KR20120099351A - 미소 기전 시스템 전기 스위치를 구비한 간섭 변조기 어레이 - Google Patents

미소 기전 시스템 전기 스위치를 구비한 간섭 변조기 어레이 Download PDF

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Abstract

간섭 변조기 어레이에 변형가능한 캐비티 미소 기전 시스템 전기 스위치를 통합하여 일체화한다. 상기 전기 스위치는 디스플레이 소자와 물리적 구조(physical geometry)가 유사할 수 있다. 상기 전기 스위치는 디스플레이용의 수평열 또는 수직열 선택 기능을 구현할 수 있다.

Description

미소 기전 시스템 전기 스위치를 구비한 간섭 변조기 어레이 {INTERFEROMETRIC MODULATOR ARRAY WITH INTEGRATED MEMS ELECTRICAL SWITCHES}
본 발명의 기술분야는 미소 기전 시스템(Micro Electro-Mechanical System, MEMS)에 관련된다.
미소 기전 시스템은 미소 기계 소자, 액추에이터, 및 전자 기기를 포함한다. 미소 기계 소자는 침적(deposition), 에칭, 및/또는, 기판 및/또는 침적된 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 변조기(interferometric modulator)가 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 간섭 변조기 또는 간섭 광 변조기는 광 간섭의 원리를 사용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 기기를 말한다. 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. 여기에 더욱 상세하게 개시한 바와같이, 하나의 플레이트의 다른 플레이트에 대한 위치는 간섭 변조기에 입사하는 광의 광학적 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 발명은 시스템 비용을 줄이기 위하여 미소 기전 시스템 전기 스위치를 통합한 간섭 변조기 어레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 시스템, 방법 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.
일실시예에서, 본 발명은 미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 수평열 및 수직열을 포함하는 미소 기전 시스템 디스플레이 부분, 및 상기 디스플레이 부분에 인접하여 하나 이상의 추가 수평열 또는 수직열의 미소 기전 시스템 스위치 소자들로서 형성된 복수의 미소 기전 시스템 스위치를 구비하는 디스플레이 기기를 포함한다. 몇몇 실시예에서는, 복수의 미소 기전 시스템 스위치 중 일부는 변형가능한 캐비티 미소 기전 시스템 스위치이고, 단자들, 전극 및 변형가능한 층을 포함한다. 상기 변형가능한 층은 상기 전극과의 사이의 전압에 반응한다. 미소 기전 시스템 스위치는 유리 기판 상에 형성될 수 있으며, 수평열 또는 수직열 선택 회로의 일부를 형성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 디스플레이 기기는 또한 상기 디스플레이 소자와 전기적으로 연결된 프로세서, 및 상기 프로세서와 전기적으로 연결된 메모리 기기를 포함할 수 있다. 이러한 몇몇 실시예는 또한 상기 디스플레이 소자에 적어도 하나의 신호를 전송하도록 구성된 제1 컨트롤러, 및 상기 제1 컨트롤러에 상기 이미지 데이터의 적어도 일부를 전송하도록 구성된 제2 컨트롤러, 또는 상기 프로세서에 상기 이미지 데이터를 전송하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 포함할 수 있다. 상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 이미지 소스 모듈은 또한 입력 데이터를 수신하고, 상기 입력 데이터를 상기 프로세서에 전달하도록 구성된 입력 기기를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서는 데이터에 기초하여 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 기기를 포함하며, 상기 디스플레이 기기는, 수평열 및 수직열을 포함하고 상기 이미지의 적어도 일부분을 미소-전자기계적으로(microelectromechanically) 디스플레이하는 수단, 및 상기 디스플레이하는 수단에 인접하는 하나 이상의 추가 수평열 또는 수직열을 포함하며, 상기 데이터를 상기 디스플레이하는 수단으로 스위칭하는 수단을 포함한다. 상기 디스플레이 기기의 디스플레이하는 수단은, 미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 수평열 및 수직열을 포함하는 미소 기전 시스템 디스플레이 부분을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 기기의 스위칭 수단은 상기 디스플레이 부분에 인접하는 미소 기전 시스템의 하나 이상의 추가 수평열 및 수직열로서 형성된 복수의 미소 기전 시스템 스위치를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 기기는 수평열 또는 수직열을 선택하는 수단, 및 데이터를 상기 선택된 수평열 및 수직열로 스위칭하는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 기기는 상기 수평열 및 수직열의 선택에 사용되는 컨트롤러 포함할 수 있다. 상기 스위칭하는 수단은 상기 디스플레이 부분에 인접하는 미소 기전 시스템의 하나 이상의 추가 수평열 및 수직열로서 형성된 복수의 미소 기전 시스템 스위치를 포함할 수 있다.
미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 수평열 및 수직열을 포함하는 미소 기전 시스템 디스플레이 부분, 및 상기 디스플레이 부분에 인접하여 하나 이상의 추가 수평열 또는 수직열의 미소 기전 시스템 스위치 소자들로서 형성된 복수의 미소 기전 시스템 스위치를 포함하는 디스플레이 기기 상에 이미지를 디스플레이하는 방법은, 상기 미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 수평열 및 수직열 상에 디스플레이하기 위해 이미지 데이터를 제공하는 단계, 상기 하나 이상의 추가 수직열의 미소 기전 시스템 스위치들 중 하나의 스위치를 가지고 하나의 수평열에 디스플레이를 위한 이미지를 스위칭하는 단계, 및 상기 미소 기전 시스템 스위치의 하나 이상의 추가 수평열의 스위치를 가지는 수직열에 디스플레이를 위해 이미지를 스위칭하는 단계를 포함한다. 몇몇 디스플레이 방법에서는, 이미지 데이터를 스위칭하는 단계는 변형가능한 캐비티 내의 변형가능한 층을 이동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 변형가능한 층은 전극과의 사이의 전압에 반응하며, 제1 단자와 제2 단자를 선택적으로 접속 가능하다.
미소 기전 시스템 디스플레이 기기를 제조하는 방법은, 기판상에 미소 기전 시스템 디스플레이 소자의 수평열 및 수직열를 형성하는 단계 및 상기 기판과 동일하거나 상이한 기판 상에 적어도 일부가 상기 디스플레이에 연결되는 하나 이상의 수평열 또는 수직열의 미소 기전 시스템 스위치들을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 디스플레이 소자를 형성하는 단계 및 복수의 미소 기전 시스템 스위치를 형성하는 단계는 적어도 몇몇의 공통 공정 단계의 수행을 포함할 수 있다. 상기 미소 기전 시스템 디스플레이 소자 및 상기 미소 기전 시스템 스위치는 또한 공통 유리 기판 상에 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면 간섭 변조기와 동일한 기본 구조로 미소 기전 시스템 스위치를 만들어 간섭 변조기 어레이에 통합함으로써 시스템 비용을 줄일 수 있다.
도 1은, 제1 간섭 변조기의 이동가능한 반사층이 해방 위치에 있고, 제2 간섭 변조기의 이동가능한 반사층은 작동 위치에 있는, 간섭 변조기 디스플레이의 일실시예의 일부를 도시한 등각투영도이다.
도 2는 3x3 간섭 변조기 디스플레이를 포함하는 전자 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다.
도 3은, 도 1의 간섭 변조기의 일실시예에서, 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 6a는 디스플레이 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도 이다.
도 6b는 디스플레이 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도 이다.
도 7a 는 도 1에 도시된 기기의 단면도이다.
도 7b는 간섭 변조기의 다른 실시예의 단면도이다.
도 7c는 간섭 변조기의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 미소 기전 시스템 스위치의 일실시예를 나타낸 것이다.
도 9 는 미소 기전 시스템 스위치의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 10a 및 도10b는 미소 기전 시스템 스위치를 사용한 간섭 변조기 어레이의 일실시예를 나타낸 회로도 이다.
도 11a 및 도 11b는 미소 기전 시스템 스위치를 사용한 간섭 변조기 어레이의 일실시예를 나타낸 회로도 이다
도 12 는 미소 기전 시스템 스위치의 한 형태를 사용한 인버터, AND, 및 OR 논리 기 기능의 일실시예를 나타낸 것이다.
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. 다음의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 실시예들은 동적(예: 비디오) 또는 정적(예: 스틸 이미지)으로, 그리고 텍스트 형태 또는 그림 형태로 이미지를 표시하도록 구성된 모든 기기에 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 디스플레이), 조종석 제어 장치 및/또는 디스플레이, 감시 카메라의 디스플레이(예컨대, 자동차에서의 후방 감시 카메라의 디스플레이), 전자 사진 액자, 전자 게시판 또는 전자 표시기, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물, 및 미적 구조물(예컨대, 보석 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.
간섭계 미소 기전 시스템 디스플레이 소자를 포함하여 구성된 간섭 변조기 디스플레이의 일실시예가 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 “패쇄 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 등각투영도다. 여기서, 각 픽셀은 미소 기전 시스템의 간섭 변조기를 포함하여 구성된다. 일부 실시예에서, 간섭 변조기 디스플레이는 이들 간섭 변조기들의 행렬 어레이을 포함하여 구성된다. 각각의 간섭 변조기는, 적어도 하나의 치수가 가변적인 공진 광학 캐비티를 형성하도록 서로 가변적이고 제어가능한 거리를 두고 배치되어 있는 한 쌍의 반사층을 포함한다. 일실시예에서, 이 반사층들 중 하나가 두 개의 위치 사이에서 이동될 수 있다. 제1 위치에서(여기서는 “해방 상태”라고 한다), 이동가능한 층은 부분적으로 반사하는 고정된 층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치한다. 제2 위치에서, 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, 이동가능하고 반사성이 높은 층(14a)이 부분적으로 반사하는 고정된 층(16a)으로부터 소정의 거리를 두고 해방 위치에 있는 것이 도시되어 있다. 우측에 있는 간섭 변조기(12b)에서는, 이동가능하고 반사성이 높은 층(14b)이 부분적으로 반사하는 고정된 층(16b)에 인접한 작동 위치에 있는 것이 도시되어 있다.
고정된 층(16a, 16b)은 전기적으로 도전성을 가지고 있고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성을 가지고 있고, 예컨대 투명 기판(20) 상에 크롬과 인듐주석산화물(ITO)로 된 하나 이상의 층을 침적시킴으로써 제조될 수 있다. 이들 층을 병렬 스트립으로 패턴화하여, 이하에서 설명하는 바와 같이, 디스플레이의 수평열 전극(row electrode)을 형성할 수 있다. 이동가능한 층(14a, 14b)은, 포스트(18)와 이 포스트들 사이에 개재된 희생 재료의 표면에 침적된 금속층(들)으로 된 일련의 병렬 스트립(수평열 전극(16a, 16b)에 수직하는)으로 형성될 수 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 변형가능한 금속층(14a, 14b)이 에어갭(19)에 의해 고정된 금속층으로부터 이격된다. 변형가능한 층은 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, 층(14a)과 층(16a) 사이에 캐비티(19)가 그대로 존재하게 되어, 변형가능한 층이 도 1의 픽셀(12a)로 도시된 바와 같이 기계적으로 해방된 상태로 있게 된다. 그러나, 선택된 행과 열에 전위차가 인가되면, 해당하는 픽셀에서 수평열 전극과 수직열 전극이 교차하는 지점에 형성된 커패시터가 충전되어, 정전기력이 이들 전극을 서로 당기게 된다. 만일 전압이 충분히 높다면, 이동가능한 층이 변형되어, 도 1에서 우측에 도시된 픽셀(12b)과 같이, 고정된 층에 대해 힘을 받게 된다(도 1에는 도시하지 않았지만, 단락을 방지하고 이격 거리를 제어하기 위해 고정된 층 상에 유전 재료를 배치할 수 있다). 이러한 양상은 인가된 전위차의 극성에 관계 없이 동일하다. 이러한 방식으로, 반사와 비반사의 픽셀 상태를 제어할 수 있는 수평열/수직열 구동은 종래의 액정 디스플레이나 다른 디스플레이 기술에서 사용되었던 방식과 여러 가지 면에서 유사하다.
도 2 내지 도 5b는 디스플레이 응용예에에 간섭 변조기의 어레이를 사용하는 공정 및 시스템의 일례를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 여러 측면을 포함할 수 있는 전자 기기의 일실시예를 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®, Power PC®, 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.
일실시예에서, 프로세서(21)는 또한 어레이 컨트롤러(22)와 통신하도록 구성된다. 일실시예에서, 어레이 컨트롤러(22)는 픽셀 어레이(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(hysteresis window)” 또는 “안정 영역(stability window)”이라고 부른다. 도 3의 히스테리시스 특성을 가진 디스플레이 어레이에서는, 수평열/수직열 구동 프로토콜은 수평열 스토로브(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 해방 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, 첫번째 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 두번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동된 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 리프레쉬(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 -Vbias로 설정하고 해당하는 수평열은 +ΔV로 설정한다. 각각의 전압은 -5볼트 및 +5볼트에 대응할 수 있다. 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당하는 수직열은 +Vbias로 설정하고 해당하는 수평열은 동일한 값의 +ΔV로 설정하여, 픽셀을 걸리는 전위차가 0(영)볼트가 되도록 한다. 수평열의 전압이 0(영)볼트로 되어 있는 수평열에서는, 수직열이 +Vbias이든 -Vbias이든 관계없이 픽셀들이 원래의 상태로 안정된다. 도 4에 또한 도시된 바와 같이, 전술한 것과 반대 극성의 전압을 사용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예컨대, 픽셀의 구동은 적당한 수직열을 +Vbias로, 그리고 적당한 수평열을 -ΔV로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 적당한 수직열을 -Vbias로, 그리고 적당한 수평열을 동일한 -ΔV로 설정하여, 픽셀 양단에 0(영) 볼트 전위차를 생성함으로써 픽셀의 해방시킬 수 있다.
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 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 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 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 변화될 수 있으며, 위의 예는 단지 예시일 뿐이며, 작동 전압 방법은 여기에 개시한 시스템 및 방법과 사용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 디스플레이 기기(40)의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 디스플레이 기기(40)는, 예컨대 휴대 전화기일 수 있다. 하지만, 디스플레이 기기(40)의 동일한 구성요소 또는 그것을 약간 변형한 것도 또한 텔레비전 및 휴대형 매체 플레이어와 같은 여러 형태의 디스플레이 기기의 예가 된다.
디스플레이 기기(40)는 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(44), 입력 기기(48), 및 마이크(46)를 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형이나 진공 성형을 포함하여 해당 기술분야에서 잘 알려진 여러 가지 제조 공정 중 어느 것에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 하우징(41)은, 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하여 여러 가지 재료 중 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 일실시예에서, 하우징(41)은 분리가능한 부분(도시되지 않음)을 포함하고, 이 분리가능한 부분은 다른 색깔이나 다른 로고, 그림 또는 심볼을 가진 다른 분리가능한 부분으로 교체될 수 있다.
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, 해당 기술분야에서 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 디스플레이(30)는 전술한 바와 같이 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD와 같은 평판 디스플레이, 또는 CRT나 기타 튜브 디스플레이 기기 등과 같은 비평판 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명하기 위해, 디스플레이(30)는 여기서 개시하는 바와 같이 간섭 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시된 디스플레이 기기(40)의 일실시예에서의 구성요소가 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시된 디스플레이 기기(40)는 하우징(41)을 포함할 수 있으며, 적어도 부분적으로 수용된 부가적인 구성요소를 포함한다. 예컨대, 일실시예에서, 본 예의 디스플레이 기기(40)가 송수신기(47)와 연결된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함할 수 있다. 송수신기(47)는 프로세서(21)에 연결되어 있고, 프로세서(21)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결되어 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 고르게 하도록(예컨대, 신호를 필터링하도록) 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(44)와 마이크(46)에 연결되어 있다. 프로세서(21)는 입력 기기(48)와 드라이버 컨트롤러(29)에도 연결되어 있다. 드라이버 컨트롤러(29)는 프레임 버퍼(28)와 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있고, 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(30)에 연결되어 있다. 전원(50)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 특정 설계에 따라 요구되는 모든 구성요소에 전력을 공급한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시된 디스플레이 기기(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 기기들과 통신할 수 있도록 안테나(43)와 송수신기(47)를 포함한다. 일실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 부담을 경감하기 위해 어느 정도의 처리 능력을 가질 수도 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하는 것으로서, 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 어떠한 안테나라도 무방하다.
　　일실시예에서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하여 IEEE802.11 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시예에서, 안테나는 블루투스 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 휴대 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 휴대폰 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. 송수신기(47)는 또한 프로세서(21)로부터 수신된 신호를 처리하고, 그 신호는 안테나(43)를 통해 예시된 디스플레이 기기(40)로부터 송신될 수 있다.
　　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(그레이 스케일 레벨)를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 프로세서(21)는 마이크로컨트롤러, CPU, 또는 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하는 논리 유닛을 포함한다. 일반적으로, 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 스피커(44)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 래스터(raster)와 같은 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 하드웨어로서 내장될 수도 있고, 프로세서(21)에 소프트웨어로서 내장될 수도 있으며, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 드라이버 컨트롤러(29)로부터 재구성된 정보를 받아서, 이 비디오 데이터를 디스플레이의 x-y 행렬의 픽셀들로부터 이어져 나온 수 백 때로는 수 천 개의 리드선에 초당 수 회에 걸쳐 인가되는 병렬의 파형 세트로 변환한다.
일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 기술한 어떠한 형태의 디스플레이에 대해서도 적합하다. 예컨대, 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 종래의 디스플레이 컨트롤러 또는 쌍안정 디스플레이 컨트롤러(예컨대, 간섭 변조기 컨트롤러)이다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예컨대, 간섭 변조기 디스플레이)이다. 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 어레이 드라이버(22)와 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. 일실시예에서, 입력 기기(48)는 쿼티(QWERTY) 키보드나 전화기 키패드 등의 키패드, 버튼, 스위치, 터치 스크린, 압력 또는 열 감지 막을 포함한다. 일실시예에서, 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, 일실시예에서, 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 7c는 이동하는 미러 구조의 세가지 다른 예를 보여준다. 도 7a는 도 1에 도시된 실시예의 단면도로서, 금속 재료로 된 스트립(14)이 직각으로 연장된 지지대(18) 상에 배치되어 있다. 도 7b에서, 이동가능한 반사 재료(14)가 연결선(32)에 의해 그 코너에서만 지지대에 부착되어 있다. 도 7c에서, 이동가능한 반사 재료(14)가 변형가능한 층(34)에 매달려 있다. 이 실시예는, 반사 재료(14)에 대한 구조적 설계와 재료는 광학 특성에 대해 최적화될 수 있고, 변형가능한 층(34)에 대한 구조적 설계와 재료는 원하는 기계적 특성에 대해 최적화될 수 있기 때문에 유용하다. 여러 가지 형태의 간섭 기기의 제조에 대해, 예컨대 미국특허공개 제2004/0051929호를 포함하여 여러 공개 문헌에 기술되어 있다. 일련의 재료 침적, 패터닝 및 에칭 단계들을 포함하여, 상술한 구조를 제조하기 위해 다양한 공지 기술이 사용될 수 있다.
몇몇 변형예에서, 간섭 변조기의 기본 구조를 미소 기전 시스템 스위치로 사용할 수 있다. 도 8a는 미소 기전 시스템 스위치(700)의 측단면도 이다. 도 8a의 미소 기전 시스템 스위치(700)는 도 7a의 간섭 변조기와 유사한 변형가능한 캐비티 구조를 가지고 있다. 미소 기전 시스템 스위치(700)은 두 개의 단자(706), 절연층(710), 및 도전성 스트립(708)을 더 포함한다. 미소 기전 시스템 스위치(700)는 두 개의 단자(706) 사이에 전기적인 접촉을 선택적으로 제공하는 구조이다. 보다 상세하게는, 단자들(706)이 전기적 접촉 상태이면 미소 기전 시스템 스위치(700)가 폐쇄된 것으로 간주하고, 단자들(706)이 전기적 비접촉 상태이면 미소 기전 시스템 스위치(700)가 개방된 것으로 간주한다. 기계적으로 해방된 상태에서, 단자들(706)은 전기적 비접촉 상태이고, 따라서 미소 기전 시스템 스위치(700)는 개방 상태이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 미소 기전 시스템 스위치(700)는 이동가능한 재료(714), 도전성 스트립(708), 및 이동가능한 재료(714)와 도전성 스트립(708) 사이의 절연층(710)을 포함한다. 기판(720)은 전극(702), 및 전극(702) 상의 절연층(704)을 지지한다. 서로 떨어져 있는 두 개의 단자(706)는 절연층(704) 상에 및/또는 절연층(704)을 통해 형성되어 있다. 단자들(706)은 통로(via)를 사용하여 절연층(704) 및/또는 전극(702)을 통해 다른 회로에 접속할 수 있다. 절연층(704) 및 이동가능한 재료(714)는 캐비티(707)를 규정하도록 지지대(718)에 의해 기계적으로 분리되어 있다. 간섭 변조기에 대해 전술한 바와 같이, 이동가능한 재료(714)는 변형가능하므로, 이동가능한 재료(714)와 전극(702) 사이에 전압 차를 인가하면, 이동가능한 재료(714)는 기판(720) 쪽으로 변형될 수 있다. 이것은 도 7a의 반사 재료(14), 기판(20), 전극(16), 및 반사층(14a, 14b), 그리고 도 1의 투명 기판(20), 및 반사층(16a, 16b) 과도 비슷하다. 이동가능한 재료(714) 상에는 절연체(710)가 있을 수 있고, 절연체(710) 상에는 도전성 스트립(708)이 있을 수 있다. 도전성 스트립(708)은, 이동가능한 재료(714)가 전술한 바와 같이 인가된 전위에 의해 기판(720) 쪽으로 구부러지면, 단자들(7067)이 전기적 접촉 상태가 되어 미소 기전 시스템 스위치(700)이 폐쇄되도록 정렬되어 있다. 본 실시예에서, 단자들(706)과 이동가능한 재료(714) 사이의 접촉이 이동가능한 재료(714)와 전극(702) 사이에 인가된 전압차를 교한하지 않도록, 도전성 스트립(708)은 절연체(710) 에 의해 이동가능한 재료(714)와 전기적으로 절연되어 있다. 절연을 필요로 하지 않는 몇몇 실시예에서는, 도전성 스트립(708)과 절연체(710)는 불필요하며, 이동가능한 재료(714) 그 자체가 두 개의 단자(706)를 연결하는 도체로 기능할 수 있다. 이동가능한 재료(714)와 전극(702) 사이에 인가된 전압이 어떤 일정한 레벨 이하로 감소되면(전술한 바와 같이), 이동가능한 재료(714)는 기계적으로 해방된 상태로 돌아가고, 미소 기전 시스템 스위치(700)는 개방된다.
도 8b은 미소 기전 시스템 스위치(700)의 평면도이다. 지지대(718), 도전성 스트립(708), 및 단자들(706)은 이동가능한 재료(714)를 통해 보이는 대로 도시되어 있다. 도전성 스트립(807)은 이동가능한 재료(714)에 비해 상당히 작을 수 있다. 이것은 일단 도전성 스트립(708)이 전극들에 접촉하면, 도전성 스트립(708) 상의 전위가 이동가능한 재료(714) 상의 전위와 다를 수 있기 때문에, 이동가능한 재료(714)와 전극(702) 사이의 기전력(electromotive force)이 도전성 스트립(708)과 전극(702) 사이의 기전력보다 다 커도록 보장하기 위한 것이다.
도 9는 또 다른 실시예의 미소 기전 시스템 스위치(800)의 측단면도 이다. 미소 기전 시스템 스위치(800)은 도 7c의 간섭 변조기와 유사한 구조적 특징을 가지고 있다. 이 미소 기전 시스템 스위치(800)는 또한 도 8a의 미소 기전 시스템 스위치(700)의 기능 및 특징과 유사한 미소 기전 시스템 스위치 기능 및 특징을 가지고 있다.
미소 기전 시스템 스위치는 간섭 변조기 어레이에 논리 및 스위칭 기능의 통합이 용이하도록 간섭 변조기와 동일한 기본 구조로 만들었다. 간섭 소자의 제조와 다른 방식으로 제조된 스위치, 및 유리 기판 상에 침적된 실리콘 박막을 사용하여 제조된 좀 더 전통적인 스위치와 같은, 다른 형태의 스위치를 통합하는 것도 가능하다. 하지만, 하지만, 간섭 변조기 기반 미소 기전 시스템 스위치의 제조는 간섭 변조기의 제조에 사용되는 것과 동일한 많은 공정 단계를 사용하여 실행될 수 있기 때문에, 이들 미소 기전 시스템 스위치는, 예컨대 디스플레이용으로 사용되는 간섭 변조기의 어레이와 동일한 기판 상에 싼값으로 통합될 수 있다.
예컨대, 제조 공정 중에 간섭 변조기 및/또는 미소 기전 시스템 스위치에 대해 특별한 단계들이 수행될 수 있지만, 일실시예에서는 미소 기전 시스템 스위치와 간섭 변조기를 동일한 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 예컨대, 간섭 변조기의 제조에는 미소 기전 시스템 스위치에 단자들을 부가하기 위한 침적 및 에칭 단계가 불필요하다. 이러한 실시예에서, 전극을 형성하는 단계 등과 같은 몇몇 공통 단계가 수행될 것이다. 미소 기전 시스템 스위치는 그 다음에 형성될 것이다. 이러한 단계 다음에 간섭 변조기와 미소 기전 시스템 스위치 모두에 필요한 더 많은 단계들이 수행될 것이고, 따라서 결합된 간섭 변조기와 미소 기전 시스템 스위치 어레이를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 간섭 변조기의 제조에 사용된 것과 동일한 공정이 미소 기전 시스템 스위치의 제조에 사용된다. 간섭 변조기를 기판 상에 먼저 제조한 다음, 그 기판 상에 미소 기전 시스템 스위치를 제조할 수 있다. 유사하게, 미소 기전 시스템 스위치를 기판 상에 먼저 제조한 다음, 그 기판 상에 간섭 변조기를 제조할 수도 있다. 어느 경우에도, 미소 기전 시스템 스위치가 간섭 변조기와 동일한 구조를 많이 포함하고 있기 때문에, 제조 공정을 아주 많이 변경할 필요는 없다.
도 10a은 수평열 선택 기능을 수행하는 통합된 미소 기전 시스템 스위치를 구비하는 간섭 변조기의 일 실시예를 나타낸 개략적인 회로도이다. 고속 수평열 카운트를 가지는 디스플레이를 적은 수의 수평열 출력 라인을 갖는 디스플레이 드라이버와 같이 구동하기를 원하는 경우에, 이 수평열 선택 기능은 몇몇 디스플레이 실시예에서 유용하다. 예컨대, 컬러 픽셀을 구비한 디스플레이는, 동일한 픽셀 수의 흑백 디스플레이보다 3배 많은 수직열과 4배 많은 수평열을 가질 수 있다. 이러한 컬러 실시예에서, 각각의 픽셀은 네 개의 적색 변조기, 네 개의 청색 변조기, 및 네 개의 녹색 변조기를 포함할 수 있다. 12개의 “서브 픽셀” 세트의 반사 상태는 전체적인 픽셀의 인지되는 컬러를 결정한다. 이 실시예에서, 4배 많은 수평열 구동기 출력이 보통은 필요할 것이다. 하지만, 도 10a(서브 픽셀 12개의 세트 하나를 도시함)에 나타낸 스위치 구성으로는, 서브 픽셀 12개의 세트 각각에 대해 단 하나의 수평열 구동기 출력만이 필요하다. 이 실시예는 도 8a, 도 8b 및 도 9에 도시된 것과 동일한 실시예의 미소 기전 시스템 스위치를 사용할 수 있지만, 다른 미소 기전 시스템 스위치 실시예도 또한 가능하다. 수평열 선택 기능은 간섭 변조기 어레이에 데이터를 기록할 때 사용된다. 일실시예에서, 간섭 변조기 어레이의 특정한 서브 수평열(sub-row)의 소정의 상태에 대응하는 데이터를 복수의 수평열 및 서브 수평열이 공유하는 수직열 라인에 유도한다. 이어서, 데이터가 의도한 특정 서브 수평열이 액티브 상태로 구동되어, 간섭 변조기의 서브 수평열이 소정의 상태를 나타내도록 한다. 이 실시예나 다른 실시예에서 수직열 선택 기능을 수행하기 위해, 여기서 설명한 원리를 쉽게 변경할 수 있다.
변조기 어레이의 부분은 도 10a에서 디스플레이 영역(45)으로 도시되어 있다. 디스플레이 영역이라는 용어는, 여기서 디스플레이 전체에서 일정한 영역을 특정하기 위해 도입되었다. 이 디스플레이 영역은 전형적으로 이미지 정보의 코히런트 세트(coherent set)를 나타내는 디스플레이 부분으로 분해하는 디스플레이 소자의 모음이다. 전형적인 디스플레이 영역은 결과 이미지의 단일 픽셀에 대응할 것이다. 도 10a의 디스플레이 영역(45)은, 디스플레이 영역(45)이 픽셀을 나타내는 경우에, 전형적으로 적색, 녹색, 및 청색과 같은 각 컬러마다 하나씩 세 개의 수직열(62, 64, 66)과 4개의 서브 수평열(52a-52d)을 포함하는 하나의 수평열을 포함한다. 각각의 서브 수평열(52a-52d)은 세 개의 수직열 각각에 간섭 변조기, 및 한 쌍의 미소 기전 시스템 스위치를 포함한다. 구동 기기(51)는 변조기 어레이 수평열당 하나의 출력 핀을 가지고, 수평열 연결부(connection)는 각 구동 기기(51) 출력 핀과 변조기 어레이의 대응하는 수평열 사이에 배치되어 있다. 도 10a 및 도 9b에 수평열 5를 나타낸다.
구동 기기(51)의 수평열 선택 출력은 수평열 1에서 시작하여 이어서 수평열 2로 나아가는 등과 같이 차례로 액티브 상태가 되며, 이렇게 하여 한번에 하나의 수평열을 액티브 상태로 선택한다. 타이밍 회로(53)는 구동 기기(50)가 수평열을 액티브 상태로 구동하는 시간의 부분에 각 타이밍 라인을 액티브 상태로 차례로 구동한다. 타이밍 신호가 액티브 상태일 때, 그 타이밍 신호에 연결되고 바이어스 라인 B1에도 연결되어 있는 미소 기전 시스템 스위치는 개방 상태가 될 것이고, 그 타이밍 신호에 연결되고 수평열 연결부에도 연결되어 있는 미소 기전 시스템 스위치는 폐쇄 상태가 될 것이다. 수평열 연결부 상의 신호는 서브 수평열(52a-52d)의 간섭 변조기를 지날 것이다. 각 서브 수평열(52a-52d)의 간섭 변조기는, 1) 구동 기기(51)가 서브 수평열(52a-52d)에 관련된 수평열을 액티브 상태로 구동할 때, 및 2) 타이밍 회로(53)가 특정 서브 수평열(52a-52d)에 관련된 타이밍 신호(t1-t4)를 액티브 상태로 할 때, 액티브 상태가 될 것이다.
예컨대, 도 10a에서, 구동 기기(50)가 출력 수평열 5를 액티브 상태로 구동할 동안에, 타이밍 회로(53)는 수평열 5 신호가 활성 상태인 시간의 1/4마다 순차적으로 각각의 타이밍 신호(t1-t4)를 액티브 상태로 구동할 것이다. 타이밍 회로(53)가 타이밍 신호(t1)를 액티브 상태로 구동하고 있는 동안에, 미소 기전 시스템 스위치(s1)은 개방되고 미소 기전 시스템 스위치(s2)는 폐쇄될 것이다. 서브 수평열(52a)의 간섭 변조기는 구동 기기(50) 의 출력 수평열 5에 의해 구동되는 수평열 연결부(row connection)에 연결될 것이다. 출력 수평열 5가 액티브 상태이기 때문에, 서브 수평열(52a)의 간섭 변조기는 액티브로 구동될 것이다. 그 나머지 서브 수평열은 바이어스 라인(B1)에 연결된 채로 있을 것이다. 그런 다음 타이밍 회로(53)는 타이밍 신호(t2)를 액티브 상태로 구동할 것이고, 서브 수평열(52b)의 간섭 변조기는 출력 수평열(5)에 의해 구동되는 수평열 연결부에 연결될 것이다. 이 시퀀스는 서브 수평열(52a-52d) 각각이 액티브 상태로 구동될 때까지 계속된다. 그 후 이 시퀀스는 수평열 6, 7 등에 대해 반복된다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 타이밍 신호는 수직열 내의 다른 모든 수평열과 공유되어, 임의의 수평열의 제1 서브 수평열이 액티브 상태가 될 때 모든 수평열의 제1 서브 수평열의 스위치들이 토글(toggle)되고, 제2, 제3, 및 제4 서브 수평열에 대해서도 계속한다. 하지만, 액티브 수평열의 구동기 출력 핀만이 액티브 상태로 구동된다. 비액티브 수평열은, 액티브 수평열이 액티브 상태로 구동되는 동안에 바이어스 전압으로 유지된다. 이런 식으로, 액티브 서브 수평열을 제외한 전체 어레이의 모든 서브 수평열의 소자들은 타이밍 신호의 상태와 무관한(독립한) 동일한 바이어스 전압을 보이고, 따라서 서브 수평열 내의 스위치 위치와 무관하다. 저전력 소비의 감소가 한층 더 요구되는 경우에, 비액티브 수평열 선택 스위치의 스위칭을 마스킹 회로로 방지할 수 있다는 것을 주시하여야 한다.
도 10b는 디스플레이 영역(45)의 간섭 변조기 및 미소 기전 시스템 스위치를 구비하는 도 10a의 회로를 물리적 배치도(layout view)로 나타낸 것이다. 수직열(62, 64, 66) 및 버스 수평열(52a-52d)이 나타나 있다. 도전성 스트립(1008), 및 미소 기전 시스템 스위치 각각의 단자(1006)는 이동가능한 재료(1014)를 통해 보이는대로 도시되어 있다. 또한 도 10a에 개략적으로 도시한 것에 따라 미소 기전 시스템 스위치들을 연결하기 위한 연결 배선(interconnect trace)(47)을 도시하고 있다. 연결 배선 경로의 일부가 고정된 전극의 밑면에 배치될 수 있다. 타이밍 라인(49)의 배선은 그 전극 바로 밑에 또는 기판의 이면 상에 배치될 수 있다. 연결은 수직 통로(via)를 통해 이루어질 수 있다.
통합의 용이함은 특히 도 10b에서 명백하다. 간섭 변조기와 미소 기전 시스템 스위치는 물리적 특징이 유사하기 때문에, 미소 기전 시스템 스위치를 간섭 변조기와 같은 크기로 제조할 수 있다. 이와 같이, 미소 기전 시스템 스위치의 피치는 간섭 변조기의 피치와 일치한다. 이러한 피치의 일치는 특히 본 실시예에서 신호를 각각의 수평열 또는 각각의 수직열에 제공하는 다른 것들과 마찬가지로 유용하다. 필요한 배선 경로는 또한 표준 금속화 연결(metallization interconnect) 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있기 때문에, 간섭 변조기와 용이하게 일체화될 수 있다.
도 11a는 통합된 미소 기전 시스템 스위치를 구비하는 간섭 변조기 어레이의 또 다른 실시예를 나타낸 개략 회로도이다. 이 실시예에서, 미소 기전 시스템 스위치는 3상태(tri-state) 기능을 수행한다. 이 실시예는 도 8a 및 도 8b에 도시한 실시예와 동일한 실시에의 미소 기전 시스템 스위치를 나타내고 있지만, 다른 미소 기전 시스템 스위치 실시예도 가능하다. 3상태 기능은 간섭 변조기 어레이 시스템의 전력 절감에 유용하다. 수평열 및 수직열 라인이 3상태인 동안에, 이들 라인을 구동하기 위해 사용된 회로는 전력이 저하될 수 있다. 수평열 및 수직열 라인이 3상태이면, 어레이 내의 간섭 변조기는, 간섭 변조기 전체에 걸쳐 또는 유한한(non-infinite) 3상태 개방 저항을 통하여 전하를 천천히 방출할 때까지, 기록한 값을 유지할 것이다. 간섭 변조기는 전하를 방출하는 데 걸리는 시간의 적은 부분(DeletedTexts충전될 수 있기 때문에, 구동 회로는 총 디스플레이 작동 시간의 상당한 부분 동안에 전력이 저하될 수 있다.
전형적으로 적색, 녹색, 및 청색과 같은 각각의 컬러마다 하나씩 수직열(42, 44, 46)을 포함하는 디스플레이 영역(40)으로서 변조기 어레이의 일부분이 도 11a에 도시되어 있다. 이 경우에 디스플레이 영역(40)은 하나의 픽셀; 및 4개의 서브 픽셀(52a-52d)을 포함하는 하나의 수평열을 나타낸다. 각각의 수직열은 수직열 3상태 미소 기전 시스템 스위치, 및 각각의 서브 수평열로부터의 하나의 간섭 변조기를 포함한다. 각각의 서브 수평열(52a-52d)은 각각의 세 개의 수직열로부터의 간섭 변조기, 및 서브 수평열 3상태 미소 기전 시스템 스위치를 포함한다.
각각의 수직열 및 서브 수평열 3상태 미소 기전 시스템 스위치는 유지(HOLD) 신호와 연결되어 있다. 유지 신호의 상태는 수직열 및 버스 수평열 라인이 3상태인지 여부 또는 수직열 및 서브 수평열이 구동될지 여부를 결정할 것이다.
도 11b는 디스플레이 영역(40)의 간섭기 변조기와 미소 기전 시스템 스위치의 물리적 배치도를 나타낸 도 11a의 회로를 나타낸 것이다. 도 11b는 도 9b와 유사하며, 도 9b와 관련하여 설명한 중요한 특징들은 도 11b에서도 명백하다. 도 9b의 경우와 같이, 도 11b에서도 통합이 용이하다는 것을 알 수 있다.
또 다른 실시예에서, 해당 응용예가 또한 간섭 변조기를 사용하든 사용하지 않든 스위치를 사용하는 임의의 응용예에 미소 기전 시스템 스위치를 사용할 수 있다. 따라서, 유리와 같은 기판 전체를 다양한 응용예에 사용하기 위한 미소 기전 시스템 스위치를 포함하여 제조할 수 있다. 이하에 더 설명하는 바와 같이, 이러한 미소 기전 시스템 스위치를 트랜지스커와 유사한 방식으로 사용할 수 있다. 따라서, 미소 기전 시스템 스위치는 예컨대, 임의의 응용예 논리 회로, 또는 컨트롤러, 및 구동 기기에서 트랜지스터를 대체할 수 있다.
도 12는 미소 기전 시스템 스위치를 사용한 논리 기능의 실시예를 나타낸 것이다. 미소 기전 시스템 스위치는 진성 극성(intrinsic polarity)을 갖지 않는 4단자 기기이기 때문에, 이러한 논리 기능은 단 두개의 스위치만으로 구현될 수 있다. 도 12의 인버터, AND, 및 OR 게이트 각각은 이동가능한 층이 다른 미소 기전 시스템 스위치의 이동가능한 층에 연결되어 있는 두 개의 미소 기전 시스템 스위치를 사용하여 제1 입력을 구성하고, 다른 미소 기전 시스템 스위치의 한 단자에 연결되어 있는 한 단자로 출력을 구성한다. 인버터의 경우에, 제1 스위치는 전극과, 전원에 연결된 다른 단자를 모두 구비하고, 제2 스위치는 전극과, 접지에 연결된 다른 단자를 모두 구비하고 있다. AND 게이트의 경우, 제1 스위치는 접지에 연결된 전극과, 제2 입력에 연결된 다른 단자를 구비하고, 제2 스위치는 전원에 연결된 전극과 접지에 연결된 다른 단자를 구비하고 있다. OR 게이트의 경우, 제1 스위치는 접지에 연결된 전극과, 전원에 연결된 다른 단자를 구비하고, 제2 스위치는 전원에 연결된 전극과, 제2 입력에 연결된 다른 단자를 구비하고 있다.
다른 실시예에서는 단일 형태의 미소 기전 시스템 스위치를 사용하여 AND, NAND, NOR, OR, XOR, XNOR, 및 AOI와 같은 디지털 논리 기능을 생성할 수 있다. 다른 디지털 논리 기능 및 조합이 가능한 것은 물론이다.
외부의 부품에서 전형적으로 발견되는 논리 기능을 제공하기 위해 미소 기전 시스템 스위치를 포함하는 논리 블록들을 함께 배치하여, 시스템 비용을 줄일 수 있다. 예컨대, 미소 기전 시스템 스위치를 저 리크(low leakage) 트랜지스터, 시프트 레지스터, 또는 디코더의 용량으로 사용하기 위해 배치할 수 있다. 간섭 변조기 디스플레이의 관점에서, 미소 기전 시스템 스위치를 예를 들어 수평열 구동기또는 수직열 구동기와 함께 사용할 수 있다. 편리하게는, 미소 기전 시스템 스위치를 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 다양한 기판 상에 제조할 수 있다. 대규모 면적의 유리 기판 상에 스위치를 배치할 수 있는 능력은 일반적으로 실리콘 기판보다 더 값싸기 때문에, 많은 형태의 종래의 트랜지스터 기반 로직에 유리하다.
전술한 상세한 설명에서는 다양한 실시예에 적용된 것과 같은 새로운 특징들을 보여주고 설명하고 지적하였지만, 본 발명의 기술적 사상으로 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자가 예시된 기기 또는 공정의 상세한 구성이나 형태로부터 다양하게 생략하고 대체하고 변경하는 것이 가능하다는 것을 알아야 한다.
인식하고 있는 바와 같이, 몇몇 특징은 다른 특징들과 분리되어 사용되거나 실현될 수 있으므로, 본 발명은 여기에 개시된 특징과 장점을 모두 가지고 있지는 않은 형태로 구현될 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 간섭 변조기와 동일한 기본 구조로 미소 기전 시스템 스위치를 만들어 간섭 변조기 어레이에 통합함으로써 시스템 비용을 줄일 수 있다.

Claims (16)

  1. 2 개의 기전 스위치 장치만을 포함하는 2 입력 논리 게이트(two input logic gate) 장치로서,
    각각의 기전 스위치 장치는 4 개의 단자를 포함하고,
    상기 2 개의 기전 스위치 장치는 제1 입력 및 제2 입력에 대해 디지털 논리 기능을 수행하고, 상기 2개의 기전 스위치 장치에 적용되는 상기 제1 입력 및 제2 입력에 기초해서 상기 디지털 논리 기능이 출력을 생성하는,
    2 입력 논리 게이트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2 입력 논리 게이트 장치는 논리 AND 작동을 수행하는,
    2 입력 논리 게이트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2 입력 논리 게이트 장치는 논리 OR 작동을 수행하는,
    2 입력 논리 게이트 장치.
  4. 2 개의 기전 스위치 장치만을 포함하는 2 입력 논리 게이트 장치로서,
    상기 기전 스위치 장치의 각각은,
    하나 이상의 회로 소자와 연결된 제1 단자;
    상기 하나 이상의 회로 소자와는 다른 회로에 연결된 제2 단자;
    제1 위치와 제2 위치 사이에서 움직이도록 구성된 전도성 스트립으로서, 상기 전도성 스트립은 상기 제1 위치에 있을 때 상기 제1 단자 및 제2 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 전도성 스트립은 제2 위치에 있을 때 상기 제1 단자 및 제2 단자와 전기적으로 분리된, 상기 전도성 스트립
    을 포함하고,
    상기 2 개의 기전 스위치 장치는 제1 입력 및 제2 입력에 대해 디지털 논리 기능을 수행하고, 상기 2개의 기전 스위치 장치에 적용되는 상기 제1 입력 및 제2 입력에 기초해서 상기 디지털 논리 기능이 출력을 생성하는,
    2 입력 논리 게이트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2 입력 논리 게이트 장치는 논리 AND 작동을 수행하는,
    2 입력 논리 게이트 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 2 입력 논리 게이트 장치는 논리 OR 작동을 수행하는,
    2 입력 논리 게이트 장치.
  7. 2 개의 기전 스위치 장치만을 포함하는 2 입력 논리 게이트(two input logic gate) 장치를 사용하는 방법으로서,
    제1 입력 및 제2 입력 신호를 상기 2 개의 기전 스위치 장치에 적용하는 단계; 및
    상기 제1 입력 및 제2 입력 신호에 기초해서 출력 신호를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    각각의 기전 스위치 장치는 4 개의 단자를 포함하고,
    상기 출력 신호는 상기 장치의 출력으로 적용되고, 상기 출력 신호는 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호의 디지털 논리 기능인,
    2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력 신호를 생성하는 단계는 상기 제1 입력 및 제2 입력 신호에 대해 논리 AND 기능을 수행하는 단계를 포함하는,
    2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 출력 신호를 생성하는 단계는 상기 제1 입력 및 제2 입력 신호에 대해 논리 OR 기능을 수행하는 단계를 포함하는,
    2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입력 및 제2 입력 신호 중 적어도 하나의 변화에 응답하여, 상기 2 개의 기전 스위치 장치 중 적어도 하나의 상태를 변화시키는 단계를 더 포함하는 2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입력 및 제2 입력 신호 중 적어도 하나와 상기 장치의 출력을 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함하는 2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  12. 2 개의 기전 스위치 장치만을 포함하는 2 입력 논리 게이트(two input logic gate) 장치를 사용하는 방법으로서,
    상기 2개의 기전 스위치 장치의 각각은,
    하나 이상의 회로 소자와 연결된 제1 단자;
    상기 하나 이상의 회로 소자와는 다른 회로에 연결된 제2 단자;
    제1 위치와 제2 위치 사이에서 움직이도록 구성된 전도성 스트립으로서, 상기 전도성 스트립은 상기 제1 위치에 있을 때 상기 제1 단자 및 제2 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 전도성 스트립은 제2 위치에 있을 때 상기 제1 단자 및 제2 단자와 전기적으로 분리된, 상기 전도성 스트립
    을 포함하고,
    제1 입력 및 제2 입력 신호를 상기 2 개의 기전 스위치 장치에 적용하는 단계; 및
    상기 제1 입력 및 제2 입력 신호에 기초해서 출력 신호를 생성하는 단계로서, 상기 출력 신호는 상기 장치의 출력으로 적용되고, 상기 출력 신호는 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호의 디지털 논리 기능인, 상기 출력 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는, 2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 출력 신호를 생성하는 단계는 상기 제1 입력 및 제2 입력 신호에 대해 논리 AND 기능을 수행하는 단계를 포함하는,
    2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 출력 신호를 생성하는 단계는 상기 제1 입력 및 제2 입력 신호에 대해 논리 OR 기능을 수행하는 단계를 포함하는,
    2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 입력 및 제2 입력 신호 중 적어도 하나의 변화에 응답하여, 상기 2 개의 기전 스위치 장치 중 적어도 하나의 상태를 변화시키는 단계를 더 포함하는 2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 입력 및 제2 입력 신호 중 적어도 하나와 상기 장치의 출력을 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함하는 2 입력 논리 게이트 장치를 사용하는 방법.
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