KR20100121493A - 간섭계 변조기 디스플레이의 튜닝방법 - Google Patents

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Abstract

간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압을 튜닝하는 방법이 개시되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 방법은 최소한 하나의 전압을 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 인가하는 단계; 및 상기 전압을 인가하면서, 상기 간섭계 변조기용의 해제 응답시간 및 작동 응답시간을 조정하는 단계를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 해제 응답시간 및 작동 응답시간은 상기 소자에 인가된 바이어스 전압을 조정함으로써 조정된다. 바이어스 전압을 조정하는 방법을 결정하는 것은, 상기 소자의 전류응답을 측정함으로써 수행될 수 있다.

Description

간섭계 변조기 디스플레이의 튜닝방법{METHODS OF TUNING INTERFEROMETRIC MODULATOR DISPLAYS}
관련 출원에 대한 교차참조
본 출원은 미국 가출원 제61/027,783호(출원일: 2008년 2월 11일)의 35 U.S.C. 119(e) 하의 이득을 주장하며, 이 기초 출원의 개시 내용은 그의 전문이 참조로 본원에 포함된다.
발명의 기술분야
본 발명은 마이크로전자기계시스템(MEMS: microelectromechanical system) 어레이 혹은 간섭계 변조기 디스플레이(interferometric modulator display)를 구동하기 위한 전압을 튜닝(tuning)하는 방법 및 해당 간섭계 변조기 디스플레이에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로기계 소자, 작동기 및 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 소자는 기판 및/또는 증착(혹은 침착(deposition); 이하 본 명세서에서는 "증착"이라 표기함)된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 기타 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치의 한 유형은 간섭계 변조기라 불린다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator)라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 있는데, 상기 1쌍의 도전판 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 전체 또는 부분적으로 투과형 및/또는 반사형일 수도 있고 적절한 전기 신호의 인가 시 상대 운동을 할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 하나의 도전판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 공기 간극(air gap)에 의해 고정층과는 분리된 금속막을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 보다 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도전판의 상대적 위치에 의해서 간섭계 변조기에 입사되는 광의 광학적 간섭은 변화될 수 있다. 이러한 장치들의 적용 범위는 광범위하며, 기존의 제품들을 개선시키는 데 있어서, 그리고 아직 개발되지 않은 새로운 제품들을 만들어내는 데 있어서 이러한 유형의 장치 특성들이 사용될 수 있도록 이들 장치의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유용할 것이다.
본 명세서에 개시된 일 실시형태는, 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 최소한 하나의 전압을 인가하는 단계 및 해당 전압을 인가하면서 간섭계 변조기에 대한 해제 응답시간(release response time) 및 작동 응답시간을 조정하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동을 튜닝하는 방법을 포함한다.
본 명세서에 개시된 다른 실시형태는 간섭계 변조기 디스플레이 내의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 바이어스 전압을 인가하는 단계; 화상 데이터에 의거해서 상기 디스플레이 내의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 구동 전압을 인가하는 단계로서, 해당 구동 전압은 최소한 하나의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 대해서 상태 변화를 일으키게 하는 것인, 구동 전압 인가 단계; 상기 최소한 하나의 간섭계 변조기 디스플레이 소자의 상태 변화에 대한 하나 이상의 응답시간의 특성치를 결정하는 단계; 및 상기 바이어스 전압의 하나 이상을 조정하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 소자 구동을 튜닝하는 방법을 포함한다.
본 명세서에 개시된 또 다른 실시형태는 복수개의 간섭계 변조기 디스플레이 소자; 화상 데이터에 응답해서 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들에 바이어스 전압 및 구동 전압을 인가하도록 구성된 구동 모듈; 상기 구동 전압에 응답해서 전류를 측정하도록 구성된 전류 검출기; 및 상기 전류 검출기에 의해 측정된 전류에 의거해서 간섭계 변조기 소자들의 상태 변화에 대한 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하도록 구성된 계산 모듈(computation module)을 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.
본 명세서에 개시된 다른 실시형태는 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 해당 바이어스 전압은 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자를 작동 상태 혹은 해제 상태에서 유지시키는 것인, 바이어스 전압 인가 단계; 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 상기 바이어스 전압의 특성치인 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 결정하는 단계로서, 해당 결정은 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 대해서 상태 변화를 일으키지 않도록 하는 것인 변수결정단계; 상기 하나 이상의 변수를 하나 이상의 기준 변수와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 의거해서 상기 바이어스 전압을 조정하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동을 튜닝하는 방법을 포함한다.
본 명세서에 개시된 또 다른 실시형태는 복수개의 간섭계 변조기 디스플레이 소자; 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들에 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 구동 모듈; 상기 바이어스 전압 상에 중첩된 전압 파형을 인가하도록 구성된 전압 파형 발생기로서, 해당 전압 파형은 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들에 대해서 상태 변화를 일으키지 않도록 하는 것인 전압 파형 발생기; 상기 전압 파형의 인가에 응답해서 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 결정하도록 구성된 검출기로서, 해당 변수는 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 바이어스 전압의 특성치인 것인 검출기; 상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 기준치를 저장하는 메모리; 및 상기 결정된 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 상기 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 기준치와 비교하여, 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 바이어스 전압을 결정하도록 구성된 계산 모듈을 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.
도 1은 제1간섭계 변조기의 이동식 반사층이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동식 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태의 일부를 나타낸 등각 투상도;
도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 내장하는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도;
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대한 이동식 미러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;
도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하는 데 사용될 수 있는 한 세트의 행방향 전압(row voltage) 및 열방향 전압(column voltage)을 나타낸 도면;
도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 있어서의 표시 데이터의 하나의 예시적인 프레임을 예시한 도면;
도 5b는 도 5a의 프레임을 기록하는(write) 데 이용될 수 있는 행방향 신호 및 열방향 신호의 하나의 예시적인 타이밍 선도를 나타낸 도면;
도 6a 및 도 6b는 복수개의 간섭계 변조기를 포함하는 비쥬얼 디스플레이 장치(visual display device)의 일 실시형태를 나타낸 시스템 블록도;
도 7a는 도 1의 장치의 단면도;
도 7b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 8a 내지 도 8d는 시간 주기에 걸쳐서 전류 측정에 대한 인가 전압의 효과를 나타낸 그래프;
도 9는 간섭계 변조기의 바이어스 전압 및/또는 구동 전압을 조정하는 방법을 설명하는 순서도;
도 10은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태의 전기용량(capacitance) 대 인가 전압의 그래프;
도 11은 간섭계 변조기의 바이어스 전압을 조정하는 다른 방법을 설명하는 순서도;
도 12는 디스플레이 어레이(102)를 구동하고, 도 2의 간섭계 변조기 디스플레이 장치 등과 같은 선택된 디스플레이 소자의 전기적 응답을 측정하도록 구성된 시스템의 일례를 예시한 블록도;
도 13은 도 2의 간섭계 변조기 디스플레이 장치 등과 같은 선택된 디스플레이 소자에 자극을 가하도록 이용되는 회로를 통해서 해당 선택된 디스플레이 소자의 전기적 응답을 측정하는데 이용될 수 있는 동일 회로의 다른 예를 예시한 블록도.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 임의의 특정 실시형태들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 이 설명에서는, 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 표기된 도면을 참조하여 설명을 행한다. 각 실시형태는 동화상(예를 들어, 비디오)인지 또는 정지화상(예를 들어, 스틸 이미지(still image))인지, 그리고 문자인지 그림인지의 여부에 따라 화상을 표시하도록 구성되는 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수 있다. 더욱 상세하게는, 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔(game console), 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 플랫 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 화상의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 구현되거나 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지 구조체의 MEMS 장치는 또한 전자 전환(즉, 스위칭) 장치 등에서와 같은 디스플레이(즉, 표시장치)가 아닌 용도에도 이용될 수 있다.
디스플레이 내의 간섭계 변조기의 거동은 디스플레이의 사용기간, 온도 변동 등에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 간섭계 변조기를 작동 혹은 해제시키는 데 걸린 시간의 양인 작동 시간 및 해제 시간은 디스플레이의 사용기간, 온도 변동 혹은 기타 변화 사항에 따라 변화할 수 있다. 간섭계 변조기의 작동 시간 및 해제 시간은 작동 전압 및 해제 전압에 관한 장치의 동작에 이용되는 바이어스 전압 및 구동 전압에 의존한다. 따라서, 간섭계 변조기의 작동 시간 및 해제 시간은 바이어스 전압 및 구동 전압을 조정함으로써 조정될 수 있다. 이들 전압은, 미리 정해진 범위 내에 적합화되도록 혹은 해제 시간에 대한 작동 시간의 비가 미리 정해진 범위 내에 들어오도록, 디스플레이의 수명을 통해 주기적으로 혹은 지속적으로 조정될 수 있다. 작동 시간 및 해제 시간의 측정은 직접 혹은 간접적으로 행해질 수 있다. 직접적으로는, 장치의 응답시간이 장치의 상태를 실제로 변화시켜 상태 변화에 걸린 시간이 얼마나 긴지를 결정함으로써 측정될 수 있다. 간접적으로는, 그의 히스테리시스 곡선을 따른 변조기의 위치가 상태 변화 없이도 측정될 수 있어, 작동 시간 및 해제 시간의 값이 이들 측정치로부터 추정될 수 있다.
간섭계 MEMS 디스플레이 소자를 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 명 상태(bright state) 또는 암 상태(dark state)이다. 명("이완된" 또는 "열린") 상태에서, 디스플레이 소자는 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 암("작동된" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 디스플레이 소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사시키지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은, 실시형태에 따라서는 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.
도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공명 광학적 간극(resonant optical gap)을 형성한다. 일 실시형태에 있어서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 지칭되는 제1위치에서, 이동식 반사층은 고정된 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된다. 여기서 작동 위치라고도 지칭되는 제2위치에서, 이동식 반사층은 상기 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치된다. 이들 두 층에서 반사된 입사광은 이동식 반사층의 위치에 따라서 보강(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.
도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학적 적층부(optical stack)(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동식 반사층(14a)이 예시되어 있다. 오른쪽에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학적 적층부(16b)에 인접한 작동 위치에 이동식 반사층(14b)이 예시되어 있다.
여기서 참조 기호로 표시되는 바와 같은 광학적 적층부(16a), (16b)(일괄해서 광학적 적층부(16)라 표기함)는 전형적으로 수 개의 융합층(fused layer)을 포함하는 데, 이들 융합층은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분 반사층, 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학적 적층부(16)는 전기 전도성이고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어 하나 이상의 상기 층들을 투명한 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분적으로 반사성인 층(즉, 부분 반사층)은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등과 같이 부분적으로 반사성인 각종 재료로부터 형성될 수 있다. 이 부분 반사층은 하나 이상의 재료의 층으로 형성될 수 있고, 각 층은 단일 재료 혹은 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학적 적층체(16)의 층들은 평행 스트립들(strips)로 패턴화되고, 디스플레이 장치 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학적 적층부(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동식 반사층(14a), (14b)은 광학적 적층부(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리되게 된다. 알루미늄과 같은 고 전도성·반사성 재료가 반사층(14)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 디스플레이 장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다. 단, 도 1은 일정 척도로 그려져 있지 않을 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 기둥부(18)들 간의 간격은 10 내지 100㎛ 정도일 수 있는 한편, 간극(19)은 < 1000Å 정도일 수도 있다.
도 1에 있어서 화소(12a)로 예시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동식 반사층(14a)이 기계적으로 이완된 상태에서, 간극(19)이 이동식 반사층(14a)과 광학적 적층부(16a) 사이에서 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위(전압)차가 인가될 경우, 대응하는 화소에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 이동식 반사층(14)은 변형이 일어나 광학적 적층부(16)에 대해서 힘을 가한다. 도 1의 오른쪽에 작동 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학적 적층부(16) 내의 유전체 층(이 도면에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다.
도 2 내지 도 5b는 디스플레이 적용에 있어서 간섭계 변조기들의 어레이를 사용하기 위한 하나의 예시적 과정 및 시스템을 예시한다.
도 2는 간섭계 변조기들을 내장할 수 있는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 해당 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM(등록상표), 펜티엄(Pentium)(등록상표), 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표)와 같은 범용 단일 칩 프로세서 또는 멀티 칩 마이크로 프로세서, 또는 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기와 같은 소정의 특수 목적의 마이크로프로세서, 또는 프로그래밍가능한 게이트 어레이일 수도 있다. 당업계에 있어서 통상적인 바와 같이, 상기 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템(operating system)의 실행과 더불어, 상기 프로세서는 웹 브라우저(web browser), 전화 애플리케이션(application), 이메일 프로그램 또는 기타 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 비롯한 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이 혹은 패널(30)에 신호를 제공하는 행방향 드라이버 회로(24)와 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1선에 의해 표시된다. 단, 도 2는 명확화를 위해서 간섭계 변조기의 3×3 어레이를 예시하고 있지만, 디스플레이 어레이(30)는 매우 많은 수의 간섭계 변조기를 포함할 수 있고, 또한 열방향과 행방향에 있어서 상이한 개수의 간섭계 변조기를 구비(예를 들어, 행당 300 화소 × 열당 190 화소)할 수도 있다.
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대한 이동식 미러 위치 대 인가된 전압의 선도이다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열방향 작동 프로토콜은 도 3에 도시된 바와 같은 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 간섭계 변조기는, 예를 들어, 이완 상태에서 작동 상태로 이동식 층을 변형시키기 위해 10 볼트의 전위차가 필요할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10 볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시적 실시형태에 있어서, 전압이 2 볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7 V의 전압의 범위가 있고, 여기서, 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적인 인가 전압의 창이 존재한다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창"(hysteresis window) 또는 "안정성 창"(stability window)이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 지니는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10 볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0 볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하도록 약 5 볼트의 정상 상태 혹은 바이어스 전압차에 노출된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 내지 7 볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전압 조건 하에서 도 1에 예시된 화소 설계가 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 화소는 작동 상태인지 혹은 이완 상태인지에 따라 본질적으로 고정식 반사층 및 이동식 반사층에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력 손실이 거의 없이 히스테리시스 창 내의 전압에서 유지될 수 있다. 인가된 전위가 고정되어 있다면 화소로 들어가는 전류 흐름은 실질적으로 없다.
이하에 더욱 설명된 바와 같이, 전형적인 응용에 있어서, 화상의 프레임은 제1행의 소망의 세트의 작동 화소에 따라서 열방향 전극의 세트를 가로질러 데이터 신호의 세트(각각은 소정의 전압 레벨을 지님)를 전송함으로써 작성될 수 있다. 이어서, 행방향 펄스는 제1 행방향 전극에 인가되어, 데이터 신호의 세트에 대응하는 화소를 작동시킨다. 데이터 신호의 세트는 이어서 제2행의 소망의 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 다음에, 소정의 펄스가 제2 행방향 전극에 인가되어, 데이터 신호에 따라서 제2행의 적절한 화소를 작동시킨다. 화소의 제1행은 제2 행방향 펄스에 의해 영향받지 않고, 제1행방향 펄스 동안 설정된 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 생성하도록 순차적인 방식으로 일련의 전체적인 행에 대해서 반복될 수 있다. 일반적으로, 프레임은 초당 소정의 원하는 수의 프레임에서 이 과정을 계속해서 반복함으로써 새로운 화상 데이터로 갱신 및/또는 업데이트된다. 화상 프레임을 생성하도록 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 다양한 프로토콜이 이용될 수 있다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 어레이 위에 표시 프레임을 생성하기 위한 하나의 가능한 작동 프로토콜을 예시한다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 나타내는 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시형태에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -Vbias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, 이들 -Vbias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -Vbias이거나 +Vbias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +Vbias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 화소는 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.
도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 화소들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 화소들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 화소들이 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이 내의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 바와 같이 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 행 및 열 작동을 수행시키는 데 사용되는 타이밍, 수순 및 전압 레벨들은 상기의 일반적인 원리 범위 안에서 매우 다양할 수 있고, 상기 예는 다만 예시적인 것에 불과하며, 다른 작동 전압 방법이 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
도 6a 및 도 6b는 표시장치(40)의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예를 들어, 표시장치(40)는 이동 전화기 또는 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 표시장치(40)의 동일한 구성 요소들 또는 그것의 약간의 변경으로는 또한 텔레비전, 휴대용 미디어 플레이어 등과 같은 다양한 유형의 표시장치를 들 수 있다.
표시장치(40)는 하우징(housing)(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 장치(48) 및 마이크(46)를 포함한다. 일반적으로 하우징(41)은 사출 성형 및 진공 성형을 비롯한 당업자들에게 잘 알려진 다양한 제조 과정들 중의 어떤 것으로 형성된다. 또한, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 다양한 재료 중의 어떤 것으로 만들어질 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 하우징(41)은 다른 색깔을 가지거나 다른 로고, 그림 또는 기호를 포함하는 분리 가능한 부분들과 호환될 수도 있는 분리 가능한 부분(도시 생략)을 포함한다.
예시적인 표시장치(40)의 디스플레이(30)는, 여기에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이들 중의 어떤 것일 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이(30)는 앞서 설명한 바와 같은 플라즈마, EL, OLED, STN LCD 또는 TFT LCD와 같은 평판형 디스플레이, 또는 CRT나 다른 종류의 관(tube) 장치와 같은 비평판형(non-flat-panel) 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시형태를 설명할 목적으로, 상기 디스플레이(30)는 여기에서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시적 표시장치(40)의 일 실시형태의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시적 표시장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 예시적 표시장치(40)는 트랜스시버(transceiver)(47)에 결합된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜스시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결된 프로세서(21)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 조절(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 입력 장치(48) 및 드라이버 제어기(29)에도 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(frame buffer)(28)에 그리고 어레이 드라이버(22)에 결합되고, 어레이 드라이버(22)는 이어서 디스플레이 어레이(30)에 결합된다. 전력 공급 장치(50)는 특정한 예시적 표시장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시적 표시장치(40)가 네트워크를 통하여 하나 이상의 장치와 통신할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 완화시킬 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하기 위해, 당업자들에게 알려진 소정의 안테나이다. 일 실시형태에 있어서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b) 또는 (g)를 비롯한 IEEE 802.11 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시형태에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이동 전화 네트워크 내에서 통신하기 위해 사용되는 기타 공지된 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호를 미리 처리하여 이 신호가 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호도 처리하여 이 신호가 안테나(43)를 거쳐서 예시적 표시장치(40)로부터 송신될 수 있게 한다.
대안적인 실시형태에 있어서, 트랜스시버(47)는 수신기 혹은 송신기로 대체될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)에 전송될 화상 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스(즉, 화상 공급원(image source))로 대체될 수 있다. 예를 들어, 화상 공급원은 화상 데이터를 포함하는 디지털 비디오 디스크(DVD: digital video disc)나 하드 디스크 드라이브, 또는 화상 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수 있다.
프로세서(21)는 일반적으로 예시적 표시장치(40)의 전체적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 화상 공급원으로부터의 압축된 화상 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 원천 화상 데이터(raw image data)로 또는 원천 화상 데이터로 즉시 처리할 수 있는 포맷으로 처리한다. 그 후, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)로 전송한다. 원천 데이터는 전형적으로 화상 내의 각각의 위치에서 화상 특성들을 식별하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 이러한 화상 특성들은 색깔, 채도 혹은 포화도(saturation) 및 계조 레벨(gray-scale level)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 프로세서(21)는 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로 제어기, CPU 또는 논리(로직) 유닛을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 일반적으로 신호를 스피커(45)에 송신하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호를 수신하기 위해 증폭기들 및 필터들을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시적 표시장치(40) 내에 있는 별도의 구성 요소일 수도 있거나 프로세서(21) 혹은 기타 구성 요소들 내에 내장되어 있을 수도 있다.
드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에서 생성된 원천 화상 데이터를 프로세서(21)로부터 혹은 프레임 버퍼(28)로부터 직접 취하여 어레이 드라이버(22)로 고속 전송하기 위해 원천 화상 데이터를 적절하게 재포맷한다. 특히, 드라이버 제어기(29)는 원천 화상 데이터를 래스터 유사 포맷(raster like format)을 가진 데이터 흐름으로 재포맷하여 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가진다. 다음에, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 자립형 집적 회로(stand-alone Integrated Circuit(IC))로서 시스템 프로세서(21)와 종종 연관되지만, 이러한 제어기들은 다양한 방법들로 구현될 수도 있다. 이들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 삽입될 수 있거나, 소프트웨어로서 프로세서(21) 내에 삽입될 수도 있거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어에 완전히 일체화될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 포맷된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신하고 디스플레이의 x-y 매트릭스 화소들로부터 나온 수백, 때로는 수천개의 인출선에 초당 여러 번 인가되는 병렬 세트의 파형들로 비디오 데이터를 재포맷한다.
일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 설명하는 디스플레이들의 유형 중 어느 것에나 적합하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 일 실시형태는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.
입력 장치(48)는 사용자로 하여금 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시형태에 있어서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 감압막 또는 감열막을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 마이크(46)는 예시적 표시장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적 표시장치(40)의 동작들을 제어할 수도 있다.
전력 공급 장치(50)는 당업계에 잘 알려져 있는 다양한 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 공급원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지, 태양 전지 도료를 비롯한 태양 전지이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 벽에 붙은 콘센트에서 전력을 받도록 구성된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 내의 몇몇 장소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 몇몇 경우에, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 앞서 설명된 최적화 조건들은 다수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소들 및 다양한 형태로 구현될 수도 있다.
앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e(이하 간단히 일괄적으로 "도 7"이라 칭할 경우도 있음)는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 5개의 서로 다른 실시형태를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시형태의 단면도인데, 여기서 금속 재료(14)의 스트립은 직교 방향으로 연장된 지지부(18) 상에 증착된다. 도 7b에 있어서, 각 간섭계 변조기의 이동식 반사층(14)은 정사각형 혹은 직사각형이며, 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 있어서, 이동식 반사층(14)은 정사각형 혹은 직사각형이며, 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(deformable layer)(34)으로부터 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34) 주변의 기판(20)에 직접적으로 혹은 간접적으로 접속된다. 이들 접속부(혹은 연결부)는 여기서는 지지 기둥부로도 칭해진다. 도 7d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 간극부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학 적층부(16) 사이의 구멍들을 채움으로써 지지 기둥부를 형성하지 않는다. 오히려, 지지 기둥부는 평탄화 재료로 형성되고, 이것은 지지 기둥 플러그(42)를 형성하는 데 이용된다. 도 7e에 나타낸 실시형태는 도 7d에 나타낸 실시형태에 의거한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시형태뿐만 아니라 도시하지 않은 추가적인 실시형태의 어느 것과 함께 작용하도록 적합화될 수도 있다. 도 7e에 나타낸 실시형태에 있어서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 송신될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.
도 7에 나타낸 것과 같은 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 직시형(direct-view) 장치로서 기능하는 데, 여기서 화상들은 투명한 기판(20)의 앞면 쪽으로부터 보이고 그 반대편에는 변조기들이 배열되어 있다. 이들 실시형태에 있어서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)을 비롯한, 기판(20)의 반대편의 반사층 쪽에 있는 간섭계 변조기의 일부를 광학적으로 차단한다. 이것에 의해 상기 차단된 영역은 화질에 부정적으로 영향을 미치는 일없이 구성되고 작동될 수 있게 된다. 이러한 차단은 도 7e에서 버스 구조체(44)를 허용하며, 이것은 어드레싱 및 그 어드레싱으로부터 기인하는 이동 등과 같은, 상기 변조기의 전자기계 특성으로부터 해당 변조기의 광학적 특성을 분리시키는 능력을 제공한다. 이 분리가능한 변조기 구조체로 인해 해당 변조기의 광학적 측면들 및 전자기계적 측면들에 대해 사용되는 재질들 및 구조 설계가 선택되어 서로 독립적으로 기능하게 된다. 더욱이, 도 7c 내지 도 7e에 도시된 실시형태는 변형가능한 층(34)에 의해 수행되는, 기계적 특성들로부터 반사층(14)의 광학적 특성들을 분리함으로써 얻어지는 추가적인 장점들을 가진다. 이로 인해 반사층(14)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 광학적 특성에 대해서 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 대해서 최적화된다.
이상 설명된 바와 같이, 간섭계 변조기의 거동은 디스플레이의 사용기간, 온도 변동 등에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 작동 시간 및 해제 시간은 전술한 변수, 혹은 기타 변수들에 따라 변할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기를 구동시키는 데 이용되는 바이어스 전압 및/또는 구동 전압은 최적 작동 시간 및 해제 시간을 달성하도록 조정 혹은 "튜닝"된다. 일 실시형태는 응답시간 혹은 응답시간의 특성치(예컨대, 시정수(time constant))를 결정한 후에 해당 결정된 응답시간에 의거해서 간섭계 변조기의 바이어스 전압 및/또는 구동 전압을 튜닝하는 것을 포함한다.
일반적으로, 간섭계 변조기의 응답시간은 작동 혹은 해제 전후 양쪽 모두에서의 인가 전압 레벨에 의존한다. 예를 들어, 이완 상태에서 유지된 변조기가 변조기의 작동 전압과 교차하는 사각 펄스(square pulse)의 인가에 의해 작동될 경우, 변조기의 작동 시간은 펄스의 길이, 초기 바이어스 전압의 값 및 변조기의 작동 전압 해제 전압과 관련하여 인가된 작동 전압에 의존한다. 마찬가지로, 작동 상태에서 유지된 변조기가 해당 변조기의 해제 전압과 교차하는 사각 펄스의 인가에 의해 해제될 경우, 변조기의 해제 시간은 펄스의 크기, 초기 바이어스의 값 및 변조기의 작동 전압 및 해제 전압과 관련하여 인가된 해제 전압에 의존한다. 일 실시형태는 응답시간 및 전술한 전압 간의 관계를 이용해서 간섭계 변조기 응답시간으로부터 전압 튜닝 정보를 추정하는 방법을 포함한다. 바이어스 전압 및/또는 구동 전압은 이어서 소망의 작동 시간 및 해제 시간을 달성하도록 조정될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 각각 각종 크기의 전압 스텝(84)의 인가 시 예시적인 간섭계 변조기 장치의 전류응답(82)를 나타낸 그래프이다. 이것은 응답시간이 인가 스텝의 전압 레벨에 의존하는 것을 나타내고 있다. 도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이, 전압 스텝(84)이 간섭계 변조기(12)에 인가된 경우, 측정가능한 전류응답(82)이 있다. 초기의 전압은 작동 혹은 해제 상태에서 간섭계 변조기(12)를 유지하는데 충분한 바이어스 전압에 있는 것으로 가정된다. 전압 스텝의 인가 후 최종 전압은 간섭계 변조기(12)의 작동 혹은 해제 전위에 관한 그의 값에 따라 상태 변화(예컨대, 작동 혹은 해제)를 일으키거나 일으키지 않을 수 있다. 최종 전위가 작동 혹은 해제를 일으키기에 충분한 경우, 얻어지는 전류가 다수의 피크(86), (88)를 보인다. 일반적으로, 전압 스텝(84)에 대한 전류응답(82)은 이하의 방정식에 의해 기술될 수 있다:
Figure pct00001
이 방정식에서 제1항(
Figure pct00002
)(이것은 작동 혹은 해제 전의 용량성 하전(capacitive charging)에 연유함)은 전류응답(82)의 제1의 첨예한 피크(86)에 주로 기여한다. 작동 혹은 해제에 의해 초래된 전기용량의 변화에 기인하는 제2항(
Figure pct00003
)은 전류응답(82)의 제2의 덜 첨예한 피크(88)에 주로 기여한다. 이들 피크는 이하에 설명하는 바와 같이 도 8a 내지 도 8d에서 명백하다.
도 8a는 4볼트 펄스(84)의 인가 시 예시적인 간섭계 변조기의 전류응답(82)을 나타낸 그래프이다. 이 경우, 4볼트는 상기 장치를 작동시키키에 충분히 강하지 않고, 상기 방정식에서의 제1항에 대응하는 단지 첨예한 피크(86)를 볼 수 있다. 도 8b는 6볼트 펄스(84)의 인가 시 변조기의 전류응답(82)을 나타낸 그래프이다. 이 경우, 간섭계 변조기(12)가 작동하여 전류응답(82)에 있어서 2개의 피크(86), (88)로 된다. 제1피크(86)는 전압 변화가 보다 크기 때문에 도 8a의 경우에서보다 강하다. 제2피크(88)는 상태가 변화함에 따라서 변조기의 전기용량의 변화에 기인한다. 도 8c는 7볼트 펄스(84)의 인가 시 변조기의 전류응답(82)을 나타낸 그래프이다. 재차, 제1피크(86)는 전압 변화가 보다 크기 때문에 도 8a 혹은 도 8b의 경우에 보다 강하다. 변조기의 상태 변화에 대응하는 제2피크(88)는 도 8b의 경우에서보다 큰 크기를 지니며 보다 빠르고 보다 첨예하다. 도 8d는 8볼트 펄스(84)의 인가 시의 변조기의 전류응답(82)을 나타낸 그래프이다. 앞에서처럼, 제1피크(86)는 도 8a 내지 도 8c에서보다 강하고, 제2피크(88)는 도 8b 및 도 8c에서 보다 큰 크기를 지니는 보다 빠르고 보다 첨예하다.
전류응답(82)으로부터, 응답시간의 다수의 변수 특성이 규정될 수 있다. 예를 들어, 전류응답의 제2피크(88)의 최대치와 펄스의 인가 사이의 시간이 응답시간의 표시로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 전류응답(82)은 응답시간의 곡선 특성 하의 면적으로 통합될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제2피크(88)의 첨예도는 당업자에게 공지된 기술을 이용해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 최대치의 70%에 도달하는 제2피크와 최대치의 70%까지 감쇠되는 제2피크(88) 사이의 시간이 제2피크(88)의 첨예도의 척도로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 전류응답(82)은 응답시간의 특성인 시정수를 결정하기 위하여 상기 방정식에 의해 결정된 곡선에 적합화될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 바이어스 전압 및/또는 구동 전압은 응답시간의 변수 특성(예컨대, 전술한 변수들 중 하나)이 미리 정해진 범위 내로 되거나 이러한 변수의 비(예컨대, 해제 응답시간 변수에 대한 작동 응답시간 변수의 비)가 미리 정해진 범위 내로 될 때까지 조정된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 바이어스 전압 및/또는 구동 전압은 작동 시간 및 해제 시간이 대략 동일할 때까지 조정된다.
도 9는 응답시간을 결정하고 나서 간섭계 변조기의 바이어스 전압 및/또는 구동 전압을 조정하는 하나의 방법을 나타낸 순서도이다. 특정 실시형태에 따르면, 스텝(혹은 단계)들은 본 명세서의 순서도에 도시된 것들에 부가되거나 혹은 몇몇 스텝들은 제거될 수도 있다. 또한, 스텝들의 순서는 용도에 따라서 재배열될 수 있다. 제1단계(90)에서, 바이어스 전압이 간섭계 변조기(12)에 인가되어 해당 변조기(12)를 유지 상태로 한다. 다음 단계(92)에서, 구동 전압이 변조기(12)에 인가되어 해당 변조기(12)를 상태 변화시키고 얻어지는 전류가 검출된다. 구동 전압의 인가 동안 간섭계 변조기(12)로부터 도출된 전류는 당업자에게 공지된 임의의 적절한 방법에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 전류는 어레이 드라이버 모듈(22)에 집적된 회로에 의해 검출될 수 있다. 이후의 단계(94)에서, 작동 혹은 해제시키기 위한 변조기에 대한 응답시간은 전술한 방법들 중 하나에 의해 측정된다. 컴퓨터 프로세서(21)가 응답시간 혹은 응답시간의 특성치를 결정하기 위하여 단계(92)에서 측정된 전류를 분석하는데 이용될 수 있다. 최종 단계(96)에서, 바이어스 전압 및/또는 구동 전압이 측정된 응답시간에 의거해서 조정된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 바이어스 전압 및/또는 구동 전압은 도 9의 처리를 반복함으로써 반복적으로 조정되고, 각 시간은 최종적으로 원하는 응답시간이 측정될 때까지 바이어스 전압 및/또는 구동 전압을 변경한다.
몇몇 실시형태에 있어서, 도 9에 기재된 과정은 간섭계 변조기 디스플레이에서의 정상의 화상 기록 과정의 일부로서 수행된다. 예를 들어, 바이어스 전압 및 구동 전압의 인가는 간섭계 변조기(12)에 대해서 정상의 화상 기록 과정의 일부로서 상태를 변화시킬 것을 요구하는 화상 데이터의 수신에 대한 응답일 수 있다. 따라서, 응답시간의 결정은 정상의 디스플레이 구동 시간을 변화시키는 일없이 수행될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 단계(92)에서 결정된 응답시간은 화상 기록 과정의 일부로서 상태를 변화시키는 간섭계 변조기 전체 혹은 간섭계 변조기의 그룹에 대해서 응답 전류를 검출함으로써 결정된다. 다른 실시형태에 있어서, 응답 전류는 각 간섭계 변조기(12)에 대해서 개별적으로 검출·분석된다.
다른 실시형태는 작동 혹은 해제 전압과 교차하는 일없이 광학적, 기계적 혹은 전기적 방법을 통해서 작동 혹은 해제 전위와 관련하여 MEMS 장치에 인가된 바이어스 전압의 강도 혹은 간섭계 변조기(12) 등과 같은 MEMS 장치의 작동 혹은 해제 전위를 추정하는 방법을 포함한다. 이 방법은 상기 장치의 상태를 변화시키는 일없이 히스테리시스 창 내의 간섭계 변조기(12)에 인가된 바이어스 전압의 상대적인 위치를 추정한다. 이와 같이 해서, 상기 방법은 장치의 시각적 상태 혹은 색의 어떠한 무시할 수 없는 변화도 지니는 일없이 해당 장치의 작동 혹은 해제 전위의 예상을 가능하게 한다.
유지 상태에 있는 간섭계 변조기의 전기용량뿐만 아니라 기타 변수는 히스테리시스 창 내의 인가된 바이어스 전압의 함수이다. 즉, 이들 변수는 인가된 바이어스 전압이 작동 혹은 해제 전위에 얼마나 가까운가에 따라서 히스테리시스 창 내에서 변화한다. 따라서, 몇몇 실시형태에 있어서, 전기용량 혹은 다른 변수는 간섭계 변조기(12)가 인가된 바이어스 전압에서 유지는 상태에서 결정된다. 이어서, 바이어스 전압 및/또는 구동 전압은 바이어스, 작동 및 해제 전위(그러므로 작동 시간 및 해제 시간) 간의 소망의 관계가 얻어지도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 당업자는 변조기의 반사율, 장치의 기계적 공명 주파수(mechanical resonance frequency), 두 층 간의 공간(19)의 치수 혹은 전기 용량을 측정할 수 있다. 따라서, 이들 변수 중 하나를 측정함으로써, 히스테리시스 창 내의 바이어스 전압의 상대 위치를 알 수 있게 될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 전기용량은 작은 진폭의 주기적인 파형, 예컨대 사인파 혹은 삼각파를 바이어스 전압의 상부에 중첩하고 나서 주기적 전류 응답을 측정함으로써 측정된다.
도 10은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대한 전기용량 대 인가된 전압의 선도이다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 간섭계 변조기(12)의 전기용량은 간섭계 변조기(12)가 작동, 유지 혹은 해제 상태에 있을 때 인가된 전압의 함수로서 일정하지 않다. 유사한 응답이 광학적 측정치(예컨대, 간섭계 변조기(19) 내의 두 반사층 간의 거리)에 대해서 관찰된다. 또한, 간섭계 변조기의 공명 주파수는 인가된 전압에 따라 변화한다. 따라서, 다수의 변수가 간섭계 변조기의 히스테리시스 곡선 내의 인가된 전압의 상대적인 위치를 결정하는 데 이용될 수 있다.
따라서, 몇몇 실시형태에 있어서, 히스테리시스 곡선 내의 인가된 전압의 상대 위치(예컨대, 작동 전위와 해제 전위에 관한 그의 위치)는 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 측정에 이어서 기준 히스테리시스 곡선(예를 들어, 모델)과의 비교를 통해서 추정된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 상기 모델은 전압의 함수로서 측정 변수(예컨대, 전기용량)의 변화를 나타내는 데이터 세트를 포함한다. 상기 모델은 이론적으로 도출되거나 실험적으로 결정될 수 있다. 실험적으로 결정된 모델은 장치의 전압의 전체 범위의 인가에 응답해서 소망의 측정 변수의 명백한 측정을 통하여 구축될 수 있다. 이론적인 모델이 이용된다면, 완전한 데이터 세트가 소정의 기준 상수(예컨대, 제로 전압에서의 선택된 측정 변수의 값(전기용량), 하이(작동) 전압 등)를 이용해서 구축될 수 있다. 이들 상수는 이론을 통해서 혹은 동일 장치에 대한 상이한 시점에서의 이들 변수의 측정을 통해서 혹은 상이한 간섭계 변조기 장치에 대한 이들 변수의 측정을 통해서 결정될 수 있다.
히스테리시스 창 내의 바이어스의 위치의 평가 후, 응답시간이 추정되고 튜닝될 수 있다. 간섭계 변조기(12)의 작동 혹은 해제용의 응답시간이 바이어스 전압 및 구동 전압에 의존하므로, 바이어스 전압 혹은 구동 전압이 작동 혹은 해제 시간을 변화시키도록 조정될 수 있다. 미리 정해진 범위 내에 적합화되도록 혹은 작동 시간 및 해제 시간의 비가 미리 정해진 범위 내에 들어오도록 간섭계 변조기(12)의 작동 시간 및 해제 시간을 조정하는 것이 유리할 수 있다.
도 11은 간섭계 변조기의 바이어스 전압을 조정하는 다른 방법을 나타낸 순서도이다. 제1단계(110)에서, 바이어스 전압이 간섭계 변조기(12)에 인가되어 해당 변조기(12)를 유지 상태로 한다. 다음에, 단계(112)에서, 인가된 바이어스 전압의 함수로서 변화하는 하나 이상의 변수가 결정된다(예컨대, 전기용량). 다음 단계(114)에서, 상기 측정된 하나 이상의 변수가 기준 변수와 비교된다. 최종 단계(116)에서, 상기 비교 결과에 의거해서, 바이어스 전압 및/또는 구동 전압이 조정된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 측정 및 조정은 디스플레이의 정상 동작 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 11의 과정은 바이어스 전위만이 간섭계 변조기에 인가될 경우 화상 갱신 사이의 주기 동안 수행될 수 있다.
전술한 전류응답과 같은, 간섭계 변조기의 전기적 응답의 측정치는 많은 방법으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 전기적 응답은 간섭계 변조기가 활성 디스플레이, 예컨대, 텔레비전의 일부일 경우 측정될 수 있다. 이러한 측정을 위한 적절한 회로에 대해 이하 설명한다. 도 12는 디스플레이 어레이(202)를 구동하여, 선택된 디스플레이 소자, 예컨대 도 1의 간섭계 변조기(12a), (12b)의 전기적 응답을 측정하도록 구성된 시스템(200)의 이례를 도시한 블록도이다. 디스플레이 어레이(202)는 Ncol 열 × Nrow 행의 N-성분 화소(예컨대, N은 예를 들어 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 3개의 디스플레이 소자일 수 있다)를 포함한다. 상기 시스템(200)은 2개 이상의 구동 전압 레벨을 공급하는 2개 이상의 디지털 대 아날로그 컨버터(DAC)(204)뿐만 아니라 어느 열이 어느 신호를 공급할지를 선택하기 위한 스위치 서브시스템(206)을 추가로 포함한다. 상기 시스템(200)은 또한 2개 이상의 구동 전압 레벨을 공급하기 위한 2개 이상의 DAC(208)뿐만 아니라 스트로빙할 행을 선택하기 위한 스위치 회로(210)를 추가로 포함한다. 단, 이 개략도에서 디스플레이 어레이에 직접 접속된 행 및 열방향 드라이버는 스위치로 구성되어 있지만, 이하에 설명하는 수개의 방법은 전체 아날로그 디스플레이 드라이버를 포함하는 대안적인 드라이버 설계에도 적용가능하다.
DAC(204), (208) 및 스위치(206), (210)를 포함하는 행 및 열방향 드라이버 회로는 어레이 드라이버(212)에 의해 제어된다. 도 2 및 도 3을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 어레이 드라이버(212)의 디지털 로직에 포함된 행/열방향 작동 프로토콜은 간섭계 변조기 MEMS 장치의 히스테리시스 특성을 활용할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 히스테리시스 특성을 지니는 간섭계 변조기(12)를 포함하는 디스플레이 어레이에서, 행/열방향 작동 프로토콜은, 열방향 스트로빙 동안, 작동될 스트로빙된 행 내에 있는 디스플레이 소자가 작동 전압차(예컨대, 약 10볼트)에 노출되고, 이완될 디스플레이 소자가 제로 볼트에 가까운 전아차에 노출되도록 설계될 수 있다. 스트로빙 후, 디스플레이 소자들은 행방향 스트로빙이 소자들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하도록 바이어스 전압(예컨대, 약 5볼트)으로서 공지된 정상 상태 전압차에 노출된다. 기록 후, 각 디스플레이 소자는 이 예에서는 3 내지 7볼트의 "안정성 창" 내의 전위차를 보인다. 그러나, 전술한 바와 같이, 디스플레이 소자의 특성은 시간 및/또는 온도에 따라 변화할 수 있거나 혹은 상이한 구동 전압 레벨로 더욱 신속하게 혹은 느리게 응답할 수 있다. 이와 같이, 어레이 드라이버(212) 및 DAC(204), (208)는 실시형태에 따라 다양한 전압레벨을 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 구동 회로(DAC(204), (208), 스위치(206), (210) 및 어레이 드라이버(212)를 포함함)에 부가해서, 시스템(200)의 나머지 블록은 선택된 디스플레이 소자에 추가의 전기적 자극을 인가(예컨대, 전기용량을 결정하기 위하여 작은 진폭 주기 파형을 인가)할 수 있는 동시에 또한 디스플레이 어레이(202) 내의 선택된 디스플레이 소자의 전기적 응답을 측정할 수 있도록 추가된다. 이 예에서, 디지털 대 아날로그 컨버터((DAC)(214), (216)는 각각 열 및 행 스위치(206), (210)를 통해서 디스플레이 어레이(202)에 추가의 전압을 공급한다. 일반적으로, 이들은 행방향 및 열방향 구동 회로에 내부 혹은 외부 전압 공급 입력을 나타낼 수 있다.
이 예에서, 직접-디지털-합성(direct-digital-synthesis)(DDS1) 블록(218)은 열 스위치(206)에 접속된 DAC(214)에 의해 생성된 전압 레벨의 상부에 부가된 전기적 전압 자극을 발생하는데 이용된다. 재차, 일반적으로, DDS1 블록(218)에 의해 생성된 자극 신호는 당업자에게 친숙한 전기적 발진기, 톱니형상 파형 발생기 등과 같은 수개의 대안적인 수단에 의해 발생될 수 있다. 또한, 자극이 전류 혹은 전하, 심지어 제어된 출력 임피던스인 것도 가능하다.
도 12에 도시된 예에서, 전기적 응답은 각각 행 및/또는 열 스위치(206) 및 (210)를 통해서 행 및/또는 열방향 전극에 전기적 전압 자극의 인가로부터 기인되는 디스플레이 장치를 통해 흐르는 전류의 형태로 측정된다. 트랜스-임피던스 증폭기(220)(저항기(220a) 바로 뒤에 증폭기(220b)가 오도록 도 12에 도시됨)는 전기적 응답을 측정하는데 이용될 수 있다. 측정된 전기적 응답이 대응되는 디스플레이 소자(들)는 열 및 행 스위치(206), (210)의 상태에 의존한다. 아날로그, 디지털 혹은 혼합 신호 처리는 디스플레이 소자의 전기적 응답의 측정의 목적을 위해서 이용될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 디스플레이 소자의 전기적 응답은 트랜스-임피던스 증폭기(220)의 출력의 전류를 측정함으로써 직접 측정된다. 이 실시형태에 있어서, 프로파일 및/또는 피크치, 혹은 당업자에게 공지된 기타 특성은 디스플레이 소자의 소정의 동작 특성(operational characteristic)을 확인하는데 이용될 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 측정 중인 디스플레이 소자의 동작 특성은 트랜스-임피던스 증폭기(220)로부터의 전기적 응답 출력의 추가의 후처리에 의해 특징화될 수 있다. 도 12의 회로를 이용해서 간섭계 변조기의 임피턴스의 전기용량 및 저항 성분을 특징화하는 후처리 기술을 이용하는 예에 대해 이제 기술한다.
간섭계 변조기가 커패시터로서 기능하므로, DDS1(218)을 이용해서 인가될 수 있었던 것과 같은 주기적 자극은 주기적인 출력인 90° 위상 지연을 지닌 전기적 응답으로 될 것이다. 예를 들어, DDS1(218)은 디스플레이 소자의 열방향 전극에 사인 전압 파형, 즉, sin(ωt)를 인가할 수 있었다. 이상적인 커패시터에 대해서, 디스플레이 소자의 전기적 응답은 cos(ωt)에 비례하는 인가된 자극의 시간 도함수일 것이다. 따라서, 트랜스-임피던스 증폭기(220)의 출력은 또한 코사인 함수일 것이다. 제2 DDS인 DDS2(222)는 증배기(multiplier)(224)에서 트랜스-임피던스 증폭기(220)의 출력에 의해 증배된 코사인 전압 파형을 인가한다. 그 결과는 일정한 성분 및 주기적 성분을 지닌 파형으로 된다. 증배기(224)의 출력의 일정한 성분은 디스플레이 소자의 전기용량에 비례한다. 필터(226)는 주기적 성분을 필터링하여, 전기용량을 특징화하는데 이용되는 전기적 응답을 얻는 데 이용된다. 설명된 바와 같이, 이 전기용량은 간섭계 변조기의 바이어스 전압 및/또는 구동 전압을 튜닝 혹은 조정하는데 이용될 수 있다.
이상적인 커패시터인 디스플레이 소자에 대해서, 트랜스-임피던스 증폭기(220)의 출력은 인가된 자극이 사인 함수인 경우의 예에 대해서 순수한 코사인 함수이다. 그러나, 디스플레이 소자가 예를 들어 누설로 인해 임피던스를 나타낸다면, 트랜스-임피던스 증폭기(220)의 출력은 사인 성분도 포함할 것이다. 이 사인 성분은 필터(226)에 의해 필터링될 것이므로 전기용량의 측정치에 영향을 미치지 않는다. 사인 성분은 디스플레이 소자의 임피던스의 저항 부분을 특징화하는데 이용될 수 있다.
DDS1에 인가된 자극과 유사한 주기적인 전압 파형, 예를 들어, sin(wt)는 증배기(228)에서 트랜스-임피던스 증폭기(220)의 출력에 의해 증배된다. 그 결과는 일정한 성분과 주기적 성분을 포함하는 전기적 응답이다. 일정한 성분은 측정 중인 디스플레이 소자의 임피던스의 저항 부분에 비례한다. 필터(230)는 디스플레이 소자의 임피던스의 저항 부분을 특징화하는데 이용될 수 있는 신호로 되는 주기적 성분을 제거하는데 이용된다.
필터의 출력은 이중 애널로그 대 디지털 컨버터(DUAL ADC)(232)를 이용해서 디지털 영역으로 변환된다. DUAL ADC(232)의 출력은 전술한 방법에서 이용하기 위한 어레이 드라이버(212)에 의해 수신된다.
도 12에 도시된 회로예에 있어서, 자극이 열방향 전극에 인가되고, 전기적 응답은 행방향 전극을 통해서 측정된다. 다른 실시형태에 있어서, 전기적 응답은, 예를 들어 자극이 인가되는 동일한 행 혹은 열방향 전극으로부터 측정될 수 있다.
도 13은 도 2의 간섭계 변조기 디스플레이 장치 등과 같이, 선택된 디스플레이 소자에 자극을 인가하는데 이용되는 동일 회로를 통해서 선택된 디스플레이 소자의 전기적 응답을 측정하는 데 이용될 수 있는 회로(250)의 일례를 나타낸 블록도이다. 회로(250)는 디스플레이 소자에 인가된 Vout 신호를 구동하는데 이용되는 전류 공급원 트랜지스터(N2), (P2)로부터의 전류를 반영하는 트랜지스터(N1), (P1)를 포함한다. 따라서, 전류 Iout은 Vout 신호를 구동하는데 이용되는 전류와 실질적으로 동등하다. 따라서, Iout 신호의 전기적 응답을 측정하는 것은, 간섭계 변조기의 전기용량 등과 같은 간섭계 변조기의 동작 특성을 결정하는데 이용될 수 있다. 기타 회로도 이용될 수 있다. 도 13에 도시된 회로(250)는 전압 파형 Vout을 공급하기 위한 대안적인 드라이버 IC 설계 혹은 드라이브 방식에 적용가능하다. 도 13의 개략도에 도시된 회로(250)는 전류 반송 회로 및 전류 피드백 증폭기에서 이용될 수 있고, 또한 전기적 감지의 목적을 위해서 디스플레이 어레이 영역에 전기적 응답 자극을 인가하고 동시에 상이한 핀(Iout)에 전류(응답)를 재생할 수 있다.
디스플레이 소자의 디스플레이 어레이의 상이한 부분을 감지하는 각종 방법이 있다. 예를 들어, 하나의 테스트에 있어서 전체적인 디스플레이 어레이를 감지하도록 채택될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이의 대표적인 부분만이 감지되도록 선택된다. 선택된 행방향 전극(또는 열방향 전극)의 모두로부터의 피드백 신호는 도 12에 도시된 트랜스-임피던스 증폭기(220)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이 경우, 열방향 전극의 신호 전송 타이밍 및 행방향 전극의 신호 전송 타이밍은 개별의 디스플레이 소자인, 화소 혹은 부화소(sub-pixel)(예컨대, 적색, 녹색 및 청색 부화소)가 소정 횟수 모니터될 수 있도록 어레이 드라이버(212)에 의해 동기화될 수 있다. 또한, 하나 이상의 특정한 행 혹은 열방향 전극을 한번에 모니터 혹은 측정하고 임의선택적으로 어레이의 선택된 부분이 모니터될 때까지 다른 행 및 열방향 전극을 모니터하도록 전환하는데 채택될 수도 있다. 마지막으로, 어레이의 선택된 부분이 측정될 때까지 개별의 디스플레이 소자를 측정하고 임의선택적으로 다른 디스플레이 소자를 모니터링하거나 측정하도록 전환시키도록 채택될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 선택된 행 혹은 열방향 전극이 자극 및/또는 감지 회로에 영구적으로 접속될 수 있는 반면 나머지 것들은 그렇지 않다. 또한, 자극 혹은 감지를 적용할 목적으로 디스플레이 영역에 여분의 전극(행 혹은 열방향)을 고의로 추가하는 것도 가능하다. 이들 기타 전극은 디스플레이 영역의 관찰자에게 보일 수도 있고 보이지 않을 수도 있다. 최종적으로 다른 옵션은 스위치 혹은 대안적인 전기 부품을 통해서 하나 이상의 행 혹은 열방향 전극의 상이한 세트에 자극/구동 및/또는 감지 회로를 접속 혹은 차단할 수 있는 것이다.
위에서 설명된 시스템 및 방법의 실시형태들은 단색(흑백), 2색 혹은 컬러 디스플레이에 적용될 수 있다. 구동전압을 인가하고/하거나 그로부터 감지하도록 행방향 전극 및 열방향 전극의 적절한 채택에 의해 상이한 색의 화소군을 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 디스플레이가 RGB 레이아웃을 이용할 경우(이때, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 부화소는 상이한 열방향 라인 상에 위치되어 있음), 개별 색의 면적이 "적색"열에 대해서만 자극의 인가를 통해 측정되고 행 상에 감지될 수 있다. 대안적으로, 자극은 행에 인가될 수 있지만 "적색"열 상에서만 감지될 수도 있다.
이상, 본 발명은 실시형태 및 실시예를 참조해서 설명하였지만, 본 발명의 정신으로부터 벗어나는 일없이 다수의 각종 변형이 행해질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (51)

  1. 마이크로전자기계시스템(MEMS: microelectromechanical system) 어레이를 구동하기 위한 전압을 튜닝(tuning)하는 방법으로서,
    최소한 하나의 전압을 MEMS 소자에 인가하는 단계; 및
    상기 전압을 인가하면서, 상기 MEMS 소자에 대한 해제 응답시간(release response time) 및 작동 응답시간을 조정하는 단계를 포함하는, 마이크로전자기계시스템 어레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 어레이는 간섭계 변조기 디스플레이(interferometric modulator display)이고, 상기 MEMS 소자는 간섭계 변조기인 것인, 마이크로전자기계시스템 어레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인가하는 전압은 화상 데이터에 의거하는 것인, 마이크로전자기계시스템 어레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인가하는 전압은 상기 MEMS 소자를 작동 상태 및 해제 상태 중 하나 이상에서 유지하는 바이어스 전압을 포함하는 것인, 마이크로전자기계시스템 어레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 인가하는 전압은 상기 MEMS 소자에 대해서 작동 상태와 해제 상태 간의 상태를 변화시키게 하는 구동 전압을 포함하는 것인, 마이크로전자기계시스템 어레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  6. 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하기 위한 전압을 튜닝하는 방법으로서,
    a) 상기 디스플레이 내의 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 하나 이상의 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 해당 바이어스 전압은 상기 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자를 작동 상태와 해제 상태 중 하나 이상에서 유지시키는 것인, 바이어스 전압 인가 단계;
    b) 화상 데이터에 의거해서 상기 디스플레이 내의 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 구동 전압을 인가하는 단계로서, 해당 구동 전압은 최소한 하나의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 대해서 작동 상태와 해제 상태 간에 상태 변화를 일으키게 하는 것인, 구동 전압 인가 단계;
    c) 상기 최소한 하나의 간섭계 변조기 디스플레이 소자의 상태 변화에 대한 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하는 단계; 및
    d) 상기 응답시간 특성치에 의거해서 상기 바이어스 전압 혹은 구동 전압의 하나 이상을 조정하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  7. 제6항에 있어서, 간섭계 변조기 작동용의 하나 이상의 응답시간 특성치와 간섭계 변조기 해제용의 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 간섭계 변조기 작동용의 하나 이상의 응답시간 특성치가 제1의 미리 결정된 범위 내로 되고 또한 상기 간섭계 변조기 해제용의 하나 이상의 응답시간 특성치가 제2의 미리 결정된 범위 내로 되도록 상이한 바이어스 전압을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 간섭계 변조기 해제용의 하나 이상의 응답시간 특성치에 대한 상기 간섭계 변조기 작동용의 하나 이상의 응답시간 특성치의 비가 미리 결정된 범위 내로 되도록 상이한 바이어스 전압을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  10. 제6항에 있어서, 복수개의 바이어스 전압용의 하나 이상의 응답시간 특성치를 얻기 위하여 상기 a) 단계 내지 d) 단계를 1회 이상 반복해서 행하는 단계를 추가로 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 바이어스 전압용의 얻어진 응답시간 특성치에 의거해서 상이한 바이어스 전압을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하는 단계는 상기 구동 전압에 응답해서 최소한 하나의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 의해 도출된 전류를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  13. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하는 단계는 상기 구동 전압에 응답해서 상기 최소한 하나의 간섭계 변조기 디스플레이 소자로부터의 광변조변화를 검출하는 단계를 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  14. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 응답시간 특성치는 시정수(time constant)를 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  15. 복수개의 간섭계 변조기 디스플레이 소자;
    화상 데이터에 응답해서 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들 중 하나 이상에 하나 이상의 바이어스 전압 및 구동 전압을 인가하도록 구성된 구동 모듈;
    상기 구동 전압에 응답해서 상기 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 의해 도출된 전류를 측정하도록 구성된 전류 검출기; 및
    상기 전류 검출기에 의해 측정된 전류에 의거해서 간섭계 변조기 소자의 상태 변화에 대한 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하도록 구성된 계산 모듈(computation module)을 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  16. 제15항에 있어서, 간섭계 변조기 소자의 상태 변화에 대한 복수개의 응답시간 특성치를 저장하도록 구성된 메모리를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  17. 제15항에 있어서, 상기 디스플레이 소자와 전기적으로 통신하고, 화상 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 통신하는 메모리 장치를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  18. 제17항에 있어서, 상기 디스플레이 소자에 최소한 하나의 신호를 전송하도록 구성된 제1제어기; 및
    상기 제1제어기에 상기 화상 데이터의 적어도 일부를 전송하도록 구성된 제2제어기를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  19. 제17항에 있어서, 상기 프로세서에 상기 화상 데이터를 전송하도록 구성된 화상 공급원 모듈(image source module)을 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  20. 제19항에 있어서, 상기 화상 공급원 모듈은 수신기, 트랜스시버 및 송신기 중 적어도 하나를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  21. 제17항에 있어서, 입력 데이터를 수신하여 해당 입력 데이터를 상기 프로세서에 전달하는 입력 장치를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  22. 광을 간섭계측적으로 변조하는(interferometrically modulating) 광변조수단;
    화상 데이터에 응답해서 상기 광변조수단에 하나 이상의 바이어스 전압 및 구동 전압을 인가하는 전압인가수단;
    상기 구동 전압에 응답해서 상기 광변조수단에 의해 도출된 전류를 측정하는 전류측정수단; 및
    상기 전류측정수단에 의해 측정된 전류에 의거해서 상기 광변조수단의 상태 변화에 대한 하나 이상의 응답시간 특성치를 결정하는 결정수단을 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  23. 제22항에 있어서, 상기 광변조수단은 복수개의 간섭계 변조기 디스플레이 소자를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  24. 제22항에 있어서, 상기 전압인가수단은 구동 모듈을 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  25. 제22항에 있어서, 상기 전류측정수단은 전류 검출기를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  26. 제22항에 있어서, 상기 결정수단은 계산 모듈을 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  27. 간섭계 변조기의 상태를 변화시키는 일없이 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하기 위한 전압을 튜닝하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 바이어스 전압을 인가하는 단계로서, 해당 바이어스 전압은 상기 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자를 작동 상태와 해제 상태 중 하나 이상에서 유지시키는 것인, 바이어스 전압 인가 단계;
    상기 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 상기 바이어스 전압의 특성치인 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 결정하는 단계로서, 해당 결정은 상기 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 대해서 상태 변화를 일으키지 않도록 하는 것인 변수결정단계;
    상기 하나 이상의 변수를 하나 이상의 기준 변수와 비교하는 단계; 및
    얻어진 비교 결과에 의거해서 상기 바이어스 전압을 조정하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수는 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자의 전기용량(capacitance)을 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 인가된 전압을 변화시켜 당해 하나 이상의 간섭계 변조기 디스플레이 소자에 의해 도출되는 전류를 측정함으로써 상기 전기용량을 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 전압을 변화시키는 것은 상기 바이어스 전압 위에 중첩된 주기적인 전압 파형을 인가하는 것을 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 주기적인 전압 파형은 사인 파형(sinusoidal waveform)을 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수는 반사율을 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  33. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수는 기계적 공명 주파수(mechanical resonance frequency)를 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  34. 제27항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수는 기계적 응답시간의 특성치를 포함하는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  35. 제27항에 있어서, 상기 바이어스 전압은 작동 전압 및 해제 전압에 관한 미리 결정된 범위 내로 되도록 조정되는 것인, 간섭계 변조기 디스플레이 구동용 전압의 튜닝방법.
  36. 복수개의 간섭계 변조기 디스플레이 소자;
    상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들에 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 구동 모듈로서, 해당 바이어스 전압은 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들을 작동 상태 및 해제 상태의 하나 이상에서 유지하는 것인 구동 모듈;
    상기 바이어스 전압 상에 중첩된 전압 파형을 인가하도록 구성된 전압 파형 발생기로서, 해당 전압 파형은 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들에 대해서 작동 상태와 해제 상태 간에 상태 변화를 일으키지 않도록 하는 것인 전압 파형 발생기;
    상기 전압 파형의 인가에 응답해서 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 결정하도록 구성된 검출기로서, 해당 변수는 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 바이어스 전압의 특성치인 것인 검출기;
    상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 기준치를 저장하는 메모리; 및
    결정된 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 상기 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 기준치와 비교하여, 상기 간섭계 변조기 디스플레이 소자들의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 상기 바이어스 전압 또는 해당 바이어스 전압에 대한 조정을 결정하도록 구성된 계산 모듈을 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  37. 제36항에 있어서, 상기 검출기는 전류 검출기인 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  38. 제36항에 있어서, 상기 검출기는 광 검출기인 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  39. 제36항에 있어서, 상기 메모리는 간섭계 변조기 상태의 함수로서 그리고 작동 전압 및 해제 전압에 관한 전압의 함수로서 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 저장하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  40. 제36항에 있어서, 상기 디스플레이 소자와 전기적으로 통신하고, 화상 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 통신하는 메모리 장치를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  41. 제40항에 있어서, 상기 디스플레이 소자에 최소한 하나의 신호를 전송하도록 구성된 제1제어기; 및
    상기 제1제어기에 상기 화상 데이터의 적어도 일부를 전송하도록 구성된 제2제어기를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  42. 제40항에 있어서, 상기 프로세서에 상기 화상 데이터를 전송하도록 구성된 화상 공급원 모듈을 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  43. 제42항에 있어서, 상기 화상 공급원 모듈은 수신기, 트랜스시버 및 송신기 중 적어도 하나를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  44. 제40항에 있어서, 입력 데이터를 수신하여 해당 입력 데이터를 상기 프로세서에 전달하는 입력 장치를 추가로 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  45. 광을 간섭계측적으로 변조시키는 광변조수단;
    상기 광변조수단에 바이어스 전압을 인가하는 수단으로서, 해당 바이어스 전압은 상기 광변조수단을 작동 상태와 해제 상태 중 하나 이상에서 유지시키는 것인, 바이어스 전압 인가수단;
    상기 바이어스 전압 상에 중첩된 전압 파형을 인가하는 수단으로서, 해당 전압 파형은 상기 광변조수단에 대해서 작동 상태와 해제 상태 간에 상태변화를 일으키지 않도록 하는 것인 전압파형 인가수단;
    상기 전압 파형의 인가에 응답해서 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 결정하는 수단으로서, 해당 변수는 상기 광변조수단의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 상기 바이어스 전압의 특성치인 것인 변수결정수단;
    상기 하나 이상의 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 기준치를 저장하는 저장수단; 및
    상기 결정된 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수를 상기 광학적, 기계적 혹은 전기적 변수의 기준치와 비교하여, 상기 광변조수단의 작동 전압 및 해제 전압에 관한 상기 바이어스 전압 혹은 상기 바이어스 전압에 대한 조정을 결정하는 비교수단을 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이.
  46. 제45항에 있어서, 상기 광변조수단은 복수개의 간섭계 변조기 디스플레이 소자를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  47. 제45항에 있어서, 상기 바이어스 전압 인가수단은 구동 모듈을 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  48. 제45항에 있어서, 상기 전압파형 인가수단은 전압 파형 발생기를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  49. 제45항에 있어서, 상기 변수결정수단은 검출기를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  50. 제45항에 있어서, 상기 저장수단은 메모리를 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
  51. 제45항에 있어서, 상기 비교수단은 계산모듈을 포함하는 것인 간섭계 변조기 디스플레이.
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