KR20120048669A - 도광체 조명용의 미세구조체 - Google Patents

도광체 조명용의 미세구조체 Download PDF

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KR20120048669A
KR20120048669A KR1020127005716A KR20127005716A KR20120048669A KR 20120048669 A KR20120048669 A KR 20120048669A KR 1020127005716 A KR1020127005716 A KR 1020127005716A KR 20127005716 A KR20127005716 A KR 20127005716A KR 20120048669 A KR20120048669 A KR 20120048669A
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정우 리
마렉 미엔코
라이 왕
콜렌고드 에스. 나라야난
이온 비타
케빈 리
예 인
러셀 그루흘케
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퀄컴 엠이엠에스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

각종 실시형태는 조명장치를 개시하고 있다. 해당 장치는 광의 전파를 지원하는 도광체를 포함할 수 있고, 해당 도광체의 에지부들 중 하나의 적어도 일부에 미세구조체들의 어레이를 지닌다. 이들 미세구조체는 상기 도광체 내에 분포된 광 강도를 제어하기 위하여 해당 도광체의 입력창 내에 내포될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 상기 도광체에 도입되는 광의 방향성 강도는 상기 도광체를 가로질러 소망의 분포를 달성하도록 개조될 수 있다.

Description

도광체 조명용의 미세구조체{MICROSTRUCTURES FOR LIGHT GUIDE ILLUMINATION}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 미국 특허 출원 제61/230,978호(출원일: 2009년 8월 3일)의 이득을 주장하며, 이 기초 출원의 전문은 참조로 본 명세서에 내포된다.
발명의 기술 분야
본 발명은 마이크로전자기계 시스템(microelectromechanical systems: MEMS)에 관한 것으로, 특히 도광체(light guide) 내의 광 강도 프로파일을 조작하는데 이용되는 광학 간섭 미세구조체(optical interference microstructure)에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로 기계 소자, 마이크로 작동기 및 마이크로 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 변조기(interferometric modulator)라 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 상기 고정층으로부터 공기 간극에 의해 분리된 금속 막을 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 장치의 특성들이 사용될 수 있도록 이들 장치의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유용할 것이다.
소정 실시형태는 정면과 배면을 지니는 도광체를 포함하는 조명장치를 고려한다. 상기 도광체는 상기 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부(edge)를 더 포함한다. 상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함한다. 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부는 미세구조체들(microstructures)의 어레이를 포함하되, 상기 미세구조체는 복수개의 프리즘(즉, 각기둥체)과 복수개의 렌즈를 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 상기 조명장치는 상이한 상기 프리즘과 렌즈 사이에 복수개의 간극(gap)을 더 포함하되, 해당 간극은 상기 에지부들 중 상기 적어도 하나에 대해서 평행한 평탄면을 포함한다. 상기 프리즘 중 적어도 하나는 비대칭 구조를 포함할 수 있다. 상기 비대칭 구조는 상기 적어도 하나의 에지 상에 제1면과 제2면을 포함하되, 해당 제1면과 제2면은 직각을 형성한다. 상기 프리즘은 상기 적어도 하나의 에지부에 대해서 수직인 단면으로부터 보아서 서로에 대해서 약 90°의 각도로 배향된 제1평면과 제2평면을 지니는 원통형 미세구조체들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 상기 복수개의 렌즈는 원통형 렌즈들을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 조명장치는 상기 어레이 내의 제1주기적 패턴에 포함된 복수개의 프리즘을 포함하고, 제2의 복수개의 렌즈가 상기 어레이 내의 제2주기적 패턴에 포함된다. 몇몇 실시형태에서, 실질적으로 동일한 단면을 지니는 미세구조체들이 상기 어레이에 주기적으로 존재하여, 상이한 단면을 지니는 미세구조체들에 의해 분리된다.
몇몇 실시형태에서, 실질적으로 동일한 크기를 지니는 미세구조체들이 상기 어레이에 주기적으로 존재하여, 상이한 크기를 지니는 미세구조체들에 의해 분리된다. 몇몇 실시형태에서, 실질적으로 동일한 간격을 지니는 미세구조체들이 상기 어레이에 주기적으로 존재하여, 상이한 간격을 지니는 미세구조체들에 의해 분리된다. 몇몇 실시형태에서, 상기 복수개의 미세구조체는 반복되는 패턴을 형성하는 미세구조체의 서브세트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 약 5 내지 50미크론의 폭을 지닌다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 약 0.1 내지 3㎜의 높이를 지닌다.
소정 실시형태에서, 상기 미세구조체들은 약 500미크론 이하의 간격을 지닌다. 상기 도광체는 곡선 형상의 광학 입구창을 포함하고, 상기 미세구조체들은 상기 곡선 형상의 광학 입구창 상에 배치될 수 있다. 몇몇 실시형태는 상기 미세구조체를 통해 상기 도광체 내로 광을 도입하도록 상기 도광체에 대해서 배치된 광원을 더 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하고, 상기 미세구조체들을 포함하지 않는 상기 광원으로부터의 광을 수광하기 위하여 상기 도광체 내에 상기 도광체 상의 평탄한 광학 면에 대해서 상기 광의 각도 분포를 확장시키도록 구성되어 있다.
몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 상기 도광체에 대한 임계각을 초과하는 법선(normal)에 관해서는 소정 각도 이상으로 상기 광의 각도 분포를 확장시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 도광체에 대한 상기 임계각은 적어도 37°이다. 몇몇 실시형태에서, 상기 도광체에 대한 상기 임계각은 적어도 42°이다.
몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 받침대(pedestal) 상에 중심 피크가 배치된 상기 광의 각도 분포를 제공하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 보다 큰 각에 대해서 축상 휘도(on-axis brightness)의 감소를 지니는 광의 각도 분포를 제공하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 중심 축으로부터 실질적으로 균일한 폴-오프(fall-off)를 지니는 광의 각도 분포를 제공하도록 구성되어 있다.
소정 실시형태에서, 상기 광원은 발광 다이오드이다. 소정 실시형태에서, 상기 도광체 면은 복수개의 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 조명하도록 해당 복수개의 공간 광 변조기의 앞쪽에 배치된다. 몇몇 실시형태에서, 상기 복수개의 공간 광 변조기는 간섭계 변조기들의 어레이를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 보다 큰 제1세트의 특성부(feature)와 해당 제1세트의 특성부 위에 위치된 보다 작은 제2세트의 특성부를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 제1 또는 제2세트의 특성부는 평면 부분을 포함한다. 소정 실시형태에서, 상기 제1 또는 제2세트의 특성부는 만곡된 부분, 즉, 곡면 부분(curved protion)을 포함한다.
상기 제1세트의 특성부가 곡면 부분을 포함할 수 있고 상기 제2세트의 특성부가 평면 부분을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 제1세트의 특성부가 평면 부분을 포함할 수 있고 상기 제2세트의 특성부가 곡면 부분을 포함할 수 있다. 소정 실시형태에서, 상기 제1세트의 특성부가 렌즈를 포함할 수 있고 상기 제2세트의 특성부가 프리즘 특성부를 포함할 수 있거나, 상기 제1세트의 특성부가 프리즘 특성부를 포함할 수 있고 상기 제2세트의 특성부가 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 미세구조체는 +/- 45°의 시야각에서 10% 미만의 불균일성(nonuniformity)을 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 +/- 60°의 시야각에서 10% 미만의 불균일성을 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체는 반사 혹은 회절에 의해서라기보다는 실질적으로 굴절을 통해서 광을 방향변경(redirect)시킨다.
몇몇 실시형태에서, 상기 조명장치는 디스플레이; 상기 디스플레이와 통신하도록 구성된 동시에, 화상 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및 상기 프로세서와 통신하도록 구성된 메모리 장치를 추가로 포함한다. 상기 장치는 상기 디스플레이에 적어도 하나의 신호를 전송하도록 구성된 드라이버 회로를 추가로 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 화상 데이터의 적어도 일부를 상기 드라이버 회로로 전송하도록 구성된 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 화상 데이터를 상기 프로세서에 전송하도록 구성된 화상 공급원 모듈(image source module)을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 화상 공급원 모듈은 수신기, 트랜스시버 및 전송기 중 적어도 하나를 구비한다. 상기 장치는 입력 데이터를 수신하고 해당 입력 데이터를 상기 프로세서와 통신하도록 구성된 입력 장치를 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 디스플레이는 간섭계 변조기들의 어레이를 포함한다.
소정 실시형태는 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광체를 포함하는 조명장치를 고려한다. 상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함한다. 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부는 미세구조체들의 어레이를 포함한다. 상기 미세구조체들은 제2세트의 특성부들의 각각 상에 위치된 제1세트의 특성부들을 포함하고, 상기 제2세트의 특성부들의 각각은 상기 제1세트의 특성부들의 각각보다 작다. 몇몇 실시형태에서, 상기 제1 및 제2세트 중 적어도 한쪽의 상기 미세구조체들은 평면 부분들을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 상기 제1 및 제2세트 중 적어도 한쪽의 상기 미세구조체들은 곡면 부분들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 제1세트의 특성부들은 렌즈들을 포함하고 상기 제2세트의 특성부들은 프리즘들을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 상기 제1세트의 특성부들은 프리즘들을 포함하고, 상기 제2세트의 특성부들은 렌즈들을 포함한다.
소정 실시형태는 정면과 배면을 지니는 도광수단을 포함하는 조명장치를 고려한다. 상기 도광수단은 상기 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하고, 상기 도광수단은 해당 도광수단의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함한다. 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부는 광 지향 수단(light directing means)들의 어레이를 포함한다. 상기 광 지향 수단은 복수개의 제1의 광 지향 수단과 복수개의 제2의 광 지향 수단을 포함한다. 상기 제1의 광 지향 수단은 각진 평면을 포함하고, 상기 제2의 광 지향 수단은 곡면을 포함한다.
소정 실시형태에서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하거나, 혹은 상기 광 지향 수단은 미세구조체를 포함하거나, 혹은 상기 제1의 광 지향 수단은 프리즘을 포함하거나, 혹은 상기 제2의 광 지향 수단은 렌즈를 포함한다.
소정 실시형태는 정면과 배면을 지니는 도광수단을 포함하는 조명장치를 고려한다. 상기 도광수단은 상기 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함한다. 상기 도광수단은 해당 도광수단의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함한다. 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부는 광 지향 수단들의 어레이를 포함하되, 해당 광 지향 수단은 제2세트의 광 지향 수단의 각각 상에 제1세트의 광 지향 수단을 포함한다. 상기 제2세트의 광 지향 수단의 각각은 상기 제1세트의 광 지향 수단의 각각보다 작다.
소정 실시형태에서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하거나, 혹은 상기 광 지향 수단은 미세구조체들을 포함하거나, 혹은 상기 제1세트의 광 지향 수단은 제1세트의 미세구조체들을 포함하거나, 혹은 상기 제2세트의 광 지향 수단은 제2세트의 미세구조체들을 포함한다.
소정 실시형태는 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광체를 제공하는 단계를 포함하는 조명장치의 제조방법을 고려한다. 상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함한다. 상기 제조방법은 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 미세구조체들의 어레이를 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 미세구조체들은 복수개의 프리즘과 복수개의 렌즈를 포함한다.
소정 실시형태는, 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광체를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하는 것인, 조명장치의 제조방법을 고려한다. 상기 제조방법은 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 미세구조체들의 어레이를 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 미세구조체는 제2세트의 특성부들의 각각 상에 위치된 제1세트의 특성부들을 포함하고, 상기 제2세트의 특성부들의 각각은 상기 제1세트의 특성부들의 각각보다 작다.
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 미러의 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 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 표시 데이터의 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 표시장치(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 8은 볼록 곡면형 출력 창을 지니는, LED 등과 같은 광원을 도시한 도면;
도 9는 공간 광 변조기 어레이의 앞쪽에 배치된 도광체의 에지부에 대해서 위치결정된 광원의 하나의 실시형태를 개략적으로 예시한 도면;
도 10은 각각 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같은 도광체 중 및 공기 중에서 측정된 광원으로부터 방출된 광의, 실질적으로 평탄한 방향성 강도 프로파일(directional intensity profile)의 도(degree) 대 상대 발광도의 축상 플롯(plot);
도 11은 에지부들 중 적어도 하나의 일부 상에 미세구조체들의 어레이를 지니는 평면 도광체의 등축 사시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 12는 반원 단면을 도시한 도 11의 평면 도광체 및 광원의 탑-다운(top-down) 사시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 13은 (i) 실질적으로 평탄한 광학 입구 창에 연결된 광원에 대한 도광체의 얻어지는 방향성 강도 프로파일, (ii) 서로 간격 없이 반원형 단면을 지니는 일련의 원통 미세구조체가 연결 창(coupling window)에 존재할 경우의 얻어지는 프로파일 및 (iii) 반원형 미세구조체가 서로 대략 0.045㎜ 이간된 경우 얻어지는 프로파일의 방향성 대 θ의 축상 플롯을 도시한 도면;
도 14는 실질적으로 평면의 미세구조체 표면 상에 입사하는 광으로부터 얻어지는 굴절각을 개략적으로 예시한 도면;
도 15는 실질적으로 볼록한 미세구조체 면 상에 입사하는 광으로부터 얻어지는 굴절각을 개략적으로 예시한 도면;
도 16은 45°-90°-45° 이등변 삼각형 톱니 미세구조체를 포함하는 일 실시형태의 등각 사시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 17은 도 16의 실시형태의 미세구조체로부터 얻어진 방향성 강도의 플롯;
도 18은 톱니의 첨예도를 저감시켜 사다리꼴 미세구조체를 얻고 있는 일 실시형태의 등각 사시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 19는 도 18의 실시형태의 미세구조체로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일의 플롯;
도 20은 곡면 미세구조체와 사다리꼴 미세구조체의 양쪽 모두의 반복 패턴을 포함하는 일 실시형태의 등각 사시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 21은 도 20의 실시형태의 미세구조체의 탑-다운 도;
도 22는 도 21의 실시형태의 미세구조체로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일의 플롯;
도 23은 곡면 미세구조체와 비대칭 단면 삼각형 미세구조체의 양쪽 모두를 포함하는 일 실시형태의 등각 사시도를 개략적으로 예시한 도면;
도 24는 도 23의 실시형태의 미세구조체의 탑-다운 도;
도 25는 도 23의 실시형태의 미세구조체로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일의 플롯;
도 26은 보다 큰 특성부들의 세트 상에 보다 작은 특성부들의 세트가 배치된 광 미세구조체들의 다른 대안적인 실시형태의 탑-다운 도를 개략적으로 예시한 도면;
도 27은 보다 큰 특성부들의 세트 상에 보다 작은 특성부들의 세트가 배치된 광 미세구조체의 또 다른 대안적인 실시형태의 탑-다운 도를 개략적으로 예시한 도면;
도 28은 미세구조체가 라이닝된 오목형 홈을 지니는 도광체에 대해서 위치결정된 광원의 다른 대안적인 실시형태를 개략적으로 예시한 도면;
도 29는 도 28의 실시형태의 도광체의 탑-다운 도.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 소정의 구체적인 실시형태들에 관한 것이지만, 여기에 교시된 것들은 다수의 상이한 방법들에 적용될 수 있다. 본 설명에 있어서는, 동일한 부분이 대체로 동일한 참조 부호로 표기되어 있는 도면을 참조한다. 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, 각 실시형태는 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이터, 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 구조의 MEMS 장치는 또한 전자 전환(즉, 스위칭) 장치 등에서와 같은 디스플레이가 아닌 용도에도 이용될 수 있다.
이하에 더욱 충분히 논의되는 바와 같이, 소정의 바람직한 실시형태에서, 광 지향 수단(즉, 미세구조체)은 도광수단(즉, 도광체) 내에 분포된 광의 강도 분포를 제어하기 위하여 해당 도광체의 입력 창 내에 내포될 수 있다. 소정 실시형태에서, 상기 도광체에 도입되는 광의 방향성 강도는 상기 도광체를 가로질러 더욱 유효한 분포를 달성하기 위하여 개조될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 미세구조체들은 만곡된, 즉, 곡면의 광 지향 수단(즉, 렌즈) 혹은 각진 광 지향 수단(즉, 프리즘)을 포함할 수 있다. 이들 미세구조체는 도입되는 광을 굴절시키는 역할을 한다. 소정 실시형태에서, 상기 도광체의 적어도 하나의 에지부를 따라 배치된 미세구조체들은 도광체 내에 소망의 방향성 강도 프로파일을 형성하도록 광원으로부터의 광을 방향변경시킨다. 이들 프로파일은 표시소자에 의해 수광된 광을 더욱 균일하게 분포시키기 위하여 선택될 수 있다. 특정 프로파일을 달성하기 위하여, 미세구조체들은 상이한 실시형태에 있어서 다양한 형상을 취할 수 있다. 소수의 예시적인 단면을 일반적으로 곡면, 삼각형(이등변, 등변, 비대칭) 및 반원형을 포함한다. 각종 실시형태에서, 각종 형상의 미세구조체가 도광체 내에 상이한 광 강도 프로파일의 작성을 용이하게 하는 패턴으로 배열될 것이다. 몇몇 실시형태에서, 도광체를 통과한 광은 이어서 하나 이상의 간섭계 변조기를 포함하는 복수개의 표시소자 내로 통과하도록 방향변경될 수 있다.
간섭계 MEMS 표시소자(디스플레이 소자)들을 포함하는 하나의 반사형 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 픽셀(pixel)들은 명 상태(혹은 밝은 상태)(bright state) 또는 암 상태(암흑 상태)(dark state)에 있다. 표시소자는, 명("이완된" 또는 "열린") 상태에서, 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 표시소자는, 암("작동된" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 입사되는 가시광을 사용자에게 거의 반사시키지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은, 실시형태에 따라서는, 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 픽셀들은 선택된 색에서 우선적으로 반사하도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.
도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 픽셀에 있어서 두 개의 인접한 픽셀들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 픽셀은 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 몇몇 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 공진 광학적 간극(resonant optical gap)을 형성한다. 일 실시형태에서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 지칭되는 제1위치에서, 이동식 반사층은 고정식 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된다. 여기서 작동 위치라고도 지칭되는 제2위치에서, 이동식 반사층은 상기 고정식 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치된다. 반사층으로부터 반사되는 입사광은 반사층과 흡수층 간의 간극 내에서 보강(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하며, 이는 각 픽셀로부터의 반사가 고도로 반사 상태인지 고도로 흡수 상태인지를 판정한다.
도 1에 있어서 픽셀 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 좌측에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학적 적층체(optical stack)(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동식 반사층(14a)이 예시되어 있다. 우측에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학적 적층체(16b)에 인접한 작동 위치에 이동식 반사층(14b)이 예시되어 있다.
여기서 말하는 광학적 적층체(16a), (16b)(일괄해서 "광학적 적층체(16)"라 칭함)는 전형적으로 수 개의 희생층을 포함하는 데, 이들 희생층은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분 반사층 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학적 적층체(16)는 전기 전도성, 부분 투명 및 부분 반사성이며, 예를 들어, 하나 이상의 상기 층들을 투명 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 상기 부분 반사층은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등과 같이 부분적으로 반사성인 각종 재료로 형성될 수 있다. 상기 부분 반사층은 하나 이상의 재료층으로 형성될 수 있고, 이들 각 층은 단일 재료 혹은 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학적 적층체(16)의 층들은 평행 스트립들로 패턴화되고, 이하에 더욱 설명하는 바와 같은 표시장치 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(18)들 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학적 적층체(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동식 반사층(14a), (14b)은 광학적 적층체(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리되게 된다. 알루미늄과 같은 고 전도성?반사성 재료가 반사층(14)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 표시장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다. 단, 도 1은 정해진 비율로 표시되어 있지는 않다. 몇몇 실시형태에서, 기둥부(18)들 사이의 간격은 10 내지 100㎛ 정도일 수 있지만, 간극(19)은 1000Å 미만 정도일 수 있다.
도 1에 있어서 픽셀(12a)로 예시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동식 반사층(14a)이 기계적으로 이완된 상태에서, 이동식 반사층(14a)과 광학적 적층체(16a) 사이에서 간극(19)이 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위(전압)차가 인가될 경우, 대응하는 픽셀에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 이동식 반사층(14)은 변형이 일어나 광학적 적층체(16)에 대해서 힘을 가한다. 광학적 적층체(16) 내의 유전체 층(이 도면에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어, 도 1의 우측에 작동 픽셀(12b)로 표시된 바와 같이, 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 내포할 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 명확을 기하기 위하여 간섭계 변조기들의 3×3 어레이를 예시하고 있지만, 디스플레이 어레이(30)는 방대한 수의 간섭계 변조기를 포함할 수 있고, 열방향보다는 행방향으로 상이한 수(예컨대, 행당 300픽셀×열당 190픽셀)의 간섭계 변조기를 지닐 수 있다.
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 하나의 예시적인 실시형태에 대한 이동식 미러 위치 대 인가된 전압의 선도이다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열방향 작동 프로토콜은 도 3에 예시된 바와 같은 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 상기 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 10볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시된 예에 있어서, 전압이 2볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7V의 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)이라 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 지니는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 픽셀들이 약 10볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 픽셀들이 0볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 픽셀들은 행방향 스트로빙이 픽셀들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하도록 약 5볼트의 정상 상태 혹은 바이어스 전압차에 노출된다. 이러한 예에서, 각 픽셀은, 기록된 후에, 3 내지 7볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전압 조건 하에서 도 1에 예시된 픽셀 설계가 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 픽셀은 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 픽셀로 들어가는 전류 흐름은 전혀 없다.
이하에 더욱 설명하는 바와 같이, 전형적인 응용에 있어서, 제1행에 있는 원하는 세트의 작동 픽셀에 따라 열방향 전극 세트를 가로질러 한 세트의 데이터 신호(각각 소정의 전압 레벨을 지님)를 전송함으로써 화상의 프레임을 형성할 수도 있다. 다음에, 행방향 펄스가 제1행의 전극에 인가되어, 상기 데이터 신호의 세트에 대응하는 픽셀을 작동시킨다. 그 후, 상기 데이터 신호의 세트가 제2행에 있는 원하는 세트의 작동 픽셀에 대응하도록 변경된다. 이어서, 펄스가 제2행의 전극에 인가되어, 상기 데이터 신호에 따라서 제2행에 있는 적절한 픽셀들을 작동시킨다. 제1행의 픽셀들은 제2행의 펄스의 영향을 받지 않고 제1행의 펄스 동안 그들이 설정되었던 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 작성하기 위하여 일련의 전체 행들에 대해서 순차적으로 반복될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 과정을 초당 원하는 프레임 수만큼 계속해서 반복함으로써 프레임들은 새로운 표시 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 더불어, 화상 프레임을 작성하는 픽셀 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 매우 다양한 프로토콜이 사용될 수도 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 픽셀을 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시형태에서, 픽셀을 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -Vbias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, 여기서 -Vbias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. +Vbias로 적절한 열을 설정하고, 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정함으로써 픽셀의 이완을 수행하여, 픽셀에 대한 0 볼트 전위차를 생성한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -Vbias이거나 +Vbias인 것에 상관없이, 픽셀들은 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, 픽셀을 작동시키는 것은 적절한 열을 +Vbias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, -Vbias로 적절한 열을 설정하고 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정함으로써 픽셀의 이완을 수행하여, 픽셀에 대한 0 볼트 전위차를 생성한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 픽셀들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 픽셀들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 초기에 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 픽셀은 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.
도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 픽셀들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 픽셀들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 픽셀들이 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 픽셀 및 (1,2) 픽셀을 작동시키고 (1,3) 픽셀을 이완시킨다. 어레이 내의 다른 픽셀들은 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) 픽셀을 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 픽셀을 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 픽셀들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 픽셀들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 이 동일한 과정은 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 이용될 수 있다. 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.
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 변형예로는 또한 텔레비전, 휴대용 미디어 플레이어와 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. 하우징(41)은 일반적으로 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.
예시적인 표시장치(40)의 일 실시형태의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시적인 표시장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 예시적인 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(즉, 전원)(50)는 특정한 예시적인 표시장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시적인 표시장치(40)가 네트워크를 통하여 하나 이상의 장치와 통신할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시형태에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 완화시킬 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하기 위한 안테나이면 어느 것이라도 된다. 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, W-CDMA 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 예시적인 표시장치(40)로부터 전송될 수 있게 한다.
대안적인 실시형태에 있어서, 트랜스시버(47)는 수신기로 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 예시적인 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(saturation) 및 그레이 스케일(계조) 레벨(gray-scale level)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 프로세서(21)는 예시적인 표시장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로 제어기, CPU 또는 논리 유닛을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 일반적으로 신호를 스피커(45)에 전송하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호를 수신하기 위해 증폭기들 및 필터들을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시적인 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 픽셀들로부터 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 실시형태에서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시형태에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일 실시형태에서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 실시형태는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시형태에서, 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 예시적인 표시장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시형태에서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 감압막 또는 감열막을 포함한다. 일 실시형태에서, 마이크(46)는 예시적인 표시장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적인 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 실시형태에서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시형태에서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 원, 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 구현예에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 내의 몇몇 개소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 몇몇 경우에, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 전술한 최적화는 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, 일괄해서 간단히 "도 7"이라 지칭할 경우도 있음)는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 다섯 개의 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 또한 줄(tether)(32) 상에 단지 코너부에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 있어서, 이동식 반사층(14)은 정사각형 혹은 직사각형이며, 또한 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(변형가능한 층)(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 기둥부라고도 칭한다. 도 7d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(support post plug)(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 간극 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학적 적층체(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 의거한 실시형태이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시형태의 어느 것뿐만 아니라 도시하지 않은 추가의 실시형태와도 함께 작용하도록 적합화될 수 있다. 도 7e에 나타낸 실시형태에서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어 왔다. 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. 예를 들어, 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 관하여 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 관하여 최적화된다.
위에서 설명된 바와 같이, 간섭계 변조기는 반사형 표시소자이고, 몇몇 실시형태에서는, 그들의 동작을 위해 주변 조명 혹은 내부 조명에 의존할 수 있다. 이들 실시형태 중 몇몇에 있어서, 조명원은 상기 표시소자의 앞쪽에 배치된 도광체 내로 광을 지향시키고, 그 후, 이로부터 광이 표시소자 내로 방향변경될 수 있다. 도광체 내의 광의 분포는 광 표시소자의 각도 분포 혹은 균일한 휘도를 결정할 것이다. 도광체 내의 광이 좁은 방향성 강도 프로파일을 지닌다면, 도광체 내의 어두운 모서리부를 생성하고 따라서 표시소자의 불량한 조명을 생성할 수 있다. 이와 같이 해서, 도광체 내로 지향된 광의 방향성 강도 프로파일을 제어하는 것이 유리할 것이다.
도 8은 자유 공간에 있는 광원 이미터(이하 간단히 "광원"이라 약칭함)(800)를 예시하고 있다. 좌표계(802)는 또한 표시장치의 배향 좌표와 관련하여 도시되어 있다. 다른 실시형태에서, 광원(800)은 하나 이상의 발광 다이오드(LED), 라이트 바(light bar), 하나 이상의 레이저, 혹은 기타 형태의 광 이미터 등과 같은 발광장치일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 광원의 불릿 패키지(bullet package) 상의 볼록한 출력면은 좁은 광 분포를 제공한다.
도 9는 도광체(900)의 에지부에 배치된 광원(800)의 등각 투상도를 예시하고 있다. 도광체(900)는 예컨대 유리 혹은 플라스틱 등과 같은 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 도광체 에지부(66)를 투과한 광은 표시소자(901)들을 향하여 도광체(900) 내로 방향변경될 것이고, 해당 표시소자는 광(801)을 반사시킬 것이다. 도광체(900)를 통과한 광은 바람직하게는 가능한 한 많은 표시소자(901)들에 도달할 것이다. 도광체 내의 방향성 강도 프로파일은 표시소자의 각각에 대해서 이용가능하다. 도광체(900)와 광원(800) 간의 에지부(66)에서의 계면은 도광체 전체에 걸쳐서 얻어지는 방향성 프로파일에 상당히 기여한다. 광원(800)은 도광체의 하나의 모서리부에 배치될 수 있고, 각종 실시형태에서, 방향전환 특성부(turning feature)를 포함하는 동심형 곡선 경로의 곡률의 중심에 위치될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 광원(800)은 도광체의 하나 이상의 에지부를 따라 배치될 수 있다.
도광체의 평면 내에서 얻어지는 방향성 강도 프로파일에 대한 계면의 효과를 입증하기 위하여, 도 10은 개방 공기 중에서 LED 광원에 대한 컴퓨터 계산된 분포 방향성 강도 프로파일(54)과, 도광체의 에지부에 배치된 LED에 대한 방향성 강도 프로파일(55)의 플롯을 예시하고 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학 매질(900) 내의 방향성 강도 프로파일(55)은, 광이 공기를 통과할 경우 얻어지는 프로파일(54)보다 좁다. 보다 좁은 방향성 프로파일은 도광체 내의 어두운 모서리부에서 얻어질 수 있고, 이는 표시소자에 불충분한 광과 불균일성을 제공할 수 있다. 통상, +/-90°(도 9의 x 방향, 및 표면, 예컨대, 표면(66)에 대한 법선으로부터 측정됨)에서의 LED 발광 광에 대해서, 도광체 내부의 광 분포는 도광체에 대한 +/- 전내부반사(total-internal-reflection: TIR)각 혹은 임계각 내이다. 예를 들어, 소정의 폴리카보네이트에 있어서, 임계각 혹은 전내부 반사각은 37 내지 39°일 것이고, 유리에 대해서는 대략 42° 등일 것이다(예컨대, 도 10의 방향성 강도 프로파일(54) 참조). 각종 실시형태에서, 조명원과 도광체 매질 간의 계면은 표시소자를 가로질러 어두운 모서리부를 저감시키고 증가된 균일성을 제공하는 방향성 강도 프로파일을 생성하는 것이 바람직하다.
각종 방향성 강도 프로파일을 유리하게 달성하기 위하여, 도 11 및 도 12에 도시된 것과 같은 본 발명의 소정 실시형태는, 도광체 내의 방향성 강도 프로파일을 개조하기 위하여 조명원(800)과 대면하는 도광체(900)의 에지부(66)의 적어도 일부 상에 배치된 미세구조체들의 어레이(56)를 사용한다. 몇몇 실시형태에서, 이들은 주로 굴절에 의해 방향성 강도 프로파일을 개조한다. 특히, 미세구조체는 입력 에지부로부터 공기 간극에 의해 분리된 조명원(800)으로부터 도광체 내부에 결합된 광의 각도 분포를 제어할 수 있다. 제어는 도광체의 임계각 및 TIR 한계(예컨대, 도 10 참조)를 넘어 각도 범위를 확대시키는 것, 중심 축 둘레의 강도 균일성(예를 들어, 도 13의 곡선(57))을 증가시키는 것, 및 가능한 기타 많은 개조 중에서, 축상 휘도의 저감(예컨대, 도 19 참조) 혹은 축상 휘도의 증강(예컨대, 도 13의 곡선(58) 참조)과 더불어 도광체의 임계각을 넘어 각도 범위를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
미세구조체는 각종 실시형태에서 다양한 형상을 취할 수 있지만, 여기서는 y-z 평면에 대해서 평행한 반원 단면을 지니는 부분적인 수직 원형 원통체들의 어레이로서 도시되어 있다(일정 척도는 아님). 이들 원통체는 조명원으로 향하여 더욱 좁혀지고, 경사 측벽을 지니며, 그의 경사는 다양한 상이한 각도에서 조명원으로부터 광을 수용하기 위하여 변화된다. 여기서는 에지부(66)로부터 돌출하는 것으로 도시되어 있지만, 당업자라면, 각종 실시형태의 이들 및 기타 미세구조체가 도광체(900) 내에 오목부에 의해 혹은 돌출부와 오목부의 조합에 의해 형성될 수 있다는 것을 쉽게 인지할 것이다. 평면 각도 이외의 광을 수용함으로써, 보다 넓고 보다 확대된 각도 강도 프로파일이 달성될 수 있다. 다양한 단면이 가능하며, 예를 들어, 삼각형(예컨대, 이등변, 등변, 비대칭), 대체로 원형 혹은 사다리꼴일 수 있다. 여기서는 원통형으로 도시되어 있지만, 당업자라면, 미세구조체가 각종 방향성 프로파일을 얻기 위하여 많은 상이한 구조 및 형상을 취할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 소정 실시형태에서, 미세구조체는 5미크론 내지 500미크론의 다양한 폭을 지닌다. 몇몇 실시형태에서, 5미크론은 이용될 수 있는 소정의 미세제작 수법의 전형적인 치수에 대응한다(예컨대, 평탄면을 방향전환하는 다이아몬드 지점- 홈을 새김 -이 이어서 도광체의 입력 에지부를 규정하도록 주입 주형 공동부 내에 성형 삽입물로서 이용된다). 크기가 500미크론 이하일 수 있지만, 몇몇 실시형태에서, 미세구조체 크기는 이 값을 초과할 수 있다. 소정 실시형태에서, 미세구조체의 어레이는 LED 폭에 비해서 작은 크기(소정의 경우에 2 내지 4㎜)일 수 있고, 따라서, 어레이 중의 각 미세구조체는 어레이 크기의 분율일 수 있다. 마찬가지로, 미세구조체는 다양한 높이를 취할 수 있고, 소정 실시형태에서는 0.1 내지 도광체 혹은 LED의 높이의 범위일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 미세구조체의 높이는 0.1 내지 1㎜ 혹은 3㎜이다.
위에서부터 도광체(900)를 볼 경우(즉, 관찰자가 z 방향에서 아래쪽으로 볼 경우) 각도 균일성을 유지하는 것이 바람직하다. 특히, 상이한 시야각(Φ)에도 불구하고 각도 균일성을 유지하는 것이 바람직하다. 도면에서는 Z와 Y 사이의 각도로 도시되어 있지만, 당업자라면, Φ가 Z와 X-Y 평면 사이의 임의의 각도로서 선택될 수 있다는 것을 용이하게 인지할 것이다. 예를 들어, Φ는 Z와 X 사이의 각도를 나타낼 수 있다. 본 실시형태의 어떤 것은 +/- 45°의 범위 내의 Φ 및 +/- 60°의 범위 내의 다른 것에 대해서 실질적인 가시적인 불연속성(즉, 5% 혹은 10% 이하의 불균일성)을 방지하는 것이 가능하다.
이들 실시형태의 일부의 유효성을 입증하기 위하여, 도 13은 상이한 계면을 지니는 도광체에 대한 조명원의 적용으로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일의 플롯을 예시하고 있다. 비교를 위하여, 평탄한 광학 창으로부터 얻어지는 프로파일인 도 10의 플롯(55)은 참조를 위하여 제공된다. 플롯(57)은 미세구조체들 사이에 어떠한 간격도 없이 반경 0.105㎜의 곡면 미세구조체들의 어레이를 통과한 광으로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일이다. 플롯(58)은, 에지부들에 대해 측정된, 미세구조체들 사이에 0.045㎜의 간격을 지니는 반경 0.105㎜의 곡면 미세구조체들의 어레이를 통과한 광으로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 플롯(57), (58)은 보다 넓으며, 그들의 광 분포보다 더욱 유효한 것은 평면 계면으로부터 얻어진 플롯(55)이다. 또한, 플롯(58)의 분포는 플롯(55)의 단순한 가우스 유사 분포보다 더욱 동적이다. 플롯(58)의 각도 분포는 받침대 상에 배치된 중심 피크 또는 각 측면 상의 어깨부(shoulder) 혹은 측면 로브(side lobe)들에 의해 둘러싸인 중심 피크를 지닌다. 미세구조체의 형상뿐만 아니라 이들 사이의 간격을 선택함으로써, 당업자라면 많은 상이한 프로파일을 유리하게 제공할 수 있다. 소정 실시형태에서, 간극 거리는 0에서부터 미세구조체의 폭과 비교해서 견줄 수 있는 치수의 간극까지의 범위일 수 있다. 그러나, 간극 폭이 미세구조체 폭보다 매우 훨씬 크다면, 입력 에지부는 실질적으로 평탄하게 되어, 미세구조체의 효과는 완화된다. 각종 실시형태에서, (예컨대, 평균) 간극 폭은 (예컨대, 평균) 미세구조체 폭과 동등하거나 그 이하이다. 소정 실시형태에서, 입력 에지부의 적어도 50%는 미세구조체를 포함한다. 이와 같이 해서, 미세구조체는 보다 넓은 강도 프로파일을 용이하게 할 뿐만 아니라 광 분포에 비해서 더욱 제어하는 것이 가능하여 유리하다.
도 14 및 도 15는 미세구조체가 상이한 광 분포에 영향을 미치는 원리를 예시하고 있다. 도 14는 평면의 도광체 면(62)과 광원(800) 사이의 평탄한 계면의 효과를 도시한다. 도광체는 주위의 매질보다 높은 굴절률을 지닌다. 방출된 광선(59)은 광원(800)으로부터 주행하여 스넬의 법칙의 원리에 의해 예측되는 바와 같이 굴절되어 방향변경된 광선(61)로 되고, 이어서 원래의 방향의 광선(60)으로서 도광체(62)를 통해 계속 투과하기보다는 법선(66)에 보다 가까운 경로로 향하게 된다. 이것은 당연히 도광체와 주위의 재료 간의 상이한 굴절률을 지니는 매질에 기인한다.
도 15는, 도 14의 디자인과 대조적으로, 본 발명의 소정의 실시형태가 유리하게 보다 넓은 각도 강도 프로파일을 어떻게 달성하는지는 도시하고 있다. 공기와 도광체의 실질적으로 투과성인 매질 사이에 평면이라기보다 오히려 곡면 계면(65)은, 유입되는 광선이 해당 계면을 통과할 때의 전파 방향을 유지하도록 허용한다. 방출되는 광선(63)은, 스넬의 법칙의 효과를 여전히 받지만, 미세구조체의 곡면 계면(65)에 대한 법선과 평행하게 도입됨으로써, 계속해서 동일한 방향의 광선(64)으로 된다. 이와 같이 해서, 다른 경우라면 법선(66)을 향하여 평면 계면에 의해 방향변경되었을 상당한 수의 광선이, 이제는 다양한 넓은 각도로 지향된 경로 상에서 계속될 수 있게 된다. 넓은 각도 경로를 추종하는 광선의 존재로 인해, 평면 계면을 통과할 경우 달성될 수 있는 것보다 훨씬 넓은 분포로 된다.
도 15는 예를 들어 반원형 단면을 지니는 곡면 형상의 미세구조체 계면을 제공하는 실시형태의 효과를 입증하였지만, 당업자라면, 대안적인 경로 이동을 제공하는 광범위한 다양한 형상이 가능하다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 예를 들어, 곡면 형상의 미세구조체에 부가해서, 삼각형 및 사다리꼴을 포함하는(단, 이들로 제한되지 않음) 다른 실시형태도 가능하다. 방향성 프로파일을 조정하도록 더 많은 자유도를 필요로 하는 설계자들은, 반복되는 패턴에 존재하는 2개 이상의 형상의 미세구조체를 지니는 조합된 어레이를 이용할 수 있다. 이와 같이 해서, 연속적인 미세구조체들 간의 형상, 패턴, 밀도 및 간격의 선택지뿐만 아니라 다양한 다른 파라미터도 특정 방향성 강도 프로파일을 달성하기 위하여 변경될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 미세구조체는 도광체로부터 돌출되고 해당 도광체 내로 관입될 수 있다.
예를 들어, 도 16은 삼각형 혹은 톱니 형상의 미세구조체 어레이(68)의 하나의 실시형태를 예시하고 있다. 본 실시형태에서, 도광체 에지부(67)의 개별적인 미세구조체(69)는 이등변 삼각형 형상을 취한다. 개별의 미세구조체들 간의 간격(70)은 다양한 방향성 강도 프로파일을 달성하기 위하여 변경될 수 있다. 도 17은 도 16의 미세구조체 실시형태로부터 얻어지는 방향성 강도 프로파일을 플롯하고 있다.
도 18에 예시된 또 다른 실시예에서, 상이한 단면도 가능하다. 어레이(72)의 개별적인 미세구조체(71)들은 사다리꼴 형상을 취할 수 있다. 재차, 간격(70)은 다양한 방향성 강도 프로파일의 작성을 용이하게 하기 위하여 변경될 수 있다. 도 19는 도 18의 미세구조체 실시형태로부터 얻어진 방향성 강도 프로파일을 플롯하고 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 몇몇 미세구조체는 보다 큰 각도보다 작은 축상 취도를 이룰 수 있다. 도 19는 다른 각도에 비해서 개별의 딥 축상(distinct dip on-axis)을 도시하고 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 프로파일 분포에 대한 더 많은 제어가 상이한 형상의 미세구조체를 단일의 어레이 내로 조합시킴으로써 달성될 수 있다. 단, 형상들의 선택지뿐만 아니라 이들이 도광체 에지부 상에 배열되는 방식도 얻어지는 프로파일을 결정할 것이다.
예를 들어, 도 20은, 어레이(75)가 곡면 형상을 지니는 미세구조체(73) 및/또는 사다리꼴 형상을 지니는 미세구조체(74)로 구성되어 있는 또 다른 실시형태를 예시하고 있다. 도 21에 예시된 바와 같이, 특정 형상의 미세구조체들이 소정의 방향성 광 강도 프로파일을 달성하기 위하여 패턴의 일부로서 변경될 수 있다. 크기 및 형상이 상이한 유형의 프로파일을 달성하기 위하여 어레이 전체를 통해서 변화도리 수 있다. 도 22는 도 20의 어레이에 대해서 얻어진 방향성 강도 프로파일을 도시하고 있다.
지금까지 개시된 실시예는 도 17, 도 19 및 도 22에 도시된 바와 같이 각각 생성된 대칭 강도 프로파일을 지닌다. 당업자라면, 또한 미세구조체 형상, 간격 및 패턴화의 선택지를 적절하게 선택함으로써 각종 비대칭 프로파일을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 23에 예시된 또 다른 실시형태에서, 어레이(78)는 비대칭 삼각형 미세구조체(76)와 곡면 미세구조체(77)를 포함한다. 여기에 도시된 바와 같이 삼각형 미세구조체는, 30 -90°-60° 삼각형일 수 있었다. 이들 특정 형상은 도 24에 도시된 패턴으로 배열되어, 비대칭 방향성 광 강도 프로파일을 달성할 수 있다. 도 25는 이러한 패턴으로부터 얻어지는 강도 프로파일을 플롯하고 있으며, 여기서, 곡면 미세구조체는 0.105㎜의 반경을 지니고, 삼각형 미세구조체는 0.105㎜의 삼각형 높이를 지닌다.
위에서 개시된 각종 실시형태에 부가해서, 도 26 및 도 27은 보다 큰 제1세트의 미세구조체(261) 위에 보다 작은 제2세트의 미세구조체(262)가 중첩되어 있는 추가의 실시형태를 예시하고 있다. 예를 들어, 도 26은 보다 크게 만곡된 베이스(예컨대, 실질적으로 반원형 단면을 지님)를 포함하는 제1세트의 미세구조체(261)와, 해당 제1세트의 미세구조체 상에 배치된 보다 작은 자른 면을 지니는 제2세트의 미세구조체(262)를 도시하고 있다. 보다 큰 대체로 곡면의 미세구조체(262)는 그 위에 예를 들어 프리즘 형상 특성부를 지니는 곡면 렌즈렛(lenslet)을 포함할 수 있다. 프리즘과 렌즈는, 예를 들어, 원통 형상일 수 있다. 도시된 프리즘 형상 특성부(262)는 프리즘의 정점에서 만나는 두 경사 평면을 지닌다. 다른 실시형태에서, 이러한 특성부들의 세트는 상이한 크기, 형상, 밀도를 지닐 수 있거나, 혹은 다르게는 다양할 수 있다. 예를 들어, 더 많은 면을 지니는 프리즘이 사용되거나, 그 사이에 상이한 각도를 지닐 수 있다. 부가적으로, 프리즘 형상 특성부는 보다 크거나 보다 작을 수 있다. 마찬가지로, 렌즈는 보다 크거나 보다 작고 상이하게 정형화될 수 있으며, 예를 들어, 볼록형이거나 오목형일 수 있다. 다른 형상, 크기 및 형태도 가능하다. 하나의 세트 내의 특성부들은 도 20 내지 도 25에 관하여 위에서 논의된 바와 같이 (예컨대, 주기적으로 혹은 비주기적으로) 다양할 수 있다. 이와 같이 해서, 광범위한 다양한 배열도 가능하다.
도 27은 관계가 역전된, 즉 제1세트의 미세구조체(271)가 대체로 자른 면을 지니고, 곡면의 제2세트의 특성부(272)가 그 위에 배치되어 있는 다른 실시형태를 도시하고 있다. 다른 실시형태에서, 제1 및 제2세트는 양쪽 모두 프리즘일 수 있거나, 제1 및 제2세트가 모두 렌즈일 수 있다. 부가적인 세트(예컨대, 2, 3, 4 세트)는 서로의 정상에 배치될 수 있고, 다양한 형상의 조합이 선택될 수 있다. 이 형상들은 도시된 자른면을 지니는 곡면 형상과는 다를 수 있다. 예를 들어, 여기서는 볼록형으로 도시되어 있지만, 상기 특성부들은 오목한 특성부들을 포함할 수 있고; 따라서, 돌출부 혹은 오목부 혹은 이들의 조합도 가능하다. 또한, 본 출원의 어디에선가 기재된 실시형태들의 상이한 유형이 하나의 세트의 미세구조체 위에 중첩되는 것과 관련하여 사용될 수 있다. 마찬가지로, 임의의 세트들이 여기에 기재된 각종 특징들, 예컨대, 이들로 제한되지 않지만, 형상, 크기, 간격, 패턴, 배열 등을 포함할 수 있다.
당업자라면 위에서 개시된 디자인은 다양하게 개조될 수 있고, 방향성 프로파일의 분포를 변경시킬 수 있음을 용이하게 인식할 것이다. 예를 들어, 도 26 및 도 27은 오목한 연결 창(79)이 도광체 내에 볼록 곡면형 출력 창을 지니는 조명원(800)의 부분적인 삽입을 허용하는 소정의 다른 실시형태를 예시하고 있다.
개시된 내용의 소정 실시형태들이 설명되었지만, 이들 실시형태는 단지 예로서 제시되었으며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다. 광범위한 다양한 대안적인 구성도 가능하다. 예를 들어, 구성요소(예를 들어, 층)가 추가되거나 제거되거나 재배열될 수 있다. 마찬가지로, 처리 방법의 단계들이 추가되거나 제거되거나 재정비될 수 있다.
따라서, 소정의 바람직한 실시형태 및 실시예가 위에서 설명되었지만, 당업자라면, 본 발명이 구체적으로 개시된 실시형태를 넘어 다른 대안적인 실시형태 및/또는 용도 및 그의 명백한 변경 및 등가물까지 확대되는 것임을 이해할 것이다. 또한, 수개의 변형예가 상세히 표시되고 설명되었지만, 본 발명의 범위 내인 다른 실시형태가 이 개시를 기초로 하여 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 또, 상기 실시형태들의 구체적인 특성 및 양상들의 조합 혹은 서브조합이 행해질 수 있고, 이 또한 본 발명의 범위 내인 것으로 상정된다. 개시된 실시형태의 각종 특성과 양상들은 다양한 모드 및 실시형태를 형성하기 위하여 서로 조합되거나 치환될 수 있음을 이해할 필요가 있다. 이와 같이 해서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위는 위에서 설명된 특별히 개시된 실시형태로 제한되어서는 안되도록 의도되어 있다.

Claims (52)

  1. 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부(edge)를 더 포함하는 도광체(light guide); 및
    미세구조체들(microstructures)의 어레이를 포함하는, 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부를 포함하되,
    상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하고, 상기 미세구조체는 복수개의 프리즘과 복수개의 렌즈를 포함하는 것인 조명장치.
  2. 제1항에 있어서, 상이한 상기 프리즘과 렌즈 사이에 복수개의 간극(gap)을 더 포함하되, 해당 간극은 상기 에지부들 중 상기 적어도 하나에 대해서 평행한 평탄면을 포함하는 것인 조명장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프리즘 중 적어도 하나가 비대칭 구조를 포함하는 것인 조명장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비대칭 구조는 상기 적어도 하나의 에지 상에 제1면과 제2면을 포함하되, 해당 제1면과 제2면은 직각을 형성하는 것인 조명장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 프리즘들은 상기 적어도 하나의 에지부에 대해서 수직인 단면으로부터 보아서 서로에 대해서 약 90°의 각도로 배향된 제1평면과 제2평면을 지니는 원통형 미세구조체들을 포함하는 것인 조명장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 렌즈는 원통형 렌즈들을 포함하는 것인 조명장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 프리즘은 상기 어레이 내의 제1주기적 패턴에 포함되고, 제2의 복수개의 렌즈가 상기 어레이 내의 제2주기적 패턴에 포함되는 것인 조명장치.
  8. 제7항에 있어서, 실질적으로 동일한 단면을 지니는 미세구조체들이 상기 어레이에 주기적으로 존재하여, 상이한 단면을 지니는 미세구조체들에 의해 분리된 것인 조명장치.
  9. 제1항에 있어서, 실질적으로 동일한 크기를 지니는 미세구조체들이 상기 어레이에 주기적으로 존재하여, 상이한 크기를 지니는 미세구조체들에 의해 분리된 것인 조명장치.
  10. 제1항에 있어서, 실질적으로 동일한 간격을 지니는 미세구조체들이 상기 어레이에 주기적으로 존재하여, 상이한 간격을 지니는 미세구조체들에 의해 분리된 것인 조명장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 미세구조체는 반복되는 패턴을 형성하는 미세구조체의 서브세트를 포함하는 것인 조명장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체들은 약 5 내지 500미크론의 폭을 지니는 것인 조명장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 약 0.1 내지 3㎜의 간격을 지니는 것인 조명장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체들은 약 500미크론 이하의 간격을 지니는 것인 조명장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 도광체는 곡선 형상의 광학 입구창을 포함하고, 상기 미세구조체들은 상기 곡선 형상의 광학 입구창 상에 배치된 것인 조명장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체를 통해 상기 도광체 내로 광을 도입하도록 상기 도광체에 대해서 배치된 광원을 더 포함하는 조명장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하고, 상기 미세구조체들을 포함하지 않는 상기 광원으로부터의 광을 수광하기 위하여 상기 도광체 내에 상기 도광체 상의 평탄한 광학 면에 대해서 상기 광의 각도 분포를 확장시키도록 구성된 것인 조명장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 상기 도광체에 대한 임계각을 초과하는 법선(normal)에 관해서는 소정 각도 이상으로 상기 광의 각도 분포를 확장시키도록 구성된 것인 조명장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 도광체에 대한 상기 임계각은 적어도 37°인 것인 조명장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 도광체에 대한 상기 임계각은 적어도 42°인 것인 조명장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 받침대(pedestal) 상에 중심 피크가 배치된 상기 광의 각도 분포를 제공하도록 구성된 것인 조명장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 보다 큰 각에 대해서 축상 휘도(on-axis brightness)의 감소를 지니는 광의 각도 분포를 제공하도록 구성된 것인 조명장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 광원으로부터의 광을 수광하여, 상기 도광체 내에 중심 축으로부터 실질적으로 균일한 폴-오프(fall-off)를 지니는 광의 각도 분포를 제공하도록 구성된 것인 조명장치.
  24. 제16항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드인 것인 조명장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 도광체의 면이 복수개의 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 조명하도록 해당 복수개의 공간 광 변조기의 앞쪽에 배치되는 것인 조명장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 복수개의 공간 광 변조기는 간섭계 변조기들(interferometric modulators)의 어레이를 포함하는 것인 조명장치.
  27. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 보다 큰 제1세트의 특성부(feature)와 해당 제1세트의 특성부 위에 위치된 보다 작은 제2세트의 특성부를 포함하는 것인 조명장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1 또는 제2세트는 평면 부분을 포함하는 것인 조명장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 제1 또는 제2세트의 특성부는 곡면 부분(curved portion)을 포함하는 것인 조명장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 제1세트의 특성부가 곡면 부분을 포함하고 상기 제2세트의 특성부가 평면 부분을 포함하거나, 상기 제1세트의 특성부가 평면 부분을 포함하고 상기 제2세트의 특성부가 곡면 부분을 포함하는 것인 조명장치.
  31. 제27항에 있어서, 상기 제1세트의 특성부가 렌즈를 포함하고 상기 제2세트의 특성부가 프리즘 특성부를 포함하거나, 상기 제1세트의 특성부가 프리즘 특성부를 포함하고 상기 제2세트의 특성부가 렌즈를 포함하는 것인 조명장치.
  32. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 +/- 45°의 시야각에서 10% 미만의 불균일성(nonuniformity)을 제공하는 것인 조명장치.
  33. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 +/- 60°의 시야각에서 10% 미만의 불균일성을 제공하는 것인 조명장치.
  34. 제1항에 있어서, 상기 미세구조체는 반사 혹은 회절에 의해서라기보다는 실질적으로 굴절을 통해서 광을 방향변경(redirect)시키는 것인 조명장치.
  35. 제1항에 있어서,
    디스플레이;
    상기 디스플레이와 통신하도록 구성된 동시에, 화상 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서와 통신하도록 구성된 메모리 장치를 추가로 포함하는 조명장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 디스플레이에 적어도 하나의 신호를 전송하도록 구성된 드라이버 회로를 추가로 포함하는 조명장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 화상 데이터의 적어도 일부를 상기 드라이버 회로로 전송하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하는 조명장치.
  38. 제35항에 있어서, 상기 화상 데이터를 상기 프로세서에 전송하도록 구성된 화상 공급원 모듈(image source module)을 추가로 포함하는 조명장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 화상 공급원 모듈은 수신기, 트랜스시버 및 전송기 중 적어도 하나를 구비하는 것인 조명장치.
  40. 제35항에 있어서, 입력 데이터를 수신하고 해당 입력 데이터를 상기 프로세서와 통신하도록 구성된 입력 장치를 추가로 포함하는 조명장치.
  41. 제35항에 있어서, 상기 디스플레이는 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 것인 조명장치.
  42. 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광체; 및
    미세구조체들의 어레이를 포함하는, 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부를 포함하되,
    상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하고, 상기 미세구조체는 제2세트의 특성부들의 각각 상에 위치된 제1세트의 특성부들을 포함하고, 상기 제2세트의 특성부들의 각각은 상기 제1세트의 특성부들의 각각보다 작은 것인 조명장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 제1 및 제2세트 중 적어도 한쪽의 상기 미세구조체들은 평면 부분들을 포함하는 것인 조명장치.
  44. 제42항에 있어서, 상기 제1 및 제2세트 중 적어도 한쪽의 상기 미세구조체들은 곡면 부분들을 포함하는 것인 조명장치.
  45. 제42항에 있어서, 상기 제1세트의 특성부들은 렌즈들을 포함하고 상기 제2세트의 특성부들은 프리즘들을 포함하는 것인 조명장치.
  46. 제42항에 있어서, 상기 제1세트의 특성부들은 프리즘들을 포함하고, 상기 제2세트의 특성부들은 렌즈들을 포함하는 것인 조명장치.
  47. 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광수단(light guiding means); 및
    광 지향 수단(light directing means)들의 어레이를 포함하는, 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부를 포함하되,
    상기 도광수단은 해당 도광수단의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하고, 상기 광 지향 수단은 복수개의 제1의 광 지향 수단과 복수개의 제2의 광 지향 수단을 포함하며, 상기 제1의 광 지향 수단은 각진 평면을 포함하고, 상기 제2의 광 지향 수단은 곡면을 포함하는 것인 조명장치.
  48. 제47항에 있어서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하거나, 혹은 상기 광 지향 수단은 미세구조체를 포함하거나, 혹은 상기 제1의 광 지향 수단은 프리즘을 포함하거나, 혹은 상기 제2의 광 지향 수단은 렌즈를 포함하는 것인 조명장치.
  49. 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광수단; 및
    광 지향 수단들의 어레이를 포함하는, 상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부를 포함하되,
    상기 도광수단은 해당 도광수단의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하고, 상기 광 지향 수단은 제2세트의 광 지향 수단의 각각 상에 제1세트의 광 지향 수단을 포함하며, 상기 제2세트의 광 지향 수단은 상기 제1세트의 광 지향 수단보다 작은 것인 조명장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하거나, 혹은 상기 광 지향 수단은 미세구조체들을 포함하거나, 혹은 상기 제1세트의 광 지향 수단은 제1세트의 미세구조체들을 포함하거나, 혹은 상기 제2세트의 광 지향 수단은 제2세트의 미세구조체들을 포함하는 것인 조명장치.
  51. 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광체를 제공하는 단계; 및
    상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 미세구조체들의 어레이를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하고, 상기 미세구조체들은 복수개의 프리즘과 복수개의 렌즈를 포함하는 것인, 조명장치의 제조방법.
  52. 정면과 배면을 지니고, 해당 정면과 배면 사이에 복수개의 에지부를 더 포함하는 도광체를 제공하는 단계; 및
    상기 에지부들 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 미세구조체들의 어레이를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 도광체는 해당 도광체의 길이를 따른 광의 전파를 지원하는 재료를 포함하고, 상기 미세구조체는 제2세트의 특성부들의 각각 상에 위치된 제1세트의 특성부들을 포함하고, 상기 제2세트의 특성부들의 각각은 상기 제1세트의 특성부들의 각각보다 작은 것인, 조명장치의 제조방법.
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