 어플리케이션(application)의 요구들로서 디스플레이 패널의 동작 모드를 동적으로 설정하는 MEMS 디스플레이 제어기에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 명세서에 기술된 장치들의 효율적인 전력 사용 및 제어는, 온 보드 전원이 실제적인 시간 동안 제공할 수 있는 것보다 더 많은 전력을 끌어당기는 WI-FI 및 전체 컬러 비디오와 같은 추가적인 기능성을 허용한다. 이러한 실시형태와 다른 실시형태들이 본 명세서의 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
더욱 구체적으로, 도 20은, 본 발명에 따른 시스템의 제 1 실시형태를 도시하고, 디스플레이(A12), 선택적인 제 2 디스플레이(A14), 디스플레이 밝기 컨트롤(A16), 디스플레이 명암비 컨트롤(A18), 사용자 인터페이스 입력 장치(A20), 광 레벨 탐지기(A21), 오디오 출력(A22), 입력 컨트롤(A24), 제 2 입력 컨트롤(A28), 착탈식 메모리 장치(A30), 선택적인 디스플레이(A14) 위에 배치된 선택적인 터치 스크린(A32), 선택적인 스타일러스(stylus; A34), 주 하우징(A38), 선택적인 광 레벨 탐지기 및 디스플레이 커버 하우징(A40)을 포함하는 휴대용 핸드헬드 장치(A10)를 도시한다. 게다가, 시스템은 파워 플러그 및 도킹 인터페이스를 포함할 수 있고, 예를 들어 오디오 잭 또는 USB 버스 또는 관련 장치를 통하여 외부 주변 장치들에 접속할 수 있다.
휴대용 핸드헬드 장치는, 사용자가 통상적으로 손에 지닐 수 있는 임의의 장치일 수 있고 내부 전원 장치를 가지기 때문에, 용이하게 옮겨질 수 있다. 휴대용 핸드헬드 장치의 크기는 의도된 목적 및 특징들에 따라 변화하며, 더 큰 장치들은 핸들 또는 그립들을 가질 수 있고, 더 작은 장치들은, 장치가 더욱 용이하게 운반될 수 있게 하는 손목 띠들, 암밴드들(armbands), 또는 클립들을 가질 수 있다.
디스플레이(A12)는, 이하에서 더욱 상세히 기술되고 커버 하우징(A40) 내에 수용되는 MEMS 디스플레이 패널을 포함한다. 디스플레이(A12)는 커버 하우징(A40)의 주 몸체의 상면 내에 움푹 들어가 있고, 근사적으로 길이가 2 1/2''이고 폭이 1 7/8''이며, 약 3''의 대각선 스크린 크기를 가진다. 도시된 실시형태에서, 디스플레이(A12)는, 커버 하우징(A40) 내에 고정되고, 커버 하우징(A40)은 디스플레이(A12)에 시각적인 접근을 제공하고 디스플레이(A12)의 후방 전체를 덮는 후방 판을 가지도록 하는 크기를 가진 개구를 가지는 전방 판을 포함한다. 디스플레이 패널(A12)은, 커버 하우징(A40)의 후방 판 내에 위치된 개구의 주변 가장자리 부근에 형성된 림 상에 위치할 수 있다. 디스플레이(A12)가 개스킷(gasket)에 놓이고, 특정 량의 탄력을 허용하는 위치에서 밀봉되도록, 선택적인 밀봉부, 전형적으로 고무 개스킷 또는 플라스틱 개스킷은, 주변 가장자리 부근에 위치할 수 있다. 휴대용 핸드헬드 장치(A10)가 떨어지거나 잘못 취급되더라도, 이러한 밀봉부는 충격 흡수를 돕는다. 전형적으로 커버 하우징(A40)은, 폴리스티렌(polystyrene), 폴리-비닐 클로라이드(poly-vinyl chloride), 또는 일부 다른 적합한 물질과 같은 플라스틱으로 이루어진다. 선택적으로, 하우징(A40)은, 금속, 또는 플라스틱과 금속 물질의 조합으로 이루어질 수 있다. 어느 경우든지, 선택된 재료는 디스플레이 패널(A12)을 장시간 사용에 대하여 보호하기에 충분히 튼튼한 하우징을 제공한다. 커버 하우징(A40)은 전형적으로 약 8인치(20cm)의 길이와 4인치(10cm)의 폭을 가지고 커버 하우징(A40)은 주 하우징(A38) 위에서 접힌다. 도 20에 도시된 휴대용 핸드헬드 장치(A10)는, 동작 동안 사용자의 한 손 또는 양 손들에 잡히기에 적합한 폼 팩터(form factor)를 가진다. 이것은 휴대용 핸드헬드 장치가 용이하게 운반되는 것을 허용하고, 일부 실시형태들에서 한 손으로 휴대용 핸드헬드 장치를 잡고 있는 동안 다른 손으로는 선택적인 터치 스크린(A32)을 통하여 데이터를 입력하는 선택적인 스타일러스(A34)를 이용할 수 있게 한다.
선택적인 디스플레이(A14)는 휴대용 핸드헬드 장치(A10) 내로 내장되는 제 2 디스플레이일 수 있고, 정보를 디스플레이하고 도시된 실시형태에서, 정보를 입력하기 위해 이용될 수 있다. 이를 위하여, 휴대용 핸드헬드 장치(A10)는, 디스플레이 패널(A14) 위에 놓인 선택적인 터치 스크린(A32)을 포함할 수 있다. 터치 스크린(A32)은, 디스플레이(A14) 상에 디스플레이되는 아이콘 또는 다른 데이터를 확인하는 데에 이용될 수 있는 터치 스크린(A32) 상의 위치를 확인하기 위해 사용자가 터치 또는 힘을 이용하는 것을 허용하도록 컴퓨터 시스템들 내에서 통상적으로 이용되는 유형의 터치 스크린일 수 있다.
휴대용 핸드헬드 장치(A10)는, 도 20에 도시된 것처럼 오디오 출력 장치(A22)뿐만 아니라 입력 장치(A20) 및 입력 장치들(A24 및 A28)과 같은 사용자 인터페이스 요소들을 더 포함한다. 도시된 실시형태에서, 입력 장치(A20)는, 게임 플레이 또는 다른 형태의 데이터 입력을 위해 이용될 수 있는 십자형 방향 제어 버튼이다. 입력 장치들(A24 및 A28)은 데이터를 휴대용 핸드헬드 장치(A10)에 입력하는 데에 이용될 수 있는 사용자 누름가능 버튼들이다. 도 20에 도시된 오디오 출력 장치(A22)는, 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 음향 및 음악과 같은 오디오 신호들을 사용자에게 제공할 수 있는 유형의 스피커일 수 있다. 어느 경우든지, 십자형 방향 제어 버튼(A36) 및 오디오 출력 장치(A22)를 포함하는 입력 장치들 및 출력 장치들은 휴대용 핸드헬드 장치(A10)에서 사용되어, 사용자가 데이터를 입력하고 받을 수 있게 한다. 인터페이스 장치들은 사용자가 디스플레이들(A12 또는 A14) 중 하나에 표현되는 정보와 상호작용할 수 있게 한다. 선택적으로 그리고 통상적으로, 십자형 입력 장치(A20)는 디스플레이들(A12 및 A14) 중 하나 또는 모두에 표현되는 커서를 조작하는 데에 이용될 수 있다.
전원은 배터리, 연료 전지, 커패시터 또는 전력의 소스를 제공하는 임의의 다른 장치들일 수 있다. 전형적으로 전원은 충전용 배터리이고, 전력 조정 회로는, WI-FI 송수신기들, 휴대폰 칩 세트들, 튜너들, 스피커들 및 다른 부속품들과 같은 다른 온 보드 장치들뿐만 아니라, 논리 칩들, 램프들 및 디스플레이 패널들을 실행시키는 데에 필요한 전압 레벨들을 제공하기 위해 배터리에 연결된다. 본 발명에서는, 저손실의 광 출력을 제공하는 횡단하는 셔터들을 가진 MEMS 디스플레이를 이용하고 디스플레이의 동작 모드를 제어함으로써, 더 많은 전력이 이러한 부속품들에 할당될 수 있다.
광 레벨 탐지기(A21)는 주변 광의 레벨을 탐지하는 광 센서일 수 있다. 광 레벨 탐지기(A21)는 디스플레이의 밝기를 조정하기 위해 휴대용 핸드헬드 장치가 사용하는 레벨 신호를 생성한다. 광 레벨 탐지기(A21)가 희미한 밝기의 방의 광 레벨과 같은 낮은 레벨들의 주변 광을 탐지한다면, 휴대용 핸드헬드 장치(A10)는 낮은 밝기를 가지고 디스플레이 패널들(A12 및 A14)을 동작시킬 수 있다. 한편, 광 레벨 탐지기(A21)가 맑은 날의 야외의 광 레벨들과 같은 높은 레벨들의 주변 광을 탐지한다면, 휴대용 핸드헬드 장치(A10)는 디스플레이들(A12 및 A14)의 동작 모드를 이러한 주변 광 환경에서 사용자에 의해 보여질 수 있는 더 높은 밝기 설정으로 변화시킬 수 있다.
도 21에서, 정보를 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이(A12)에 표현될 수 있는 유형의 영상이 더욱 상세히 도시되어 있다. 구체적으로, 도 21은, 대각선이 3''인 디스플레이들(A12 또는 A14)을 도시한다. 도 21은, 3'' 대각선 스크린에 대한 실질적인 분량의 텍스트 정보를 표현할 뿐만 아니라 영상들, 텍스트, 및 그래픽 심볼들을 포함하는 복수의 다른 데이터 유형들을 도시한다. 구체적으로, 도 21은, 디스플레이(A12)가 텍스트(A48)와 같은 텍스트 정보, 도시된 사용자 도구들(A52 또는 A54)과 같은 그래픽 심볼들, 및 도시된 영상(A50)과 같은 영상들을 투영할 수 있다는 것을 도시한다.
도시된 실시형태에서, 디스플레이(A12)는, 약 2.5인치 폭과 1 7/8인치 길이를 가지며, 약 49,152개의 픽셀들을 가진, 근사적으로 256 행의 픽셀들과 192 열의 픽셀들을 가진 고해상도 스크린이다. 다른 실시형태들에서 디스플레이가 더 많은 색상들 또는 더 적은 색상들을 가지더라도, 디스플레이(A12)는 약 262,144개의 색상들을 표현하는 컬러 디스플레이일 수 있고, 스크린에 의해 제공되는 색상들의 분량은 이하에서 기술되는 어플리케이션에 따라 변화될 수 있다. 특정 선택적인 실시형태들과 관련하여 이하에서 기술되는 것처럼, 본 발명의 디스플레이들은 또한 단색, 전형적으로 흑색 또는 백색일 수 있거나, 단색 영상들을 생성하는 동작 모드를 가질 수 있다. 어느 경우든지, 도 21에 도시된 것처럼, 휴대용 핸드헬드 장치는 디스플레이를 사용하여 연락 정보, 전화 번호들, 날짜들 및 메모들과 같은 텍스트 정보를 포함할 수 있는 정보를 사용자에게 표현한다. 게다가, 디스플레이(A12)는, 비트맵 파일, jpeg 파일, 또는 다른 적합한 영상 파일 유형일 수 있는, 영상(A50)과 같은 영상 데이터를 표현할 수 있다. 게다가, 본 명세서에서 기술된 시스템들 및 방법들은 mpeg 및 wmv 파일들과 같은 비디오 데이터를 표현할 수 있다.
그래픽 컨트롤들(A52 및 A54)은, 전형적으로, 사용자에게 시각적으로 표현되는 사용자 인터페이스 컨트롤들을 제공하도록 휴대용 핸드헬드 장치(A10)에 의해 생성되는 그래픽 영상들이다. 예를 들어, 그래픽 컨트롤(A52)은, 휴대용 핸드헬드 장치가 소리가 죽는 오디오 출력기능을 가지는지 여부를 나타내는 상태 플래그로서 표현된다. 사용자는 관련된 오디오 출력 장치의 뮤트 상태를 알기 위해 그래픽 컨트롤(A52)을 볼 수 있고, 뮤트 상태를 변화시킬 때, 휴대용 핸드헬드 장치(A10)는 뮤트 기능의 변화된 상태를 나타내는 그래픽 심볼로 그래픽 영상(A52)을 변경할 수 있다. 유사하게, 그래픽 컨트롤(A54)은, 디스플레이 상에 표현된 정보가 컨트롤(A54)이 움직이는 방향에 따라서 위 및/또는 아래로 스크롤하게 할 수 있는 슬라이드 콘트롤을 나타낸다. 디스플레이(A12)는, 휴대용 핸드헬드 장치의 메모리 내에 저장된 사용자의 데이터와 같은 콘텐츠 정보를 포함하는 정보를 또한 표현한다.
그러므로, 디스플레이(A12)는 휴대용 핸드헬드 장치(A10)의 사용자 인터페이스의 일부분이고, 시각적으로 인식할 수 있는 데이터를 위한 출력 장치 및 사용자가 데이터를 입력하도록 안내하기 위한 장치로서 작용한다. 도 21의 도시된 실시형태에서, 휴대용 핸드헬드 장치 디스플레이(A12)는 연락 데이터베이스와 관련된 데이터를 나타내는 데에 사용된다. 그러나, 다른 실시형태들에서 휴대용 핸드헬드 장치는 휴대폰, 스마트 폰, 미디어 플레이어, 게임 콘솔, GNSS(global navigation satellite system) 수신기, 텔레비젼, 디지털 카메라, 핸드헬드 비디오 카메라, 휴대용 컴퓨터 또는 다른 장치일 수 있다. 이러한 실시형태들 각각에서, 휴대용 핸드헬드 장치는 사용자에게 정보를 전달하기 위해 디스플레이(A12)를 이용한다.
디스플레이(A12)는, 도 21에 도시된 영상과 같은 영상을 디스플레이 상에 형성하기 위해 광을 변조할 수 있는 복수의 횡단이동가능 셔터들을 가진 디스플레이 패널을 포함한다.
도 22에서, 제 1 MEMS 디스플레이(A12) 및 제 2 MEMS 디스플레이(A14), 그래픽 프로세싱 유닛 및 MEMS 디스플레이 제어기(A70), 영상 RAM(A68), 중앙 프로세싱 유닛(CPU; central processing unit; A72), 워크(work) RAM(A74), 전원(A76), 외부 메모리 인터페이스(A78), 동작 키들(A80), 확성기(A82), 터치 패널(A84), 및 주변 회로 인터페이스(A88)를 포함하는 휴대용 핸드헬드 장치(A60)를 도시하는 기능 블록도가 나타난다. 게다가, 도 22는, 휴대용 핸드헬드 장치(A60)가 백업 RAM 뿐만 아니라 프로그램 ROM을 포함할 수 있거나, 또는 메모리 스틱일 수 있는 착탈식 카트리지(A90)와 상호작용할 수 있음을 도시한다.
MEMS 디스플레이 패널들(A12 및 A14)은 게임 프로세서 유닛 및 MEMS 디스플레이 제어기(A70)에 연결된다. 도 22에 도시된 MEMS 디스플레이 제어기(A70)는 CPU(A72)에 연결되고, CPU(A72)의 제어 하에서 적어도 부분적으로 동작한다. MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, MEMS 디스플레이들(A12 또는 A14)에 디스플레이될 수 있는 영상 및/또는 비디오 데이터를 저장하는 영상 RAM(A68)으로 양방향 버스를 경유하여 연결된다. 도 22에 도시된 실시형태에서, CPU(A72)는 주변 회로 인터페이스(A88)를 경유하여 복수의 사용자 인터페이스 장치들에 연결된다. 주변 회로 인터페이스(A88)는 도 20에 도시된 인터페이스 장치들(A20, A24 및 A28)일 수 있는 동작 키들(A80)에 연결된다. 주변 인터페이스(A88)는 또한 도 20에 도시된 오디오 출력 장치(A22)와 유사한 확성기에 연결될 수 있다. 도 20의 터치 패널(A32)일 수 있는 선택적인 터치 패널(A84)은, 주변 인터페이스(A88)를 통하여 CPU(A72)에 연결된다. 도시된 실시형태에서, 휴대용 핸드헬드 장치는 외부 메모리 장치(A90)에 대한 인터페이스(A78)를 포함한다. 외부 메모리 장치는 휴대용 핸드헬드 장치의 동작을 안내하기 위한 프로그램 명령을 포함할 수 있고, 도시된 프로그램 ROM 및 백업 RAM(A94)과 같은 메모리를 포함할 수 있다. 어느 경우든지, 외부 메모리(A90)는 외부 메모리 인터페이스(A78)를 경유하여 CPU에 연결될 수 있다. 선택적으로, 시스템은 Wi-Fi 송수신기들, 블루투스 송수신기들, 텔레비젼 및/또는 라디오 튜너들과 같은 다른 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 요소들은 휴대용 핸드헬드 장치(A10) 내에 통합되거나 하우징(A38) 내에 배치될 수 있거나 또는 인터페이스(A78)를 통하거나 같은 목적을 위하여 제공된 또 다른 인터페이스를 통하여 휴대용 핸드헬드 장치에 연결된 주변 장치들일 수 있다.
CPU(A72)는, 동작 동안 사용자 입력을 수집하고 사용자에게 피드백을 제공하도록 인터페이스 장치들(A78 및 A88)을 등록할 수 있는 ARM 7과 같은 마이크로프로세서 유닛일 수 있다. CPU(A72)는, MEMS 디스플레이(A12)를 비디오 정보를 위한 출력 장치로서 사용하는 휴대용 핸드헬드 장치(A10)에서 비디오 게임을 실행하기 위한 명령을 포함하는 프로그램 명령을 실행하는 프로그램가능 장치이다. 이를 위하여, CPU(A72)는, 사용자의 플레이 결정들에 대한 정보를 수집하기 위해 사용자 입력 장치들(A80)을 감시할 수 있고, 어느 영상들을 MEMS 디스플레이들(A12 및 A14) 중 한쪽 또는 모두를 경유하여 사용자에게 제공해야 하는지를 결정하기 위해 플레이 정보를 사용할 수 있다.
사용자에게 시각 정보를 제공하기 위해, CPU(A72)는, 일 실시형태에서 프로그램가능 논리를 제공하기 위한 유형의 필드 프로그램가능 게이트 배열(FPGA; field programmable gate array)일 수 있는 MEMS 디스플레이 제어기(A70)에 연결될 수 있다. CPU(A72)로부터의 명령에 반응하여 MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 제 1 MEMS 디스플레이(A12) 및 제 2 MEMS 디스플레이(A14)에 출력하는 게임 영상을 생성하기 위해 RAM(A68)을 이용하고, 생성된 게임 영상이 MEMS 디스플레이들(A12 및 A14) 중 한쪽 또는 모두에 디스플레이되게 한다.
도시된 실시형태에서, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 단일 프로그램가능 장치 내에 통합된 그래픽 프로세서 및 MEMS 디스플레이 제어기, 전형적으로 FPGA이다. 그래픽 프로세서 유닛(GPU)은, 스프라이트들과 같은 그래픽 영상들을 조작하고 MEMS 디스플레이들(A12 및 A14) 중 하나 또는 모두에 MEMS 디스플레이 제어기(A70)에 의해 디스플레이되게 하도록 RAM(A68)으로부터 영상 데이터를 구성하거나 선택할 수 있는 유형의 통상적인 GPU일 수 있다.
도 22에 도시된 MEMS 디스플레이 제어기(A70)는 FPGA(A70) 내에서 적어도 부분적으로 실시되지만, GPU 및 MEMS 디스플레이 제어기가 개별적인 프로그램가능 장치들 내에서 실시될 수 있다는 것, 임의의 적합한 유형의 회로 및 제어기가 이용될 수 있다는 것, 및 FPGA는 단지 휴대용 전자 장치 내의 복잡한 논리를 실시하기 위한 시스템의 하나의 통상적 실시형태라는 것은 당업자에게 명확하다.
도시된 MEMS 디스플레이 제어기(A70)는 MEMS 디스플레이들(A12 및 A14) 각각을 제어하기 위한 복수의 동작 모드들을 가진다. 더욱 상세히 기술되는 것처럼, 본 발명에 따른 휴대용 핸드헬드 장치들은 복수의 횡단이동가능 셔터들을 포함하는 MEMS 층을 가지며 형성되는 디스플레이 패널들을 포함한다. 횡단이동가능 셔터들은 MEMS 디스플레이 상의 영상을 생성하기 위해 광을 변조할 수 있다. 디스플레이 패널에서 이용되는 횡단이동가능 셔터들은 MEMS 디스플레이 상의 비디오 영상들을 가능하게 하는 속도로 제 1 위치로부터 제 2 위치로 효율적으로 이동한다. 게다가, 특정 실시형태들에서, MEMS 디스플레이 패널은, 손목 시계들, 전자책들, 그래픽 정지 영상들, 텍스트, 및 다른 유사한 어플리케이션들과 같은 어플리케이션들에 대하여 전형적으로 흑백인 단색 데이터를 디스플레이할 수 있다. 도 22에 도시된 MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 휴대용 핸드헬드 장치(A10) 내의 전원(A76)으로부터의 전력 소모를 감소시키기 위해 MEMS 디스플레이 제어기(A70)에 의해 선택되는 동작 모드를 이용하여 영상을 제공하도록 MEMS 디스플레이 패널들(A12 및 A14)을 효율적으로 구동하기 위한 동작 모드를 포함한다.
MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, MEMS 디스플레이 패널의 동적 제어를 제공할 수 있고, 일 실시형태에서, 어플리케이션 및 조건들에 의존하여, 2비트, 4비트, 6비트 또는 그 이상과 같은 색상을 설정하는 데에 이용되는 비트 수를 제어함으로써 색 심도에 대한 적응 제어를 포함한 제어를 제공한다. MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 이러한 실시형태들에서, 실질적인 전력을 절약할 수 있는 색상 해상도를 설정할 수 있다. 예를 들어, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 단색 디스플레이들이, 다이얼링되는 전화번호의 숫자를 보여주는 것과 같은 특정 어플리케이션에 필요하다는 것을 결정할 수 있다. 이러한 모드에서, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 다이얼링되는 번호를 디스플레이하는 단색 영상을 사용하는 2비트 동작 모드를 선택할 수 있다. 그러나, 실행하는 웹 브라우저와 같은 어플리케이션이 컬러 영상들을 필요로 한다면, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는 영상들을 표현하기 위해 6비트 색상을 사용할 수 있다. 선택적으로, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는 영상 메모리 내에 저장된 영상 데이터를 처리하여 필요한 색 심도를 결정하고, 이러한 결정에 근거하여 영상들을 생성하는 데에 이용되는 비트 수를 조정한다. MEMS 디스플레이 제어기(A70)는 시간 다중화 그레이 스케일을 이용하고, 색 심도를 설정하는 명령 순서를 이용하여, 색 심도를 동적이면서 적절히 설정한다.
도 23은, MEMS 디스플레이 제어기의 일 실시형태의 블록도이다. 도시된 MEMS 디스플레이 제어기는 패널(A12 또는 A14)과 같은 MEMS 디스플레이 패널을 구동하고 제어할 수 있다. 이상에서 언급된 것처럼, 본 명세서에 기술된 휴대용 핸드헬드 장치들은 사용자에 대한 영상을 생성하기 위해 광을 변조하는 복수의 횡단이동가능 셔터들을 포함하는 MEMS 디스플레이 패널을 이용한다. 이러한 MEMS 디스플레이의 일 실시형태가, MEMS 디스플레이 패널(A600)의 분해도를 나타내는 도 25c에 더욱 상세히 도시되어 있다.
구체적으로, 도 25c는, 덮개판(A602), 블랙 매트릭스(A608), 행들 및 열들을 가진 매트릭스 내에 배열된 복수의 셔터 어셈블리들(A616), 투명 기판(A630), 강화 박막(A622), 확산층(A624), 광 도전 매체(A628), 산란 및 반사층(A620) 및 복수의 지지 포스트들(A640)을 포함하는 MEMS 디스플레이 패널(A600)을 도시한다.
도시된 셔터 어셈블리들(A616)은 횡단이동가능 셔터 및 정전 구동 부재를 포함한다. 셔터 어셈블리들(A616)은 투명 기판(A630) 상에 형성되는 도시된 MEMS층 상에 형성된다. 복수의 도전 요소들은, 셔터들(A616)을 MEMS 디스플레이 제어기(A70)와 접속시킬 수 있는 제어 매트릭스를 제공하기 위해 MEMS층 내에 형성된다. 제어 매트릭스의 일 실시예가 도 24A에 나타나 있지만, MEMS 디스플레이 제어기는 적합한 제어 매트릭스와 함께 동작할 수 있다.
도 25c에 도시된 실시형태에서, 셔터들은 횡단하면서, 바람직하게는 평면 내에서 이동하고, 반사/산란면(A620)에 의해 적어도 부분적으로 개구(A638)를 통하여 위로 안내되는 램프(A612)에 의해 생성되는 광을 변조하기 위해, 각각의 개구(A638) 또는 개구(A638)의 적어도 일부분 위에서 이동한다. 이것은 덮개판(A602)을 통하여 위로 진행하는 광선들(A614)에 의해 도시된다. 이러한 실시형태에서, 도 24b를 참조하여 상세히 기술되는 횡단이동 셔터들은, 셔터를 감싸는 유체를 통하여 효과적으로 슬라이싱(slicing)하면서 실질적으로 평면 내에서 개구(A638) 위에서 횡단하여 이동함으로써 광을 변조한다. 이러한 슬라이싱 이동은 비디오 비율 전환 속도를 제공하기에 효과적이다. 본 명세서에 기술된 MEMS 디스플레이들은, 본 발명의 휴대용 핸드헬드 장치들을 가지고 이용될 수 있는 유형의 MEMS 디스플레이 패널들로 예시된다. 그러나, 이러한 예시적 실시형태들은 제한적인 것이 아니고, MEMS 디스플레이 패널들은 계획된 사용을 위하여 적절히 변형될 수 있고, 예를 들어, 전방 광들, 컬러 필터들, 및 반사된 주변 광을 변조하는 셔터들을 포함하여 반사 또는 투과/반사 MEMS 디스플레이 패널을 제공한다. 이러한 반사 디스플레이의 일 실시예가 도 37에 나타난다. 구체적으로, 도 37은, 입사 주변 광을 변조하기 위해 반사면(A1804) 위에서 횡단하여 이동하는 셔터(A1808)를 가지는 셔터 어셈블리(A1810) 상에 배치되는 렌즈 배열(A1802)을 포함하는 반사 MEMS 디스플레이 패널(A1800)을 도시한다. 그러므로, 디스플레이들은 어플리케이션에 의존하여 변화할 수 있고, 다른 형태들 및 크기들을 가지거나, QVGA일 수 있으며, 픽셀 카운트 및 픽셀 밀도는 어플리케이션에 따라서 변화할 수 있다.
MEMS층 및 셔터 어셈블리들(A616)에 연결된 제어 매트릭스는 셔터들의 이동을 제어한다. 제어 매트릭스는, 픽셀들의 각각의 행에 대한 "스캔-라인 인터커넥트"로 칭해지는 기록가능 인터커넥트를 포함하는 일련의 전기적 인터커넥트들(도시되지 않음), 픽셀들의 각각의 열에 대한 하나의 데이터 인터커넥트, 및 공통 전압을 모든 픽셀들 또는 적어도 디스플레이 패널(A600) 내의 복수의 열들 및 복수의 행들 중의 픽셀들에 제공하는 하나의 공통 인터커넥트를 포함한다. 적절한 전압의 인가에 반응하여, 픽셀들의 주어진 행에 대한 기록가능 인터커넥트는 행 내의 픽셀들을 준비하여 MEMS 디스플레이 제어기로부터 새로운 셔터 이동 명령을 받는다. 데이터 인터커넥트들은 새로운 이동 명령을 데이터 전압 펄스들의 형태로 전달한다. 일부 실시형태들에서, 데이터 인터커넥트들에 인가된 데이터 전압 펄스들은 셔터들의 정전 이동에 직접 기여한다. 다른 실시형태들에서, 데이터 전압 펄스들은 스위치들, 예를 들어 트랜지스터들 또는 데이터 전압들보다 더 큰 크기를 가진 개별적인 작동 전압들의 셔터 어셈블리들(A616)로의 인가를 제어하는 다른 비선형 제어 요소들을 제어한다. 그 다음에, 이러한 작동 전압들의 인가는 셔터들의 정전 이동을 일으킨다. 이를 위하여, 공통 구동기(A155)는, 데이터 전압들이 인가된 이후에, 셔터들의 이동을 구동하는 데에 이용된다. 도시된 공통 구동기(A155)는, 셔터 어셈블리들의 모두 또는 그룹으로 전기적으로 전달된 신호들인 하나 이상의 공통 신호들을 제어할 수 있다. 이러한 공통 신호들은 공통 기록가능, 셔터 작동에 대한 공통 고전압 및 공통 접지를 포함할 수 있다. 선택적으로, 공통 구동기는, MEMS 디스플레이 패널(A14)의 다른 영역들에 전기적으로 연결된 복수의 공통 접지들과 같은 복수의 라인을 구동할 수 있다. 도 23의 구동기들은 기능 블록들로 도시되고, 실제로, 이러한 구동기들은 복수의 회로 요소들 및 개별 요소들로서 실시될 수 있으며, 실제 구조는 어드레싱되는 어플리케이션에 따라서 변화한다.
도 23에 도시된 MEMS 디스플레이 제어기는 제어기(A156), 디스플레이 인터페이스(A158), 프레임 버퍼(A159), 시퀀서/타이밍 컨트롤(A160), 데이터 구동기들(A154), 스캔 구동기들(A152), 램프 구동기들(A168), 전력 제어기(A153), 및 MEMS 디스플레이 패널(A12)에 대한 광원들로서 독립된 제어 하에서 동작하는 4개의 램프들(A157a-d)을 포함한다. 램프들(A157a-d)은 컬러 영상들/비디오 및 단색 영상들/비디오를 제공하기 위한 다른 색상들(적색, 녹색, 청색 및 백색)을 가진다. 램프들(A157a-d)은 개별적인 요소들로서 도시되지만, 통상적으로 이러한 램프들은 디스플레이 패널의 하우징과 통합된다. MEMS 디스플레이 제어기(A150)는 FPGA들과 같은 프로그램 가능 논리 요소들, 및 개별적인 회로 부품들로 이루어질 수 있다. 일 실시형태에서, 제어기(A156)는, 전력 제어기(A153), 디스플레이 인터페이스(A158), 프레임 버퍼(A159) 및 시퀀서/타이밍 콘트롤(sequencer/timing control; A160)을 실시하도록 프로그래밍된 FPGA 장치이다. 스캔 구동기(A152), 데이터 구동기(A154) 및 램프 구동기(A168)는, 통상적인 집적 회로들, 상업적으로 이용가능한 구동기들 및/또는 개별적인 트랜지스터들과 같은 개별적인 회로 부품들일 수 있다.
복수의 스캔 구동기들(A152) 및 복수의 데이터 구동기들(A154)은 디스플레이(A12)의 제어 매트릭스에 전기적으로 연결되어 있다. 스캔 구동기들(A152)은 기록가능 전압들을 도 24a에 도시된 스캔 라인 인터커넥트들(A506)과 같은 스캔 라인 인터커넥트들에 인가한다. 데이터 구동기들(A154)은 데이터 전압들을 데이터 인터커넥트들(A508)에 인가한다. MEMS 디스플레이 제어기의 일부 실시형태들에서, 데이터 구동기들(A154)은 아날로그 데이터 전압들을 셔터 어셈블리들로 제공하도록 구성되고, 영상의 그레이 스케일은 아날로그 방식으로 얻어진다. 아날로그 동작에서, 셔터 어셈블리들(A616)은, 한 범위의 중간 전압들이 데이터 인터커넥트들(A508)을 통하여 인가될 때 셔터들 내의 한 범위의 중간 개방 상태들 및 영상 내의 한 범위의 중간 조명 상태들 또는 그레이 스케일들이 생기도록 디자인된다.
다른 경우들에서, 데이터 구동기들(A154)은 축소된 세트의 2개, 3개 또는 4개의 디지털 전압 레벨들을 제어 매트릭스에 인가하도록 구성된다. 이러한 전압 레벨들은 셔터들 각각에 대한 개방 상태, 폐쇄 상태 또는 중간 상태를 디지털 방식으로 설정하도록 디자인된다.
스캔 구동기들(A152) 및 데이터 구동기들(A154)은 (또한 "제어기(A156)"로 칭해지는) 디지털 제어 회로(A156)에 연결된다. 제어기는, 디스플레이(A12)의 공간적 어드레싱, 그레이 스케일 능력들 및 동작 모드에 적절한 디지털 영상 포맷으로 들어오는 영상 신호들을 처리하는 디스플레이 인터페이스(A158)를 포함한다. 각각의 영상의 픽셀 위치 및 그레이 스케일 데이터는 프레임 버퍼(A159) 내에 저장되어 데이터는 데이터 구동기들(A154)로 필요한 만큼 공급될 수 있다. 데이터는, 행들 및 영상 프레임들에 의해 그룹화된 예정된 순서들로 구성된 직렬 또는 병렬 전송으로 데이터 구동기들(A154)로 보내진다. 데이터 구동기들(A154)은 직렬 병렬 데이터 변환기들, 레벨 시프팅, 및 일부 어플리케이션들에 대한 디지털 아날로그 전압 변환기들을 포함할 수 있다.
다른 디스플레이 기능들에 대한 구동기들(예를 들어, 스캔 구동기들(A152), 데이터 구동기들(A154), 작동 구동기(A153) 및 전체 작동 구동기(A155)) 모두는 제어기(A156) 내의 타이밍 컨트롤(A160)에 의해 시간 동기화된다. 타이밍 명령들은, 램프 구동기들(A168)을 경유한 적색, 녹색, 청색 및 백색 램프들(A157a-d)의 독립, 의존 또는 동기화 조명, 픽셀들의 배열의 특정 행들의 기록가능 및 시퀀싱, 데이터 구동기들(A154)로부터의 전압들의 출력 및 셔터 작동을 제공하는 전압 출력을 조정한다.
제어기(A156)는, 배열 내의 셔터들 각각이 새로운 영상에 적절하게 재설정될 수 있는 시퀀싱 또는 어드레싱 구조를 결정하는 컬러 영상 생성기를 실시하도록 프로그램 논리를 포함할 수 있다. 새로운 영상들은 주기적 구간들에서 설정될 수 있다. 예를 들어, 비디오 디스플레이들에 대하여, 주파수가 어플리케이션에 근거하여 변화할 수 있을지라도, 비디오의 컬러 영상들 또는 프레임들은 10 내지 1000 Hz의 주파수 범위에서 리프레시된다. 일부 실시형태들에서, 영상 프레임의 설정은 후광의 조명과 동기화되어 선택적인 영상 프레임들은 적색, 녹색, 청색 및 백색과 같은 변경되는 일련의 색상들로 조명된다. 각각의 색상에 대한 영상 프레임은 컬러 서브 프레임으로 칭해진다. FPGA는 광 제어기를 실시하여 LED들의 순차적 작동을 수행하는 프로그램 논리를 가질 수 있다. 필드 순차 컬러 방법으로 칭해지는 이러한 방법에서, 컬러 서브-프레임들이 20Hz, 바람직하게는 180Hz를 초과하는 주파수들에서 변경된다면, 사용자는 변경되는 프레임 영상들의 평균을 인식하고 넓고 연속적인 범위의 색상들을 가진 영상을 본다. 컬러 서브 프레임의 지속 기간은 어플리케이션에 따라서 변화할 수 있고, 밝기와 같은 프레임타임 영상 파라미터들의 지속 기간을 변화시킴으로써, 색 농도, 색 심도 및 사용되는 전력이 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어기(A156)는, 색 심도가 디스플레이되는 영상의 함수로서 선택되면서, 디스플레이에 의해 사용되는 전력을 제어하기 위해 디스플레이되는 영상들의 색 심도를 조정할 수 있다. 휴대폰 어플리케이션에서, 제어기(A156)는, 텍스트를 나타내는 제어기(A156)에 들어오는 영상 신호를 식별할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 키패드 인터페이스를 사용할 때, 프로그램 논리는 전화 번호가 입력되고 영상으로서 디스플레이됨을 결정할 수 있다. 이러한 상태에서, 제어기(A156)는 단색 동작 모드를 입력한다. 다른 색상 요소들에 대한 복수의 선택적인 영상 포맷들을 통한 시퀀싱이 단색 모드에서 필요하지 않기 때문에, 제어기(A156)는, 전화 번호의 단색 영상을 디스플레이하도록 셔터들을 설정하기 위해 구동기를 작동시키고 낮은 주파수 또는 정상 상태 모드에서 광원을 작동시킨다. 이것은 전력 사용을 감소시키고 영상 포맷들을 변경하기 위한 셔터 구동 전력 소비를 방지하고, 전환 상태 또는 전력을 사용하는 프레임 타이밍에서 LED들을 구동하는 것을 방지한다. 유사한 동작 모드가, 가능할 때 색 심도를 감소시키고, 선택적인 영상들을 설정하기 위해 셔터가 구동될 필요가 있는 횟수를 감소시키며, LED들을 구동하기 위한 더 긴 타임프레임을 허용함으로써, 채택될 수 있다. 컬러 영상 생성은 제어기(A156)에 의해 수행될 수 있거나, 또는 개별적인 논리 장치들이 컬러 영상 생성기에 대하여 사용될 수 있고, 양자 모두 본 발명의 범위 내이다.
선택적인 실시형태에서, MEMS 디스플레이(A12)는 적어도 하나의 컬러 필터층을 포함하고, 전형적으로 컬러 필터층은 각각의 셔터들의 그룹에 의해 변조되는 광의 경로 내에 컬러 필터들을 위치시킨다. 이를 위하여, MEMS 디스플레이는, 덮개판(A602)과 셔터들(A616) 사이에 배치된 컬러 필터층을 도시하는 도 25b에 도시된 컬러 필터층과 같은 컬러 필터층을 가질 수 있다. 구체적으로, 컬러 필터층은 블랙 매트릭스(A608) 내에 통합되고, 셔터 어셈블리(A616a) 상부의 적색 필터 세그먼트(A617a), 셔터 어셈블리(A616b) 상부의 청색 필터 세그먼트(A617b), 및 셔터 어셈블리(A616c) 상부의 녹색 필터 세그먼트(A617c)을 제공한다. 3개의 셔터 어셈블리들(A616a-A616c)은 MEMS 디스플레이 제어기(A70)에 의해 개별적으로 동작할 수 있고, 3개의 셔터 어셈블리들(A616a-c) 상부에 영상을 설정하는 정리된 이동 과정을 수행하며, 하나의 셔터는 영상의 각각의 컬러 요소를 위해 사용된다. 3개의 셔터 어셈블리들은 디스플레이에 대한 픽셀을 제공하기 위해 함께 동작한다. 이를 위하여, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 각각이 프레임 버퍼(A159) 내에 저장되고 스캔 구동기(A152) 및 데이터 구동기들(A154)에 보내지는 적색 영상, 청색 영상 및 녹색 영상을 생성할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 백색 램프(A157d)만이 필요하고, 색상은 컬러 필터층으로부터 나타난다. 다른 실시형태에서, 다른 필터 색상들 및 필터 배열들이 사용될 수 있다.
디스플레이 장치가 개방 상태와 폐쇄 상태 사이의 셔터들의 디지털 전환을 위해 디자인된다면, 제어기(A156)는, 적절한 그레이 스케일을 가진 영상들을 생성하기 위해 영상 프레임들 사이의 어드레싱 시퀀스 및/또는 시간 구간들을 제어할 수 있다. 셔터가 특정 프레임 내에서 개방되는 시간의 양을 제어함으로써 그레이 스케일의 레벨들을 변화시키는 과정이 시간 분할 그레이 스케일로 칭해진다. 시간 분할 그레이 스케일의 일 실시형태에서, 제어기(A156)는, 픽셀의 요망되는 조명 레벨 또는 그레이 스케일에 따라서, 셔터가 개방 상태에 있도록 허용되는 각각의 프레임 내의 시간 주기 또는 시간의 비율을 결정한다. 시간 분할 그레이 스케일의 또 다른 실시형태에서, 프레임 시간은, 4 비트 바이너리 그레이 스케일에 적절한 조명 레벨들에 따라서, 예를 들면 15개의 동등 지속시간 서브 프레임들로 분할된다. 그 다음에 제어기(A156)는 구별되는 영상을 15개의 서브 프레임들 각각으로 설정한다. 영상의 밝은 픽셀들은 15개의 서브 프레임들 중 대부분 또는 모두에 대하여 개방 상태에 있고, 어두운 픽셀들은 서브 프레임들의 일부분에 대해서만 개방 상태에 있다. 시간 분할 그레이 스케일의 또 다른 실시형태에서, 제어 회로(A156)는, 조도를 나타내는 비트-레벨의 코딩된 그레이 스케일 워드에 비례하여 일련의 서브 프레임들의 지속 시간을 변경한다. 즉, 서브 프레임들의 지속 시간은 바이너리 시리즈 1, 2, 4, 8 ...에 따라서 변화될 수 있다. 각각의 픽셀에 대한 셔터들(A108)은, 계획된 그레이 레벨에 대한 바이너리 워드 내의 대응하는 위치의 비트 값에 따라서 특정 서브 프레임 내의 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 설정된다.
다수의 혼성 기술들은, 픽셀 당 복수의 셔터들 또는 후광 세기의 독립된 제어를 이용하여 이상에서 기술된 시간 분할 기술들을 결합시키는 그레이 스케일을 형성하도록 이용가능하다. 이러한 기술들이 이하에서 기술된다.
일 실시형태에서, 제어 매트릭스를 어드레싱하는 것, 즉 제어 정보를 픽셀들의 배열로 공급하는 것은, 때때로 매트릭스의 스캔 라인들 또는 행들로서 칭해지는 개별적인 라인들의 순차 어드레싱에 의해 달성된다. Vwe를 주어진 스캔 라인에 대한 기록가능 인터커넥트로 인가하고 데이터 전압 펄스들 Vd를 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트들(A508)로 인가함으로써, 제어 매트릭스는 기록가능 행 내의 각각의 셔터의 이동을 제어할 수 있다. MEMS 디스플레이(A12) 내의 픽셀들의 각각의 행에 대한 이러한 단계들을 반복함으로써, 제어 매트릭스는 MEMS 디스플레이(A12) 내의 각각의 픽셀로의 이동 명령들의 세트를 완성시킬 수 있다.
하나의 선택적인 실시형태에서, 제어 매트릭스는, 예를 들어, 픽셀들의 다른 행들 내의 픽셀들에 대한 이동 명령들 사이의 유사성들을 이용하기 위해 Vwe를 픽셀들의 복수의 행들의 기록가능 인터커넥트들로 동시에 인가함으로써, MEMS 디스플레이(A12) 내의 모든 픽셀들로 이동 명령을 제공하는 데에 필요한 시간의 양을 감소시킨다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 행들은, 비순차적으로, 예를 들어 의사 무작위 순서로 어드레싱되어, 코딩된 시간 분할 그레이 스케일을 이용하여 때때로 생성되는 시각적 가공물들을 최소화한다.
선택적인 실시형태들에서, 픽셀들의 배열 및 배열 내로 내장되는 픽셀들을 제어하는 제어 매트릭스들은 직사각형 행들 및 열들이 아닌 구성들 내에 배열될 수 있다. 예를 들어, 픽셀들은, 육각형 배열들 또는 곡선형 행들 및 열들로 배열될 수 있고, 도 31b에 도시된 분할된 디스플레이들로 배열될 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 것처럼, 텀 스캔 라인은 기록가능 인터커넥트를 공유하는 임의의 복수의 픽셀들을 칭한다.
제어 매트릭스들 및 그의 동작 방법들
도 24a는, 픽셀들의 배열을 어드레싱하도록 디스플레이 패널(A12) 내의 구성요소로서 적합한 제어 매트릭스(A500)의 개념도이다. 도 24b는 제어 매트릭스(A500)를 포함하는 픽셀들의 배열의 일부분의 등각투영도이다. 각각의 픽셀(A501)은 작동기(A503)에 의해 제어되는 탄성 셔터 어셈블리(A502)를 포함한다.
제어 매트릭스(A500)는, 셔터 어셈블리들(A502)이 형성되는 기판(A504)의 표면 상에 확산 또는 박막증착 전자회로로서 제조된다. 제어 매트릭스(A500)는 제어 매트릭스(A500) 내의 픽셀들(A501)의 각각의 행에 대한 스캔 라인 인터커넥트(A506) 및 제어 매트릭스(A500) 내의 픽셀들(A501)의 각각의 열에 대한 데이터 인터커넥트(A508)를 포함한다. 각각의 스캔 라인 인터커넥트(A506)는 기록가능 전압원(A507)을 픽셀들(A501)의 대응하는 행 내의 픽셀들(A501)에 전기적으로 연결한다. 각각의 데이터 인터커넥트(A508)는 데이터 전압원(Vd 소스; A509)을 픽셀들의 대응하는 열 내의 픽셀들(A501)에 전기적으로 연결한다. 제어 매트릭스(A500)에서, 데이터 전압(Vd)은 작동에 필요한 에너지의 대부분을 제공한다. 그러므로, 데이터 전압원(A509)은 또한 작동 전압원으로서 기능을 한다. 선택적인 실시형태들에서, 작동 전압 Vd는 디스플레이의 셀들로의 공통된 상호 접속들일 수 있다.
각각의 픽셀(A501) 또는 배열 내의 각각의 셔터 어셈블리에 대하여, 제어 매트릭스(A500)는 트랜지스터(A501) 및 선택적인 커패시터(A512)를 포함한다. 각각의 트랜지스터의 게이트는, 픽셀(A501)이 위치하는 배열 내의 행의 스캔 라인 인터커넥트(A506)에 전기적으로 연결된다. 각각의 트랜지스터(A501)의 소스는 대응하는 데이터 인터커넥트(A508)에 전기적으로 연결된다. 셔터 어셈블리(A502)는 2개의 전극들을 가진 작동기를 포함한다. 2개의 전극들은 주변과 상당히 다른 정전용량들을 가진다. 트랜지스터는 데이터 인터커넥트(A508)를 낮은 정전용량을 가진 작동기 전극에 연결한다. 더욱 구체적으로, 각각의 트랜지스터(A510)의 드레인은 대응하는 커패시터(A512)의 하나의 전극 및 작동기의 낮은 정전용량 전극에 전기적으로 병렬로 연결된다. 커패시터(A512)의 다른 전극 및 셔터 어셈블리(A502) 내의 작동기의 높은 정전용량 전극은 공통 또는 접지 전위로 연결된다. 동작 중에, 영상을 형성하기 위해, MEMS 제어기(A70)는, Vwe를 각각의 스캔 라인 인터커넥트(A506)로 인가함으로써 배열 내의 각각의 행을 순차적으로 기록가능하게 하도록 제어 매트릭스(A500)를 구동한다. 기록가능 행에 대하여, 행 내의 픽셀들(A501)의 트랜지스터들(A510)의 게이트들로의 Vwe의 인가는, 트랜지스터들을 통한 데이터 인터커넥트들(A508)을 통한 전류의 흐름이 셔터 어셈블리(A502)의 작동기로 전위를 인가하는 것을 허용한다. 행이 기록가능한 동안, 데이터 전압들 Vd는 데이터 인터커넥트들(A508)에 선택적으로 인가된다. 아날로그 그레이 스케일을 제공하는 실시형태들에서, 각각의 데이터 인터커넥트(A508)에 인가된 데이터 전압은 기록가능 스캔 라인 인터커넥트(A506)와 데이터 인터커넥트(A508)의 교차점에 위치된 픽셀(A501)의 요망된 밝기와 관련하여 변화된다. 디지털 제어 구조들을 제공하는 실시형태들에서, 데이터 전압은 상대적으로 낮은 크기의 전압(즉, 접지 근처의 전압)이거나 Vat(작동 임계 전압) 이상이 되도록 선택된다. 데이터 인터커넥트(A508)로의 Vat의 인가에 반응하여, 대응하는 셔터 어셈블리(A502) 내의 작동기는, 셔터 어셈블리(A502) 내의 셔터를 개방하며 작동한다. 데이터 인터커넥트(A508)에 인가된 전압은, 제어 매트릭스(A500)가 Vwe를 행에 인가하는 것을 중지한 이후에도 픽셀의 커패시터(A512) 내에 저장된 채 유지된다. 셔터 어셈블리(A502)가 작동하기에 충분히 긴 시간 동안 행의 전압 Vwe를 기다리고 유지하는 것이 필요하지 않고; 이러한 작동은 기록가능 전압이 행으로부터 제거된 이후에 진행할 수 있다. 행 내의 커패시터들(A510) 내의 전압은, 전체 비디오 프레임이 기록될 때까지, 일부 실시형태들에서는 새로운 데이터가 행에 기록될 때까지, 실질적으로 저장된 채 유지된다.
제어 매트릭스(A500)는 다음 순서의 처리 단계들을 사용함으로써 제조될 수 있다:
제 1 단계에서, 개구층(A500)은 기판(A504) 상에 형성된다. 기판(A504)이 실리콘처럼 불투명하다면, 기판(A504)은 개구층(A550)으로서 기능을 하고, 개구 홀들(A554)은 기판(A504)을 통하여 홀들의 배열을 에칭함으로써 기판(A504) 내에 형성된다. 기판(A504)이 유리처럼 투명하다면, 개구층(A550)은 기판(A504) 상의 광 차단층의 증착 및 홀들의 배열로의 광 차단층의 에칭으로부터 형성될 수 있다. 개구 홀들(A554)은 일반적으로 원형, 타원형, 다각형, S자형, 또는 불규칙한 형태일 수 있다. 광 차단층이 또한 금속과 같은 반사 물질로 이루어진다면, 개구층(A550)은 증가된 광 효율을 위해 투과되지 않은 광을 부속된 후광으로 재생하는 거울면으로서 작용할 수 있다. 광을 재생하기에 적절한 반사 금속막들은 스퍼터링, 이베포레이션, 이온 도금, 레이저 절제, 또는 화학 기상 증착을 포함하는 다수의 기상 증착 기술들에 의해 형성될 수 있다. 이러한 반사 어플리케이션에 효과적인 금속들은 Al, Cr, Au, Ag, Cu, Ni, Ta, Ti, Nd, Nb, Si, Mo, Rh 및/또는 그의 합금들을 포하하고, 이에 제한되지 않는다. 두께가 30nm 내지 1000nm의 범위에 있으면 충분하다.
제 2 단계에서, 금속층간 유전층이 개구층 금속(A550)의 상면 위에 블랭킷 방식으로 증착된다.
제 3 단계에서, 제 1 도전층은 기판 상에 증착되고 패터닝된다. 이러한 도전층은 스캔 라인 인터커넥트(A506)의 도전 트레이스들로 패터닝될 수 있다. 이상에서 열거된 임의의 금속들, 또는 인듐 틴 옥사이드와 같은 도전 산화물들은 이러한 어플리케이션에 대하여 충분히 낮은 저항을 가질 수 있다. 각각의 픽셀 내의 스캔 라인 인터커넥트(A506)의 일부분은 트랜지스터(A510)의 게이트를 형성하도록 위치된다.
제 4 단계에서, 또 다른 금속층간 유전층이, 트랜지스터(A510)의 게이트를 형성하는 부분을 포함하여, 제 1 도전 인터커넥트층의 상면 위에 블랭킷 방식으로 증착된다. 이러한 용도로 충분한 금속층간 유전체들은 30nm 내지1000nm의 두께를 가진 SiO2, Si3N4, and Al2O3를 포함한다.
제 5 단계에서, 비결정 실리콘층이 금속층간 유전체의 상면 상에 증착된 후 패터닝되어, 박막 트랜지스터 활성층의 소스, 드레인 및 채널 영역들을 형성한다. 선택적으로, 이러한 반도체 물질은 다결정 실리콘일 수 있다.
제 6 단계에서, 제 2 도전층은 비결정 실리콘의 상면 상에 증착되고 패터닝된다. 이러한 도전층은 데이터 인터커넥트(A508)의 도전 트레이스들 내로 패터닝될 수 있다. 동일한 금속들 및/또는 도전 산화물들이 이상에서 열거된 것처럼 이용될 수 있다. 제 2 도전층의 부분들이 또한 트랜지스터(A510)의 소스 및 드레인 영역들로의 접촉부들을 형성하는 데에 이용될 수 있다.
커패시터(A512)와 같은 커패시터 구조들은 개재 유전 물질을 가진 제 1 및 제 2 도전층들 내에 형성된 플레이트들로서 형성될 수 있다.
제 7 단계에서, 유전체 보호막이 제 2 도전층의 상면 위에 증착된다.
제 8 단계에서, 기계적 희생층이 보호막의 상면 위에 증착된다. 비어들이 희생층과 보호층 내로 개방되어 다음의 MEMS 셔터층들이 이하의 도전층들로 전기적으로 접촉하고 기계적으로 부착될 수 있다.
제 9 단계에서, MEMS 셔터층은 희생층의 상면 상에 증착되고 패터닝된다. MEMS 셔터층은 작동기들(A503)뿐만 아니라 셔터들(A502)로 패터닝되고, 희생층 내로 패터닝된 비어들을 통하여 기판(A504)에 고정된다. 셔터(A502)의 패턴은, 제 1 개구층(A550) 내에 형성된 개구 홀들(A554)의 패턴으로 정렬된다. MEMS 셔터층은, 300 나노미터 내지 10 마이크론의 두께를 가진, Au, Cr 또는 Ni와 같은 증착된 금속, 또는 다결정 실리콘 또는 비결정 실리콘과 같은 증착된 반도체로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 셔터는 2개의 비결정 실리콘층과 같은 2개의 다른 층들 사이의 금속층을 포함하는 복합 셔터일 수 있다.
제 10 단계에서, MEMS 셔터층의 구성요소들이 작동기들(A503)에 걸쳐 인가된 전압들에 반응하여 자유롭게 이동하도록, 희생층이 제거된다.
제 11 단계에서, 작동기(A503) 전극들의 측벽들이 유전 물질로 코팅되어 반대되는 전압들을 가진 전극들 사이의 단락을 방지한다.
이상의 과정의 많은 변형예들이 가능하다. 예를 들어, 제 1 단계의 반사 개구층(A550)은 제 1 도전층 내에 결합될 수 있다. 픽셀 영역의 대부분이 반사 금속으로 피복된 채 남아 있는 동안, 간극들이, 층 내에 도전 트레이스들을 제공하도록 도전층으로 패터닝된다. 또 다른 실시형태에서, 게이트 단자들이 제 2 도전층 내에 형성되는 반면에, 트랜지스터(A510) 소스 및 드레인 단자들이 제 1 도전층 상에 위치될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 반도체 비결정 또는 다결정 실리콘이 제 1 및 제 2 도전층들 각각의 바로 밑에 위치된다. 이 실시형태에서, 금속 접촉들이 하부 반도체층에 행해지도록 비어들이 금속층간 유전체에 패터닝될 수 있다. 게다가, 본 명세서에 기술된 장치들은, 능동 및/또는 수동 매트릭스들을 포함하여 많은 다른 제어 매트릭스들을 이용하여 동작할 수 있다.
도 24b와 관련하여 기술된 것처럼, 셔터 어셈블리 내에 포함된 작동기들은 기계적으로 쌍안정으로 디자인될 수 있다. 선택적으로, 작동기들은 하나의 안정 위치만을 가지도록 디자인될 수 있다. 즉, 일부 형태의 작동력이 인가되지 않으면, 이러한 작동기들은 예정된 위치, 개방 또는 폐쇄로 복귀한다. 이러한 실시형태들에서, 셔터 어셈블리는, 전압이 가해질 때 작동기가 셔터를 안정 위치로부터 밀거나 당기도록 하는 단일 작동 전극을 포함한다. MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 셔터들을 개별적, 그룹들 또는 전체적으로 구동할 수 있다. 이를 위하여, 일 실시형태에서, MEMS 디스플레이 제어기(A70)는, 디스플레이 내의 셔터들 중 적어도 일 그룹 또는 모두를 선택된 조건 또는 상태로 이동시키도록 싱크 펄스를 생성하는 싱크 제어기를 제공하는 프로그램 논리를 포함한다. FPGA에서 실시되는 타이머는, 램프들 및 셔터들을 구동하기 위한 신호들을 설정할 수 있는 필드 순차 컬러 동작들에 대한 타임프레임들과 같은 다른, 시간이 정해진 동작들을 구동하는 것뿐만 아니라 싱크 펄스를 구동하기 위한 타이밍 구간들을 설정할 수 있다. 게다가, 사용자가 입력 장치를 작동시킨 이후에 30초와 같은 예정된 시간 간격이 지나간다면, FPGA 타이머는 디스플레이의 상태를 낮은 저력 상태로 변화시키도록 사용자 입력 장치들을 감시할 수 있다.
디스플레이 패널들
도 25a는, 본 명세서에 기술된 휴대용 핸드헬드 장치들을 가지고 이용하기에 적합한 셔터 기반 광 변조 패널(A600)의 일 실시형태의 단면도이다. 디스플레이 패널(A600)은 광 변조층(A618) 밑에 배치된 광 공동, 광원(A612), 광 변조층(A618), 및 덮개판(A602)을 포함한다. 광 공동은 광 변조 배열(A618) 내의 후방을 향하는 반사면, 광 가이드(A628), 전방을 향하는 후방 반사면(A614), 확산기(A624), 및 밝기 강화 박막(A622)을 포함한다.
광 변조 배열(A618)과 덮개판(A602) 사이의 공간은 윤활제(A632)로 채워진다. 덮개판(A602)은, 에폭시 테크놀로지사에서 판매된 EPO-TEK B9021-1과 같은 에폭시(A625)를 이용하여 셔터 어셈블리에 부착된다. 에폭시는 또한 윤활제(A624)를 밀봉하는 기능을 한다.
시트 금속 또는 성형 플라스틱 브래킷(sheet metal or molded plastic assembly bracket; A626)은 덮개판(A602), 광 변조층(A618), 및 광 공동을 가장자리에서 함께 지지한다. 어셈블리 브래킷(A626)은 결합된 장치의 강성을 증가시키기 위해 나사들 또는 인덴트 탭들(indent tabs)로 죄어진다. 일부 실시형태들에서, 광원(A612)은 에폭시 포팅 화합물(epoxy potting compound)에 의해 적소에 형성된다.
디스플레이 패널(A600)은, 하우징 내의 하나 이상의 패널 지지물들에 대하여 플라스틱 어셈블리 브래킷을 실장시키는 하우징 내에 실장될 수 있다. 일 실시형태에서, 패널 지지물은, 디스플레이 패널(A600)의 주변 가장자리를 지지하는 크기의 성형 플라스틱 측벽일 수 있다. 탄성 개스킷은 충격 보호를 제공하기 위해 성형된 측벽 위에 위치할 수 있고, 패널은 개스킷에 결합될 수 있다.
도 26은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 셔터-기반 공간적 광 변조기(A700)의 단면도이다. 셔터-기반 공간적 광 변조기(A700)는 광 변조 배열(A702), 광 공동(A704), 및 광원(A706)을 포함한다. 게다가, 공간적 광 변조기는 덮개판(A708)을 포함한다.
덮개판(A708)은, 광 변조 배열(A702)을 기계적 및 환경적 손상으로부터 보호하는 것을 포함하는 수개의 기능들을 행한다. 덮개판(A708)은, 폴리카보네이트와 같은 얇은 투명 플라스틱 또는 유리 시트이다. 덮개판은 블랙 매트릭스(A710)로 칭해지는 광 흡수 물질로 코팅되고 패터닝될 수 있다. 블랙 매트릭스는, 광 흡수 피그먼트들을 포함하는 두꺼운 박막 아크릴 도는 비닐 수지로서 덮개판 상에 증착될 수 있다. 선택적으로, 개별적인 층이 형성될 수 있다.
블랙 매트릭스(A710)는, 광 공동(A704) 내에 형성된 광 투과 영역들(A716)의 근처에 위치된 광 투과 영역들(A714)을 제외한-뷰어 근처로부터, 공간적 광 변조기(A700)의 외부로부터 생기는 모든 입사 주변 광(A712)을 흡수한다. 이렇게 함으로써, 블랙 매트릭스(A710)는 공간적 광 변조기(A700)에 의해 형성된 영상의 명암비를 증가시킨다. 블랙 매트릭스(A710)는 또한 불연속 또는 시간 연속 방식으로 방출될 수 있는, 광 공동(A704)을 탈출하는 광을 흡수하는 기능을 행할 수 있다.
일 실시형태에서, 예를 들어, 아크릴 또는 비닐 수지 형태의 컬러 필터들이 덮개판(A708) 상에 증착된다. 필터들은 블랙 매트릭스(A710)를 형성하는 데에 이용되는 것과 유사한 방식으로 증착될 수 있지만, 필터들은 광 공동(A704)의 개방 개구 광 투과 영역들(A716) 위에 패터닝된다. 수지들은 적색, 녹색, 청색 또는 다른 피그먼트들을 이용하여 교대로 도핑될 수 있다.
광 변조 배열(A702)과 덮개판(A708) 사이의 공간은 100 마이크론보다 더 작고, 10 마이크론 이하만큼 작을 수 있다. 광 변조 배열(A702)과 덮개판(A708)은, 광 변조 배열(A702)의 동작을 간섭할 수 있기 때문에 예정된 지점들을 제외하면 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 간격은, 광 변조기 배열(A702) 내의 각각의 광 변조기들 사이에 위치된 2 내지 20 마이크론 길이의 리소그래피(lithography)적으로 형성된 스페이서들 또는 포스트들에 의해 유지될 수 있거나, 또는 간격이, 결합된 장치의 가장자리들 주변에 삽입된 시트 금속 스페이서에 의해 유지될 수 있다.
도 27은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 셔터-기반 공간적 광 변조기(A800)의 단면도이다. 셔터-기반 공간적 광 변조기(A800)는 광 공동(A802), 광원(A804), 및 광 변조층(A806)을 포함한다. 게다가, 셔터-기반 공간적 광 변조기(A804)는 도 26과 관련하여 기술된 덮개판(A708)과 같은 덮개판(A807)을 포함한다.
셔터-기반 공간적 광 변조기(A800) 내의 광 공동(A802)은 광 가이드(A808) 및 광 변조 배열(A806)의 후방을 향하는 부분을 포함한다. 광 변조 배열(A806)은 광 변조 배열 자신의 기판(A810) 상에 형성된다. 광 가이드(A808) 및 기판(A810) 모두 전면 및 후면을 가진다. 광 변조 배열(A806)은 기판(A810)의 전면 상에 형성된다. 제 2 금속층 형태의 전방을 향하는 후방 반사면(A812)은 광 가이드(A808)의 후면 상에 증착되어 광 공동(A802)의 제 2 반사면을 형성한다. 선택적으로, 광 공동(A802)은, 광 가이드(A808)의 후면을 실질적으로 향하며 뒤에 위치된 제 3 표면을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 전방을 향하는 후방 반사면(A812)은 광 가이드(A808)의 후면 대신에, 공간적 광 변조기(A800)의 전방을 향하는 제 3 표면 상에 증착된다. 광 가이드(A808)는, 광 가이드(A808)의 후방면 상에 예정된 패턴으로 분포된 복수의 광 산란 요소들(A809)을 포함하여 광 공동을 통한 광의 더욱 균일한 분포를 생성한다.
일 실시형태에서, 광 가이드(A808)와 기판(A810)은 서로 밀접하게 접촉하도록 유지된다. 광 가이드(A808)와 기판(A810)은, 반사가 계면에서 방지되도록 유사한 굴절율들을 가진 물질들로 형성되는 것이 바람직하다. 또 다른 실시형태에서, 작은 스탠드오프(standoff)들 또는 스페이서 재료들이 광 가이드(A808)와 기판(A810)을 예정된 간격만큼 떨어지도록 유지함으로써, 광 가이드(A808)와 기판(A810)을 서로 광적으로 분리시킨다. 광 가이드(A808)와 기판(A810) 사이에 간격을 둠으로써 공극(A813)이 광 가이드(A808)와 기판(A810) 사이에 형성된다. 공극이 광 가이드(A808) 내의 내부 전반사를 광 가이드의 전방면에서 증진시킴으로써, 광 산란 요소들(A809) 중 하나가 광(A814)이 광 변조기 배열(A806) 셔터 어셈블리를 향하여 안내되도록 하기 전에 광 가이드 내에서 광(A814)의 분산을 촉진한다. 선택적으로, 광 가이드(A808)와 기판(A810) 사이의 간극은 진공, 하나 이상의 선택된 가스들, 또는 액체에 의해 채워질 수 있다.
도 28은, 휴대용 핸드헬드 장치가, 미디어 플레이어 내에 위치되고 사용자에게 그래픽 및 텍스트 정보를 나타낼 수 있는 디스플레이를 가진 미디어 플레이어를 포함하는 본 발명의 일 실시형태를 도시한다. 더욱 구체적으로, 도 28의 실시형태는, 디지털 미디어로 저장된 음악을 듣는 데에 이용되는 유형의 MP3 플레이어를 도시한다. 도시된 실시형태에서, 하우징은, 사용자의 손에 잡히거나 또는 손을 장치의 운반으로부터 자유롭게 할 수 있게 사용자의 옷에 클립으로 고정되기에 적합하다. 사용자 인터페이스는 하우징 및 디스플레이 패널의 외부 상에 위치된 복수의 버튼들을 포함한다. 도 28에 도시된 MP3 플레이어는 도 23에 도시된 디스플레이 제어기와 유사한 디스플레이 제어기를 포함한다. 디스플레이 제어기는 디스플레이 상에 영상들을 표현하는 데에 이용되는 전력 사용을 감소시킬 수 있는 동작 모드들을 가짐으로써 온보드 전원의 사용 수명을 연장할 수 있다.
도 29는 본 명세서에서 기술된 시스템들 및 방법들의 또 다른 응용예를 도시한다. 구체적으로, 도 29는 하우징(A1008), 디스플레이 패널(A1002), 및 키패드(A1004)로 도시된 사용자 인터페이스 장치를 가지는 스마트 폰 휴대용 핸드헬드 장치(A1000)를 도시한다. 스마트 폰 휴대용 핸드헬드 장치(A1000)는, 이상에서 기술된 MEMS 디스플레이 패널들과 동등한 MEMS 디스플레이 패널을 포함하고, 도 20에 도시된 휴대용 핸드헬드 장치(A10)와 관련하여 이상에서 기술된 제어기와 동등한 MEMS 디스플레이 제어기를 가진다. 선택적으로, 시스템(A1000)의 MEMS 디스플레이 제어기는, MEMS 디스플레이 제어기(A150)의 전력 제어기(A153)가, 전원의 전력이 낮아지거나 예정된 임계값 밑으로 떨어짐을 결정하는 선택적인 절전 모드를 포함할 수 있다. 이러한 사용자 선택가능 동작 모드에서, MEMS 디스플레이 제어기(A150)는, 셀룰러 통신인 스마트 폰 장치(A1000)의 주요 기능에 대한 전력을 보존하는 저전력 모드로 동작한다. 이를 위하여, MEMS 디스플레이 제어기(A150)는, 단색, 흑백, 정적 정지 신호들과 같은 영상 신호들을 디스플레이(A1002)에 디스플레이할 수 있다. 디스플레이 제어기는, 필드 순차 컬러 동작들을 비활성화시키고, 디스플레이(A1002)를 조명하기 위하여 백색 LED(A157d)를 사용한다. 전력 제어기(A153)는 백색 LED(A157d)가 구동되는 크기를 조정하여, 디스플레이를 조명하기에 충분한 일정 DC 전압을 이용하여 백색 LED(A157d)를 구동하는 저전력 동작 모드를 선택한다. 상업적으로 이용가능한 백색 LED 장치들은 10 내지 30 밀리와트 범위로 동작하여, 전원(A76)으로부터의 최소 추출을 행한다.
도시된 스마트 폰은 또한 이상에서 기술된 접촉 감지 스크린을 가질 수 있다. 터치 스크린은, MEMS 디스플레이 패널 또는 MEMS 디스플레이 패널의 적어도 일부분을 덮는 상업적으로 이용가능한 터치 스크린일 수 있다. 이 실시형태에서, MEMS 디스플레이 패널의 덮개판은, 사용자가 손가락 또는 스타일러스로 밑으로 누를 때 디스플레이 패널이 안쪽으로 휘어지는 것을 방지하도록 선택된 두께를 가질 수 있다. 두께는 재료에 따라서 변화하고, 2mm 내지 5mm의 범위에 있을 수 있다. 게다가, 포스트들(A640)과 같은 지지물이 이동가능 셔터들과 덮개판 사이에 위치하여 덮개판이 셔터들로부터 간격을 두며 떨어져 있도록 한다. 선택적인 유체 윤활제는, 또한 이동가능 셔터들을 향하여 덮개판이 안쪽으로 휘어지는 것을 감소시키는 수압 지지를 행한다. MEMS 디스플레이 패널은, 접촉 감지 LCD 스크린이 겪는 리플 효과를 방지하고, 데이터 입력 동안 더 좋은 해상도를 제공할 수 있다.
도 30에서, 본 발명의 또 다른 선택적인 실시형태가 도시되어 있다. 구체적으로, 도 30a에서 폐쇄 위치에 있고, 도 30b에서 개방 위치에 있는 전자책 장치가 도시되어 있다. 전자책 장치는, 일반적으로, 소설, 신문, 또는 다른 정보인 텍스트를 디스플레이에 저장하는 디지털 미디어 장치를 판독함으로써 사용자에게 텍스트를 나타낼 수 있는 전자 디스플레이 장치로서 이해된다. 도 30a 및 30b에 도시된 실시형태에서, 전자책(A1100)은, 하우징의 절반이 하우징의 나머지 절반을 덮을 수 있도록 하는 힌지(A1106)를 가지는 하우징(A1102)을 포함한다. 도 30b에 도시된 것처럼, 전자책(A1100)은 제 1 패널(A1104) 및 제 2 패널(A1108)을 가질 수 있다. 키패드(A1110)는, 사용자가 스크린들(A1104 또는 A1108)에 나타나는 영상들을 조작하기 위해 사용할 수 있는 일련의 사용자 입력 장치들을 제공할 수 있다.
도 30a 및 30b에 도시된 실시형태에서, 전자책 휴대용 핸드헬드 장치는 이상에서 기술된 MEMS 패널들과 동등한 MEMS 디스플레이 패널을 가질 수 있고, 이상에서 기술된 MEMS 디스플레이 제어기들과 동등한 MEMS 디스플레이 제어기를 가질 수 있다. 전자책(A1100)은, MEMS 디스플레이 제어기가 텍스트 정보의 정적 흑백 영상들을 구동시키기 위해 백색 LED를 사용하는 단색 모드로 동작된다. 특정 실시형태들에서, 책 덮개와 같은 컬러 영상들 또는 책으로부터의 영상이 디지털 미디어에 저장된 콘텐츠의 일부로서 사용자에게 디스플레이되고, 이러한 실시예들에서, MEMS 디스플레이 제어기는, 디스플레이 패널들(A1104 및 A1108)에 컬러 영상을 생성하도록 이상에서 기술된 것과 같은 필드 순차 컬러 생성 기술들을 사용할 수 있다. MEMS 디스플레이 제어기는, 사용자 인터페이스 장치들(A1110)을 사용함으로써 사용자가 페이지를 매기는 정적 정지 영상들을 생성하기 위한 단색 동작 모드를 가질 수 있다. MEMS 디스플레이 제어기는, 디스플레이를 위한 프레임 버퍼 내의 영상들을 설정하는 제어기(A156)를 통하여 실행되는 단색 동작 모드를 가질 수 있다. MEMS 디스플레이 제어기는, MEMS 장치의 셔터들을, 사용자에게 디스플레이되는 텍스트 정보를 표현하기에 적합한 구성으로 설정할 수 있다. 선택적으로, 동작 모드는, 정상 상태 전압 또는 그래픽 정지 영상들을 나타내기에 충분한 상대적으로 느린 속도로 전환하는 광원에 의해 구동되는 백색 LED와 같은 저전력 LED를 사용하는 흑백 또는 다른 단색 컬러 세트에 있을 수 있다.
도 31a 및 31b는 본 명세서에 기술된 휴대용 핸드헬드 장치들의 또 다른 실시형태를 도시한다. 구체적으로, 도 31a는, 사용자의 팔에 손목 시계(A1200)의 몸체를 부착시키는 손목 스트랩(wrist strap; A1202)을 가지는 손목 시계(A1200)를 도시한다. 손목 시계(A1200)는 디스플레이 패널(A1208)을 포함하는 하우징(A1204)을 포함한다. 디스플레이 패널은, 이상에서 기술된 MEMS 디스플레이 패널들과 동등한 MEMS 디스플레이 패널이다. MEMS 디스플레이 패널은, 사용자의 손목에서 운반되기에 적합한 폼 팩터를 가지는 시계 하우징 내에 고정된다.
도 31a에 도시된 실시형태에서, MEMS 디스플레이 패널(A1208)은, 이상에서 기술된 분할된 디스플레이 구획들과 같은 분할된 디스플레이 구획을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(A1208)은, 도 31b에 도시된 분할된 구획과 같은 분할된 구획을 가지는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 도 31b는, 숫자 8로 배열된 7개의 세그먼트들을 포함하는 분할된 디스플레이의 일 실시예를 도시한다. 세그먼트들 각각은, 광을 변조할 수 있는 횡단이동가능 셔터들을 포함하는 이상에서 논의된 것들과 동등한 복수의 셔터 어셈블리들을 포함할 수 있다. 세그먼트들 각각은 함께 와이어링(wiring)된 셔터 어셈블리들의 그룹을 가지므로, 시계(A1200) 내에 포함된 MEMS 디스플레이 제어기로부터의 명령들에 반응한다. 도시된 세그먼트들은, 선택적으로 광원 위에 위치된 클래스 기판(class substrate) 상에 형성될 수 있다. 그러나, 도 31b에 도시된 실시형태에서, 광원은 전방 광원일 수 있거나, 선택적으로 디스플레이는 반사 디스플레이에 대하여 반사적일 수 있고, 횡단이동가능 셔터들은 반사적이거나 반사면 위에서 미끄러질 수 있다. 어느 경우든지, 횡단 셔터들은, 7개의 세그먼트 디스플레이 내의 각각의 세그먼트가 적절한 온 조건 또는 오프 조건으로 설정될 수 있도록 광을 변조한다. 이상에서 논의된 것처럼, 세그먼트들은 단색일 수 있거나 또는 컬러화될 수 있고, 이를 위하여 MEMS 세그먼트 디스플레이 제어기는 필드 순차 컬러 제어를 사용하거나 또는 컬러 필터들은 이상에서 논의된 것과 같이 디스플레이에 인가될 수 있다.
도 31b에 도시된 실시형태에서, 분할된 디스플레이는 독립 디스플레이로서 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 선택적인 실시형태들에서, 도 31b의 분할된 디스플레이는 선형 정렬로 배치된 복수의 분할된 디스플레이들 중 하나일 수 있고, 날짜, 시간, 또는 다른 정보가 복수의 분할된 디스플레이들에 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, 시계 어플리케이션에서, 시계(A1200)는, 특이한 디스플레이이고, 시계 면, 방위도, 또는 다른 영상과 같은 영상의 표현을 허용하는 상부 구획을 가질 수 있다. 하부의 특이 매트릭스는, 알람이 설정되어 있는지 여부, 시간이 am 또는 pm인지 여부, 및 수요일을 의미하는 WE와 같은 요일의 표시와 같은 아이콘들을 표현하는데에 사용되는 분할된 디스플레이 구획들뿐만 아니라 시간, 날짜, 스탑 워치 기능들의 정보를 표현하는 데에 이용될 수 있는 분할된 디스플레이일 수 있다.
이를 위하여, MEMS 디스플레이 제어기는, 제어기의 프로그램 제어 하에서 분할된 디스플레이를 구동할 수 있는 세그먼트 디스플레이 구동기를 포함할 수 있다.
도 32는, 이상에서 기술된 MEMS 디스플레이 패널들과 동등한 디스플레이 패널을 가지는 미디어 플레이어를 도시한다. 도 33은, 이상에서 논의된 디스플레이 패널들과 유사한 디스플레이 패널을 가진 GNSS 수신기를 도시한다. 도 34는, 이상에서 논의된 디스플레이 패널들과 유사한 디스플레이 패널을 가진 휴대용 컴퓨터를 도시한다. 휴대용 컴퓨터는, 광 레벨 탐지기에 의해 측정된 주변 광 조건들에 반응하고 사용자 제어 및 전원 레벨들에 반응하여, 전력을 보존하는 전력 모드들을 가지도록 MEMS 디스플레이 제어기를 이용할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은, 전력을 보존하기 위해 이용가능한 전력 또는 사용자 입력을 탐지하고, 동작 모드를 단색 모드로 변경하거나, 제한된 세트의 색상들을 제공하고 전력을 보존하는 4 비트 색상과 같은 비트 깊이를 선택할 수 있다.
본 발명은, 그의 사상 또는 본질적 특성들로부터 벗어나지 않으면서 다른 특정 형태들로 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 35 및 36은, MEMS 디스플레이 패널들의 선택적인 실시형태들을 도시한다.
도 35는, 셔터 어셈블리들(A1602)을 내장하는 디스플레이 어셈블리(A1600)의 단면도이다. 셔터 어셈블리들(A1602)은 유리 기판(A1604) 상에 배치된다. 기판(A1604) 상에 배치된 반사막(A1606)은 셔터 어셈블리들(A1602)의 셔터들(A1610)의 폐쇄 위치들 밑에 위치된 복수의 표면 개구들(A1608)을 형성한다. 반사막(A1606)은, 표면 개구들(A1608)을 통과하지 않는 광을 디스플레이 어셈블리(A1600)의 후방을 향하여 반사한다. 선택적인 확산기(A1612) 및 선택적인 밝기 강화 박막(A1614)은 기판(A1604)을 후광(A1616)으로부터 분리시킬 수 있다. 후광(A1616)은 하나 이상의 광원들(A1618)에 의해 조명된다. 광원들(A1618)은, 백열 전구들, 형광 램프들, 레이저들, 또는 발광 다이오드들일 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 반사막(A1620)은 후광(A1616) 뒤에 배치되어, 광을 셔터 어셈블리들(A1602)을 향하여 반사한다. 셔터 어셈블리들(A1602) 중 하나를 통하여 통과하지 않는 후광으로부터의 광선들은 후광으로 복귀하여 다시 박막(A1620)으로부터 반사된다. 이러한 방식으로, 제 1 패스로 영상을 형성하도록 디스플레이를 떠나지 않는 광은, 셔터 어셈블리들(A1602)의 배열 내의 다른 개방 개구들을 통한 투과를 위해 재생되고 이용될 수 있다. 이러한 광 재생은 디스플레이의 조명 효율을 증가시키는 것으로 증명되었다. 덮개판(A1622)은 디스플레이 어셈블리(A1600)의 전방을 형성한다. 덮개판(A1622)의 후면은 명암비를 증가시키도록 블랙 매트릭스(A1624)로 덮여질 수 있다. 덮개판(A1622)은 셔터 어셈블리들(A1602)로부터 예정된 거리만큼 떨어져 지지되어 간극(A1626)을 형성한다. 간극(A1626)은, 기계적 지지물들 및/또는 덮개판(A1622)을 기판(A1604)에 부착시키는 에폭시 밀봉재(A1628)에 의해 유지된다. 에폭시(A1628)는 바람직하게는 약 200℃ 미만의 양생 온도를 가져야 하고, 바람직하게는 약 50ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가져야 하며, 내습성을 가져야 한다. 예시적인 에폭시(A1628)는 에폭시 테크놀로지사에서 판매되는 EPO-TEK B9016-1이다.
에폭시 밀봉재(A1628)는 작동 유체(A1630)를 밀봉한다. 작동 유체(A1630)는, 바람직하게는 약 10 센티프와즈 미만의 점성들, 바람직하게는 약 2.0을 초과하는 상대 유전 상수, 및 약 104V/cm를 초과하는 절연 파괴 강도를 가지도록 만들어진다. 작동 유체(A1630)는 또한 윤활제로서 기능을 할 수 있다. 작동 유체의 기계적 특성과 전기적 특성은, 또한 셔터를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키는 데에 필요한 전압을 감소시키는 데에 효과적이다. 일 실시형태에서, 작동 유체(A1630)는, 바람직하게는 약 1.5 미만의 낮은 굴절율을 가진다. 또 다른 실시형태에서, 작동 유체(A1630)는 기판(A1604)의 굴절율과 일치하는 굴절율을 가진다. 적합한 작동 유체(A1630)는, 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 실리콘 오일들, 불화 실리콘 오일들, 디메틸실록산(dimethylsiloxane), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 및 디에틸벤젠(diethylbenzene)을 포함하며, 이에 제한되지 않는다.
시트 금속 또는 성형 플라스틱 어셈블리 브래킷(A1632)은 덮개판(A1622), 셔터 어셈블리들(A1602), 기판(A1604), 후광(A1616) 및 다른 부품들을 가장자리에서 함께 지지한다. 어셈블리 브래킷(A1632)은 결합된 디스플레이 어셈블리(A1600)의 강성을 증가시키기 위해 나사들 또는 인덴트 탭들로 죄어진다. 일부 실시형태들에서, 광원(A1618)은 에폭시 포팅 화합물에 의해 적소에 성형된다.
도 36은 셔터 어셈블리들(A1702)을 내장하는 디스플레이 어셈블리(A1700)의 단면도이다. 셔터 어셈블리들(A1702)은 유리 기판(A1704) 상에 배치된다.
디스플레이 어셈블리(A1700)는 하나 이상의 광원들(A1718)에 의해 조명되는 후광(A1766)을 포함한다. 광원들(A1718)은, 예를 들어 백열 전구들, 형광 램프들, 레이저들, 또는 발광 다이오드들일 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 반사막(A1720)은, 후광(A1716) 뒤에 배치되고, 광을 셔터 어셈블리들(A1702)을 향하여 반사한다.
기판(A1704)은, 셔터 어셈블리들(A1702)이 후광을 향하도록 방향설정된다.
후광(A1716)과 셔터 어셈블리들(A1702) 사이에는, 선택적인 확산기(A1712) 및 선택적인 밝기 강화 박막(A1714)이 삽입된다. 또한, 후광(A1716)과 셔터 어셈블리들(A1702) 사이에는 개구판(A1722)이 삽입된다. 반사막(A1724)은, 개구판(A1722) 상에 배치되고, 셔터 어셈블리들을 향한다. 반사막(A1724)은, 셔터 어셈블리들(A1702)의 셔터들(A1710)의 폐쇄 위치들 밑에 위치된 복수의 표면 개구들(A1708)을 형성한다. 개구판(A1722)은 셔터 어셈블리들(A1702)로부터 예정된 거리만큼 떨어져 지지되어 간극(A1726)을 형성한다. 간극(A1726)은, 기계적 지지물들, 및/또는 기판(A1704)에 개구판(A1722)을 부착시키는 에폭시 밀봉재(A1728)에 의해 유지된다.
반사막(A1724)은, 표면 개구들(A1708)을 통과하지 않는 광을 디스플레이 어셈블리(A1700)의 후방을 향하여 반사한다. 셔터 어셈블리들(A1702) 중 하나를 통과하지 않는 후광으로부터의 광선들은 후광으로 복귀하고 박막(A1720)으로부터 다시 반사된다. 이러한 방식으로, 제 1 패스로 영상을 형성하도록 디스플레이를 떠나지 않는 광은, 셔터 어셈블리들(A1702)의 배열 내의 다른 개방 개구들을 통한 투과를 위해 재생되고 이용가능할 수 있다. 이러한 광 재생은 디스플레이의 조명 효율을 증가시키는 것으로 증명되었다.
기판(A1704)은 디스플레이 어셈블리(A1700)의 전방을 형성한다. 기판(A1704) 상에 배치된 흡수막(A1706)은, 셔터 어셈블리들(A1702)과 기판(A1704) 사이에 위치된 복수의 표면 개구들(A1730)을 형성한다. 박막(A1706)은 주변 광을 흡수하고 따라서 디스플레이의 명암비를 증가시키도록 디자인된다.
에폭시(A1728)는 바람직하게는 약 200℃ 미만의 양생 온도를 가져야 하고, 바람직하게는 약 50ppm/℃ 미만의 열팽창계수를 가져야 하며, 내습성을 가져야 한다. 예시적인 에폭시(A1728)는 에폭시 테크놀로지사에서 판매되는 EPO-TEK B9022-1이다.
에폭시 밀봉재(A1728)는 작동 유체(A1732)를 밀봉한다. 작동 유체(A1732)는, 바람직하게는 약 10 센티프와즈 미만의 점성들, 바람직하게는 약 2.0을 초과하는 상대 유전 상수, 및 약 104V/cm를 초과하는 절연 파괴 강도를 가지도록 만들어진다. 작동 유체(A1732)는 또한 윤활제로서 기능을 할 수 있다. 작동 유체의 기계적 특성과 전기적 특성은, 또한 셔터를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키는 데에 필요한 전압을 감소시키는 데에 효과적이다. 일 실시형태에서, 작동 유체(A1732)는, 바람직하게는 약 1.5 미만의 낮은 굴절율을 가진다. 또 다른 실시형태에서, 작동 유체(A1732)는 기판(A1704)의 굴절율과 일치하는 굴절율을 가진다. 적합한 작동 유체(A1730)는, 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 실리콘 오일들, 불화 실리콘 오일들, 디메틸실록산, 폴리디메틸실록산, 헥사메틸디실록산, 및 디에틸벤젠을 포함하며, 이에 제한되지 않는다.
시트 금속 또는 성형 플라스틱 어셈블리 브래킷(A1734)은 개구판(A1722), 셔터 어셈블리들(A1702), 기판(A1704), 후광(A1716) 및 다른 부품들을 가장자리에서 함께 지지한다. 어셈블리 브래킷(A1732)은 결합된 디스플레이 어셈블리(A1700)의 강성을 증가시키기 위해 나사들 또는 인덴트 탭들로 죄어진다. 일부 실시형태들에서, 광원(A1718)은 에폭시 포팅 화합물에 의해 적소에 성형된다.
그러므로, 상술한 실시형태들은, 본 발명을 제한하기보다 예시적인 것으로 고려된다. 본 발명은, 본 발명의 사상 또는 본질적 특성들을 벗어나지 않으면서 다 른 특정 형태들로 실시될 수 있다. 따라서, 상술한 실시형태들은 본 발명을 제한하기보다 예시적인 것으로 고려된다.
상술한 설명은, 다음의 도면을 참조하여 다음의 실시예로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1a는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 디스플레이 장치의 등각투영도이고;
도 1b는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 디스플레이 장치의 블록도이며;
도 2는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치 내의 구성요소로서 적합한 셔터 어셈블리의 등각투영도이고;
도 3a 및 3b는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치 내의 구성요소로서 적합한 이중 작동 셔터 어셈블리의 등각투영도이며;
도 4는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치 내의 구성요소로서 적합한 셔터 어셈블리들의 배열의 평면도이고;
도 5a는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제어 매트릭스의 개념도이며;
도 5b는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 5a의 제어 매트릭스 및 도 2의 셔터 어셈블리들을 내장한 픽셀들의 배열의 등각투영도이고;
도 6은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 2 제어 매트릭스의 다이어그램(diagram)이며;
도 7은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 3 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 8은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 7의 제어 매트릭스의 픽셀들을 어드레싱하는 방법의 순서도이며;
도 9는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 4 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 10은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 9의 제어 매트릭스의 픽셀들을 어드레싱하는 방법의 순서도이며;
도 11은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 5 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 12는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 11의 제어 매트릭스의 픽셀들을 어드레싱하는 방법의 순서도이며;
도 13은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 6 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 14는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 7 제어 매트릭스의 다이어그램이며;
도 15는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 8 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 16은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 9 제어 매트릭스의 다이어그램이며;
도 17은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 10 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 18은, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 11 제어 매트릭스의 다이어그램이며;
도 19는, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른, 도 1의 디스플레이 장치의 셔터 어셈블리들을 제어하기에 적합한 제 12 제어 매트릭스의 다이어그램이고;
도 20은, 본 발명에 따른 휴대용 핸드헬드 장치의 일 실시형태를 도시하며;
도 21은, 도 20에 도시된 휴대용 핸드헬드 장치에 디스플레이될 수 있는 유형의 영상의 실시예를 상세히 도시하고;
도 22는, 도 20에 도시된 휴대용 핸드헬드 장치의 기능 요소들의 기능 블록도를 도시하며;
도 23은, 도 22에 도시된 디스플레이 제어기의 기능 요소들을 상세히 도시하고;
도 24a는, 디스플레이 패널 내에서 이동가능 셔터들을 제어하기에 적합한 제어 매트릭스의 개념도이며;
도 24b는, 도 24a의 제어 매트릭스를 내장한 픽셀들의 배열의 등각투영도이고;
도 25a, 25b 및 25c는, 도 25b가 3개의 컬러 필터들을 포함하는 본 발명에 따른 디스플레이 패널의 선택적인 실시형태들을 상세히 도시하며;
도 26은, 후광을 가진 디스플레이 패널의 선택적인 실시형태를 도시하고;
도 27은 디스플레이 패널의 선택적인 실시형태를 도시하며;
도 28은 본 발명에 따른 휴대용 핸드헬드 장치의 선택적인 실시형태를 도시 하고;
도 29는 본 발명에 따른 휴대용 장치의 스마트 폰 실시형태를 도시하며;
도 30a 및 30b는, 본 발명에 따른 휴대용 장치의 전자책 실시형태를 도시하고;
도 31a는, 도 31b에서 더욱 상세히 도시된 분할된 디스플레이를 가진 본 발명의 시계 실시형태를 도시하며;
도 32는 휴대용 핸드헬드 장치의 미디어 플레이어 실시형태를 도시하고;
도 33은 GNSS 수신기 휴대용 핸드헬드 장치를 도시하며;
도 34는 본 발명에 따른 휴대용 컴퓨터를 도시하고;
도 35 및 36은 MEMS 디스플레이 패널의 선택적인 실시형태를 도시하며;
도 37은 본 명세서에 기술된 장치들을 이용하기에 적합한 반사 MEMS 디스플레이 패널의 실시형태를 도시한다.

Claims (30)

  1. 하우징(housing),
    상기 하우징 내에 설치되고, 투명 기판 상에 형성된 복수의 횡단이동가능 셔터들을 가진 광 변조층을 구비한 디스플레이 패널(display panel),
    각각의 픽셀의 조명 레벨을 설정하기 위하여, 상기 투명 기판에 실질적으로 평행하게 그리고 진행 광선의 경로에 횡단하여 상기 횡단이동가능 셔터들을 이동시키기 위하여 횡단이동가능 셔터들 중 각각의 셔터들에 대한 제어를 제공하기 위한, 상기 디스플레이 패널에 연결된 제어 매트릭스, 및
    광을 상기 광 변조층을 통하여 안내하도록 상기 투명 기판의 하부의 상기 하우징 내에 배치된 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치(portable device).
  2. 제 1 항에 있어서, 영상을 디스플레이하기 위해 상기 횡단이동가능 셔터들로의 전압의 인가를 조정하기 위한, 상기 제어 매트릭스에 연결된 디스플레이 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 셔터들을 개방 또는 폐쇄 상태로 구동시키기 위해 상기 횡단이동가능 셔터들로의 전압의 인가를 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제어기는 미리 정해진 순서에 따라 상기 전압의 인가를 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어기에 연결된 주변 광 센서를 포함하고, 상기 제어기는 상기 주변 광 센서로부터의 측정에 기초하여 영상을 디스플레이하는데 사용되는 컬러 비트 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널 내에 배치된 적어도 하나의 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제어기는 영상 데이터를 위한 저장소를 갖는 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 버퍼에 저장된 영상 데이터에 기초하여 영상을 디스플레이하는데 사용되는 컬러 비트 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  9. 제 2 항에 있어서, 착탈식 메모리 저장 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 각각이 선택된 색상을 생성할 수 있는 복수의 광원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 컬러 영상을 디스플레이하기 위해 상기 복수의 광원들을 순차적으로 작동시키기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 횡단이동가능 셔터들로의 전압의 인가를 또한 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어기는 영상 프레임의 제1 색상에 대응하는 제1 서브 프레임을 디스플레이하기 위해 상기 광원들의 작동 및 상기 횡단이동가능 셔터들로의 전압의 인가를 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 서브 프레임은 제1 기간 동안 유지되고 상기 제어기는 제2 기간 동안 동일한 상기 영상 프레임의 상기 제1 색상에 대응하는 제2 서브 프레임의 디스플레이를 조정하고, 상기 제1 기간은 상기 제2 기간과 다른 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 매트릭스는 전체 작동 인터커넥트를 포함하고 상기 제어기는 상기 전체 작동 인터커넥트에 신호들을 제공함으로써 상기 배열의 다수의 행 및 열에서 상기 셔터들의 이동을 개시하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  16. 제 2 항에 있어서, 상기 하우징에 연결되고, 사용자 명령들에 반응하여 입력 신호들을 생성할 수 있는 사용자 인터페이스 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 사용자로부터의 상기 입력 신호들의 일부에 기초하여 영상을 디스플레이하는데 사용되는 컬러 비트 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널의 상면 위에 배치되고, 사용자에 의해 눌려지는 상기 디스플레이 패널 상의 위치를 나타내는 신호들을 생성할 수 있는 접촉 감지 스크린을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널은 상기 이동가능 셔터들을 둘러싸는 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널은 복수의 개구들을 포함하고 상기 복수의 개구들은 상기 복수의 횡단이동가능 셔터들에 대응하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 광 변조층의 하부에 배치되는 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 반사층은 상기 하우징의 후방부로 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징 내에 설치된 광 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 매트릭스는, 각각이 각각의 횡단이동가능 셔터와 관련된 복수의 스위칭 소자들을 가지는 능동 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  25. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 광원으로의 전력을 조정하고 상기 제어기는 상기 광원에 공급되는 전력을 선택적으로 조정하기 위한 복수의 동작 모드들을 가지는 것을 특 징으로 하는 휴대용 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 광원이 구동되는 진폭 또는 상기 광원의 스위칭하는 타이밍 중 적어도 하나를 제어하기 위해 상기 광원에 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 광원은 다른 색상들의 광을 생성하기 위한 복수의 광원들을 포함하고, 상기 제어기는, 상기 전원으로부터 낮은 전력을 뽑아내는 색상들을 생성하기 위해 상기 광원들 중 적어도 하나가 스위칭하는 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 제어기에 연결된 센서를 더 포함하고, 상기 센서는 상기 하우징 외부의 광을 측정하고 상기 센서에 근거하여 적어도 부분적으로 상기 광원에 공급되는 전력을 선택적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  29. 제 2 항에 있어서, 상기 전압의 인가는 중간 전압의 범위를 포함하고, 이로써, 픽셀에서 중간 조명 레벨들의 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
  30. 제 1 항에 있어서, 게임 콘솔들, 휴대폰들, 오디오 플레이어들, 비디오 플레이어들, 시계들, 전자책들, 디지털 카메라들, 텔레비젼들, GNSS 수신기들, 및 휴대용 컴퓨터들로 이루어진 그룹에서 선택된 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 장치.
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