KR20080090504A - 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 구동하는 방법 및시스템 - Google Patents

미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 구동하는 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자를 구동하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 일 실시예에서, 디스플레이는 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자들(30)의 어레이; 및 상기 어레이에 연결되는 구동 회로(22)를 포함하고, 상기 구동 회로는, 상기 어레이를 구동하기 위한 수평열 신호와 수직열 신호를 적어도 제공하도록 구성되고, 상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 하나만이 온도 변화에 대해 조절된다. 다른 실시예에서, 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자의 의레이를 구동하는 방법을 개시하며, 상기 방법은 미리 정해진 위치에서의 온도를 감지하는 단계(102); 상기 감지된 온도에 적어도 부분적으로 기초하는 레벨을 가지는, 수평열 신호와 수직열 신호 중 하나와, 상기 감지된 온도에 기초하지 않는 다른 하나를 생성하는 단계(106); 및 상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호를 상기 어레이에 제공하는 단계(108)를 포함한다.

Description

미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 구동하는 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR DRIVING MEMS DISPLAY ELEMENTS}
본 발명은 미소 기전 기기(MicroEletroMechanical device)에 관한 것이다.
미소 기전 시스템(MicroEletroMechanical System, MEMS) 미소 기계 소자, 액추에이터, 및 전자 기기를 포함한다. 미소 기계 소자는 퇴적(deposition), 에칭, 및/또는, 기판 및/또는 퇴적된 재료 층의 일부를 에칭으로 제거하거나 전기 기기 및 기전 기기를 만들기 위해 층을 부가하는 그 밖의 기타 미소 기계 가공 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 미소 기전 시스템 기기의 한 형태로서 간섭 변조기가 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 간섭 변조기 또는 간섭 광 변조기라는 용어는 광 간섭의 원리를 사용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 기기를 가리킨다. 어떤 실시예에서, 간섭 변조기는 한 쌍의 도전성 플레이트를 포함하고, 이들 중 하나 또는 양자 모두는 전체적으로 또는 부분적으로 투명하거나 및/또는 반사성을 가지고 있을 수 있고, 적절한 전기 신호가 인가되면 상대적으로 이동할 수 있다. 특정 실시예에서, 하나의 플레이트는 기판 상에 배치된 고정층을 포함하여 구성되고, 다른 하나의 플레이트는 에어갭에 의해 상기 고정층으로부터 이격된 금속막을 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 더욱 상세하게 기술하는 바와 같이, 하나의 플레이트의 다른 하나의 플레이트에 대한 위치는 간섭 변조기에 입사하는 광의 광 간섭을 변화시킬 수 있다. 이러한 기기는 그 응용분야가 넓고, 이러한 형태의 기기의 특성을 활용 및/또는 개조하여, 그 특성이 기존의 제품을 개선하고 아직까지 개발되지 않은 새로운 제품을 창출하는 데에 이용될 수 있도록 하는 것은 해당 기술분야에서 매우 유익할 것이다.
본 발명에 따른 시스템, 방범, 및 기기는 각각 여러 가지 실시태양을 가지고 있고, 그들 중 하나가 단독으로 모든 바람직한 특성을 나타내는 것은 아니다. 이하에서 본 발명의 주요 특징을 설명하겠지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다. 이러한 점을 고려하여, "발명의 상세한 설명"을 읽고 나면, 본 발명의 특징적 구성이 어떻게 다른 디스플레이 기기에 비해 더 나은 장점을 제공하는지를 이해하게 될 것이다.
일 실시예에서, 디스플레이는 미소 기전 시스템 디스플레이 소자들의 어레이, 및 상기 어레이에 연결되고 상기 어레이를 구동하기 위한 작동 신호를 제공하도록 구성된 구동 회로를 포함하고, 상기 작동 신호는 수평열 신호와 수직열 신호를 적어도 포함하며, 상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 하나만이 온도 변화에 대해 조절된다.
다른 실시예에서, 미소 기전 시스템 디스플레이 소자들의 어레이를 구동하는 구동 방법은, 미리 정해진 위치의 온도를 감지하는 단계; 상기 감지된 온도에 적어도 부분적으로 기초하는 레벨을 가지는, 수평열 신호와 수직열 신호 중 하나와, 상기 감지된 온도에 기초하지 않는 상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 다른 하나를 생성하는 단계; 및 상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호를 상기 어레이에 제공하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 디스플레이는, 미리 정해진 위치의 온도를 감지하기 위한 수단; 상기 감지된 온도에 적어도 부분적으로 기초하는 레벨을 가지는, 수평열 신호와 수직열 신호 중 하나와, 상기 감지된 온도에 기초하지 않는 상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 다른 하나를 생성하기 위한 수단; 및 상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호를 상기 어레이에 제공하기 위한 수단을 포함한다.
도 1은 제1 간섭 변조기의 이동가능한 반사층이 해방 위치에 있고, 제2 간섭 변조기의 이동가능한 반사층은 작동 위치에 있는, 간섭 변조기 디스플레이의 일 실시예의 일부를 도시한 등각 투영도이다.
도 2는 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 포함하는 전자 기기의 일 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 3은, 도 1의 간섭 변조기의 일 실시예에서, 인가된 전압에 대응한 이동가능한 미러의 위치를 나타낸 도면이다.
도 4는 간섭 변조기 디스플레이를 구동하기 위해 사용될 수 있는 한 세트의 수평열 및 수직열 전압을 나타낸 것이다.
도 5a는, 도 2의 3x3 간섭 변조기 디스플레이의 디스플레이 데이터의 프레임의 일례를 나타낸 것이다.
도 5b는, 도 5a의 프레임을 기록하기 위해 사용될 수 있는 수평열 신호와 수직열 신호의 타이밍도의 일례를 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 복수의 간섭 변조기를 포함하여 구성되는 시각 디스플레이 기기의 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 7a는, 도 1에 도시된 기기의 단면도이다.
도 7b는 간섭 변조기의 다른 실시예의 단면도이다.
도 7c는 간섭 변조기의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7d는 간섭 변조기의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7e는 간섭 변조기의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 8은 간섭 변조기의 다층으로 이루어진 이동가능한 반사층을 나타낸 사시도이다.
도 9는 간섭 변조기의 동작 전압과 온도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 온도가 변화된 경우에 간섭 변조기 디스플레이를 구동하기 위해 사용될 수 있는 수평열 전압과 수직열 전압의 세트를 나타낸 것이다.
도 11은 온도가 변화된 경우에 간섭 변조기 디스플레이를 구동하기 위해 사용될 수 있는 수평열 전압과 수직열 전압의 세트를 나타낸 것이다.
도 12는 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 온도 센서를 포함하는 전자 기기의 일 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 13은 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 온도 센서를 포함하는 전자 기기의 다른 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 14는 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 온도 센서를 포함하는 전자 기기의 다른 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 15는 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 시험 간섭 변조기를 포함하는 전자 기기의 일 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 16은 시간(x축) 대 커패시턴스 및 전압(y축)을 나타낸 그래프로서, 인가 전압에 의한 간섭 변조기의 커패시턴스를 나타낸 것이다.
도 17은 감지된 온도에 기초하여 어레이를 구동하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 방법과 방식으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서, 도면이 참조되는데, 전체 도면에 걸쳐 동일한 부분에 대해 동일한 번호가 사용된다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 동화상(예컨대, 비디오)이든 정지화상(예컨대, 스틸 이미지)이든, 또는 텍스트이든 그림이든, 이미지를 디스플레이하도록 구성된 것이라면 어떠한 기기에든 구현될 수 있다. 보다 상세하게는, 실시예들은 예컨대, 이동전화기, 무선 기기, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 손에 들고 다니거나(hand-held) 휴대할 수 있는 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이터, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예컨대, 주행 거리계 디스플레 이), 조종석 제어 장치 및/또는 디스플레이, 감시 카메라의 디스플레이(예컨대, 자동차에서의 후방 감시 카메라의 디스플레이), 전자 사진 액자, 전자 게시판 또는 전자 서명기, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물, 및 미적 구조물(예컨대, 보석류 상의 이미지 디스플레이) 등과 같은 다양한 전자 기기에 또는 이와 관련하여 구현될 수 있는 것을 의도하지만, 이것으로 한정되지는 않는다. 또한, 여기서 개시한 미소 기전 시스템 기기와 유사한 구조의 기기를 전자 스위칭 기기와 같은 비(非)디스플레이 분야에 사용할 수도 있다.
변조기를 작동 상태로 하기 위해 필요한, 제어 시스템에 의해 인가되는 전압의 양("작동 전압")은, 예를 들어 온도, 간섭계의 전자기계적 특성(electro-mechanical property)의 변화, 전하 축적, 및 기계적 미러의 물리적 마멸을 포함하는, 간섭 변조기에 영향을 미치는 여러 불리한 동작 인자(operating factor)에 의해 변화할 수 있다. 이하에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 간섭 변조기에는 두 개의 전압, 수직열 바이어스 전압(Vbias)과 수평열 전압의 조합으로서 작동 전압이 인가된다. 간섭계의 전자기계적 특성, 전하 축적, 및 기계적 미러의 물리적 마멸에 있어서의 변화는, 전형적으로 상당히 사용한 후에나 일정한 시간이 지난 후에만 작동 전압에 영향을 미친다. 간섭 변조기의 동작 온도는 이동가능한 반사층(14)의 특성에 즉각 영향을 미치므로, 온도에 있어 큰 변화는 작동 전압에 있어 상당한 변화를 일으킬 수 있다. 예를 들면, 여름철 아리조나주의 자동차 대시보드에 놓인 기기나 겨울철 영하의 온도에 노출된 기기의 디스플레이에 포함된 경우와 같이, 간섭 변조기가 사용되는 환경 조건에 따라, 간섭 변조기의 상당한 온도 변화가 수 시간 또는 수 분 내에 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 센서는 간섭 변조기를 포함하는 디스플레이를 가지는 기기가 있는 곳의 온도를 감시하여 온도에 관한 신호를 디스플레이용 구동 회로에 제공한다. 구동 회로는, 감지된 온도를 각종 온도에서 디스플레이를 동작시키기 위해 요구되는 필요 전압과 관련시키는 미리 정해진 정보를 사용하여, 센서로부터 수신한 신호에 기초하여 바이어스 전압을 조절함으로써 넓은 온도 범위에 걸쳐 디스플레이가 동작하도록 구동한다.
간섭계 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 포함하여 구성된 간섭 변조기 디스플레이의 일 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 기기에서, 픽셀은 밝은 상태 또는 어두운 상태 중 하나의 상태로 된다. 밝은 상태("온 상태" 또는 "개방 상태")에서는, 디스플레이 소자가 입사되는 가시광의 대부분을 사용자에게 반사한다. 어두운 상태("오프 상태" 또는 "폐쇄 상태")에서는, 디스플레이 소자가 입사되는 가시광을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. 실시예에 따라서는, "온 상태"와 "오프 상태"의 광 반사 특성이 반대로 바뀔 수도 있다. 미소 기전 시스템 픽셀은 선택된 컬러를 두드러지게 반사하여 흑백뿐 아니라 컬러 디스플레이도 가능하도록 구성될 수 있다.
도 1은 영상 디스플레이의 일련의 픽셀들에서 인접하는 두 개의 픽셀을 나타낸 등각투영도이다. 여기서, 각 픽셀은 미소 기전 시스템의 간섭 변조기를 포함하여 구성된다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기 디스플레이는 이들 간섭 변조기들의 행렬 어레이를 포함하여 구성된다. 각각의 간섭 변조기는, 적어도 하나의 치수가 가변적인 공진 광학 캐비티를 형성하도록 서로 가변적이고 제어가능한 거리를 두고 배치되어 있는 한 쌍의 반사층을 포함한다. 일 실시예에서, 이 반사층들 중 하나가 두 개의 위치 사이에서 이동될 수 있다. 제1 위치에서(여기서는 "해방 위치"라고 한다), 이동가능한 층은 부분적으로 반사하는 고정된 층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치한다. 제2 위치에서(여기서는 "작동 위치"라고 한다), 이동가능한 층은 부분적으로 반사하는 층에 보다 가까이 인접하여 위치한다. 두 개의 층으로부터 반사되는 입사광은 이동가능한 반사층의 위치에 따라 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하여, 각 픽셀을 전체적으로 반사 상태 또는 비반사 상태로 만든다.
도 1에 도시된 부분의 픽셀 어레이는 두 개의 간섭 변조기(12a, 12b)를 포함한다. 좌측에 있는 간섭 변조기(12a)에서는, 이동가능한 반사층(14a)이 부분적으로 반사하는 층을 포함하는 광 스택(optical stack)(16a)으로부터 소정의 거리를 두고 해방 위치에 있는 것이 도시되어 있다. 우측에 있는 간섭 변조기(12b)에서는, 이동가능한 반사층(14b)이 광 스택(16b)에 인접한 작동 위치에 있는 것이 도시되어 있다.
광 스택(16a, 16b)(총괄하여 광 스택 16이라고도 한다)은 일반적으로 인듐주석산화물(ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분적으로 반사성을 가지는 층, 그리고 투명한 유전체를 포함할 수 있는 수 개의 융합된 층(fused layers)으로 구성된다. 따라서 광 스택(16)은 전기적으로 도전성을 가지고 있고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성을 가지고 있고, 예컨대 투명 기판(20) 상에 크롬과 인듐주석산화물(ITO)로 된 하나 이상의 층을 적층시킴으로써 제조될 수 있다. 부분적으 로 반사성을 가지는 층은, 각종 금속, 반도체, 및 유전체와 같은 부분적으로 반사성인 각종 재료로 형성될 수 있다. 부분적으로 반사성을 가지는 층은 하나 이상의 재료의 층으로 형성될 수 있으며, 각각의 층은 단일 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 이들 층을 병렬 스트립으로 패턴화하여, 이하에서 설명하는 바와 같이, 디스플레이의 수평열 전극(row electrode)을 형성할 수 있다. 이동가능한 반사층(14a, 14b)은, 포스트(18)와 이 포스트들 사이에 개재된 희생 재료의 표면에 퇴적된 금속층(들)으로 된 일련의 병렬 스트립(수평열 전극 16a, 16b에 수직하는)으로 형성될 수 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 변형가능한 이동가능한 반사층(14a, 14b)(총괄하여 반사층 14라고도 한다)이 갭(19)에 의해 광 스택(16a, 16b)으로부터 이격된다. 반사층(14)은 알루미늄과 같이 도전성과 반사성이 높은 재료를 이용하여 형성할 수 있고, 이것의 스트립은 디스플레이 기기의 수직열 전극(column electrode)을 형성할 수 있다.
전압이 인가되지 않으면, 이동가능한 반사층(14a)과 광 스택(16a) 사이에 캐비티(19)가 그대로 존재하게 되어, 이동가능한 반사층(14a)이 도 1의 픽셀(12a)로 도시된 바와 같이 기계적으로 해방된 상태로 있게 된다. 그러나, 선택된 수평열과 수직열에 전위차가 인가되면, 해당하는 픽셀에서 수평열 전극과 수직열 전극이 교차하는 지점에 형성된 커패시터가 충전되어, 정전기력이 이들 전극을 서로 당기게 된다. 만일 전압이 충분히 높다면, 이동가능한 반사층(14)이 변형되어, 광 스택(16)에 대해 힘을 받게 된다. 도 1의 오른쪽에 픽셀(12b)로 도시된 바와 같이, 광 스택(16) 내의 유전체층((도 1에는 도시하지 않음)은 반사층(14)과 광 스택(16) 사이의 단락을 방지하고 이격 거리를 제어할 수 있다. 이러한 양상은 인가된 전위차의 극성에 관계없이 동일하다. 이러한 방식으로, 반사와 비반사의 픽셀 상태를 제어할 수 있는 수평열/수직열 구동은 종래의 액정 디스플레이(LCD)나 다른 디스플레이 기술에서 사용되었던 방식과 여러 가지 면에서 유사하다.
도 2 내지 도 5b는 디스플레이 응용예에 간섭 변조기의 어레이를 사용하는 공정 및 시스템의 일례를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 여러 측면을 포함할 수 있는 전자 기기의 일 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 본 실시예에서는, 전자 기기가 프로세서(21)를 포함한다. 이 프로세서(21)는 ARM, Pentium®, Pentium II®, Pentium III®, Pentium IV®, Pentium® Pro, 8051, MIPS®, PowerPC®, ALPHA® 등과 같은 범용의 단일칩 또는 멀티칩 마이크로프로세서나, 또는 디지털 신호 처리기, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같은 특정 목적의 마이크로프로세서일 수 있다. 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다. 오퍼레이팅 시스템을 실행하는 것 외에도, 프로세서는 웹 브라우저, 전화 응용프로그램, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 응용프로그램을 포함하여 하나 이상의 소프트웨어 응용프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구 성된다. 일 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 패널 또는 디스플레이 어레이(디스플레이)(30)에 신호를 제공하는 수평열 구동 회로(24) 및 수직열 구동 회로(26)를 포함한다. 도 2에서 1-1의 선을 따라 절단한 어레이의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 미소 기전 시스템의 간섭 변조기에 대한 수평열/수직열 구동 프로토콜은 도 3에 도시된 기기의 히스테리시스 특성을 이용할 수 있다. 이동가능한 층을 해방 상태에서 작동 상태로 변형시키기 위해, 예컨대, 10볼트의 전위차가 요구될 수 있다. 그러나, 전압이 그 값으로부터 감소할 때, 전압이 10볼트 이하로 떨어지더라도 이동가능한 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 실시예에서, 이동가능한 층은 전압이 2볼트 이하로 떨어질 때까지는 완전히 해방되지 않는다. 따라서, 기기가 해방 상태 또는 작동 상태 중 어느 하나의 상태로 안정되는 인가 전압 영역이 존재하는 전압의 범위가 있다. 도 3에서는 약 3~7볼트가 예시되어 있다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 영역" 또는 "안정 영역"이라고 부른다. 도 3의 히스테리시스 특성을 가진 디스플레이 어레이에서는, 수평열/수직열 구동 프로토콜은, 수평열 스트로브(row strobe)가 인가되는 동안에 스트로브가 인가된 수평열에 있는 픽셀들 중에 작동되어야 픽셀들은 약 10볼트의 전위차에 노출되고, 해방되어야 할 픽셀들은 0(영)볼트에 가까운 전위차에 노출되도록 설계될 수 있다. 스트로브를 인가한 후에는, 픽셀들이 수평열 스트로브에 의해 어떠한 상태가 되었든지 간에 그 상태로 유지되도록 약 5볼트의 정상 상태 전압차를 적용받는다. 기록된 후에, 각 픽셀은 본 실시예에서는 3-7볼트인 "안정 영역" 내의 전위차를 가진다. 이러한 구성으로 인해, 도 1에 도시된 픽셀 구조가 동일한 인가 전압의 조건 하에서 작동 상태든 해 방 상태든 기존의 상태로 안정되게 된다. 작동 상태로 있든 해방 상태로 있든, 간섭 변조기의 각 픽셀은 필연적으로 고정된 반사층과 이동하는 반사층에 의해 형성되는 커패시터이기 때문에, 이 안정된 상태는 히스테리시스 영역 내의 전압에서 거의 전력 낭비 없이 유지될 수 있다. 인가 전위가 고정되어 있으면, 필연적으로 픽셀에 유입되는 전류는 없다.
전형적인 응용예로서, 첫 번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동된 픽셀에 따라 한 세트의 수직열 전극을 어서팅(asserting)함으로써 디스플레이 프레임을 만들 수 있다. 그런 다음, 수평열 펄스를 수평열 1의 전극에 인가하여 어서트된 수직열 라인에 대응하는 픽셀들을 작동시킨다. 그러면, 수직열 전극의 어서트된 세트가 두 번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동되는 픽셀에 대응하도록 변경된다. 그런 다음, 펄스를 수평열 2의 전극에 인가하여 어서트된 수직열 전극에 따라 수평열 2에서의 해당하는 픽셀을 작동시킨다. 수평열 1의 픽셀들은 수평열 2의 펄스에 영향을 받지 않고, 수평열 1의 펄스에 의해 설정되었던 상태를 유지한다. 이러한 동작을 순차적으로 전체 수평열에 대해 반복하여 프레임을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이러한 프레임들은 초당 소정 수의 프레임에 대해 이러한 처리를 계속해서 반복함으로써 리프레시(refresh)되거나, 및/또는 새로운 디스플레이 데이터로 갱신된다. 수평열 및 수직열 전극을 구동하여 디스플레이 프레임을 생성하는 많은 다양한 프로토콜이 잘 알려져 있고, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.
도 4, 도 5a, 및 도 5b는 도 2의 3x3 어레이에서 디스플레이 프레임을 생성하는 하나의 가능한 구동 프로토콜을 나타낸 것이다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 보여주는 픽셀들에 사용될 수 있는 수직열 및 수평열의 가능한 전압 레벨 세트를 보여준다. 도 4의 실시예에서, 픽셀을 작동시키기 위해, 해당하는 수직열은 -Vbias 로 설정하고 해당하는 수평열은 +ΔV로 설정한다. 각각의 전압은 -5볼트 및 +5볼트에 대응할 수 있다. 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당하는 수직열은 +Vbais로 설정하고 해당하는 수평열은 동일한 값의 +ΔV로 설정하여, 픽셀에 걸리는 전위차가 0(영)볼트가 되도록 한다. 수평열의 전압이 0(영)볼트로 되어 있는 수평열에서는, 수직열이 +Vbias 이든 -Vbias이든 관계없이 픽셀들이 원래의 상태로 안정된다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 것과 반대 극성의 전압을 사용할 수 있다는 것을 알 것이다. 예컨대, 픽셀을 작동시키기 위해, 해당하는 수직열은 +Vbias 로 설정하고 해당하는 수평열은 -ΔV로 설정한다. 본 실시예에서, 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당하는 수직열은 -Vbais로 설정하고 해당하는 수평열은 동일한 값의 -ΔV로 설정하여, 픽셀에 걸리는 전위차가 0(영)볼트가 되도록 한다.
도 5b는, 도 2의 3x3 어레이에 인가되는 일련의 수평열 및 수직열 신호를 보여주는 타이밍도이며, 그 결과로서 작동된 픽셀들이 비반사성인 도 5a에 도시된 디스플레이 배열이 얻어진다. 도 5a에 도시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀들은 어떤 상태로 되어 있어도 무방하다. 본 예에서는, 모든 수평열들이 0(영)볼트이고, 모든 수직열들이 +5볼트이다. 이러한 인가 전압으로, 모든 픽셀들은 기존의 작동 상태 또는 해방 상태로 안정되어 있다.
도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3)의 픽셀들이 작동된다. 이를 구현하기 위해, 수평열 1에 대한 "라인 시간" 동안, 수직열 1과 수직열 2는 -5볼트로 설정되고, 수직열 3은 +5볼트로 설정된다. 이것은 어느 픽셀의 상태도 바꾸지 않는다. 왜냐하면, 모든 픽셀들이 3∼7볼트의 안정영역 내에 있기 때문이다. 그런 다음, 수평열 1에 0볼트에서 5볼트로 상승한 후 다시 0볼트로 되는 펄스를 가진 스트로브를 인가한다. 이것은 (1,1) 및 (1,2)의 픽셀을 작동시키고 (1,3)의 픽셀을 해방시킨다. 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수평열 2를 원하는 대로 설정하기 위해, 수직열 2를 -5볼트로 설정하고, 수직열 1 및 수직열 3은 +5볼트로 설정한다. 동일한 스트로브를 수평열 2에 인가하면, (2,2)의 픽셀이 작동되고, (2,1) 및 (2,3)의 픽셀이 해방된다. 여전히, 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수직열 2 및 수직열 3을 -5볼트로 설정하고 수직열 1을 +5볼트로 설정함으로써, 수평열 3도 마찬가지의 방법으로 설정될 수 있다. 수평열 3에 대한 스트로브로 인해 수평열 3의 픽셀들도 도 5a에 도시된 바와 같이 설정된다. 프레임을 기록한 후에, 수평열 전위는 0(영)이고, 수직열 전위는 +5볼트 또는 -5볼트로 남아있으므로, 디스플레이는 도 5a의 배열로 안정된다. 수십 또는 수백의 수평열 및 수직열로 된 어레이에 대해 동일한 처리가 행해질 수 있다는 것은 잘 알 수 있을 것이다. 또한, 수평열 및 수직열의 구동을 위해 사용되는 전압의 타이밍, 순서 및 레벨은 위에서 설명한 전반적인 원리 내에서 다양하게 변경될 수 있고, 상술한 예는 예시에 불과하고, 임의의 구동 전압 방법을 본 발명에 적용하여도 무방하다.
도 6a 및 도 6b는 디스플레이 기기(40)의 실시예를 예시하는 시스템 블록도이다. 디스플레이 기기(40)는, 예컨대, 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 텔레비전이나 휴대용 미디어 플레이어와 같이 디스플레이 기기(40)와 동일한 구성품이나 약간 변형된 것도 디스플레이 기기의 여러 가지 형태의 예에 해당한다.
디스플레이 기기(40)는 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 기기(48), 및 마이크(46)를 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형이나 진공 성형을 포함하여 해당 기술분야에서 잘 알려진 여러 가지 제조 공정 중 어느 것에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 하우징(41)은, 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하여 여러 가지 재료 중 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 하우징(41)은 분리가능한 부분(도시되지 않음)을 포함하고, 이 분리가능한 부분은 다른 색상이나 다른 로고, 그림 또는 심볼을 가진 다른 분리가능한 부분으로 교체될 수 있다.
본 예의 디스플레이 기기(40)의 디스플레이(30)는, 여기서 개시한 쌍안정(bi-stable) 디스플레이를 포함하여, 여러 가지 디스플레이 중 어느 것이어도 무방하다. 다른 실시예에서, 디스플레이(30)는, 상술한 바와 같은, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD 등과 같은 평판 디스플레이와, 해당 기술분야에서 당업자에게 잘 알려진 바와 같은, CRT나 다른 튜브 디스플레이 기기 등과 같은 비평판 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명하기 위해, 디스플레이(30)는 여기서 설명하는 바와 같이 간섭 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시된 디스플레이 기기(40)의 일 실시예에서의 구성요소가 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예의 디스플레이 기기(40)는 하우징(41)을 포함하고, 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치되어 있는 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 본 예의 디스플레이 기기(40)가 송수신기(47)와 연결된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함할 수 있다. 송수신기(47)는 프로세서(21)에 연결되어 있고, 프로세서(21)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결되어 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45)와 마이크(46)에 연결되어 있다. 프로세서(21)는 입력 기기(48)와 드라이버 컨트롤러(29)에도 연결되어 있다. 드라이버 컨트롤러(29)는 프레임 버퍼(28)와 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있고, 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(30)에 연결되어 있다. 전원(50)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 특정 설계에 따라 요구되는 모든 구성요소에 전력을 공급한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시된 디스플레이 기기(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 기기들과 통신할 수 있도록 안테나(43)와 송수신기(47)를 포함한다. 일 실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 부담을 경감하기 위해 어느 정도의 처리 능력을 가질 수도 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하는 것으로서, 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 어떠한 안테나라도 무방하다. 일 실시예에서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하여 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시예에서, 안테나는 블루투스 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 휴대 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 휴 대폰 네트워크를 통한 통신에 사용되는 공지의 다른 신호를 수신하도록 설계된다. 송수신기(47)는 안테나(43)로부터 수신한 신호를, 프로세서(21)가 수신하여 처리할 수 있도록 전처리한다. 또한, 송수신기(47)는 프로세서(21)로부터 수신한 신호를, 안테나(43)를 통해 본 예의 디스플레이 기기(40)로부터 전송될 수 있도록 처리한다.
다른 실시예에서, 송수신기(47)를 수신기로 대체할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)로 전송될 이미지 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스로 대체될 수 있다. 예컨대, 이미지 소스는 이미지 데이터를 담고 있는 DVD나 하드디스크 드라이브일 수도 있고, 이미지 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수도 있다.
프로세서(21)는 일반적으로 본 예의 디스플레이 기기(40)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27)나 이미지 소스로부터 압축된 이미지 데이터 등을 수신하여, 이를 본래의 이미지 데이터 또는 본래의 이미지 데이터로 처리될 수 있는 포맷으로 가공한다. 그런 다음, 프로세서(21)는 가공된 데이터를 드라이버 컨트롤러(29)나 저장을 위한 프레임 버퍼(28)로 보낸다. 전형적으로, 본래의 데이터는 이미지 내의 각 위치에 대한 이미지 특성을 나타내는 정보를 말한다. 예컨대, 그러한 이미지 특성은 컬러, 채도, 명도(gray-scale level)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(21)는 마이크로컨트롤러, CPU, 또는 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하는 논리 유닛을 포함한다. 일반적으로, 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 스피커(45)로 신호를 보내고 마이크(46)로부터 신호를 받기 위해, 증폭기와 필터를 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시된 디스플레이 기기(40) 내의 별도의 구성요소일 수도 있고, 또는 프로세서(21)나 다른 구성요소 내에 통합되어 있을 수도 있다.
드라이버 컨트롤러(29)는 프로세서(21)에 의해 생성된 본래의 이미지 데이터를 이 프로세서(21)로부터 직접 또는 프레임 버퍼(28)로부터 받아서, 이를 어레이 드라이버(22)에 고속으로 전송하기에 적합한 포맷으로 재구성한다. 구체적으로, 드라이버 컨트롤러(29)는 디스플레이 어레이(30)를 가로질러 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가지도록 본래의 이미지 데이터를 래스터형(raster-like) 포맷을 가진 데이터 흐름으로 재구성한다. 그런 다음, 드라이버 컨트롤러(29)는 재구성된 정보를 어레이 드라이버(22)로 보낸다. 종종 액정 디스플레이의 컨트롤러 등과 같은 드라이버 컨트롤러(29)가 독립형 집적 회로(stand-alone IC)로서 시스템 프로세서(21)와 통합되기도 하지만, 이러한 컨트롤러는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 이러한 컨트롤러는 프로세서(21)에 하드웨어 또는 소프트웨어로서 내장될 수도 있고, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 드라이버 컨트롤러(29)로부터 포맷된 정보를 받아서, 이 비디오 데이터를 디스플레이의 x-y 행렬의 픽셀들로부터 이어져 나온 수백 때로는 수천 개의 리드선에 초당 수 회에 걸쳐 인가되는 병렬의 파형 세트로 변환한다.
일 실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레 이 어레이(30)는 여기서 기술한 어떠한 형태의 디스플레이에 대해서도 적합하다. 예컨대, 일 실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 종래의 디스플레이 컨트롤러 또는 쌍안정 디스플레이 컨트롤러(예컨대, 간섭 변조기 컨트롤러)이다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예컨대, 간섭 변조기 디스플레이)이다. 일 실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 어레이 드라이버(22)와 통합되어 있다. 그러한 예는 휴대폰, 시계 및 다른 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에서는 일반적인 것이다. 또 다른 실시예에서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예컨대, 간섭 변조기 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.
입력 기기(48)는 사용자로 하여금 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어할 수 있도록 한다. 일 실시예에서, 입력 기기(48)는 쿼티(QWERTY) 키보드나 전화기 키패드 등의 키패드, 버튼, 스위치, 터치 스크린, 압력 또는 열 감지 막을 포함한다. 일 실시예에서, 마이크(46)는 예시된 디스플레이 기기(40)의 입력 기기이다. 기기에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우에, 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하기 위해 사용자는 음성 명령을 제공할 수 있다.
전원(50)은 해당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 에너지 저장 기기를 포함할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 전원(50)은 니켈-카드뮴 전지나 리튬-이온 전지와 같은 재충전가능한 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 재생가능한 에너지원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지와 태양 전지 도료를 포함하는 태양 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 콘센트로부터 전력을 공급받도록 구성된다.
몇몇 구현예에서는, 상술한 바와 같이, 전자 디스플레이 시스템 내의 여러 곳에 위치될 수 있는 드라이버 컨트롤러의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수 있다. 어떤 경우에는, 어레이 드라이버(22)의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수도 있다. 해당 기술분야의 당업자라면 임의의 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소로도 상술한 최적화 상태를 구현할 수 있고, 또 여러 가지 다양한 구성으로 구현할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
위에서 설명한 원리에 따라 동작하는 간섭 변조기의 상세한 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 도 7a 내지 도 7e는 이동하는 반사층(14) 및 그 지지 구조의 다섯 가지 다른 실시예를 보여준다. 도 7a는 도 1에 도시된 실시예의 단면도로서, 금속 재료로 된 스트립(14)이 직각으로 연장된 지지물(18) 상에 배치되어 있다. 도 7b에서, 이동가능한 반사층(14)은 연결선(32)에 의해 그 코너에서만 지지물에 부착되어 있다. 도 7c에서, 이동가능한 반사층(14)은 유연성의 금속을 포함할 수 있는 변형가능한 층(34)에 매달려 있다. 변형가능한 층(34)은 직접 또는 간접으로 변형가능한 층(34)의 주변의 기판(20)에 연결된다. 이 연결들은 여기서 지지 포스트라고 한다. 도 7d에 도시된 실시예는 그 위에 변형가능한 층(34)이 위치하는 포스트 플러그(42)를 가진다. 이동가능한 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에서와 같이, 캐비티 위에 매달려 있지만, 변형가능한 층(34)과 광 스택(16) 사이의 구멍을 채움으로써, 변형가능한 층(34)은 지지 포스트를 형성하지 않는다. 오히려, 지지 포스트는 지지 포스트 플러그(42)를 형성하는데 사용되는 평탄화 재료(planarization material)로 형성되어 있다. 도 7e에 도시된 실시예는 도 7d에 도시된 실시예에 기초한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 실시예 중 어느 것은 물론 도시되지 않은 추가 실시예들과도 함께 사용하기에 적합하다. 도 7e에 도시된 실시예에서, 금속 또는 다른 전도성 재료로 이루어진 여분의 층을 사용하여 버스 구조(44)를 형성하였다. 이는 간섭 변조기들의 뒷면을 따라서 신호 라우팅을 가능하게 하여, 그렇지 않은 경우에 기판(20) 상에 형성하여야 했던 다수의 전극을 없앨 수 있다.
도 7a 내지 도 7e에 도시된 바와 같은 실시예에서, 간섭 변조기들은 직시형 기기(direct-view device)로서 기능하고, 이미지들은 변조기들이 배치되어 있는 반대쪽, 투명 기판(20)의 정면 쪽에서 보여진다. 이 실시예들에서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)과 버스 구조물(44)을 포함하는, 기판(20)의 반대쪽의 반사층 측 상의 간섭 변조기 부분을 광학적으로 차폐시킨다. 이것은 차폐된 영역을 구성할 수 있도록 하고 화질에 악영향을 주지 않고 동작될 수 있도록 한다. 이러한 차폐는, 어드레싱 및 어드레싱에 의한 이동과 같은, 변조기의 광학 특성을 변조기의 전자기계적 특성과 분리하는 능력을 제공하는 도 7e의 버스 구조물(44)을 가능하게 한다. 이 분리가능한 구조는 변조기의 구조적 설계, 그리고 전자기계적 측면 및 광학적 측면에서 사용된 재료를 선택할 수 있도록 하고 서로 독립적으로 기능할 수 있도록 한다. 또한 도 7c 내지 도 7e에 도시된 실시예들은 변형가능한 층(34)에 의해 이루어지는, 반사층(14)의 광학적 특성과 그 기계적 특성의 분리에 의해 얻은 추가적인 이점을 갖는다. 이것은 반사층(14)에 대한 구조적 설계 및 사용된 재료가 광학 특성에 최적화될 수 있도록 하고, 변형가능한 층(34)에 대한 구조적 설계 및 사용된 재료가 원하는 기계적 특성에 대해 최적화될 수 있도록 한다.
간섭 변조기의 이동가능한 미러를 작동 상태로 하는데 필요한, 제어 시스템에 의해 인가되는 전압의 양을 작동 전압이라고 한다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 작동 전압은 약 9-10볼트이므로, 약 -10볼트 또는 +10볼트의 인가는 간섭 변조기의 이동가능한 반사층(14b)(도 1에 도시됨)을 작동시키고, 약 0볼트의 인가는 간섭 변조기의 이동가능한 반사층(14a)(도 1에 도시됨)을 해방시킨다. 작동 전압은, 예를 들면 온도, 간섭계의 전자기계적 특성의 변화, 및 기계적 미러의 물리적 마멸을 포함하는 여러 인자에 의해 시간이 지남에 따라 변화한다. 이들 인자 중 일부(예컨대, 간섭계의 전자기계적 특성의 변화, 및 기계적 미러의 물리적 마멸)는 전형적으로 상당히 사용한 후에나 일정한 시간이 지난 후에만 바이어스 전압에 영향을 미친다. 하지만, 온도는 단시간에 이동가능한 반사층(14)의 특성에 영향을 미쳐서 간섭 변조기를 동작시키는데 필요한 전압에 상당한 변화를 일으킨다. 예를 들면, 여름철 아리조나주의 자동차 대시보드에 놓인 기기나 겨울철 영하의 온도에 노출된 기기의 디스플레이에 통합된 경우와 같이, 간섭 변조기가 사용되는 환경 조건에 따라, 간섭 변조기의 상당한 온도 변화가 수 시간 또는 수 분 내에 발생할 수 있다. 그러한 기기가 있는 곳의 온도를 감시하고, 감지된 온도를 그 온도에서 디스플레이를 동작시키기 위해 요구되는 필요 전압과 관련시키는 미리 정해진 정보를 사용하여, 온도의 함수인 바이어스 전압을 조절함으로써 넓은 온도 범위에 걸쳐서 디스플레이를 효율적으로 구동할 수 있다.
도 8은 해방 상태의 간섭 변조기(60)의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 간 섭 변조기(60)는, 전형적으로 전극층, 흡수층(absorber layer) 및 투명한 기판(20) 상의 전극층(별도로 도시하지 않음)을 포함하는 광 스택(optical stack)을 포함한다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서, 기판(20)의 두께는 약 700㎛이고, 광 스택(16)의 두께는 약 1㎛ 이하이다. 몇몇 실시예에서, 기판(20)은 유리이다. 지지체(support)(18)는 캐비티(19)에 의해 광 스택(16)과 분리되어 있는 이동가능한 반사층(14)에 대한 지지를 제공한다.
이동가능한 반사층(14)은 제1 재료(11)로 이루어진 비교적 얇은 층과 제2 재료(13)로 이루어진 비교적 두꺼운 층(13)을 포함한다. 도 8의 실시예에서, 제1 재료(11)는 약 300 옹스트롬 두께의 층으로 배치된 알루미늄이고, 제2 재료(13)는 약 1000 옹스트롬 두께의 층으로 배치된 니켈이다. 다른 실시예들에서, 제1 제료(11) 및 제2 재료(13)는 다른 재료, 예를 들면 알루미늄을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서는 또한 제1 재료(11) 및 제2 재료(13)의 두께는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이동가능한 반사층(14)은 예를 들면, 니켈, 니켈 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 구성된 균일한 단일층만을 포함하는 모노리식(monolithic)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 이동가능한 반사층(14)은 복수의 재료로 이루어진 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 재료(11)의 층은 제2 재료(13)의 층보다 두꺼울 수 있는데, 이는 주요한 재료의 스트레스(stress)과 스트레인(strain)의 관계를 변화시킬 수 있다.
간섭 변조기의 온도 변화에 의해 간섭 변조기에 생기는 스트레스와 그에 따른 스트레인은, 이동가능한 반사층(14)의 이동에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 스 트레스는 몸체(body)에 의해 접합부(adjioning part)에 단위 면적당 가해지는 힘이고, 스트레인은 스트레스에 의해 야기된 치수의 변형 또는 변화이다. 스트레스에 대한 저항력과 탄성 한계(elastic limit) 모두는, 고체의 조성에 따라 달라진다. 몸체가 당겨져 있을 때, 신장, 또는 인장 응력(tension or tensile stress)을 받고 있다고 하고, 몸체가 눌려져 있을 때, 압축 응력(compression or compressive stress)을 받고 있다고 한다. 인장 응력은 일반적으로 긍정적인 것으로 생각되는 반면, 압축 응력은 부정적인 것으로 생각된다. 재료의 온도가 변화함에 따라, 몸체는 몸체를 구성하는 재료의 열팽창 계수(CTE)에 따라 팽창하거나 수축한다. 간섭 변조기의 정상 상태에서의 동작 온도는, 예를 들면 약 -40℃ 내지 +70℃일 수 있다. 온도가 변화하면, 이동가능한 반사층(14)의 기판(20), 제1 재료(11) 및 제2 재료(13)가 그들 각자의 열팽창 계수에 따라 다르게 팽창하고 수축한다. 두 상이한 재료의 이 팽창 및 수축은 이동가능한 반사층(14)의 스트레인을 발생시키고, 이는 이동가능한 반사층(14)의 스트레스에 있어 대응하는 변화를 일으킨다.
제1 재료(11)의 층 및 제2 재료(13)의 층은 모두, 그들 각자의 열팽창 계수에 의해 표현되는 바와 같은 온도의 함수로서 팽창하고 수축하며, 더 두꺼운 층(예컨대, 제2 재료(13))의 열팽창 계수가 팽창량 또는 수축량을 좌우한다. 기판(20) 및 광 스택(16)의 팽창량 및 수축량은, 기판(20)이 훨씬 더 두껍기 때문에 기판의 팽창 및 수축에 의해 좌우된다. 전형적으로, 기판(20)의 열팽창 계수는 제2 재료(13)로 이루어진 층의 열팽창 계수보다 작으므로, 제2 재료(13)로 이루어진 층은, 기준 온도 변화일 때 기판(20)보다 더 팽창하고 수축한다. 하지만, 지지 체(18)는 기판(20)에 대해 이동가능한 반사층(14)의 팽창 및 수축을 강제한다. 따라서, 온도가 변화하면, 이동가능한 반사층(14)은 이동가능한 반사층(14)의 평면 x 방향 및 y 방향으로 스트레인의 변화를 경험하고, 스트레스(σ)에 있어 대응하는 변화 또한 이동가능한 반사층(14)의 x 방향 및 y 방향으로 발생한다.
도 9는 일 실시예에 따른, 간섭 변조기의 온도(x축)과 바이어스 전압(y축) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 일정한 온도 범위에 걸친 간섭 변조기의 바이어스 전압은 간섭 변조기의 온도에 대해 반비례 관계이며, 예컨대 간섭 변조기의 온도가 증가하면 바이어스 전압은 감소한다. 바이어스 전압의 변화가 작더라도(예컨대, 몇몇 실시예에서 약 0.25볼트 미만), 간섭 변조기의 히스테리시스 특성에 따라 간섭 변조기의 동작에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 도 9의 그래프에서, 바이어스 전압은 온도가 약 25℃ 변화하는 동안에 약 0.25볼트 변화한다.
도 9에 예시한 바와 같이, 온도의 변화는 바이어스 전압에 영향을 미치는 이동가능한 반사층(14)의 x 방향 및 y 방향의 평면에서의 스트레스를 감소시키거나 증가시킨다. 간섭 변조기(60)를 제어하기 위해 인가되는 전압의 온도 기반 보상은, 간섭 변조기(60)의 동작을 일정하기 유지하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 즉, 간섭 변조기의 온도가 증가하면, 더 낮은 작동 전압이 공급되고, 온도가 감소하면, 더 높은 작동 전압이 공급된다.
전술한 바와 같이, 작동 전압은 간섭 변조기에 인가되는 두 전압, 수직열 바 이어스 전압(Vbias) 및 수평열 전압의 조합으로서 간섭 변조기에 인가된다. 여기에 설명한 실시예에서, 수평열 전압은 그 값이 +ΔV나 -ΔV 중 어느 하나로부터 변화하지 않는다(도 4 참조). 바이어스 전압은 어레이 드라이버(22)에 의해, 예를 들어 온도의 함수로서 그에 따른 온도를 보상하는 작동 전압을 공급하여 조절될 수 있다. 여기서는 동작 전압(VOpp)이라고도 하는 바이어스 전압, 스트레스(σ) 및 온(T) 사이의 관계는 다음의 식으로 나타낸다:
Figure 112008056438468-PCT00001
위 식에서, σ0은 예를 들면 기준 온도에서의 잔류 응력(residual stress)이고, k는 상수이다. 전형적인 기준온도는 약 25℃의 실온이다. 실시예에서 이들 파라미터들 사이의 관계의 일례로서, 온도가 1℃ 증가할 때마다 이동가능한 반사층의 스트레스는 2MPa 변화하고, 동작 전압은 ∼11mV 편이된다(shift). 공통의 실시예에서, 간섭 변조기(60)의 이동가능한 반사층(14) 내의 스트레스(σ)는 인장 응력이며, 이것은 스트레스(σ)는 0(영) 이상이라는 것을 의미한다.
이동가능한 반사층(14) 내의 잔류 응력(σ0)은, 간섭 변조기(60)를 제조하기 위해 사용되는 프로세스의 결과인, 해방(비작동) 상태에 있을 때 기준 온도에서의 스트레스를 가리킨다. 간섭 변조기(60)가 여러 공정 온도에 노출되어 있고 이동가능한 반사층(14)이 최초에 궁극적으로는 제거될 희생층 상에 형성되기 때문에, 제 조 프로세스들은 잔류 응력(σ0)에 영향을 미친다.
도 8에서, 스트레스 σx 및 σy은 이동가능한 반사층(14) 내에서 각각 x축 및 y축을 따라 단위 면적 17에 대해 도시되어 있다. 간섭 변조기의 온도 변화에 의한 작동 전압의 변화는 다음의 식으로 나타낼 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00002
위 식에서, L은 간섭 변조기의 지지체들 사이의 거리이고, h는 이동가능한 반사층(14)이 이동하는 에어갭(air gap) 두께이며, σ(T)는 기준 온도 T의 함수인, 이동가능한 반사층(14) 내의 스트레스이고, t는 이동가능한 반사층(14)의 두께이다. 에어갭은, 이동가능한 반사층의 두께, 및 지지체들 사이의 거리는 간섭 변조기의 디자인 시에 선택되므로, 일단 변조기가 제조되면 변화되지 않는다.
스트레스(σ)의 온도 종속성은 σ = σ0 -σT(T)로 설명될 수 있으며, σ0는 제조 후의 이동가능한 반사층(14)의 기준 온도에서의 잔류 응력이며, 이는 전술 한 바와 같이 제2 재료(13)의 열팽창 계수(CTE)에 의해 좌우된다.
이동가능한 반사층(14)과 기판(20) 사이의 열팽창 불일치(mismatch)는 열변형(thermal strain)을 일으키고, 열팽창 불일치의 함수인 열응력(thermal stress)을 초래한다. 예를 들면, 이동가능한 반사층(14)이 니켈이고 기판(20)이 코닝 글래스 제1737호(Corning Glass No. 1737)인 경우, 열적 불일치(ΔCTE)는 다음과 같이 기술될 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00003
위 식에서, α1 = 13.0 x 10-6/℃(니켈의 열팽창 계수), α2 = 3.76 x 10-6/℃(코닝 글래스 제1737호의 열팽창 계수)이다. 그러면 열 변형(εT)는 다음과 같이 기술될 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00004
위 식에서, ΔT는 기준 온도에 대한 온도 변화이다. 결과로서 얻는 열응력은 다음과 같이 기술될 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00005
위 식에서, E1은 니켈의 탄성 계수(elastic modules)이고, ΔT는 기준 온도에 대한 온도 변화이다. 그러면, 작동 전압은 다음의 식 중 어느 하나로 나타낸 것과 같은 온도의 함수로서 기술될 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00006
또는
Figure 112008056438468-PCT00007
위 식에서, ΔT는 기준 온도에 대한 온도 변화이다. 식 8은 작동 전압을 식 7의 선형 근사법으로 나타낸다. 도 9는 특정한 실시예에서 온도와 바이어스 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프이며, 이 관계가 일정한 온도 범위에 걸쳐서 거의 선형임을 나타낸 것이다. 유의할 것은, k1 및 k2는 식의 표현을 단순화하는 상수이다.
이동가능한 반사층(14)의 잔류 응력은 이동가능한 반사층(14)과 기판(20) 사이의 열팽창 계수의 불일치를 최소화하는 변수들, 사용되는 각 재료의 층의 두께(예컨대, 제1 재료(11) 및 제2 재료(13)), 및 변조기 제조 기술의 선택에 의해 제조 시에 어느 정도 제어 가능하다.
간섭 변조기는 수평열 전압과 수직열 전압 사이의 차에 의해 구동된다. 온도가 변화하면, 변조기를 적절하게 동작시키기 위해서는 수평열 전압만 조절하면 된다. "수직열" 및 "수평열"이라는 용어는 수직 방향 또는 수평 방향 중 어느 하나일 수 있는 기하학적으로 임의적인 의미이다. 본 명세서에서, "수직열"은 이미지 데이터에 종속하는 신호를 수신하는 디스플레이 입력단의 세트로 생각될 수 있다. "수평열"은, 전술한 바와 같이 순차 수평열 스트로브 입력 신호와 같은, 이미지 데이터에 따라 변화하지 않는 신호를 수신하는 디스플레이 입력단의 세트로 생각될 수 있다.
도 3은 특정 온도에서의 미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 히스테리시스 영역을 나타낸 것이다. 이들 히스테리시스 영역은 온도가 변화하면, 도 10에 도시된 바와 같이 편이된다(shift). 기준 온도(T0)에서의 히스테리시스 영역들은 도 10에서 실선으로 도시되어 있다. 히스테리시스 영역들의 위치는 왼쪽 영역과 오른 쪽 영역 각각의 중간점, Vbias0 및 -Vbias0이 특징일 수 있다. 전형적인 기준 온도는 약 25℃의 실온이지만, 임의의 온도일 수도 있다. 온도가 T0에서 T 로 떨어지면, 히스테리시스 영역들은 점선으로 나타낸 바와 같이 서로 멀어지는 방향으로 이동한다. 히스테리시스 영역들의 새로운 위치는 마찬가지로 왼쪽 영역과 오른쪽 영역 각각의 중간점, Vbias 및 -Vbias이 특징일 수 있다. Vbias 및 -Vbias는 Vbias0 및 -Vbias0로부터 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00008
위 식에서, K4는 음의 상수이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 온도가 감소하면, 히스테리시스 영역들은 멀어지는 방향으로 이동한다. 온도가 증가하면, 히스테리시스 영역들은 서로를 향해 이동한다.
일단 히스테리시스 영역의 위치가 결정되면, 도 11에 도시된 방법을 사용하여 변조기를 구동하기 위한 적절한 수직열 전압을 결정할 수 있으며, 여기서는 다음과 같이 되풀이된다:
Figure 112008056438468-PCT00009
수직열 전압의 제어는, 소프트웨어 제어 또는 연산 증폭기를 사용한 아날로그 회로와 같은, 각종 방법으로 구현될 수 있다.
수직열 전압은, 전하 축적 외에 온도 편이(temperature shift)와 같은 다른 인자들을 보상하기 위해 조절될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 온도 변화는 히스테리시스 영역이 서로 가까워지거나 멀어지게 하지만, 이들 히스테리시스 영역은 0볼트에 대해 계속하여 대칭을 이룬다. 온도 편이와 달리, 전하 축적은 히스테리시스 영역 모두를 단일 방향으로 이동시켜, 두 개의 히스테리시스 영역은 0볼트에 대해 더 이상 대칭이 아니다. 일 실시예에서, 수직열 전압은 다음과 같이 조절될 수 있다:
Figure 112008056438468-PCT00010
VrowMid는 스트로브 인가(strobe application)들 사이의 수평열 전압이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 전형적인 VrowMid의 값은 0(영)이다. Voffset은 전하 축적과 같은 다른 인자들에 의해 유발된 히스테리시스 영역들의 이동을 나타낸다.
도 12는 도 2와 유사한, 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 포함하는 전자 기기의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 시스템 블록도이며, 나타난 온도(temperature present)에 기초하여 어레이(30)를 구동하는 작동 신호를 제공하도록 구성되어 있다. 도 12의 블록도는, 어레이(30)를 구동하는 회로에 연결된 센서(62)를 나타내고 있다. 센서(62)는 온도 상태를 감지하고 감지된 온도에 기초한 신호를 어레이 드라이버(22)에 제공한다. 센서(62)는 센서 회로의 여러 실시예, 예를 들어 온도를 감지하여 대응하는 신호를 생성하는 회로, 또는 온도의 영향을 받아서 센서로부 터의 신호가 온도에 대응하는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 센서(62)는 온도에 따라 저항이 변화하는 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다. 온도에 대한 저항의 종속성은 알려져 있기 때문에, 저항기(resistor)를 온도 센서로 사용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 서미스터는 간섭 변조기의 어레이를 제조할 때 함께 실리콘 상에 제조된다. 몇몇 실시예에서, 센서(62)는 열전쌍(thermocouple)을 포함한다.
도 12에 나타낸 실시예에서, 센서(62)는 구동 회로의 외부에 위치하고 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있다. 어레이 드라이버(22)는 어레이(30)를 구동하기 위한 신호를 제공하기 위해 센서(62)로부터 수신한, 온도에 대응하는 신호를 사용하도록 구성되어 있다. 일 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 메모리에 저장된 미리 정해진 룩업 테이블(look-up table)을 사용하여, 수신된 온도 기반 신호에 기초하여 어레이에 신호를 제공하기 위한 적절한 신호를 결정한다. 다른 실시예에서, 센서(62)가 어레이 드라이버(22) 내에 배치되어 있는 경우(예컨대, 도 14) 또는 프로세서 내에 배치되어 있는 경우(예컨대, 도 13), 또한 룩업 테이블을 사용하여, 수신된 온도 기반 신호에 기초하여 어레이에 신호를 제공하기 위한 적절한 신호를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(22)(또는 프로세서(21)) 내의 회로는 도 9에 도시된 곡선과 비슷할 수 있고(예컨대, 온도와 동작 전압 사이의 관계가 선형으로 비슷함), 온도와 동작 전압 사이의 정해진 관계를 사용하여 수신된 온도 기반 신호에 비례하는 신호를 어레이(30)에 제공한다.
센서(62)에 의해 감지된 온도는 어레이(30), 어레이(30)에 실질적으로 가장 가까운 위치, 또는 어레이(30)의 위치 이외의 위치에서의 온도일 수 있다. 예를 들면, 여러 실시예에서, 센서(62)는 어레이 드라이버(22), 프로세서(21), 또는 센서(62) 자신의 온도를 감지한다. 몇몇 실시예에서, 센서(62)는 어레이(30)를 포함하는 디스플레이 내의 미리 정해진 위치에서의 온도를 감지하거나, 어레이(30)를 포함하는 전자 기기 내의 미리 정해진 위치에서의 온도를 감지하도록 구성되어 있다.
몇몇 실시예에서, 센서(62)는 또한 온도를 감지하도록 특정한 위치에 배치된 감지 소자(sensing element)(68)를 포함하며, 그 위치는 어레이(30)의 간섭 변조기가 동작하는 온도와 관계가 있는 곳으로 결정되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 감지 소자(68)는 어레이(30) 가까이에 위치된다. 다른 실시예에서, 감지 소자(68)는, 예를 들면 구동 회로 내에, 어레이(30)를 포함하는 디스플레이 내 어딘가에, 또는 어레이(30)를 포함하는 전자 기기 내의 어딘가에 위치될 수 있다. 센서(62) 내의 회로는 감지 소자(68)에 대한 온도의 영향을 검출하고, 온도에 기초한 신호를 구동 회로(예컨대, 어레이 드라이버(22))에 전송한다.
센서(62)는 원하는 특정한 구현예에 따라, 여러 장소에 위치될 수 있다. 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 센서(62)를 포함하는 전자 기기의 다른 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 도 13에서, 센서(62)는 프로세서(21) 내에 위치되어 있다. 일 실시예에서, 센서(62)는 어레이(30)의 온도와 관련 있는 프로세서 내의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 기초한 신호를 사용하여 어레이(30)를 구동한다. 몇몇 실시예에서, 프로세서(21)는 감지 소자(도시하지 않음)를 연결하기 위한 연결 부를 가질 수 있으므로, 센서(62)는 프로세서(21) 외부의 위치에서의 온도를 감지할 수 있다.
도 14는 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 센서(60)를 포함하는 전자 기기의 다른 실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 여기서, 센서(60)는 어레이 드라이버(22) 내에 위치되어 있다. 일 실시예에서, 센서(62)는 어레이(30)의 온도와 관련 있는 어레이 드라이버(22) 내의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 기초한 신호를 사용하여 어레이(30)를 구동한다. 몇몇 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 감지 소자(도시하지 않음)와의 연결부를 가질 수 있으므로, 센서(62)는 어레이 드라이버(22) 외부의 위치에서의 온도를 감지할 수 있다.
도 15는 3x3 간섭 변조기 디스플레이와 어레이 구동 시스템에 의해 인가되는 간섭 변조기를 작동 상태 또는 해방 상태로 하기 위해 필요한 전압의 양을 제어하기 위한 회로를 포함하는 전자 기기의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 시스템 블록도이다. 이 실시예는 구동 회로, 예컨대 특히 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있는 시험 회로(64)를 포함하고, 하나 이상의 시험 간섭 변조기(66)(또는 시험 변조기)를 포함할 수 있다. 온도의 영향을 설명하기 위해, 시험 회로(64)는 시험 변조기(66)의 미러를 작동 상태 및/또는 해방 상태로 하기 위해 필요한 전압의 양을 결정하고, 결정된 전압에 대응하는 신호를 구동 회로, 예컨대 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 그러면 어레이 드라이버(22)는 시험 회로(64)로부터의 신호에 기초하여 적절한 동작 전압을 얻기 위해 구동 전압을 조절한다. 하나 이상의 시험 변조기의 작동 및/또는 해방의 감시에 의해, 어레이 드라이버(22)는 측정된 작동/해방 전압 에 기초하여 어레이(30)에 구동 신호를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 어레이에 제공된 구동 신호는 측정된 작동 전압에 비례하거나 실질적으로 동일하다. 몇몇 실시예에서는, 하나 이상의 시험 변조기(66)를 구동하기 위해 디스플레이 내에 제2 구동 회로를 포함한다.
일 실시예에서, 시험 간섭 변조기(66)는 어레이(30) 내에 있는 간섭 변조기와 유사한 구조적 구성을 가지는 간섭 변조기이다. 시험 변조기(66)는, 시험 구동 신호가 인가될 수 있고 측정값(measurment)이 기록되는 플랫폼(platform)의 역할을 한다. 대개, 이러한 시험간섭 변조기들은 디스플레이를 목적으로 한 광을 출력하기 위해서는 사용되지 않는다. 시험 간섭 변조기(66)의 전체 치수 스케일은 어레이(30) 내의 간섭 변조기의 wwjscp 치수 스케일과 동일하거나 상이할 수 있다. 시험 간섭 변조기(66)의 전체 치수 또는 특정한 치수는, 의도된 시험 측정 물체에 따라 어레이(30)의 간섭 변조기에 대하여 변화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시험 간섭 변조기(66)는 어레이(30)의 구조적 구성과 상이한 구조적 구성을 가진다.
몇몇 실시예에서는, 둘 이상의 시험 변조기를 사용할 수 있다(도시하지 않음). 시험 변조기들은, 어레이 내의 변조기들의 수평열 및/또는 수직열 각각의 단부(end)를 포함하여, 디스플레이 내의 여러 장소에 위치될 수 있다. 전형적으로, 시험 변조기는 디스플레이 뷰어(viewer)에게 보이지 않도록, 예컨대 뷰어(viewer)에 대해 어떠한 가시 광선도 수광하거나 출력하지 않도록 배치되어 있다.
시험 회로(64)는 변조기를 작동 상태와 해방 상태 사이에서 "토글(toggle)"하도록 시험 변조기(66)에 전압을 인가하고, 어느 전압에서 변조기가 상태를 변화 시키는지를 판정하기 위해 시험 변조기(66)를 감시함으로써, 시험 변조기(66)를 작동시키는데 필요한 전압을 결정한다. 몇몇 실시예에서는, 도 16에서 신호(90)로 나타낸 바와 같이, 시험 회로(64)를 삼각파형의 전압(triangular-shaped voltage wave)으로 구동한다. 다른 실시예에서는, 삼각파형이고 진폭이 시험 변조기를 작동시키는데 필요한 전압 레벨에 비례하는 신호를 사용하여 시험 변조기를 구동한다.
시험 회로(64)는 디스플레이가 구동되는 주파수와 동일한 주파수로 구동되는 것이 바람직하지만, 다른 주파수 또한 시험 회로(64)를 구동하는데 사용될 수 있다. 또한, 시험 회로(64)는 어레이(30)와 동일한 프레임 레이트(frame rate)로 구동되는 것이 바람직하지만, 다른 프레임 레이트를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서는, 디스플레이 프레임 레이트와 동일하거나, 디스플레이 플레임 레이트에 비례하는 주파수를 가지는 신호를 사용하여 시험 변조기를 구동한다. 다른 실시예에서, 시험 변조기를 구동하는데 사용되는 신호의 주파수는 디스플레이 프레임 레이트의 대략 1/2이다.
몇몇 실시예에서, 구동 신호(90)의 전압 크기는, 작동 전압이 도달되는 것을 보장하기 위한 예상 작동 전압보다 크다. 몇몇 실시예에서, 구동 신호(90)의 전압 크기는, 기준 온도가 감소하는 경우에 증가할 수 있다. 다른 실시예에서, 시험 변조기를 구동하기 위해 사용되는 신호는 주기적이고, 어레이를 구동하는 구동 신호들은 이미지 내용에 따라 특정(image content specific)된다.
일 실시예에서는, 시험 변조기(66)의 커패시턴스를 감시하여 어느 전압에서 변조기가 상태를 변화시키는지를 판정하고, 이 정보를 사용하여 커패시턴스가 변화하는 때의 인가된 전압 레벨 및 커패시턴스가 변화하는 부호(sign)에 기초하여 구동 전압을 변화시킨다. 도 16은 시간(x축) 대 커패시턴스 및 전압(y축)을 나타낸 그래프이며, 신호(90)와 커패시턴스 곡선(95)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 신호(90)는 이동가능한 반사층(14)을 작동 및 해방시키기 위해 시험 변조기(66) 양단에 인가되는 전압을 나타낸다. 커패시턴스 곡선(95)는 신호(90)로 나타낸 전압의 인가에 의한 시험 변조기(66)의 측정된 커패시턴스를 나타낸다.
여기서, 시험 변조기(66)는 해방 위치에서 시작한다. 시험 변조기(66)에 인가되는 전압은 상태 70의 음의 값에서 시작하여, 상태 74의 양의 피크값까지 증가하고, 상태 80의 음의 피크값까지 감소하며, 상태 82에서 작은 음의 값까지 다시 증가한다. 커패시턴스 곡선(95)은 신호(90)에 따라 전압이 변화하는 동안에 시험 변조기(66)의 측정된 캐패시턴스를 반영한다. 측정된 커패시턴스 곡선(95)은 상태 70에서 낮은 값에서 시작하고, 이어서 전압이 증가됨에 따라 상태 72에서 높은 값으로 변화하여, 시험 변조기(66)는 작동 상태를 나타낸다. 상태 76에서, 커패시턴스 곡선(95)은 다시 낮은 값으로 변화하여, 시험 변조기(66)는 해방 상태를 나타낸다. 상태 78에서, 커패시턴스 곡선(95)은 높은 값으로 변화하여, 시험 변조기(66)는 다시 작동 상태를 나타낸다. 끝으로, 상태 82에서 커패시턴스 곡선(95)는 다시 낮은 값으로 변화하여, 시험 변조기(66)는 다시 해방 상태를 나타낸다. 다른 실시예에서, 시험 변조기(66)에 대한 전류 흐름을 감시하여 작동 또는 해방되는 때를 결정한다. 시험 변조기(66)가 작동 또는 해방되면, 전류는 고정(spike)될 것이고, 커패시턴스는 증가 또는 감소할 것이다.
일 실시예에서, 시험 변조기(66)는 "토글"된다. 예컨대, 전압이 양의 전압에서 음의 전압으로, 또는 음의 전압에서 양의 전압으로 스위칭되도록, 시험 변조기(66)에 일련의 전압이 인가된다. 이 상태에서, 전압이 토글될 때 커패시턴스를 감시하여 시험 변조기(66)를 작동 및 해방시키는 전압의 레벨을 결정하고, 그에 따라 어레이(30)를 구동하기 위해 제공되는 작동 신호를 조절한다. 이러한 토글링(toggling)은 변조기의 개시 시에 수행되고, 그 후에는 변조기를 사용하는 동안에 발생하는 변화를 고려하여 주기적으로 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프로세서는 사용자에 의해 또는 자동 프로세스, 예컨대 진단(diagnostic)에 의해 수신된 입력의 결과서 수행된다.
시험 변조기의 전기 기계적인 응답은 어레이(30)의 간섭 변조기의 전기 기계적인 응답과 미리 정해진 관계를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 미리 정해진 관계는, 전기 기계적인 응답들이 실질적으로 비례하거나, 실질적으로 같거나, 또는 실질적으로 동일한 전기 기계적인 거동을 가지도록 하는 것일 수 있다. 어레이(30)의 간섭 변조기에 대한 시험 간섭 변조기(66)의 전기 기계적인 응답들 사이의 관계를 앎으로써, 시험 간섭 변조기(66)를 작동 및 해방하기 위해 필요한 전압 레벨의 측정은, 성능에 영향을 미치는 각종 인자들을 보상하기 위해 어레이(30)에 전송되는 구동 신호들에 대한 조절을 가능하게 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 하나의 인자가 온도이다. 유의할 것은, 시험 간섭 변조기(66)의 사용은 온도를 측정할 필요 없이 어레이(30)에 대한 구동 신호의 보상을 가능하게 한다는 것이다.
시험 간섭 변조기는 또한 어레이(30)의 간섭 변조기의 전기적 및 기계적 성능에 있어 오프셋 전압의 장기간 드리프트(long term drift)를 측정하는데 사용될 수도 있다. 오프셋 전압의 드리프트는, 예를 들면 부적합한 온도에 장기간 노출, 기기 내의 기계적 또는 구조적 변화, 또는 광 스택 및/또는 이동 미러층(14) 내의 전하 축적에 따른 결과일 수 있다.
시험 변조기는, 예를 들면 엄격한 온도 변화에 대한 측정, 전압 스파이크(voltage spike), 또는 정지(shutting down) 및 재기동(restarting)과 같은, 진단 절차를 개시하도록 디스플레이에 보증하였을 다른 조건에 대해 상이한 전자기계적인 거동을 가질 수 있다.
시험 간섭 변조기(66)는 또한 간섭 변조기 시스템의 양의 히스테리시스 영역과 음의 히스테리시스 영역 사이의 대략 중간점의 전압 레벨인 오프셋 전압을 측정하는데 사용될 수도 있다. 시험 간섭 변조기 및 어레이의 간섭 변조기에 교정용(corrective) 전압 펄스를 인가하고 시험 간섭 변조기의 오프셋 전압을 측정하는 순환 알고리즘(recursive algorithm)이 오프세 전압의 조절 또는 리셋을 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 어레이 내의 간섭 변조기 및 시험 변조기 각각은 미리 정해진 관계에 관한 전기적인 응답 함수를 가진다. 예를 들면, 시험 변조기는 수직열 전극에서의 저항이 어레이 내의 간섭 변조기와 상이할 수 있으므로, 시험 변조기의 전기적 거동은 어레이 내의 간섭 변조기와 상이하지만, 기계적 거동은 동일하다. 다른 실시예에서, 어레이 내의 간섭 변조기 및 시험 변조기는 각각, 미리 정 해진 관계에 관한 기계적인 응답 함수를 가진다. 예를 들면, 시험 변조기는 어레이 내의 간섭 변조기와 상이한 물리적 또는 기계적 특성, 예컨대 더 높은 포스트 밀도(post density)를 가져서, 시험 변조기의 기계적 거동은 상이하지만 전기적인 거동을 동일하다.
다른 실시예에서, 구동 회로(예컨대, 어레이 드라이버(22), 프로세서(21) 또는 구동 회로(24, 26))에 연결된 회로는 온도에 영향을 받는(temperature influenced) 회로를 가지며, 예를 들면 디스플레이의 온도 변화에 대응하는 미리 정해진 방법으로 변화하는 하나 이상의 전자 특성을 갖는다. 변화된 전자 특성에 기초하여, 구동 회로는 어레이(30)를 위한 온도 변화에 대응하는 작동 신호를 생성하므로, 어레이(30)의 간섭 변조기는 적절한 작동 전압으로 동작한다. 이 온도에 영향을 받는 회로는 구동 회로 내에 구현되거나, 또는 센서(62) 내에 구현된 구동 회로에 연결될 수 있다.
도 17은 앞서 설명한 실시예들에 사용될 수 있는, 복수의 간섭 변조기를 가지는 어레이(30)(예컨대, 도 2의)를 구동하는 프로세스(100)를 나타낸다. 상태 102에서는, 디스플레이 내의 미리 정해진 위치에서의 온도를 감지한다. 온도는 센서, 시험 회로, 시험 간섭 변조기, 또는 온도의 영향을 받는 회로를 사용하여 감지될 수 있다.
상태 104에서는, 감지된 온도에 기초한 센서 신호를 디스플레이 드라이버에 전송한다. 이어서, 상태 106에서, 프로세스(100)는 디스플레이 드라이버에 전송된 센서 신호에 기초하여 작동 신호를 생성한다. 생성되는 작동 신호의 레벨은, 어레 이(30) 내의 간섭 변조기의 온도가 증가하면 작동 신호에 의해 지시된 대로 간섭 변조기에 인가되는 전압을 감소시키도록, 감지된 온도에 따라 조절되므로, 구동 회로는 적절한 작동 전압을 어레이(30)에 제공한다. 반대로, 어레이(30) 내의 간섭 변조기의 온도가 감소하면 작동 신호에 의해 지시된 대로 간섭 변조기에 인가되는 전압을 증가한다. 끝으로, 상태 108에서, 프로세스(100)는 어레이(30)에 작동 신호를 제공한다.
몇몇 실시예에서, 시험 간섭 변조기(66)에 대해 이루어진 측정은 또한, 특정한(dedicated) 시험 간섭 변조기(66)가 선택적인 것이 되도록, 어레이(30)의 간섭 변조기에 대해서도 수행될 수 있다. 예를 들면, 어레이(30)의 간섭 변조기 중 소수(예를 들면, 하나 이상)는 시험 간섭 변조기 및 디스플레이 간섭 변조기 모두로서 사용될 수 있다. 많은 경우에, 시험 절차의 임의의 광학적 악영향을 최소화하기 위해, 디스플레이 스크린의 한쪽 또는 한쪽 코너 내에 위치된 간섭 변조기에 대해 시험을 수행하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 많은 경우에, 시험에 사용되는 어레이(30) 내의 간섭 변조기의 치수 및 구조적 구성은 , 어레이(30)의 나머지 부분 내의 간섭 변조기의 그것과 실질적으로 동일할 것이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 일정한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였다. 이상의 상세한 설명이 텍스트로 나타나 있지만, 본 발명은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 유의할 것은, 본 발명의 어떤 특성 또는 측면을 설명할 때 특정한 용어(terminology)의 사용은, 해당 용어가 그 용어와 연관된, 본 발명의 특성 또는 측면에 대한 임의의 구체적인 특징을 포함하는 것으로 한정되도 록 여기서 재정의(re-defined)되어 있다는 의미로 받아들여서는 안 된다는 것이다.

Claims (20)

  1. 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자들의 어레이; 및
    상기 어레이에 연결되고, 상기 어레이를 구동하기 위한 작동 신호를 제공하도록 구성된 구동 회로
    를 포함하고,
    상기 작동 신호는 수평열 신호와 수직열 신호를 적어도 포함하며,
    상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 하나만이 온도 변화에 대해 조절되는
    디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 하나만이 상기 어레이에 디스플레이될 이미지를 나타내는 데이터 신호를 포함하고,
    데이터 신호를 포함하는 상기 신호만이 온도 변화에 대해 조절되는, 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미소 기전 시스템 디스플레이 소자들 중 하나 이상이 간섭 변조기를 포함하는, 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호는 전압 신호를 포함하는, 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서,
    온도 변화에 대해 조절될 상기 수평열 신호 또는 상기 수직열 신호는, 온도 T에서 아래의 식:
    Vhigh = Vbias0 + Kt * (T-T0)
    Vlow = -Vbias0 - Kt * (T-T0)
    에 의해 계산될 수 있는 두 값, Vhigh와 Vlow 중 하나를 가지도록 되며,
    위 식에서 Vbias0 및 -Vbias0는 기준 온도 T0에서 상기 어레이를 구동하기 위해 선택된 전압값이고, Kt는 음의 상수인, 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이와 연결되고, 이미지 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서와 연결되도록 구성된 메모리 기기
    를 더 포함하는 디스플레이.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 회로에 상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 전송하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는 디스플레이.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서에 상기 이미지 데이터를 전송하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 더 포함하는 디스플레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이미지 소스 모듈이 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 하나 이상을 포함하는, 디스플레이.
  10. 제6항에 있어서,
    입력 데이터를 수신하고, 상기 입력 데이터를 상기 프로세서에 전송하도록 구성된 입력 기기를 더 포함하는 디스플레이.
  11. 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자들의 어레이를 구동하는 구동 방법으로서,
    미리 정해진 위치에서의 온도를 감지하는 단계;
    상기 감지된 온도에 적어도 부분적으로 기초하는 레벨을 가지는, 수평열 신호와 수직열 신호 중 하나와, 상기 감지된 온도에 기초하지 않는 상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 다른 하나를 생성하는 단계; 및
    상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호를 상기 어레이에 제공하는 단계
    를 포함하는 구동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 하나만이 상기 어레이에 디스플레이될 이미지를 나타내는 데이터 신호를 포함하고,
    데이터 신호를 포함하는 상기 신호만이 상기 감지된 온도에 기초하여 생성되는, 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 미소 기전 시스템 디스플레이 소자들 중 하나 이상이 간섭 변조기를 포함하는, 구동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호는 전압 신호를 포함하는, 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    온도에 기초하여 상기 수평열 신호 또는 상기 수직열 신호 중 하나를 생성하는 단계는, 감지된 온도 T에서 아래의 식:
    Vhigh = Vbias0 + Kt * (T-T0)
    Vlow = -Vbias0 - Kt * (T-T0)
    에 의해 두 값, Vhigh와 Vlow 중 하나 이상을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    위 식에서 Vbias0 및 -Vbias0는 기준 온도 T0에서 상기 어레이를 구동하기 위해 선택된 전압값이고, Kt는 음의 상수인, 구동 방법.
  16. 미리 정해진 위치에서의 온도를 감지하기 위한 수단;
    상기 감지된 온도에 적어도 부분적으로 기초하는 레벨을 가지는, 수평열 신호와 수직열 신호 중 하나와, 상기 감지된 온도에 기초하지 않는 상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 다른 하나를 생성하기 위한 수단;
    이미지 데이터를 디스플레이하기 위한 수단; 및
    상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호를 상기 디스플레이하기 위한 수단에 제공하기 위한 수단
    을 포함하는 디스플레이.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수평열 신호와 상기 수직열 신호 중 하나만이 상기 디스플레이하기 위한 수단에 디스플레이될 이미지를 나타내는 데이터 신호를 포함하고,
    데이터 신호를 포함하는 상기 신호만이 상기 감지된 온도에 기초하여 생성되는, 디스플레이.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 디스플레이하기 위한 수단은 간섭 변조기를 포함하는, 디스플레이.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수평열 신호 및 상기 수직열 신호는 전압 신호를 포함하는, 디스플레이.
  20. 제19항에 있어서,
    온도에 기초하여 상기 수평열 신호 또는 상기 수직열 신호 중 하나를 생성하는 수단은, 감지된 온도 T에서 아래의 식:
    Vhigh = Vbias0 + Kt * (T-T0)
    Vlow = -Vbias0 - Kt * (T-T0)
    에 의해 두 값, Vhigh와 Vlow 중 하나 이상을 계산하기 위한 수단을 더 포함하 며,
    위 식에서 Vbias0 및 -Vbias0는 기준 온도 T0에서 상기 어레이를 구동하기 위해 선택된 전압값이고, Kt는 음의 상수인, 디스플레이.
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