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KR20130130779A - 감소된 음향 방출을 갖는 mems 광 변조기 어레이들을 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

감소된 음향 방출을 갖는 mems 광 변조기 어레이들을 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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KR20130130779A
KR20130130779A KR1020137018333A KR20137018333A KR20130130779A KR 20130130779 A KR20130130779 A KR 20130130779A KR 1020137018333 A KR1020137018333 A KR 1020137018333A KR 20137018333 A KR20137018333 A KR 20137018333A KR 20130130779 A KR20130130779 A KR 20130130779A
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KR
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light
array
shutter
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KR1020137018333A
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제스퍼 로드윅 스테인
지그네쉬 간디
Original Assignee
픽스트로닉스 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

픽셀들의 어레이, 기판, 및 기판 상에 형성된 제어 매트릭스를 갖는 디스플레이를 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 픽셀들의 어레이는 마이크로-전기-기계적 또는 MEMS 광 변조기들로서 지칭될 수 있는 기계적 광 변조기들을 포함한다. MEMS 광 변조기들은 셔터-기반의 광 변조기들일 수도 있으며, 애퍼쳐들의 어레이는 기판 상에 셔터-기반의 광 변조기들의 어레이에서의 셔터들에 공간 대응하여 형성될 수도 있다. 각각의 변조기는 이동 방향을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성된다. 광 변조기들의 어레이는 이웃하는 픽셀들의 이동 방향들에서의 상관 관계들을 감소시켜 디스플레이로부터의 음향 방출들의 진폭을 감소시키도록 배열된다.

Description

감소된 음향 방출을 갖는 MEMS 광 변조기 어레이들을 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR MEMS LIGHT MODULATOR ARRAYS WITH REDUCED ACOUSTIC EMISSION}
일반적으로, 본 출원은 이미징 디스플레이들에의 그들의 응용을 포함한, 광 변조 어레이들의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 감소된 음향 방출 및 가청 잡음으로 동작하도록 설계된 광 변조기 어레이들에 관한 것이다.
기계적 광 변조기 (mechanical light modulator) 들로 형성된 디스플레이들은 액정 기술에 기초한 디스플레이들에 대한 매력적인 대안이다. 기계적 광 변조기들은 비디오 콘텐츠를 우수한 시야각들로 그리고 넓은 범위의 칼라 및 그레이 스케일로 디스플레이하기에 충분히 빠르다. 기계적 광 변조기들은 투사형 디스플레이 애플리케이션들에서 성공적이었으며, 최근 직접 뷰 애플리케이션들 (direct view applications) 에 제안되고 있다.
기계적 광 변조기들로 형성된 다수의 디스플레이 프로토타입들은 최근에 제조되었지만, 이들 중 많은 것들은 바람직하지 않은 가청 잡음을 발생한다. 기계적 광 변조기들의 어레이로 형성된 디스플레이는 수만의 광 변조기들을, 디스플레이의 각각의 픽셀에 대해 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 수백만 까지의 광 변조기들을 포함할 수 있다. 각각의 광 변조기의 모션은 종종 백플레인 회로 (backplane circuit) 로서 지칭되는, 제어 매트릭스를 통해서 지시되는 지령들에 의해 제어된다. 비디오 동작 동안, 개개의 광 변조기들의 동작 상태는 초당 50 회로부터 초당 50,000 회까지 변화될 수 있다. 그 결과, 수천의 셔터 어셈블리들이 가청 주파수들의 시간 스케일들 특성을 넘어서 이동하여, 디스플레이들이 바람직하지 않은 음향 잡음을 부산물로서 방출할 수 있다.
디스플레이 어셈블리에서 개개의 픽셀들은 종종 단지 수십 마이크론 내지 수백 마이크론의 사이즈이지만, 디스플레이에서 보통의 이미지들은 밀리미터들 또는 심지어 센티미터들일 수 있는 균일한 칼라 또는 콘트라스트의 영역들을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이의 이웃하는 영역에서 수십 또는 수백의 광 변조기들은 제어 매트릭스로부터의 신호들에 의해 유사한 모션들로 그리고 유사한 타이밍 신호들로 이동하도록 야기되는 것이 일상적인 일이다. 이웃하는 픽셀들의 이동들의 이 동기화 또는 상관은 음향 방출들의 진폭에 기여한다.
따라서, 이웃하는 MEMS 광 변조기들의 이동 방향들에서 상관 관계들을 감소시켜 음향 방출들의 진폭을 감소시킬 수 있는, 광 변조기들의 어레이에 대한 설계들이 추구된다.
일 양태에 따르면, 본 개시물은 기판, 기판 상에 형성된 애퍼쳐들의 어레이, 및 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 형성된 MEMS 광 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이에 관한 것이다. MEMS 광 변조기들의 어레이는 제 1 방향으로의 이동을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성된 변조기들의 제 1 그룹을 포함한다. 어레이는 제 2 방향으로의 이동을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성된 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 더 포함한다. 제 2 방향은 제 1 방향과는 실질적으로 상이하다. 일 구현예에서, 기판은 투명하다.
일부 구현예들에서, 제 1 방향 및 제 2 방향은 평면 반대 방향들이다. 대안적인 구현예들에서, 제 2 방향은 제 1 방향에 대해 약 90, 60, 또는 45 도 회전될 수 있다. 광 변조기들의 어레이는 또한 이웃하는 MEMS 광 변조기들의 이동 방향들에서의 상관 관계들을 감소시키도록 배열된다. 일 구현예에서, 제 1 및 제 2 그룹들의 광 변조기들은 교번하는 칼럼들의 그룹들에 배열되며, 여기서 각각의 그룹은 적어도 하나의 칼럼을 포함한다. 다른 구현예에서, 제 1 및 제 2 그룹들의 광 변조기들은 교번하는 로우들의 그룹들에 배열되며, 여기서 각각의 그룹은 하나 이상의 로우들을 포함한다. 여전히 다른 구현예에서, 제 1 및 제 2 그룹들의 광 변조기들은 교번하는 클러스터들에 배열되며, 여기서, 각각의 클러스터는 적어도 하나의 변조기를 포함한다. 일부 구현예들에서, 광 변조기들의 2개의 그룹들 사이의 교번하는 공간 기간은 대략 애퍼쳐들의 어레이를 갖는 기판의 두께 미만이다. 여전히 다른 구현예에서, 제 1 및 제 2 그룹들의 광 변조기들은 무작위 방식으로 배열된다.
일부 구현예들에서, MEMS 광 변조기들은 셔터-기반의 광 변조기들일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 광 변조기들은 셔터가 대응하는 애퍼쳐로부터의 광을 완전히 차단하지 않는 제 3 상태를 포함할 수 있다.
일부 구현예들에서, 디스플레이 장치는 데이터 및 작동 전압들 (actuation voltages) 을 어레이로 송신하기 위해 제 1 기판 상에 형성된 드라이버 칩 및 제어 매트릭스를 포함한다. 디스플레이 장치는 또한 이동의 제 1 및 제 2 방향들 중 어느 방향이 어레이에서의 각각의 광 변조기에 대해 광-투과 상태를 달성하기에 적당한 지를 메모리에 저장하는 제어기를 포함한다.
일부 구현예들에서, 제어 매트릭스는 2개의 그룹들을 실질적으로 상이한 방향들로 구동하기 위해 별개의 배선 레이아웃들 (wiring layouts) 로 구성된다. 대안적인 구현예들에서, 제어기는 활성 상태를 달성하기 위해 어레이에서의 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹들의 맵 및 그들의 연관되는 이동의 방향을 메모리에 저장한다. 제어기는 각각의 픽셀에 대한 이동의 적당한 방향을 결정하기 위해, 제어 매트릭스를 통해서 전송하기 전에, 픽셀 데이터를 프로세싱한다.
다른 양태에 따르면, 본 개시물은 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 기판 상에 애퍼쳐들의 어레이를 형성하는 단계, 및 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹에서의 광 변조기들이 제 1 방향으로의 이동을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하도록 구성되게, 기판 상에 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹을 제조하는 단계를 포함한다. 이 방법은 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹에서의 광 변조기들이 제 2 방향으로의 이동을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하도록 구성되게, MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 기판 상에 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 제조하는 단계를 더 포함한다. 제 2 방향은 제 1 방향과는 실질적으로 상이하다.
다른 양태에 따르면, 본 개시물은 디스플레이 상에 이미지를 형성하기 위해 광을 변조하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 기판 상의 애퍼쳐들의 어레이 및 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 배열된 MEMS 광 변조기들의 어레이를 포함한다. 시스템은 제 1 방향으로 MEMS 광 변조기들의 이동을 개시함으로써 MEMS 광 변조기들의 어레이에서의 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹을 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 수단, 및 제 2 방향으로 MEMS 광 변조기들의 이동을 개시함으로써, MEMS 광 변조기들의 어레이에서의 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 수단을 더 포함한다. 제 2 방향은 제 1 방향과는 실질적으로 상이하다.
다른 양태에 따르면, 본 개시물은 기판 상의 애퍼쳐들의 어레이 및 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 배열된 MEMS 광 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이 상에 이미지를 형성하기 위해 광을 변조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제 1 방향으로 MEMS 광 변조기들의 이동을 개시함으로써 MEMS 광 변조기들의 어레이에서의 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹을 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 단계를 포함한다. 이 방법은 제 2 방향으로 MEMS 광 변조기들의 이동을 개시함으로써 MEMS 광 변조기들의 어레이에서의 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 단계를 더 포함한다. 제 2 방향은 제 1 방향과 실질적으로 상이하다.
도 1a 는 예시적인 구현예에 따른, 디스플레이 장치의 일 예이다.
도 1b 는 예시적인 구현예에 따른, 도 1a 의 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 2 는 예시적인 구현예에 따른, 도 1a 의 MEMS-기반의 디스플레이에의 포함에 적당한 예시적인 셔터-기반의 광 변조기의 일 예이다.
도 3 은 예시적인 구현예에 따른, 도 1a 의 MEMS-기반의 디스플레이에 포함된 광 변조기들을 제어하는데 적당한 제어 매트릭스의 개략도이다.
도 4 는 예시적인 구현예에 따른, 도 3 의 제어 매트릭스에 접속된 셔터-기반의 광 변조기들의 어레이의 일 예이다.
도 5a 는 예시적인 구현예에 따른, 제 1 듀얼-엑츄에이터 셔터-기반의 광 변조기의 일 예이다.
도 5b 는 예시적인 구현예에 따른, 제 2 듀얼-엑츄에이터 셔터-기반의 광 변조기의 일 예이다.
도 6 은 예시적인 구현예에 따른, 셔터-기반의 광 변조기들을 포함하는 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 7a 는 예시적인 구현예에 따른, 셔터와 애퍼쳐 사이에 제 1 가능한 공간 관계를 가진 광 변조기의 일 예를 도시한다.
도 7b 는 예시적인 구현예에 따른, 셔터와 애퍼쳐 사이에 제 2 가능한 공간 관계를 가진 광 변조기의 일 예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c 는 디스플레이에서 픽셀 그룹핑 배열들의 예들을 도시한다.
도 9a 내지 도 9c 는 어레이에서 광 변조기들의 2개의 그룹들의 특정의 배열들의 예들을 도시한다.
도 10 은 제어 매트릭스의 일 예이다.
도 11 은 대안적인 제어 매트릭스의 일 예이다.
이미지들을 디스플레이하는 어떤 장치 및 방법들의 전반적인 이해를 제공하기 위해, 이제 어떤 예시적인 구현예들이 설명된다. 그러나, 본원에서 설명되는 시스템들 및 방법들이 거론되는 애플리케이션에 적합하게 적응되고 변경될 수도 있으며 본원에서 설명되는 시스템들 및 방법들이 다른 적당한 애플리케이션들에 채용될 수도 있으며, 이런 다른 부가들 및 변경들이 그 범위로부터 일탈하지 않을 것임을 당업자는 알 수 있을 것이다.
본 개시물은 MEMS 셔터들과 같은 MEMS 광 변조기들의 어레이를 포함하는 MEMS-기반의 디스플레이에 관한 것이다. MEMS 광 변조기들은 대응하는 애퍼쳐들을 통과하는 광을 변조한다. MEMS 광 변조기들 중 많은 것들이 가청 주파수들의 시간 스케일들 특성을 넘어서 일제히 이동하게 되면, 이런 디스플레이는 바람직하지 않은 음향 잡음을 부산물로서 방출할 수도 있다. 부분적으로, 이런 잡음 방출들을 방지하기 위해, 본원에서 개시된 디스플레이들은 실질적으로 상이한 방향들로 광-방출 상태들로부터 광-차단 상태들로 작동하는 광 변조기들을 포함한다.
도 1a 는 예시적인 구현예에 따른, 디스플레이 장치 (100) 의 일 예이다. 디스플레이 장치 (100) 는 로우들 및 칼럼들에 배열된 복수의 광 변조기들 (102a-102d) (일반적으로, "광 변조기들 (102)") 을 포함한다. 디스플레이 장치 (100) 에서, 광 변조기들 (102a 및 102d) 은 광이 통과하도록 허용하는 개방된 상태에 있다. 광 변조기들 (102b 및 102c) 는 광의 통과를 차단하는 폐쇄된 상태에 있다. 광 변조기들 (102a-102d) 의 상태들을 선택적으로 설정함으로써, 디스플레이 장치 (100) 가 램프 또는 램프들 (105) 에 의해 조명되면, 백릿 (backlit) 디스플레이를 위한 이미지 (104) 를 형성하는데 이용될 수 있다.
아래에 추가로 설명되는 다른 구현예에서, 장치는 장치의 정면으로부터 일어나는 주변 광의 반사에 의해 이미지를 형성할 수도 있다. 다른 구현예에서, 이 장치는 디스플레이의 정면에 위치된 램프 또는 램프들로부터의 광의 반사에 의해, 즉 정면 광의 사용에 의해 이미지를 형성할 수도 있다. 여전히 다른 구현예에서, 이 장치는 장치의 정면으로부터 생기는 주변 광과 백라이트로부터의 광 양자를 반사하는 반투과 모드에서 동작할 수도 있다. 일반적으로, 폐쇄된 또는 개방된 상태들 중 하나에서, 광 변조기들 (102) 은 예를 들어, 제한 없이, 광의 성질 또는 경로를 차단하거나, 반사하거나, 흡수하거나, 필터링하거나, 편광시키거나, 회절시키거나, 또는 아니면 변경함으로써, 광학적 경로에서의 광을 간섭한다.
디스플레이 장치 (100) 에서, 각각의 광 변조기 (102) 는 이미지 (104) 에서의 픽셀 (106) 에 대응한다. 다른 구현예들에서, 디스플레이 장치 (100) 는 이미지 (104) 에 픽셀 (106) 을 형성하기 위해 복수의 광 변조기들을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치 (100) 는 3개의 칼라-특정의 광 변조기들 (102) 을 포함할 수도 있다. 특정의 픽셀 (106) 에 대응하는 하나 이상의 칼라-특정의 광 변조기들 (102) 을 선택적으로 개방함으로써, 디스플레이 장치 (100) 는 이미지 (104) 에 칼라 픽셀 (106) 을 발생할 수도 있다. 다른 예에서, 디스플레이 장치 (100) 는 이미지 (104) 에 그레이스케일을 제공하기 위해 픽셀 (106) 당 2개 이상의 광 변조기들 (102) 을 포함한다. 이미지에 있어, "픽셀" 은 이미지의 해상도에 의해 정의되는 가장 작은 화소 (picture element) 에 대응한다. 디스플레이 장치 (100) 의 구조적 구성요소들에 있어, 용어 "픽셀" 은 이미지의 단일 픽셀을 형성하는 광을 변조하는데 이용되는, 결합된 기계적 및 전기적 구성요소들을 지칭한다.
디스플레이 장치 (100) 는 이미징 광학계를 필요로 하지 않는 직접-뷰 디스플레이이다. 사용자는 디스플레이 장치 (100) 를 직접 봄으로써 이미지를 본다. 대안적인 구현예들에서, 디스플레이 장치 (100) 는 투사형 디스플레이에 포함된다. 이런 구현예들에서, 디스플레이는 광을 스크린 상으로 또는 벽 상으로 투사함으로써, 이미지를 형성한다. 투사 애플리케이션들에서, 디스플레이 장치 (100) 는 투사된 이미지 (104) 보다 실질적으로 더 작다.
직접-뷰 디스플레이들은 투과 또는 반사 모드로 동작할 수도 있다. 투과형 디스플레이에서, 광 변조기들은 디스플레이 뒤에 위치된 램프 또는 램프들로부터 일어나는 광을 필터링하거나 또는 선택적으로 차단한다. 램프들로부터의 광은 옵션적으로 광 가이드 또는 "백라이트" 에 주사된다. 투과형 직접-뷰 디스플레이 구현예들은, 광 변조기들을 포함하는 하나의 기판이 백라이트의 최상부 상에 바로 위치되는 샌드위치 어셈블리 배열을 용이하게 하기 위해, 플라스틱 또는 유리 기판들 상으로 장착된다. 일부 투과형 디스플레이 구현예들에서는, 백색 램프가 사용되며, 칼라 필터 재료를 각각의 변조기 (102) 와 결합함으로써, 칼라-특정의 광 변조기들이 제조된다. 다른 투과형 디스플레이 구현예들에서, 칼라들은 아래에 설명되는 바와 같이, 상이한 원색들을 가진 램프들의 교번하는 조명에 의해 필드 순차 칼라 방법 (field sequential color method) 을 이용하여 발생될 수 있다.
각각의 광 변조기 (102) 는 셔터 (108) 및 애퍼쳐 (109) 를 포함한다. 이미지 (104) 에서의 픽셀 (106) 을 조명하기 위해, 광이 뷰어 측으로 애퍼쳐 (109) 를 통과할 수 있도록 셔터 (108) 가 위치된다. 픽셀 (106) 을 점등하지 않은 채 유지하기 위해, 애퍼쳐 (109) 를 통한 광의 통과를 차단하도록 셔터 (108) 가 위치된다. 애퍼쳐 (109) 는 반사 또는 광-흡수 재료를 통해 패터닝된 개구에 의해 한정된다.
반투과 구현예들에서, 각각의 광 변조기는 백라이트 (105) 로부터의 광 뿐만 아니라, 주변 광 양자를 변조한다. 하나의 특정의 구현예에서, 애퍼쳐들은, 애퍼쳐를 형성하기 위해 그렇지 않으면 에칭되는 반사 재료가 완전히 제거되지 않는다. 나머지 반사 재료는 이미지 (104) 의 부분을 형성하기 위해 입사광을 뷰어 측으로 되돌려 반사한다. 다른 구현예에서, 애퍼쳐들은 완전히 제거되며, 주변 광은 램프 (105) 뒤에 위치된 정면-대향 반사 층에 의해 반사된다.
디스플레이의 반사 구현예들에서는, 백라이트 (105) 및 애퍼쳐들 (109) 을 포함하는 대신, 광 흡수 재료가 애퍼쳐들 (109) 대신 기판의 상부 표면에 도포되고, 광 반사 재료가 광 변조기들 (102) 의 상부 표면에 도포된다. 이의 대안으로, 광 반사 재료가 애퍼쳐 (109) 대신 기판의 상부 표면에 도포되고, 광 흡수 재료가 광 변조기들 (102) 의 상부 표면에 도포된다. 광 변조기들 (102a-102d) 의 상태들을 선택적으로 설정함으로써, 이미지 (104) 를 형성하기 위해 주변 또는 정면 광으로부터의 입사광이 선택적으로 반사되거나 또는 흡수될 수 있다.
디스플레이 장치는 또한 셔터들의 이동을 제어하기 위해 기판 및 광 변조기들에 접속된 제어 매트릭스를 포함한다. 제어 매트릭스는 픽셀들의 로우 당 적어도 하나의 기록-인에이블 상호접속부 (110) (또한, "스캐닝-라인 상호접속부" 로서 지칭됨), 픽셀들의 각각의 칼럼에 대해 하나의 데이터 상호접속부 (112), 및 모든 픽셀들에, 또는 디스플레이 장치 (100) 에서의 다수의 칼럼들 및 다수의 로우들 양자로부터의 적어도 픽셀들에 공통 전압을 제공하는 하나의 공통 상호접속부 (114) 를 포함한, 전기 상호접속부들의 시리즈 (예컨대, 상호접속부들 (110, 112, 및 114)) 를 포함한다. 적당한 전압 ("기록-인에이블링 전압 (Vwe)") 의 인가에 응답하여, 픽셀들의 주어진 로우에 대한 기록-인에이블 상호접속부 (110) 는 로우에서의 픽셀들에게 새로운 셔터 이동 명령들을 받아 들일 준비를 하게 한다. 데이터 상호접속부들 (112) 은 그 새로운 이동 명령들을 데이터 전압 펄스들의 형태로 통신한다. 데이터 상호접속부들 (112) 에 인가된 데이터 전압 펄스들은 일부 구현예들에서, 셔터들의 정전 이동에 직접적으로 기여한다. 다른 구현예들에서, 데이터 전압 펄스들은, 스위치들, 예컨대, 일반적으로 크기가 데이터 전압들보다 더 높은, 광 변조기들 (102) 에의 별개의 작동 전압들의 인가를 제어하는 트랜지스터들 또는 다른 비선형 회로 엘리먼트들을 제어한다. 이들 작동 전압들의 인가는 그러면 이후 셔터들 (108) 의 정전 구동 이동을 일으킨다.
도 1b 는 하나의 예시적인 구현예에 따른, 도 1a 의 디스플레이 장치 (100) 의 블록도 (150) 이다. 도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 위에서 설명한 디스플레이 장치 (100) 의 엘리먼트들에 더해, 블록도 (150) 에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치 (100) 는 복수의 스캐닝 드라이버들 (152) (또한, "기록 인에이블링 전압 소스들" 로서 지칭됨) 및 복수의 데이터 드라이버들 (154) (또한, "데이터 전압 소스들" 로서 지칭됨) 을 포함한다. 스캐닝 드라이버들 (152) 은 기록 인에이블링 전압들을 스캐닝-라인 상호접속부들 (110) 에 인가한다. 데이터 드라이버들 (154) 은 데이터 전압들을 데이터 상호접속부들 (112) 에 인가한다. 디스플레이 장치의 일부 구현예들에서, 데이터 드라이버들 (154) 은 아날로그 데이터 전압들을 광 변조기들, 특히 이미지 (104) 의 그레이 스케일이 아날로그 방식으로 도출되는 광 변조기들에 제공하도록 구성된다. 아날로그 동작 시, 광 변조기들 (102) 은, 중간 전압들의 범위가 데이터 상호접속부들 (112) 을 통해서 인가될 때 셔터들 (108) 에서 중간 개방된 상태들의 범위, 따라서, 이미지 (104) 에서 중간 조명 상태들 또는 그레이 스케일들의 범위를 초래하도록, 설계된다.
다른 경우들에서, 데이터 드라이버들 (154) 은 단지 2, 3, 또는 4 디지털 전압 레벨들의 감소된 세트를 제어 매트릭스에 인가하도록 구성된다. 이들 전압 레벨들은 디지털 방식으로, 셔터들 (108) 의 각각에 대해 개방된 상태 또는 폐쇄된 상태를 설정하도록 설계된다.
스캐닝 드라이버들 (152) 및 데이터 드라이버들 (154) 은 디지털 제어기 회로 (156) (또한, "제어기 (156)" 로서 지칭됨) 에 접속된다. 제어기 (156) 는 입력 프로세싱 모듈 (158) 을 포함하며, 이 입력 프로세싱 모듈은 인입하는 이미지 신호 (157) 를 디스플레이 (100) 의 공간 어드레싱 및 그레이 스케일 능력들에 적당한 디지털 이미지 포맷으로 프로세싱한다. 각각의 이미지의 픽셀 로케이션 및 그레이 스케일 데이터는 데이터 드라이버들 (154) 에 요구될 때 데이터가 공급될 수 있도록 프레임 버퍼 (159) 내에 저장된다. 데이터는 로우들로 그리고 이미지 프레임들로 그룹화된 미리 결정된 시퀀스들로 편성되는 대개 직렬 방식 (serial fashion) 으로, 데이터 드라이버들 (154) 로 전송된다. 데이터 드라이버들 (154) 은 직렬 대 병렬 데이터 변환기들, 레벨 시프팅, 및 일부 애플리케이션들의 경우, 디지털 대 아날로그 전압 변환기들을 포함할 수 있다.
디스플레이 (100) 장치는 옵션적으로, 공통 전압 소스들로서 또한 지칭되는 공통 드라이버들 (153) 의 세트를 포함한다. 일부 구현예들에서, 공통 드라이버들 (153) 은 예를 들어, 전압을 공통 상호접속부들 (114) 의 시리즈에 공급함으로써, DC 공통 퍼텐셜을 광 변조기들 (103) 의 어레이 내의 모든 광 변조기들에 제공한다. 다른 구현예들에서, 공통 드라이버들 (153) 은, 제어기 (156) 로부터의 지령들에 뒤이어서, 전압 펄스들 또는 신호들을, 예를 들어, 어레이 (103) 의 다수의 로우들 및 칼럼들에서의 모든 광 변조기들의 동시적인 구동을 행하거나 및/또는 개시할 수 있는 글로벌 구동 펄스들을, 광 변조기들 (103) 의 어레이로 발한다.
상이한 디스플레이 기능들을 위한 드라이버들 모두 (예컨대, 스캐닝 드라이버들 (152), 데이터 드라이버들 (154), 및 공통 드라이버들 (153)) 는 제어기 (156) 에서의 타이밍-제어 모듈 (160) 에 의해 시간-동기화된다. 모듈 (160) 로부터의 타이밍 지령들은, 램프 드라이버들 (168) 을 통한 적색, 녹색 및 청색 및 백색 램프들 (각각, 162, 164, 166, 및 167) 의 조명, 픽셀들 (103) 의 어레이 내 특정의 로우들의 기록-인에이블링 및 시퀀싱, 데이터 드라이버들 (154) 로부터의 전압들의 출력, 및 광 변조기 작동을 위해 공급하는 전압들의 출력을 조정한다.
제어기 (156) 는 어레이 (103) 에서의 셔터들 (108) 각각이 새로운 이미지 (104) 에 적당한 조명 레벨들로 재설정될 수 있는 시퀀싱 또는 어드레싱 방식을 결정한다. 적당한 어드레싱, 이미지 형성, 및 그레이 스케일 기법들의 세부 사항들은 본원에 참조로 포함된 미국 특허출원 번호 제 11/326,696호 및 제 11/643,042호에서 발견될 수 있다. 새로운 이미지들 (104) 은 주기적인 간격들로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 비디오 디스플레이들에 있어, 비디오의 칼라 이미지들 (104) 또는 프레임들은 10 내지 300 Hertz 의 범위에 걸친 주파수들에서 리프레시된다. 일부 구현예들에서, 어레이 (103) 에 대한 이미지 프레임의 설정은, 교번하는 이미지 프레임들이 적색, 녹색, 및 청색과 같은 칼라들의 교번하는 시리즈로 조명되도록, 램프들 (162, 164, 및 166) 의 조명과 동기화된다. 각각의 개개의 칼라에 대한 이미지 프레임들은 칼라 서브-프레임으로서 지칭된다. 필드 순차 칼라 방법으로서 지칭되는 이 방법에서는, 칼라 서브-프레임들이 20 Hz 를 초과하는 주파수들로 교번되면, 인간 두뇌는 교번하는 프레임 이미지들을 넓고 연속적인 범위의 칼라를 갖는 이미지의 지각으로 평균할 것이다. 대안적인 구현예들에서, 원색들을 가진 4개 또는 이상의 램프들이 적색, 녹색, 및 청색 이외에 원색들을 채용하는 디스플레이 장치 (100) 에 채용될 수 있다.
일부 구현예들에서, 디스플레이 장치 (100) 가 개방된 상태와 폐쇄된 상태 사이의 셔터들 (108) 의 디지털 스위칭용으로 설계되는 경우, 제어기 (156) 는 적당한 그레이 스케일을 가진 이미지들 (104) 을 발생하기 위해 이미지 프레임들 사이의 어드레싱 시퀀스 및/또는 시간 간격들을 결정한다. 특정의 프레임에서 셔터 (108) 가 개방되는 시간의 양을 제어함으로써 그레이스케일의 가변 레벨들을 발생하는 프로세스는 시분할 그레이 스케일로서 지칭된다. 시분할 그레이 스케일의 일 구현예에서, 제어기 (156) 는 그 픽셀에 대해 소망되는 조명 레벨 또는 그레이 스케일에 따라서, 셔터 (108) 가 개방된 상태로 유지하도록 허용되는 각각의 프레임 내 시간 기간 또는 시간의 작은 부분을 결정한다. 다른 구현예들에서, 각각의 이미지 프레임에 대해, 제어기 (156) 는 어레이 (103) 의 다수의 로우들 및 칼럼들에서 복수의 서브-프레임 이미지들을 설정하고, 제어기는 각각의 서브-프레임 이미지가 그레이 스케일에 대해 코딩된 단어 내에 채용된 그레이 스케일 값 또는 유의도 값에 비례하여 조명되는 지속기간을 변경한다. 예를 들어, 서브-프레임 이미지들의 시리즈에 대한 조명 시간들은 2진 코딩 급수 (series) 1,2,4,8.. 에 비례하여 변화될 수도 있다. 어레이 (103) 에서의 각각의 픽셀에 대한 셔터들 (108) 은 그후 그레이 레벨에 대한 픽셀의 2진 코딩된 단어 내의 대응하는 위치에서의 값에 따라서 서브-프레임 이미지 내에서 개방된 또는 폐쇄된 상태로 설정된다.
다른 구현예들에서, 제어기는 램프들 (162, 164, 및 166) 로부터의 광의 강도를 특정의 서브-프레임 이미지에 대해 원하는 그레이 스케일 값에 비례하여 변경한다. 다수의 하이브리드 기법들이 또한 셔터들 (108) 의 어레이로부터 칼라들 및 그레이 스케일을 형성하는데 이용될 수도 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 시분할 기법들이 픽셀 당 다수의 셔터들 (108) 의 사용과 결합될 수 있거나, 또는 특정의 서브-프레임 이미지에 대한 그레이 스케일 값이 서브-프레임 타이밍과 램프 강도 양자의 조합을 통해서 확립될 수 있다. 이들 및 다른 구현예들의 세부 사항들은 위에서 참조한 미국 특허출원 제 11/643,042호에서 발견될 수 있다.
일부 구현예들에서, 이미지 상태 (104) 에 대한 데이터가 제어기 (156) 에 의해 변조기 어레이 (103) 로, 스캐닝 라인들로서 또한 지칭되는 개개의 로우들의 순차적인 어드레싱에 의해, 로드된다. 시퀀스에서 각각의 로우 또는 스캐닝 라인에 대해, 스캐닝 드라이버 (152) 는 기록-인에이블 전압을 그 어레이 (103) 의 로우에 대한 기록 인에이블 상호접속부 (110) 에 인가하고, 후속하여 데이터 드라이버 (154) 는 선택된 로우에서의 각각의 칼럼에 대해, 원하는 셔터 상태들에 대응하는 데이터 전압들을 공급한다. 이 프로세스는 그 어레이에서의 모든 로우들에 대해 데이터가 로드될 때까지 반복한다. 일부 구현예들에서, 데이터 로딩을 위한 선택된 로우들의 시퀀스는 선형이며, 어레이에서 최상부로부터 최저부로 진행한다. 다른 구현예들에서, 선택된 로우들의 시퀀스는 시각적 아티팩트들을 최소화하기 위해 의사-무작위로 추출된다. 그리고, 다른 구현예들에서, 시퀀싱은 블록들로 편성되며, 여기서, 블록에 있어, 이미지 상태 (104) 의 단지 어떤 작은 부분에 대한 데이터가 예를 들어, 어레이의 단지 매 5번째 로우를 차례로 어드레싱함으로써, 어레이로 로드된다.
일부 구현예들에서, 이미지 데이터를 어레이 (103) 에 로드하는 프로세스는 셔터들 (108) 을 작동하는 프로세스와 시간적으로 분리된다. 이들 구현예들에서, 변조기 어레이 (103) 는 어레이 (103) 에서의 각각의 픽셀에 대한 데이터 메모리 엘리먼트들을 포함할 수도 있으며, 제어 매트릭스는 메모리 엘리먼트들에 저장된 데이터에 따라서 셔터들 (108) 의 동시적인 작동을 개시하기 위해 공통 드라이버 (153) 로부터 트리거 신호들을 반송하는 글로벌 작동 상호접속부를 포함할 수도 있다. 여러 어드레싱 시퀀스들은, 이들 중 많은 것들이 미국 특허출원 제 11/643,042호에 설명되어 있는데, 타이밍 제어 모듈 (160) 에 의해 조정될 수 있다.
대안적인 구현예들에서, 픽셀들을 제어하는 제어 매트릭스 및 픽셀들 (103) 의 어레이는 직사각형의 로우들 및 칼럼들 이외의 구성들로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 픽셀들은 6각형의 어레이들 또는 곡선형의 로우들 및 칼럼들로 배열될 수 있다. 일반적으로, 본원에서 사용할 때, 용어 스캐닝-라인은 기록-인에이블링 상호접속부를 공유하는 임의의 복수의 픽셀들을 지칭할 것이다.
일부 구현예들에서, 변조기들의 어레이는 그들의 각각의 애퍼쳐들에 대해 상이한 공간 방위들 (spatial orientations) 을 가진 2개 이상 그룹들로 분할될 수도 있다. 입력 프로세싱 모듈 (158) 은 각각의 변조기를 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 모션의 방향을 결정하기 위해서, 각각의 픽셀의 공간 방위의 맵 및 프로세스 제어 신호들을 제어 매트릭스로 전송하기 전에 추가적으로 저장할 수도 있다.
디스플레이 (100) 는 타이밍 제어 모듈 (160), 프레임 버퍼 (159), 스캐닝 드라이버들 (152), 데이터 드라이버들 (154), 및 드라이버들 (153 및 168) 을 포함한 복수의 기능 블록들을 포함한다. 각각의 블록은 식별가능한 하드웨어 회로 및/또는 실행가능한 코드의 모듈을 나타내는 것으로 해석될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 기능 블록들은 회로 보드들 및/또는 케이블들에 의해 함께 접속된 별개의 칩들 또는 회로들로서 제공된다. 대안적으로, 이들 회로들의 많은 회로들은 유리 또는 플라스틱의 동일한 기판 상에 픽셀 어레이 (103) 와 함께 제조될 수도 있다. 다른 구현예들에서, 블록도 (150) 로부터의 다수의 회로들, 드라이버들, 프로세서들, 및/또는 제어 기능들은 단일 실리콘 칩 내에 함께 통합되고, 그후 픽셀 어레이 (103) 를 유지하는 투명한 기판에 직접 본딩될 수도 있다.
제어기 (156) 는 제어기 (156) 내에서 구현되는 어드레싱, 칼라, 및/또는 그레이 스케일 알고리즘들이 특정의 애플리케이션들의 요구들에 따라서 변경될 수 있는 프로그래밍 링크 (180) 를 포함한다. 일부 구현예들에서, 프로그래밍 링크 (180) 는 주변 광 또는 온도 센서들과 같은 환경 센서들로부터 정보를 전달하며, 그 결과, 제어기 (156) 가 환경 조건들에 대응하여 이미징 모드들 또는 백라이트 전력을 조정할 수 있다. 제어기 (156) 는 또한 광 변조기 작동 뿐만 아니라 램프들에 요구되는 전력을 제공하는 전원 입력 (182) 을 포함한다. 드라이버들 (152 153, 154, 및/또는 168) 은 또한 182 에서의 입력 전압을 셔터들 (108) 의 작동 또는 램프들 (162, 164, 166, 및 167) 과 같은 램프들의 조명에 충분한 여러 전압들로 변환하는 DC-DC 변환기들을 포함하거나 또는 결합될 수도 있다.
도 2 는 예시적인 구현예에 따른, 도 1a 의 MEMS-기반의 디스플레이 장치 (100) 에의 포함에 적당한 예시적인 셔터-기반의 광 변조기 (200) 의 사시도이다. 셔터-기반의 광 변조기 (200) (또한, 셔터 어셈블리 (200) 로서 지칭됨) 는 엑츄에이터 (204) 에 커플링된 셔터 (202) 를 포함한다. 엑츄에이터 (204) 는 미국특허 번호 제 7,271,945호에 설명된 바와 같이, 2개의 별개의 순응 전극 빔 엑츄에이터들 (205; compliant electrode beam actuators) ("엑츄에이터들 (205)") 로부터 형성된다. 셔터 (202) 는 일 측면 상에서 엑츄에이터들 (205) 에 커플링한다. 엑츄에이터들 (205) 은 셔터 (202) 를 표면 (203) 에 평행한 모션 평면에서 표면 (203) 위를 가로질러 이동시킨다. 셔터 (202) 의 반대 측면은 엑츄에이터 (204) 에 의해 작용되는 힘들에 반대로 작용하는 복원력을 제공하는 스프링 (207) 에 커플링한다.
각각의 엑츄에이터 (205) 는 셔터 (202) 를 로드 앵커 (208; load anchor) 에 접속하는 순응 로드 빔 (206; compliant load beam) 을 포함한다. 순응 로드 빔들 (206) 과 함께 로드 앵커들 (208) 은 셔터 (202) 를 표면 (203) 에 가장 가깝게 현수하여 유지하는 기계적 지지체들로서 기능한다. 로드 앵커들 (208) 은 순응 로드 빔들 (206) 및 셔터 (202) 를 표면 (203) 에 물리적으로 접속하고 로드 빔들 (206) 을 바이어스 전압에, 일부 경우, 접지에 전기적으로 접속한다. 각각의 엑츄에이터 (205) 은 또한 각각의 로드 빔 (206) 에 인접하게 위치된 순응 구동 빔 (216; compliant drive beam) 을 포함한다. 구동 빔들 (216) 은 일 단부에서 구동 빔들 (216) 사이에 공유된 구동 빔 앵커 (218) 에 커플링한다. 각각의 구동 빔 (216) 의 타 단부는 자유롭게 이동한다. 각각의 구동 빔 (216) 은 구동 빔 (216) 의 자유 단 및 로드 빔 (206) 의 앵커된 단부에 가까이 로드 빔 (206) 에 가장 가깝도록 만곡된다.
표면 (203) 은 광의 통과를 가능하게 하는 하나 이상의 애퍼쳐들 (211) 을 포함한다. 셔터 어셈블리 (200) 가 예를 들어, 실리콘으로 제조된 불투명 기판 상에 형성되면, 표면 (203) 은 기판의 표면이고, 기판을 통해서 홀들의 어레이를 에칭함으로써 애퍼쳐들 (211) 이 형성된다. 셔터 어셈블리 (200) 가 예를 들어, 유리 또는 플라스틱으로 제조된 투명 기판 상에 형성되면, 표면 (203) 은 기판 상에 퇴적된 광 차단 층의 표면이고, 표면 (203) 을 홀들 (211) 의 어레이로 에칭함으로써 애퍼쳐들이 형성된다. 애퍼쳐들 (211) 은 일반적으로 형태가 원형, 타원형, 다각형, S자형 (serpentine), 또는 불규칙적일 수 있다.
동작 시, 광 변조기 (200) 를 포함하는 디스플레이 장치는 구동 빔 앵커 (218) 를 통해서 전기 퍼텐셜을 구동 빔들 (216) 에 인가한다. 제 2 전기 퍼텐셜이 로드 빔들 (206) 에 인가될 수도 있다. 구동 빔들 (216) 과 로드 빔들 (206) 사이의 최종 퍼텐셜 차이가 구동 빔들 (216) 의 자유 단들을 로드 빔들 (206) 의 앵커된 단부들 측으로 당기고, 로드 빔들 (206) 의 셔터 단부들을 구동 빔들 (216) 의 앵커된 단부들 측으로 당김으로써, 셔터 (202) 를 구동 앵커 (218) 측으로 가로질러 구동한다. 순응 부재들 (206) 은 스프링들로서 작용하며, 그 결과, 빔들 (206 및 216) 을 가로지르는 전압이 제거될 때, 로드 빔들 (206) 이 셔터 (202) 를 그의 초기 위치로 되밀어, 로드 빔들 (206) 에 저장된 스트레스를 해제한다.
탄성 셔터 어셈블리로서 또한 지칭되는 셔터 어셈블리 (200) 는, 전압들이 제거된 후 셔터를 그의 휴지 또는 이완된 위치로 복귀시키기 위해, 스프링과 같은 수동적인 복원력을 포함한다. 다수의 탄성 복원 메카니즘들 및 여러 정전 커플링들은, 단지 일 예인 셔터 어셈블리 (200) 에 도시된 순응 빔들로 또는 정전 엑츄에이터들과 함께, 설계될 수 있다. 다른 예들은 본원에 참조로 포함된, 미국 특허 제 7,271,945호 및 미국 특허출원 번호 제 11/326,696호에 설명되어 있다. 예를 들어, 동작의 "개방된" 대 "폐쇄된" 상태들 사이의 갑작스러운 전이를 조력하고, 그리고 많은 경우, 셔터 어셈블리에 쌍-안정하거나 또는 히스테리시스 동작 특성을 제공하는, 높은 비선형 전압-변위 응답이 제공될 수 있다. 다른 정전 엑츄에이터들은 예를 들어, 아날로그 그레이 스케일 동작에서, 더 증분된 전압-변위 응답들로 그리고 상당히 감소된 히스테리시스로 설계될 수 있다.
탄성 셔터 어셈블리 내의 엑츄에이터 (205) 가 폐쇄된 또는 작동된 위치와 이완된 위치 사이에 동작한다고 한다. 설계자는, 그러나, 엑츄에이터 (205) 가 그의 이완된 위치에 있을 때는 언제나, 셔터 어셈블리 (200) 가 "개방된" 상태, 즉 광을 통과시키는 상태에 있거나, 또는 "폐쇄된" 상태, 즉 광을 차단하는 상태에 있게, 애퍼쳐들 (211) 을 배치하도록 선택할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 셔터 어셈블리는 제어 전자기기가 셔터들을 개방된 상태 및 폐쇄된 상태 각각으로 정전 구동할 수 있도록, "개방된" 및 "폐쇄된" 엑츄에이터들의 듀얼 세트를 포함한다.
미국 특허 제 7,271,945호 및 미국 특허출원 번호 제 11/326,696호는 셔터들의 어레이가 이미지들을, 많은 경우, 동화상들을, 적당한 그레이 스케일로 발생하기 위해 제어 매트릭스를 통해서 제어될 수도 있는 다양한 방법들을 설명하고 있다. 일부의 경우, 제어는 디스플레이의 주변부 상의 드라이버 회로들에 접속된 로우 및 칼럼 상호접속부들의 수동 매트릭스 어레이에 의해 달성된다. 다른 경우, 디스플레이의 속도, 그레이 스케일 및/또는 전력 소산 성능을 향상시키기 위해 어레이의 각각의 픽셀 (소위 활성 매트릭스) 내에 스위칭 및/또는 데이터 저장 엘리먼트들을 포함하는 것이 적절하다.
도 3 은 예시적인 구현예에 따른, 도 1a 의 MEMS-기반의 디스플레이 장치 (100) 에 포함된 광 변조기들을 제어하는데 적합한 제어 매트릭스 (300) 의 개략도이다. 도 4 는 예시적인 구현예에 따른, 도 3 의 제어 매트릭스 (300) 에 접속된 셔터-기반의 광 변조기들의 어레이 (320) 의 일 예이다. 제어 매트릭스 (300) 는 픽셀들 (320) 의 어레이 ("어레이 (320)") 를 어드레스할 수도 있다. 각각의 픽셀 (301) 은 엑츄에이터 (303) 에 의해 제어되는, 도 2 의 셔터 어셈블리 (200) 와 같은 탄성 셔터 어셈블리 (302) 를 포함한다. 각각의 픽셀은 또한 애퍼쳐들 (324) 을 포함하는 애퍼쳐 층 (322) 을 포함한다. 셔터 어셈블리 (302) 및 이의 변형들과 같은, 추가적인 셔터 어셈블리들의 전기적 및 기계적 설명들은, 미국 특허 제 7,271,945호 및 미국 특허출원 번호 제 11/326,696호에서 발견될 수 있다. 대안적인 제어 매트릭스들의 설명들은 또한 도 10 및 도 11 과 관련하여 아래에서, 뿐만 아니라 미국 특허출원 번호 제 11/607,715호에서 발견될 수 있다.
제어 매트릭스 (300) 는 셔터 어셈블리들 (302) 이 형성된 기판 (304) 의 표면 상의 확산된 또는 박막-퇴적된 전기 회로로서 제조된다. 제어 매트릭스 (300) 는 제어 매트릭스 (300) 에서의 픽셀들 (301) 의 각각의 로우에 대한 스캐닝-라인 상호접속부 (306), 및 제어 매트릭스 (300) 에서의 픽셀들 (301) 의 각각의 칼럼에 대한 데이터-상호접속부 (308) 를 포함한다. 각각의 스캐닝-라인 상호접속부 (306) 는 기록-인에이블링 전압 소스 (307) 를 픽셀들 (301) 의 대응하는 로우에서 픽셀들 (301) 에 전기적으로 접속한다. 각각의 데이터 상호접속부 (308) 는 데이터 전압 소스 ("Vd 소스") (309) 를 픽셀들 (301) 의 대응하는 칼럼에서 픽셀들 (301) 에 전기적으로 접속한다. 제어 매트릭스 (300) 에서, 데이터 전압 (Vd) 은 셔터 어셈블리들 (302) 에 대부분의 작동 에너지를 제공한다. 따라서, 데이터 전압 소스 (309) 는 또한 작동 전압 소스로서 기능한다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 픽셀들 (320) 의 어레이에서 각각의 픽셀 (301) 에 대해 또는 각각의 셔터 어셈블리 (302) 에 대해, 제어 매트릭스 (300) 는 트랜지스터 (310) 및 커패시터 (312) 를 포함한다. 각각의 트랜지스터 (310) 의 게이트는 픽셀 (301) 이 위치된 어레이 (320) 에서 로우의 스캐닝-라인 상호접속부 (306) 에 전기적으로 접속된다. 각각의 트랜지스터 (310) 의 소스는 그의 대응하는 데이터 상호접속부 (308) 에 전기적으로 접속된다. 각각의 셔터 어셈블리 (302) 의 엑츄에이터들 (303) 은 2개의 전극들을 포함한다. 각각의 트랜지스터 (310) 의 드레인은 대응하는 커패시터 (312) 의 하나의 전극에, 그리고 대응하는 엑츄에이터 (303) 의 전극들 중 하나에 병렬로 전기적으로 접속된다. 셔터 어셈블리 (302) 에서 커패시터 (312) 의 다른 전극 및 엑츄에이터 (303) 의 다른 전극은 공통 또는 접지 퍼텐셜에 접속된다. 대안적인 구현예들에서, 트랜지스터들 (310) 은 반도체 다이오드들 및 또는 금속-절연체-금속 샌드위치 유형 스위칭 소자들로 대체될 수 있다.
동작 시, 이미지를 형성하기 위해, 제어 매트릭스 (300) 는 Vwe 을 각각의 스캐닝-라인 상호접속부 (306) 에 차례로 인가함으로써, 어레이 (320) 에서 각각의 로우를 시퀀스로 기록-인에이블한다. 기록-인에이블된 로우에 대해, 로우에서 픽셀들 (301) 의 트랜지스터들 (310) 의 게이트들로의 Vwe 의 인가는, 퍼텐셜을 셔터 어셈블리 (302) 의 엑츄에이터 (303) 에 인가하기 위해, 데이터 상호접속부들 (308) 을 통해서 트랜지스터들 (310) 을 통한 전류의 흐름을 가능하게 한다. 로우가 기록-인에이블되는 동안, 데이터 전압들 (Vd) 이 데이터 상호접속부들 (308) 에 선택적으로 인가된다. 아날로그 그레이 스케일을 제공하는 구현예들에서, 각각의 데이터 상호접속부 (308) 에 인가되는 데이터 전압은 기록-인에이블된 스캐닝-라인 상호접속부 (306) 와 데이터 상호접속부 (308) 의 교차점에 위치된 픽셀 (301) 의 원하는 휘도와 관련하여 변화된다. 디지털 제어 방식들을 제공하는 구현예들에서, 데이터 전압은 상대적으로 낮은 크기 전압 (즉, 접지 근처의 전압) 으로, 또는 Vat (작동 임계 전압) 을 만족하거나 초과하도록 선택된다. 데이터 상호접속부 (308) 에의 Vat 의 인가에 응답하여, 대응하는 셔터 어셈블리 (302) 에서의 엑츄에이터 (303) 가 작동하여, 그 셔터 어셈블리 (302) 에서 셔터를 개방한다. 데이터 상호접속부 (308) 에 인가되는 전압은, 심지어 제어 매트릭스 (300) 가 Vwe 를 로우에 인가하는 것을 중지한 후에도, 픽셀 (301) 의 커패시터 (312) 에 저장된 채 유지한다. 따라서, 셔터 어셈블리 (302) 를 작동하는데 충분히 긴 시간 동안 로우 상의 전압 Vwe 을 대기하고 유지하는 것이 요구되지 않는다; 이런 작동은 기록-인에이블링 전압이 로우로부터 제거된 후에 진행할 수 있다. 커패시터들 (312) 은 또한 이미지 프레임의 조명에 필요로 하는 기간들 동안 작동 명령들을 저장하는, 어레이 (320) 내 메모리 엘리먼트들로서 기능한다.
어레이 (320) 의 제어 매트릭스 (300) 뿐만 아니라 픽셀들 (301) 이 기판 (304) 상에 형성된다. 어레이는 어레이 (320) 에서 각각의 픽셀들 (301) 에 대한 애퍼쳐들 (324) 의 세트를 포함하는, 기판 (304) 상에 배치된 애퍼쳐 층 (322) 을 포함한다. 애퍼쳐들 (324) 은 각각의 픽셀에서 셔터 어셈블리들 (302) 과 정렬된다. 일 구현예에서, 기판 (304) 은 투명한 재료, 예컨대 유리 또는 플라스틱으로 제조된다. 다른 구현예에서, 기판 (304) 은 불투명 재료로 제조되지만, 홀들이 에칭되어 애퍼쳐들 (324) 을 형성한다.
셔터 어셈블리들 (302) 의 구성요소들은 제어 매트릭스 (300) 와 동시에 또는 동일한 기판 상의 후속 프로세싱 단계들에서 프로세싱된다. 제어 매트릭스 (300) 에서 전기적 구성요소들은 액정 디스플레이들용 박막 트랜지스터 어레이들의 제조와 공통적인 많은 박막 기법들을 이용하여 제조된다. 가용 기법들은 본원에 참조로 포함된, Den Boer, Active Matrix Liquid Crystal Displays (Elsevier, Amsterdam, 2005) 에 설명되어 있다. 셔터 어셈블리들은 미세 기계가공의 기술과 유사한 기법들을 이용하여 또는 마이크로메카니컬 (즉, MEMS) 디바이스들의 제조로부터 제조된다. 많은 적용가능한 박막 MEMS 기법들은, 본원에 참조로 포함된, Rai-Choudhury, ed., Handbook of Microlithography, Micromachining & Microfabrication (SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash. 1997) 에 설명되어 있다. 유리 기판들 상에 형성된 MEMS 광 변조기들에 고유한 제조 기법들은 본원에 참조로 포함된, 미국 특허 제 7,405,852호 및 제 7,675,665호에서 발견될 수 있다. 예를 들어, 그들 애플리케이션들에서 설명하는 바와 같이, 셔터 어셈블리 (302) 는 화학 기상 증착 프로세스에 의해 퇴적되는 비결정 실리콘의 박막들로부터 형성될 수 있다.
셔터 어셈블리 (302) 는 엑츄에이터 (303) 와 함께 쌍-안정될 수 있다. 즉, 셔터들은 적어도 2개의 평형 위치들 (예컨대, 개방된 또는 폐쇄된) 에, 그들을 어느 하나의 위치에 유지하는데 거의 또는 전혀 전력이 요구되지 않고, 존재할 수 있다. 좀더 자세하게 설명하면, 셔터 어셈블리 (302) 는 기계적으로 쌍-안정일 수 있다. 일단 셔터 어셈블리 (302) 의 셔터가 적소에 배치되면, 어떤 전기적 에너지 또는 유지 전압도 그 위치를 유지하는데 요구되지 않는다. 셔터 어셈블리 (302) 의 물리적인 엘리먼트들 상의 기계적 스트레스들은 셔터를 적소에 유지할 수 있다.
셔터 어셈블리 (302) 는 엑츄에이터 (303) 와 함께 또한 전기적으로 쌍-안정될 수 있다. 전기적으로 쌍-안정한 셔터 어셈블리에서, (셔터가 개방되거나 또는 폐쇄된 채) 폐쇄된 엑츄에이터에 인가되면, 반대작용력이 셔터 상에 가해지더라도, 엑츄에이터를 폐쇄된 상태로 그리고 셔터를 적소에 유지하는, 셔터 어셈블리의 작동 전압 아래의 전압들의 범위가 존재한다. 반대작용력은 셔터-기반의 광 변조기 (200) 에서 스프링 (207) 과 같은 스프링에 의해 가해질 수도 있거나, 또는 반대작용력은 "개방된" 또는 "폐쇄된" 엑츄에이터와 같은 반대작용 엑츄에이터에 의해 가해질 수도 있다.
광 변조기 어레이 (320) 는 픽셀 당 단일 MEMS 광 변조기를 갖는 것으로 도시된다. 다수의 MEMS 광 변조기들이 각각의 픽셀에 제공되어 각각의 픽셀에서 단지 2진 "온" 또는 "오프" 광학적 상태들 이상의 가능성을 제공하는 다른 구현예들이 가능하다. 픽셀에 다수의 MEMS 광 변조기들이 제공되고 그리고 광 변조기들의 각각과 결합되는 애퍼쳐들 (324) 이 동등하지 않은 영역들을 갖는, 어떤 유형들의 코딩된 영역 분할 그레이 스케일이 가능하다.
도 5a 및 도 5b 는 예시적인 구현예에 따른, 듀얼 엑츄에이터 셔터-기반의 광 변조기들 (500) 의 예들을 도시한다. 광 변조기 (500) 는 도 5a 에 개방된 상태로 도시된다. 도 5b 는 폐쇄된 상태에서의 듀얼 엑츄에이터 셔터 어셈블리 (500) 의 도면이다. 셔터 어셈블리 (500) 는 셔터 (506) 의 양 측면 상의 엑츄에이터들 (502 및 504) 을 포함한다. 각각의 엑츄에이터 (502 및 504) 는 독립적으로 제어된다. 제 1 엑츄에이터, 즉, 셔터-개방 엑츄에이터 (502) 는 셔터 (506) 를 개방하도록 기능한다. 제 2 반대작용 엑츄에이터, 즉, 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (504) 는 셔터 (506) 를 폐쇄하도록 기능한다. 엑츄에이터들 (502 및 504) 양자는 순응 빔 전극 엑츄에이터들이다. 엑츄에이터들 (502 및 504) 은 셔터가 위에 걸쳐서 현수되는 애퍼쳐 층 (507) 에 평행한 평면에서 셔터 (506) 를 구동함으로써 셔터 (506) 를 개방하고 폐쇄한다. 셔터 (506) 는 엑츄에이터들 (502 및 504) 에 부착된 앵커들 (508) 에 의해 애퍼쳐 층 (507) 위에 걸쳐서 짧은 거리로 현수된다. 그의 이동의 축을 따라 셔터 (506) 의 양 단부들에 부착된 지지체들의 포함은 셔터 (506) 의 면외방향 모션을 감소시키고 모션을 기판에 평행한 평면에 제한한다. 셔터 어셈블리 (500) 와 같은 셔터 어셈블리들은 종종 제어 매트릭스와 동일한 기판 상에 제조된다.
셔터 (506) 는 광이 통과할 수 있는 2개의 셔터 애퍼쳐들 (512) 을 포함한다. 애퍼쳐 층 (507) 은 3개의 애퍼쳐들 (509) 의 세트를 포함한다. 도 5a 에서, 셔터 어셈블리 (500) 는 개방된 상태에 있으며, 이에 따라서, 셔터-개방 엑츄에이터 (502) 는 작동되었으며, 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (504) 가 그의 이완된 위치에 있으며, 애퍼쳐들 (512 및 509) 의 중심선들이 일치한다. 도 5b 에서, 셔터 어셈블리 (500) 는 폐쇄된 상태로 이동되었으며, 이에 따라서, 셔터-개방 엑츄에이터 (502) 가 그의 이완된 위치에 있고, 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (504) 가 작동되었으며, 셔터 (506) 의 광 차단 부분들이 애퍼쳐들 (509) (점선들로 도시됨) 을 통한 광의 투과를 차단하기 위해 현재 적소에 있다.
각각의 애퍼쳐는 그의 주변부 (periphery) 둘레에 적어도 하나의 에지를 갖는다. 예를 들어, 직사각형의 애퍼쳐들 (509) 은 4개의 에지들을 갖는다. 원형, 타원형, 계란형, 또는 다른 곡면 애퍼쳐들이 애퍼쳐 층 (507) 에 형성된 대안적인 구현예들에서, 각각의 애퍼쳐는 오직 단일 에지를 가질 수도 있다. 다른 구현예들에서, 애퍼쳐들은 수학적 의미로 분리되거나 분해될 필요는 없지만, 대신 접속될 수 있다. 즉, 애퍼쳐의 부분들 또는 형상화된 섹션들은 각각의 셔터에 대해 대응을 유지할 수도 있지만, 이들 섹션들 중 여러 섹션은 애퍼쳐의 단일 연속적인 둘레가 다수의 셔터들에 의해 공유될 수 있도록 접속될 수도 있다.
다양한 출사 각도들을 가진 광이 애퍼쳐들 (512 및 509) 을 개방된 상태에서 통과할 수 있도록 하기 위해서는, 애퍼쳐 층 (507) 에서 애퍼쳐들 (509) 의 대응하는 폭 또는 사이즈보다 더 큰 폭 또는 사이즈를 셔터 애퍼쳐들 (512) 에 제공하는 것이 유리하다. 폐쇄된 상태에서 광이 탈출하는 것을 효과적으로 차단하기 위해, 셔터 (506) 의 광 차단 부분들이 애퍼쳐들 (509) 과 중첩한다. 도 1b 는 셔터 (506) 에서 광 차단 부분들의 에지와 애퍼쳐 층 (507) 에 형성된 애퍼쳐 (509) 의 하나의 에지 사이의 미리 정의된 중첩부 (516) 를 나타낸다.
정전 엑츄에이터들 (502 및 504) 은 그들의 전압 - 변위 거동이 셔터 어셈블리 (500) 에 쌍-안정 특성을 제공하도록 설계된다. 셔터-개방 및 셔터-폐쇄 엑츄에이터들의 각각에 대해, (셔터가 개방되거나 또는 폐쇄된 채) 그 엑츄에이터가 폐쇄된 상태에 있는 동안 인가되면, 비록 작동 전압이 반대작용 엑츄에이터에 인가된 후에도, 엑츄에이터를 폐쇄된 상태에 그리고 셔터를 적소에 유지하는, 작동 전압 아래의 전압들의 범위가 존재한다. 이런 반대작용력에 대항해서 셔터의 위치를 유지하는데 요구되는 최소 전압은 유지보수 전압 (Vm) 으로 지칭된다. 쌍-안정 동작 특성을 이용하는 다수의 제어 매트릭스들은 위에서 참조한 미국 특허출원 번호 제 11/607,715호에 설명되어 있다.
도 6 은 하나의 예시적인 구현예에 따른, 셔터-기반의 광 변조기들 (셔터 어셈블리들) (602) 을 포함하는 디스플레이 장치 (600) 의 단면도이다. 각각의 셔터 어셈블리는 셔터 (603) 및 앵커 (605) 를 포함한다. 앵커들 (605) 과 셔터들 (603) 사이에 접속될 때, 셔터들을 표면 위에 짧은 거리로 현수하는 것을 돕는 순응 빔 엑츄에이터들은 도시되지 않는다. 셔터 어셈블리들 (602) 은 일부 구현예들에서 플라스틱 또는 유리로 제조된 투명한 기판 (604) 상에 배치된다. 기판 (604) 상에 배치된, 후면-대향 반사 층, 즉, 반사 필름 (606) 은 셔터 어셈블리들 (602) 의 셔터들 (603) 의 폐쇄 위치들 아래에 위치된 복수의 표면 애퍼쳐들 (608) 을 한정한다. 반사 필름 (606) 은 표면 애퍼쳐들 (608) 을 통과하지 않은 광을 디스플레이 장치 (600) 의 후면 방향으로 되반사한다. 반사 애퍼쳐 층 (606) 은 스퍼터링, 증발, 이온 플레이팅, 레이저 삭마, 또는 화학 기상 증착을 포함한 다수의 증기 퇴적 기법들에 의해 박막 방식으로 형성된 함유물이 없는 미립형 (fine-grained) 금속 필름일 수 있다. 다른 구현예에서, 후면-대향 반사 층 (606) 은 유전체 거울과 같은 거울로부터 형성될 수 있다. 유전체 거울은 높은 굴절율의 재료와 낮은 굴절율의 재료 사이에 교번하는 유전체 박막들의 스택으로서 제조된다. 반사 필름 (606) 으로부터 셔터들 (603) 을 분리하는, 셔터가 자유롭게 이동하는 수직 간극은 0.5 내지 10 마이크론의 범위이다. 일부 구현예들에서, 수직 간극의 크기는 도 5b 에 도시된 중첩부 (616) 와 같은, 셔터들 (603) 의 에지와 폐쇄된 상태에서의 애퍼쳐들 (608) 의 에지 사이의 측면 중첩부보다 작다.
디스플레이 장치 (600) 는 평면 광 가이드 (616) 로부터 기판 (604) 을 분리하는 옵션적인 확산기 (612) 및/또는 옵션적인 휘도 향상 필름 (614) 을 포함한다. 광 가이드는 투명한, 즉 유리 또는 플라스틱 재료를 포함한다. 광 가이드 (616) 는 백라이트를 형성하는 하나 이상의 광원들 (618) 에 의해 조명된다. 광원들 (618) 은 예를 들어, 제한 없이, 백열 램프들, 형광 램프들, 레이저들, 또는 발광 다이오드들 (LEDs) 일 수 있다. 반사기 (619) 는 램프 (618) 로부터의 광을 광 가이드 (616) 측으로 안내하는 것을 돕는다. 정면-대향 반사 필름 (620) 은 백라이트 (616) 뒤에 배치되어, 셔터 어셈블리들 (602) 측으로 광을 반사한다. 셔터 어셈블리들 (602) 의 하나를 통과하지 않는, 백라이트로부터의 광선 (621) 과 같은 광선들은 백라이트로 복귀되어 필름 (620) 으로부터 다시 반사될 것이다. 이 방식에서, 제 1 패스 상에 이미지를 형성하기 위해 디스플레이를 떠나는데 실패한 광은, 리사이클링되어, 셔터 어셈블리들 (602) 의 어레이에서 다른 개방된 애퍼쳐들을 통한 투과가 가능하게 될 수 있다. 이런 광 리사이클링은 디스플레이의 조명 효율을 증가시키는 것으로 나타났다.
광 가이드 (616) 는 램프들 (618) 로부터의 광을 애퍼쳐들 (608) 측으로, 따라서 디스플레이의 정면 측으로 방향전환하는 기하학적 광 리다이렉터들 (redirectors) 또는 프리즘들 (617) 의 세트를 포함한다. 광 리다이렉터들은 대안적으로 단면이 삼각형, 사다리꼴, 또는 곡선일 수 있는 형태들을 갖는 광 가이드 (616) 의 플라스틱 본체에 몰딩될 수 있다. 프리즘들 (617) 의 밀도는 일반적으로 램프 (618) 로부터의 거리에 따라 증가한다.
대안적인 구현예들에서, 애퍼쳐 층 (606) 은 광 흡수 재료로 제조될 수 있으며, 대안적인 구현예들에서, 셔터 (603) 의 표면들은 광 흡수 또는 광 반사 재료로 코팅될 수 있다. 대안적인 구현예들에서, 애퍼쳐 층 (606) 은 광 가이드 (616) 의 표면 상에 직접 퇴적될 수 있다. 대안적인 구현예들에서, 애퍼쳐 층 (606) 은 셔터들 (603) 및 앵커들 (605) (아래에 설명하는 MEMS-다운 구성 참조) 과 동일한 기판 상에 배치될 필요는 없다. 디스플레이 조명 시스템에 대한 이들 및 다른 구현예들은 본원에 참조로 포함된, 미국 특허 제 7,417,782호 및 미국 특허 제 7,876,489호에 자세하게 설명되어 있다.
일 구현예에서, 광원들 (618) 은 상이한 칼라들, 예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 칼라의 램프들을 포함할 수 있다. 칼라 이미지는 인간 두되가 상이한 착색된 이미지들을 단일 멀티-칼라 이미지로 평균하기에 충분한 레이트로 이미지들을 상이한 칼라들의 램프들로 순차적으로 조명함으로써 형성될 수 있다. 여러 칼라-특정의 이미지들은 셔터 어셈블리들 (602) 의 어레이를 이용하여 형성된다. 다른 구현예에서, 광원 (618) 은 3개보다 많은 상이한 칼라들을 가진 램프들을 포함한다. 예를 들어, 광원 (618) 은 적색, 녹색, 청색 및 백색 램프들 또는 적색, 녹색, 청색, 및 황색 램프들을 가질 수도 있다.
커버 플레이트 (622) 는 디스플레이 장치 (600) 의 정면을 형성한다. 커버 플레이트 (622) 의 후면 측면은 콘트라스트를 증가시키기 위해 블랙 매트릭스 (624) 로 커버될 수 있다. 대안적인 구현예들에서, 커버 플레이트는 칼라 필터들, 예를 들어 셔터 어셈블리들 (602) 중 상이한 셔터 어셈블리들에 대응하는 별개의 적색, 녹색, 및 청색 필터들을 포함한다. 커버 플레이트 (622) 는 간극 (626) 을 형성하며 셔터 어셈블리들 (602) 로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 지지된다. 간극 (626) 은 기계적 지지체들 또는 스페이서들 (627) 에 의해, 및/또는 커버 플레이트 (622) 를 기판 (604) 에 부착하는 접착제 밀봉재 (628) 에 의해, 유지된다.
접착제 밀봉재 (628) 는 작동 유체 (630) 로 밀봉된다. 작동 유체 (630) 는 약 10 centipoise 아래의 점도들로, 그리고 약 2.0 이상의 상대 유전 상수 및 약 104 V/cm 이상의 유전 파괴 강도들로 제작된다. 작동 유체 (630) 는 또한 윤활제로서 기능할 수 있다. 일 구현예에서, 작동 유체 (630) 는 높은 표면 습윤 능력을 가진 소수성 액체이다. 대안적인 구현예들에서, 작동 유체 (630) 는 기판 (604) 의 굴절율보다 더 크거나 또는 더 작은 굴절율을 갖는다.
시트 금속 또는 몰딩된 플라스틱 어셈블리 브래킷 (632) 은 커버 플레이트 (622), 기판 (604), 백라이트 (616) 및 다른 구성요소 부분들을 그 에지들 둘레에 함께 유지한다. 어셈블리 브래킷 (632) 은 결합된 디스플레이 장치 (600) 에 강성을 추가하기 위해 스크루들 또는 인덴트 탭들 (indent tabs) 로 고정된다. 일부 구현예들에서, 광원 (618) 은 에폭시 포팅 (potting) 화합물에 의해 제자리에 몰딩된다. 반사기들 (636) 은 광 가이드 (616) 의 에지들로부터 탈출하는 광을 광 가이드로 되돌려 복귀시키는 것을 돕는다. 전력 뿐만 아니라 제어 신호들을 셔터 어셈블리들 (602) 및 램프들 (618) 에 제공하는 전기 상호접속부들은 도 2 에 도시되지 않는다.
따라서, 제조하는 방법들을 포함한, 디스플레이 장치 (600) 에 대한 추가적인 세부 사항들 및 대안적인 구성들은 본원에 참조로 포함된 미국 특허 제 7,417,782호 및 제 7,876,489호에서 발견될 수 있다.
디스플레이 장치 (600) 는 MEMS 기반의 광 변조기들이 기판 (604) 의 정면 표면, 즉 뷰어 측에 면하는 표면 상에 형성되어 있는 MEMS-업 구성으로 지칭된다. 셔터 어셈블리들 (602) 은 반사 애퍼쳐 층 (606) 의 상부 상에 직접 탑재된다. MEMS-다운 구성으로서 지칭되는 대안적인 구현예에서, 셔터 어셈블리들은 반사 애퍼쳐 층이 상부에 형성된 기판으로부터 분리된 기판 상에 배치된다. 반사 애퍼쳐 층이 상부에 형성되는 기판은 복수의 애퍼쳐들을 한정하여 형성되며, 애퍼쳐 플레이트로서 본원에서 지칭된다. MEMS-다운 구성에서, MEMS-기반의 광 변조기들을 갖는 기판은 디스플레이 장치 (600) 에서의 커버 플레이트 (622) 를 대신하며, MEMS-기반의 광 변조기들이 상부 기판의 후면 표면, 즉 뷰어로부터 멀고 백 라이트 (616) 측에 면하는 표면 상에 위치되도록 방향정렬된다. 이에 따라서, MEMS-기반의 광 변조기들은 반사 애퍼쳐 층으로부터의 간극에 직접 대향하여 가로질러 위치된다. 간극은 애퍼쳐 플레이트와 MEMS 변조기들이 상부에 형성된 기판을 연결하는 스페이서 포스트들의 시리즈에 의해 유지될 수 있다. 일부 구현예들에서, 스페이서들은 어레이에서의 각각의 픽셀 내에 또는 사이에 배치된다. 일부 구현예들에서, 그들의 대응하는 애퍼쳐들로부터 MEMS 광 변조기들을 분리하는 간극 또는 거리는 10 마이크론 미만이거나, 또는 중첩부 (516) 와 같은, 셔터들과 애퍼쳐들 사이의 중첩부보다 작은 거리이다. MEMS-다운 디스플레이 구성에 대한 추가적인 세부 사항들 및 대안적인 구현예들은 위에서 참조한 미국 특허 번호 제 7,405,852호 및 제 7,675,665호에서 발견될 수 있다.
기계적 광 변조기들의 어레이로부터 형성된 디스플레이는 수만의 광 변조기들을, 디스플레이의 각각의 픽셀에 대해 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 수백만의 광 변조기들까지 포함할 수 있다. 각각의 광 변조기의 모션은 백플레인 회로로서 종종 지칭되는 제어 매트릭스를 통해 지시되는 지령들에 의해 제어된다. 비디오 동작 동안, 개개의 광 변조기들의 동작 상태는 초당 50 회로부터 초당 50,000 회까지 변화될 수 있다. 그 결과, 수천의 셔터 어셈블리들이 가청 주파수들의 시간 스케일들 특성을 넘어서 이동하여, 디스플레이들은 바람직하지 않은 음향 잡음을 부산물로서 방출할 수 있다. 디스플레이 장치가 작동 유체 (630) 와 같은 작동 유체를 포함할 때, 유체는 이웃하는 광 변조기들의 모션을 서로 커플링하거나, 및/또는 광 변조기들의 어레이의 모션을 커버 플레이트 (622) 와 같은 커버 플레이트에 커플링할 수 있다. 커버 플레이트는, 음향 주파수들에서 이동 유체에 의해 구동되면, 가청 잡음을 환경으로 브로드캐스팅하는 트랜스듀서로서 작용할 수 있다.
디스플레이 어셈블리에서 개개의 픽셀들은 종종 단지 수십 마이크론 내지 수백 마이크론의 사이즈이지만, 디스플레이에서 보통의 이미지들은 밀리미터들 또는 심지어 센티미터들인 균일한 칼라 또는 콘트라스트의 영역들을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이의 이웃하는 영역에서 수십 또는 수백 광 변조기들이 제어 매트릭스로부터의 신호들에 의해 유사한 모션들로 그리고 유사한 타이밍 신호들로 이동하도록 유발되는 것이 일상적인 일이다. 이웃하는 픽셀들의 이동들의 이 동기화 또는 상관은 음향 방출들의 진폭에 기여한다.
따라서, 이웃하는 픽셀들의 이동 시에 상관 관계들을 감소시켜 음향 방출들의 진폭을 감소시킬 수 있는, 광 변조기들의 어레이에 대한 설계들이 추구된다. 이런 설계들의 여러 예들이 아래에 설명된다.
도 7a 는 예시적인 구현예에 따른, 셔터 (704) 와 애퍼처 (702) 사이에 제 1 공간 관계를 갖는 광 변조기 (700) 의 일 예를 도시한다. 도 7a 에서 광 변조기 (700) 는 애퍼쳐 (702) 를 통한 광의 통과를 완전히 허용하지도 않고 광의 통과를 완전히 차단하지도 않는 비활성 상태에 있다. 도 7a 는 셔터 (704) 를 애퍼쳐 (702) 에 대해 수직 방위로 나타낸다. 도 7a 에서, 셔터 (704) 는 제 1 활성 상태, 즉, 폐쇄된 상태에 도달하기 위해 위로 이동하며, 여기서 셔터 (704) 는 애퍼쳐를 통과하는 광을 완전히 차단한다. 셔터 (704) 는 또한 반대 방향으로 또는 아래 방향으로의 이동에 의해 제 2 활성 상태, 즉, 개방된 상태로 이동될 수 있다. 애퍼쳐 (702) 에 대해 아래로 개방 위치로 이동될 때, 제 2 활성 상태에서 셔터 (704) 는 광이 애퍼쳐 (702) 를 통과할 수 있도록 할 것이다.
도 7b 는 예시적인 구현예에 따른, 셔터와 애퍼쳐 사이에 제 2 공간 관계를 갖는 광 변조기 (700) 의 일 예를 도시한다. 도 7b 에서 광 변조기 (700) 는 애퍼쳐 (702) 를 통한 광의 통과를 완전히 허용하지도 않고 광의 통과를 완전히 차단하지도 않는 비활성 상태에 있다. 도 7b 는 셔터 (704) 를 애퍼쳐 (702) 에 대해 수직 방위로 나타낸다. 도 7b 에서, 셔터 (704) 는 제 1 활성 상태, 즉, 폐쇄된 상태에 도달하기 위해 아래로 이동하며, 여기서 셔터 (704) 는 애퍼쳐를 통과하는 광을 완전히 차단한다. 셔터 (704) 는 또한 반대 방향으로 또는 윗 방향으로의 이동에 의해 제 2 활성 상태, 즉 개방된 상태로 이동될 수 있다. 애퍼처 (702) 에 대해 윗 방향으로 개방 위치로 이동될 때, 제 2 활성 상태에서 셔터 (704) 는 광이 애퍼쳐 (702) 를 통과할 수 있도록 한다.
당업자는, 예를 들어, 셔터와 애퍼쳐 사이의 제 1 가능한 공간 관계가 셔터가 좌측으로 이동하여 비활성 상태로부터 제 1 활성 상태, 즉, 폐쇄된 상태로 이동하는 공간 관계에 있도록, 도 7a 및 도 7b 가 수평 방위로 적절히 용이하게 도시될 수도 있었다는 것을, 명백히 알 수 있다. 반대로, 셔터와 애퍼쳐 사이의 제 2 공간 관계는 셔터가 우측으로 이동하여 비활성 상태로부터 제 1 활성 상태, 즉, 폐쇄된 상태로 이동하는 공간 관계에 있을 수 있다.
큰 어레이에서 모든 셔터들과 애퍼쳐들의 공간 관계들이 동일하면, 어레이는 모든 셔터들이 동일한 활성 상태로 스위칭될 때 일부 현저한 압력 파들을 생성할 수 있다. 작동 유체에 의해 증폭되는 이들 압력 파들은 디스플레이로부터 방출되는 잡음으로 전환된다. 이 문제는 고체 또는 거의 솔리드 칼라 패턴들에 있어 가장 크며, 여기서 수만의 광 변조기들이 모두 동일한 방향으로 동시에, 그리고 500 Hz 또는 이상의 주파수들에서 이동하도록 야기될 수 있다.
이 이슈를 경감하기 위해, 광 변조기들의 어레이는 광 변조기들과 그들의 대응하는 애퍼쳐들 사이의 공간 관계들이 모두 동일하지 않게 구성될 수 있다. 이런 구성들에서, 특정의 솔리드 칼라 패턴에 대해, 광 변조기들은 동일한 방향으로 이동하지 않을 것이다. 예를 들어, 광 변조기들의 어레이는 광 변조기들의 적어도 2개의 그룹들을 포함할 수 있으며, 이때, 광 변조기들의 제 1 그룹은 제 1 방향으로의 이동을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성되고, 광 변조기들의 제 2 그룹은 제 2 방향으로의 이동을 통해서 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성된다. 제 2 방향은 제 1 방향과는 실질적으로 상이하다.
일부 구현예들에서, 변조기들의 2개의 그룹들에 대한 모션의 제 1 및 제 2 방향들은 평면 반대 방향들에 있을 것이다. 다른 구현예들에서, 제 1 및 제 2 방향들은 서로로부터 약 90, 60, 또는 45 도 만큼 방향정렬될 수도 있다. 여전히 다른 구현예들에서, 비활성 상태로부터 제 1 활성 상태로의 모션은, 예컨대 광 변조기들이 캔틸레버 빔 (cantilever beam) 들에 의해 지지된 상태로, 원형의 모션일 수도 있다. 이 구현예에서, 광 변조기들의 제 1 그룹은 변조기들이 비활성 상태로부터 제 1 활성 상태로 시계방향으로 구동되게 제공되며, 반면, 제 2 그룹에서의 광 변조기들은 제 1 활성 상태로의 이동이 시계 반대방향으로 있게 제공된다.
도 8a 내지 도 8c 는 디스플레이에서 픽셀 그룹핑 배열들의 예들을 도시한다. 픽셀들은 전체 어레이가 셔터와 애퍼쳐 사이에 동일한 공간 관계를 갖지 않고 셔터들이 동일한 활성 상태를 달성하기 위해 동일한 방향으로 이동하지 않도록 배열된다. 도 8a 는 여러 일반적인 직사각형의 픽셀 그룹들을 도시한다. 도 8b 는 일반적으로 6각형의 픽셀 그룹들을 도시한다. 도 8c 는 또 다른 적당한 픽셀 그룹핑을 도시한다.
도 8a 의 어레이 (800) 는 종래 기술의 예시이며, 여기서, 어레이에서의 픽셀들의 각각은 심볼 "A" 로 지시된 동일한 공간 방위로 배열된다. 도 8a 의 어레이 (810) 는 하나의 예시적인 구현예를 나타내며, 이때 어레이의 광 변조기들은 심볼들 "A" 및 "B" 로 지시된 별개의 공간 관계들을 가진 2개의 그룹들을 포함한다. 그룹 "A" 의 광 변조기들은 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 1 방향으로 이동하는 반면, 그룹 "B" 의 광 변조기들은 동일한 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 2 방향으로 이동한다. 그룹들 "A" 및 "B" 의 광 변조기들은 교번하는 로우들 (812 및 814) 에 배열된다.
도 8a 의 어레이 (820) 는 다른 예시적인 구현예를 나타내며, 이때, 어레이의 광 변조기들은 심볼들 "A" 및 "B" 로 지시된 별개의 공간 관계들을 가진 동일한 2개의 그룹들을 포함한다. 그룹 "A" 의 광 변조기들은 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 1 방향으로 이동하는 반면, 그룹 "B" 의 광 변조기들은 동일한 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 2 방향으로 이동한다. 그룹들 "A" 및 "B" 의 광 변조기들은 교번하는 칼럼들 (822 및 824) 에 배열된다.
로우들과 칼럼들의 교번은 단일 로우 단위로 또는 단일 칼럼 단위로 일어날 수 있지만 일어날 필요가 없다. 이의 대안으로, 동일한 방위를 갖는 픽셀들의 다수의 로우들 또는 칼럼들은 나란히 그룹핑될 수도 있다. 이런 구성들에서, 잡음을 제한하기 위해, 광 변조기들의 2개의 그룹들 사이의 교번의 공간 기간을 대략 기판의 두께 미만으로 유지하는 것이 유용하다. 예를 들어, 600um 두께 유리 상에 형성된 (200um 의 픽셀 피치를 갖는) 127PPI 디스플레이에 있어, 그룹들 사이의 교번은 3 픽셀 폭들 또는 이하이다.
도 8a 의 어레이 (830) 는 다른 예시적인 구현예를 나타내며, 이때, 어레이의 광 변조기들은 심볼들 "A" 및 "B" 로 지시된 별개의 공간 관계들을 가진 동일한 2개의 그룹들을 포함한다. 그룹들 "A" 및 "B" 의 광 변조기들은, 그룹 "A" 의 멤버가 그룹 "B" 의 멤버에 인접하지 않게 그들이 매 로우 마다 그리고 매 칼럼 마다 교번하도록 배열된다.
어레이 (830) 의 대안적인 구현예에서, 그룹들 "A" 및 "B" 는 교번하는 클러스터들에 또는 체커보드-유형 클러스터들에 배열될 수 있을 것이다. 예컨대, 2 픽셀 곱하기 2 픽셀 블록에서는, 적게는 클러스터 내에 동일한 공간 관계들을 가진 4개의 광 변조기들이 있을 수 있거나, 또는 예컨대, 6 x 6 또는 10 x 10 픽셀 블록들에서는, 많게는 클러스터 내에 36 또는 100 개의 유사한 광 변조기들이 있을 수도 있다.
다른 구현예에서, 그룹들 "A" 및 "B" 로부터의 광 변조기들은 어레이 전반에 걸쳐서 무작위로 (randomized) 배열될 수 있다. 추가적인 이점으로서, 그룹들 "A" 및 "B" 로부터의 광 변조기들이 어레이 전반에 걸쳐서 무작위로 소산되면, 마스킹 스텝들 사이의 오정렬들, 또는 모듈 어셈블리 동안 2개의 기판들 사이의 오정렬에 관련된 다수의 시각적 아티팩트들이 감소되거나 또는 제거될 수 있다.
도 8a 의 어레이 (840) 는 다른 예시적인 구현예를 나타내며, 이때 어레이의 광 변조기들은 심볼들 "A", "B", "C", 및 "D" 로 지시된 별개의 공간 관계들의 4개의 그룹들을 포함한다. 그룹 "A" (842) 의 광 변조기들은 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 1 방향으로 이동한다. 그룹 "B" (844) 의 광 변조기들은 동일한 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 2 방향으로 이동한다. 그룹 "C" (846) 의 광 변조기들은 동일한 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 3 방향으로 이동하며, 그룹 "D" (848) 의 광 변조기들은 동일한 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 4 방향으로 이동한다. 실례로서, 동일한 제 1 활성 상태, 예컨대, 개방된 상태를 달성하기 위해, 그룹 "A" (842) 에서의 광 변조기들은 위쪽으로 이동하며, 그룹 "B" (844) 에서의 광 변조기들은 우측으로 이동하며, 그룹 "C" (846) 에서의 광 변조기들은 아래쪽으로 이동하고, 그룹 "D" (848) 에서의 광 변조기들은 좌측으로 이동한다. 이 예에서, 그룹들 "A" (842) 및 "C" (846) 는 평면 반대 방향들로 작동하지만, 그룹들 "B" (844) 및 "D" (848) 는 또한 평면 반대 방향들로, 그러나 그룹들 "A" (842) 및 "C" (846) 와는 실질적으로 상이한 방향으로 구동한다.
도 8a 가 여러 직사각형의 픽셀 그룹핑 배열들을 도시하지만, 픽셀들은 또한 다른 기하학적 구성들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 8b 는 픽셀들의 2개의 6각형의 그룹들을 도시한다. 제 1 구성 (850) 에서, 어레이는 심볼들 "A" 및 "B" 로 지시된 별개의 공간 방위들을 가진 변조기들의 2개의 그룹들을 포함한다. 각각의 그룹은 예컨대, 제 1 로우에서 2개, 제 2 로우에서 4개, 그리고 제 3 로우에서 2개를 갖는 8개의 픽셀들을 포함한, 픽셀들의 6각형의 그룹핑으로부터 형성된다. 그룹 "A" 의 광 변조기들은 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 1 방향으로 이동하는 반면, 그룹 "B" 의 광 변조기들은 동일한 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 제 2 방향으로 이동한다. 도 8a 의 어레이 (820) 와 유사하게, 그룹들 "A" 및 "B" 의 광 변조기들은 교번하는 칼럼들 (852 및 854) 에 배열된다.
도 8b 의 어레이 (860) 는 다른 예시적인 구현예를 나타내며, 이때, 픽셀들의 6각형의 구성은 심볼들 "A" (862), "B" (868), "C" (866), 및 "D" (864) 로 지시된, 실질적으로 상이한 공간 방위들의 4개의 그룹들로 분할된다. 도 8a 의 어레이 (840) 와 유사하게, 4개의 그룹들의 광 변조기들은 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 4개의 실질적으로 상이한 방향들로 이동한다. 실례로서, 동일한 활성 상태, 즉, 개방된 상태를 달성하기 위해, 그룹 "A" (862) 에서의 광 변조기들은 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 위쪽으로 이동하며, 그룹 "B" (868) 에서의 광 변조기들은 우측으로 이동하며, 그룹 "C" (866) 에서의 광 변조기들은 아래쪽으로 이동하며, 그룹 "D" (864) 에서의 광 변조기들은 좌측으로 이동한다. 디스플레이 영역 (860) 에서 픽셀들은 그룹들 "A" (862) 및 "C" (866) 가 대각선의 로우 내에서 교번하도록 배열된다. 이와 유사하게, 그룹들 "B" (868) 및 "D" (864) 은 또한 그룹들 "A" (862) 및 "C" (866) 을 가진 로우에 인접하는 대각선의 로우 내에서 교번한다.
도 8c 는 다른 예시적인 구현예를 나타내며, 이때 디스플레이 영역 (870) 에서의 광 변조기들은 외부 영역 (872), 중간 영역 (874), 및 내측 영역 (876) 에 배열된다. 이 예에서, 심볼 "B" 로 지시된, 중간 영역 (874) 에서의 광 변조기들은 심볼 "A" 로 지시된, 외부 및 내측 영역들 (872 및 876) 에서의 광 변조기들과는 실질적으로 상이한 방향으로 이동한다. 당업자는, 실질적으로 상이한 공간 방위들의 변조기들을 분산하기 위해 다른 임의의 픽셀 영역들이 디스플레이 영역에 한정될 수도 있음을 명백히 알 수 있다.
도 8a 내지 도 8c 는 예시적인 예들로서 단지 제시되며, 이웃하는 픽셀들의 이동 시에 상관 관계들을 감소시켜 음향 방출들의 진폭을 감소시키기 위해, 위에 나타낸 예들 이외에, 공간 방위들과 기하학적 구성들의 다른 조합들이 사용될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c 는 어레이에서 광 변조기들 (910 및 920) 의 2개의 그룹들의 특정의 배열들의 예들을 도시한다. 도 9a 내지 도 9c 는 도 7a 및 도 7b 에 도시된 셔터 모션에 대한 수직 방위들을 채택한다. 이들 수직 방위들에 대해, 화살표들로 도면에 도시된 바와 같이, 그룹 "A" 셔터들 (910) 은 제 1 활성 상태에 도달하기 위해 윗 방향으로 이동하지만, 그룹 "B" 셔터들 (920) 은 제 1 활성 상태에 도달하기 위해 아래 방향으로 이동한다. 도 9a 에서 그룹들 "A" (910) 및 "B" (920) 는 도 8a 의 어레이 (810) 와 유사하게, 교번하는 로우들에 배열된다. 그 결과, 동일한 활성 상태로 활성화될 때 이웃하는 칼럼들에서의 셔터들은 동일한 방향으로 이동하려는 경향이 있지만, 이웃하는 로우들에서의 셔터들은 서로의 방향으로 또는 서로로부터 멀리 이동하려는 경향이 있다. 대조적으로, 도 9b 에서 그룹들 "A" (910) 및 "B" (920) 는 도 8a 의 어레이 (820) 와 유사하게, 교번하는 칼럼들에 배열된다. 그 결과, 도 9b 에 대해, 동일한 활성 상태로 작동될 때, 이웃하는 로우들에서의 셔터들은 동일한 방향으로 이동하려는 경향이 있는 반면, 이웃하는 칼럼들에서의 셔터들은 서로를 지나서 슬라이딩하는 경향이 있다. 도 9b 에 나타낸 전단 모션 (shearing motion) 은 국부화된 압력을 감소시켜, 디스플레이로부터의 가청 잡음을 감소시키는 경향이 있다.
도 9b 에서, 그룹 "A" (910) 에서 애퍼쳐들 (902) 은 그룹 "B" (920) 에서 애퍼쳐들 (902) 과 정렬되지 않는다. 이 오정렬은 발생된 이미지에서 원치않는 이미징 아티팩트들을 초래할 수도 있다. 이 이슈를 해결하기 위해, 도 9c 에서 그룹들 "A" (910) 및 "B" (920) 에 대한 픽셀 배열은 애퍼쳐들을 정렬하기 위해 오프셋되었다. 이러한 방법으로, 광 변조기들은 여전히 애퍼쳐들의 엄격한 정렬을 유지하면서 서로를 지나서 슬라이딩하는 이웃하는 칼럼들로부터 발생되는 전단 효과로부터 이점을 취한다.
디스플레이의 설계 단계 동안 셔터들 및 애퍼쳐들의 위치들을 배열함으로써, 어레이에서의 광 변조기들에, 셔터와 대응하는 애퍼쳐들 사이의 그들의 상이한 공간 관계들이 제공된다. 광 변조기들의 적어도 2개의 그룹들의 픽셀들 사이의 배열들 및 공간 관계에서의 변형들은 포토리소그래픽 미세 제조를 위한 포토마스크들에 대한 아트워크 (artwork) 로 설계된다. 포토마스크들은 미세 제조 동안 박막 및 후막으로 인쇄되는 경우 기계적 광 변조기들 및 제어 매트릭스들의 패턴들을 결정한다. 일부 구현예들에서, 도 7a 및 도 7b 에 나타낸 바와 같이, 광 변조기들은 비활성 상태에 대응하는 위치에 제조된다. 비활성 상태에서 셔터에 대한 애퍼쳐의 공간 관계가 그러나, 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 모션의 적당한 방향을 결정한다.
도 9a 및 도 9b 에 도시된 바와 같이, 일 구현예에서, 비활성 상태에서 셔터 어셈블리들 (904) 의 위치들은 그룹들 "A" (910) 또는 "B" (920) 중 하나에의 그들의 할당에 무관하게, 포토마스크 상에 동일하고 대칭적으로 나타날 수도 있다. 애퍼쳐들 (902) 의 위치들은, 그러나 그룹들 "A" (910) 또는 "B" (920) 중 하나에의 특정의 픽셀의 할당에 따라서, 픽셀 내에 상이한 위치들을 가질 수 있다.
도 9a 및 도 9b 의 셔터 어셈블리들은 동일하고 대칭적으로 나타날 수도 있지만, 도면들에서 변조기 어레이들과 결합되는 제어 매트릭스들 (미도시) 은 제 1 활성 상태로 구동될 때 셔터 어셈블리들이 그들의 대응하는 애퍼쳐에 대해 적당한 방향으로 이동하도록, 그룹들 "A" 및 "B" 중 하나에의 그들의 할당에 따라서, 셔터 어셈블리들의 작동을 위한 상이한 신호들을 제공하도록 구성된다. 적당한 방향들은 도 9a 및 도 9b 에서 화살표들로 표기된다. 예를 들어, 도 9a 에서, 동일한 로우에서 이웃하는 픽셀들은 그룹들 "A" 또는 "B" 중 하나 또는 다른 하나에의 그들의 할당에 따라서, 제 1 활성 상태를 달성하기 위해 위로 또는 아래로 작동하도록 야기될 수도 있다.
도 10 은 제어 매트릭스 (1000) 의 일 예이다. 미국 특허출원 번호 제 11/811,842호의 도 15 에 설명된 제어 매트릭스에 기초하는, 도 10 의 제어 매트릭스 (1000) 는, 일 구현예에 따른 제어 매트릭스의 하나의 레이아웃을 도시한다. 제어 매트릭스 (1000) 는 픽셀들의 각각에 대한 로우 할당에 따라서 2개의 상이한 작동 방향들을 이용하여 제 1 활성 상태로의 작동을 구동할 수 있다. 제어 회로 (1000) 는 각각의 픽셀에 대해 셔터 어셈블리 (1001) 를 포함하며, 이때, 각각의 셔터 어셈블리 (1001) 는 셔터-개방 엑츄에이터 (1002) 및 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1004) 양자를 포함한다. 도 10 에서 제어 매트릭스에 대한 픽셀들의 로우 단위 배열은 도 8a 의 어레이 (810) 에 도시된 "A" 및 "B" 그룹 배열들에 대응한다. 도면은 2개의 그룹들에서 대응하는 엘리먼트들을 나타내기 위해 소문자들을 이용한다. 예를 들어, 폐쇄된 상태에 도달하기 위해, 셔터 (1001a) 는 커버 애퍼쳐 (1003a) 로 아래쪽으로 이동하지만, 셔터 (1001b) 는 커버 애퍼쳐 (1003b) 로 위쪽으로 이동한다.
제어 매트릭스 (1000) 는 픽셀들의 로우에 대해 그리고 픽셀들의 로우들 사이에 공유되는 일부 구현예들에서, 글로벌 작동 상호접속부 (1006) 를 포함한다. 이 예에 있어, 글로벌 작동 상호접속부 (1006) 는 각각의 셔터 어셈블리의 셔터-개방 엑츄에이터 (1002) 에 전기적으로 접속된다. 제어 매트릭스 (1000) 는 또한 픽셀들의 칼럼에 대해 칼럼 데이터 상호접속부 (1008) 를, 그리고, 픽셀들의 각각의 로우에 대해 스캐닝-라인 상호접속부 (1010) 를 포함한다. 제어 매트릭스 (1000) 는 또한 로우 내의 다수의 픽셀들 사이에, 그리고, 디스플레이에서 인접한 로우들 사이에 공유되는 여러 글로벌 상호접속부들 (1012, 1014, 1016, 및 1018) 을 포함한다. 이들 글로벌 상호접속부들은 사전충전 상호접속부 (1012), Vhigh 또는 V-작동 상호접속부 (1014), 캐스코드 상호접속부 (1016), 및 업데이트 상호접속부 (1018) 를 포함한다.
제어 매트릭스 (1000) 는 또한 각각의 픽셀에 대해, 셔터 충전 트랜지스터 (1020), 충전 캐스코드 트랜지스터 (1022), 셔터 방전 트랜지스터 (1026), 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024), 셔터 기록-인에이블 트랜지스터 (1028), 및 데이터 저장 커패시터 (1030) 를 포함한다. 작동 전압보다 크거나 또는 같은 전압 차이가 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1004) 및 셔터 (1001) 에 걸쳐 가해질 때, 셔터 어셈블리 (1001) 는 폐쇄된 상태로 구동되어, 애퍼쳐 (1003) 를 통한 광의 통과를 차단한다.
도 3 과 관련하여 설명한 바와 같이, 각각의 스캐닝-라인 상호접속부 (1010) 는 기록-인에이블링 전압 소스를 픽셀들의 대응하는 로우에서의 픽셀들에 전기적으로 접속한다. 칼럼 데이터 상호접속부 (1008) 는 데이터 전압 소스 ("Vd 소스") 를 픽셀들의 대응하는 칼럼에서의 픽셀들에 전기적으로 접속한다. 데이터 전압 소스 (Vd) 는 대부분의 작동 에너지를 셔터 어셈블리들 (1001) 에 제공한다. 따라서, 데이터 전압 소스는 또한 작동 전압 소스로서 기능한다.
동작 시, 이미지를 형성하기 위해, 제어 매트릭스 (1000) 는 기록-인에이블 전압 Vwe 을 각각의 스캐닝-라인 상호접속부 (1010) 에 인가함으로써, 각각의 로우를 기록-인에이블한다. 기록-인에이블된 로우에 대해, 로우에서 기록-인에이블 트랜지스터들 (1028) 의 게이트들에의 Vwe 의 인가는, 퍼텐셜을 데이터 저장 커패시터 (1030) 에 인가하기 위해서, 데이터 상호접속부들 (1008) 을 통해서 트랜지스터들 (1028) 을 통한 전류의 흐름을 가능하게 한다. 로우가 기록-인에이블될 때, 데이터 전압들 (Vd) 은 칼럼 데이터 상호접속부들 (1008) 에 선택적으로 인가된다. 전압 (Vd) 은 심지어 제어 매트릭스 (1000) 가 Vwe 를 로우에 인가하는 것을 중지한 후에도, 커패시터 (1030) 에 저장되어 유지된다. 따라서, 셔터 어셈블리 (302) 를 작동하는데 충분히 긴 시간 동안 로우 상의 전압 Vwe 을 대기하고 유지하는 것이 요구되지 않는다; 이런 작동은 기록-인에이블링 전압이 로우로부터 제거된 후에 진행할 수 있다. 커패시터들 (312) 은 또한 이미지 프레임의 조명에 필요로 하는 기간들 동안 작동 명령들을 저장하는, 어레이 (320) 내 메모리 엘리먼트들로서 기능한다.
듀얼-엑츄에이터 셔터 어셈블리 (1001) 의 존재에도 불구하고, 제어 매트릭스 (1000) 는 제어 매트릭스 (1000) 에서 픽셀들의 각각의 칼럼에 대해 오직 단일 칼럼 데이터 상호접속부 (1008) 를 포함한다. 캐스코드 상호접속부 (1016) 는 트랜지스터들 (1022 및 1024) 의 각각의 게이트들에 접속된다. 사전충전 상호접속부 (1012), 업데이트 상호접속부 (1018), 셔터 공통 상호접속부 (1032), Vhigh 상호접속부 (1014), 및 캐스코드 상호접속부 (1016) 는, 어레이에서 다수의 로우들 및 다수의 칼럼들에서의 픽셀들 간에 공유될 수도 있다. 일 구현예에서, 상호접속부들 (1012, 1018, 1032, 1014, 및 1016) 은 제어 매트릭스 (1000) 에서의 모든 픽셀들 간에 공유된다.
제어 매트릭스 (1000) 에서의 각각의 픽셀에 대해, 충전 캐스코드 트랜지스터 (1022) 는, 그의 소스 및 드레인이 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 와 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1004) 사이에 접속되어, 삽입된다. 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 는 또한 그의 소스 및 드레인이 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1004) 와 셔터 방전 트랜지스터 (1026) 사이에 접속되어, 삽입된다. 제어 매트릭스 (1000) 는 2개의 상보형들의 트랜지스터들: p-채널 트랜지스터 및 n-채널 트랜지스터 양자를 이용한다. 따라서, 상보형 MOS 제어 매트릭스 또는 CMOS 제어 매트릭스로서 지칭된다. 충전 트랜지스터들 (1020 및 1022) 은 pMOS 형으로 이루어지지만, 방전 트랜지스터들 (1024 및 1026) 은 nMOS 형 트랜지스터로 이루어진다. 다른 구현예들에서, 트랜지스터들의 유형들은 역전될 수 있으며, 예를 들어, nMOS 트랜지스터들이 충전 트랜지스터들 (1020 및 1022) 에 사용될 수 있으며, pMOS 트랜지스터들이 방전 트랜지스터들 (1024 및 1026) 에 사용될 수 있다. CMOS 회로와 함께 사전충전 상호접속부 (1012) 의 사용은 셔터 작동을 획득하는데 요구되는 전압 변동들의 세트를 감소시키는 것을 돕는다.
셔터 충전 트랜지스터 (1020) 의 소스는 Vhigh 상호접속부 (1014) 에 전기적으로 접속되지만, 게이트는 사전충전 상호접속부 (1012) 에 접속된다. 동작 전반에 걸쳐서, Vhigh 상호접속부 (1014) 는 작동 전압 (Vat) 과 동일한 정전압에서 유지된다. 대안적인 구현예들에서, Vhigh 상호접속부 (1014) 는 디스플레이의 주변부에서 전압 소스 또는 전류 소스, 또는 더 일반적으로는, 에너지 소스에 접속된다. 사전충전 상호접속부 (1012) 는, 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 가 오프 상태에서 유지되고 있을 때는 언제나, Vhigh 상호접속부 (1014) 의 작동전압과 동일한 작동 전압 (Vat) 에서 유지된다. 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 를 턴온하기 위해, 사전충전 상호접속부 (1012) 상의 전압은, Vhigh 상호접속부 (1014) 와 사전충전 상호접속부 (1012) 사이의 전압 차이가 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 의 임계 전압보다 더 크도록, 감소된다. 일부 구현예들에서, 임계 전압은 2 내지 8 volts 의 범위에서 변할 수 있다. 셔터 충전 트랜지스터가 pMOS 트랜지스터인 일 구현예에서, Vhigh 상호접속부 (1014) 및 사전충전 상호접속부 (1012) 양자는 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 가 오프일 때, 40 volts 의 Vat 에서 유지된다. 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 를 턴온시키기 위해, Vhigh 상호접속부 (1014) 상의 전압은 40 volts 에서 유지할 것이지만, 사전충전 상호접속부 (1012) 상의 전압은 35 volts 까지 일시적으로 감소된다. nMOS 트랜지스터가 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 용으로 사용되면, Vat 는 -40 volts 일 것이며, -35 volts 의 사전충전 상호접속부 전압은 트랜지스터를 턴온시키기에 충분할 것이다.
충전 캐스코드 트랜지스터 (1022) 의 추가는, 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 또는 충전 캐스코드 트랜지스터 (1022) 에 대한 소스 및 드레인, 또는 게이트 및 드레인에 걸쳐 겪는 전압 강하들을 감소시키는 것을 돕는다. 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 의 추가는, 셔터 방전 트랜지스터 (1026) 또는 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 에 대한 소스 및 드레인, 또는 게이트 및 드레인에 걸쳐 겪는 전압 강하들을 감소시키는 것을 돕는다. 캐스코드 상호접속부 (1016) 에 인가되는 적당한 전압은, 충전 트랜지스터들 (1020 및 1024) 양자가 실질적으로 동일한 시간에 턴온하는 것을 보장한다. 동일한 전압은 방전 트랜지스터들 (1024 및 1026) 이 실질적으로 동일한 시간에 턴온하는 것을 보장하도록 돕는다. 동작 시, 캐스코드 상호접속부 (1016) 는 작동 전압 (Vat) 의 대략 절반의 정전압으로 유지된다. 충전 동작 동안, 즉 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 가 턴온되도록 사전충전 상호접속부 (1012) 가 Vat 아래의 전압으로 감소될 때, 그러면 트랜지스터 (1022) 가 또한 턴온하도록 충전 캐스코드 트랜지스터 (1022) 의 게이트와 드레인 사이에 전압이 발생할 것이다. 트랜지스터 (1022) 의 게이트가 작동 전압 (Vat) 의 대략 절반에서 유지되면, 트랜지스터 (1022) 의 드레인 전압에 대한 소스는, 비록 Vhigh 상호접속부 (1014) 에 가해지는 전압이 Vat (예를 들어, 40 volts) 에서 유지되더라도, 대략 절반의 Vat 더하기 대략 임계 전압을 초과할 개연성이 낮다. 셔터 충전 트랜지스터 (1020) 의 드레인 전압에 대한 소스는 Vat 와 충전 캐스코드 트랜지스터 (1022) 를 가로지르는 전압 사이의 차이를 겪는다. 그 결과, 비록 큰 전압 (Vat), 즉, 트랜지스터들 중 어느 트랜지스터에서 최악의 절연파괴를 야기하기에 충분히 큰 전압이 Vhigh 상호접속부 (1014) 에 가해지더라도, 제어 매트릭스 (1000) 는 항상 Vat 의 단지 작은 부분만이 개개의 트랜지스터들 중 임의의 트랜지스터에 걸쳐 발생해서 회로를 보호하도록 설계된다.
이와 유사하게, 방전 동작 동안, 즉, 전하가 데이터 저장 커패시터 (1030) 상에 저장되고 업데이트 상호접속부 (1018) 가 제로 volts 에 이르게 될 때, 그러면 트랜지스터 셔터 방전 트랜지스터 (1026) 에 더해서 트랜지스터 (1024) 가 또한 턴온하도록, 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 의 게이트와 드레인 사이에 전압이 발생할 것이다. 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 의 게이트가 작동 전압 (Vat) 의 대략 절반에서 유지되면, 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 의 드레인 전압으로의 소스는, 비록 셔터 폐쇄 엑츄에이터 (1004) 와 업데이트 상호접속부 사이의 전압 차이가 Vat (예를 들어, 40 volts) 만큼 높을 수 있더라도, 대략 절반의 Vat 더하기 대략 임계 전압을 초과할 개연성이 낮다. 셔터 방전 트랜지스터 (1026) 의 드레인 전압으로의 소스는 Vat 과 방전 캐스코드 트랜지스터 (1024) 를 가로지르는 전압 사이의 차이를 겪는다. 그 결과, 비록 큰 전압 (Vat), 즉 트랜지스터들 중 어느 트랜지스터에서 최악의 절연파괴를 야기하기에 충분히 큰 전압이 셔터 폐쇄된 엑츄에이터 (1006) 와 셔터 공통 상호접속부 (1032) 사이에서 강하되더라도, 제어 매트릭스 (1000) 는 항상 Vat 의 단지 작은 부분만이 개개의 트랜지스터들 중 임의의 트랜지스터에 걸쳐 발생해서 회로를 보호하도록 설계된다.
이동의 2개의 상이한 방향들을 갖는 픽셀들의 제어는 도 10 에서의 회로 레이아웃의 검사로부터 명백하다. 픽셀 A 및 픽셀 B 에 대한 회로 레이아웃이 유사하지만, 애퍼쳐 (1003) 에 대한 셔터 (1001) 의 공간 방위는 2개의 로우들에서 역전된다. 따라서, 픽셀 A 의 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1004a) 는, 그 픽셀에 대한 제어 매트릭스가 셔터-폐쇄 신호를 그의 대응하는 데이터 상호접속부 (1010a) 로부터 수신한 후, 셔터 (1001a) 가 아래로 그의 대응하는 애퍼쳐 (1003a) 측으로 이동하도록, 접속된다. 반대로, 픽셀 B 의 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1004b) 는, 그 픽셀에 대한 제어 매트릭스가 셔터-폐쇄 신호를 수신한 후, 셔터 (1001b) 가 위로 그의 대응하는 애퍼쳐 (1003b) 측으로 이동하도록, 접속된다. 이러한 방법으로, 동일한 셔터-폐쇄 지령이 그 픽셀이 어느 그룹 "A" 또는 "B" 에 속하는 지에 따라서 셔터 (1001) 가 상이한 방향으로 이동하도록 할 수 있다.
도 10 에서 제어 매트릭스 (1000) 에 대한 회로 배열은, 동일한 로우에서 셔터 어셈블리들의 모두, 또는 공통 스캐닝-라인 상호접속부 (1010) 를 공유하는 셔터 어셈블리들의 모두가 동일한 활성 상태 ("폐쇄된" 또는 "개방된" 상태) 로 이동하라는 지령의 수신 시 동일한 방향 ("위" 또는 "아래" 방향) 으로의 셔터 모션을 위해 설계되기 때문에, 공간 효율적인 방법으로 해결된다. 인접한 로우들, 예를 들어, 어떤 글로벌 공통 상호접속부들을 공유하는 로우들에서 셔터 어셈블리들은 엇갈리는 방향들 (alternate directions) 로 이동하도록 설계될 수 있다.
제어 회로의 대안적인 구현예에서, 어레이에서 각각의 로우는 글로벌 작동 상호접속부 (1006) 와 같은 글로벌 상호접속부들 자신의 세트, 사전충전 상호접속부 (1012), Vhigh 또는 V-작동 상호접속부 (1014), 캐스코드 상호접속부 (1016), 및 업데이트 상호접속부 (1018) 에 할당된다. 셔터 어셈블리들에 대한 모션의 교번하는 방향의 배열을 획득하기 위해, 그러나, 글로벌 구동 신호는 그 픽셀에 대한 원하는 모션 방향에 따라서 셔터 어셈블리의 일 측면으로부터 타 측면으로 라우팅된다. 예를 들어, 셔터 캐스코드 트랜지스터들 (1022 및 1024) 에의 회로 접속들은 또한 셔터 어셈블리의 한 측면으로부터 타 측면으로 라우팅되어야 할 것이다. 이들 여분의 회로 라우팅 라인들이 픽셀 내 애퍼쳐 영역에 대한 공간을 대가로, 포토마스크 내로 끌어 들여 질 수 있다.
도 11 은 대안적인 제어 매트릭스 (1100) 의 일 예이다. 도 11 의 제어 매트릭스 (1100) 는, 미국 특허출원 번호 제 12/652,477호의 도 5a 에서 설명된 것과 유사하게, 각각의 픽셀에 대한 로우 또는 칼럼 할당에 따라서, 2개의 상이한 구동 방향들을 이용하여 동일한 제 1 활성 상태로 작동을 구동하는 제어 매트릭스를 도시한다. 제어 매트릭스 (1100) 는 각각의 픽셀에 대해 셔터 어셈블리 (1101) 를 포함하며, 이때 각각의 셔터 어셈블리는 셔터-개방 엑츄에이터 (1102) 및 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1104) 양자를 포함한다. 도 10 에서와 같이, 도 11 에서 제어 매트릭스에 대한 픽셀들의 로우 단위 배열은 도 8 의 어레이 (810) 에 도시된 "A" 및 "B" 그룹 배열들에 대응한다. 예를 들어, 폐쇄된 상태에 도달하기 위해, 셔터 (1101a) 는 커버 애퍼쳐 (1103a) 로 아래쪽으로 이동하지만, 셔터 (1101b) 는 커버 애퍼쳐 (1103b) 로 위쪽으로 이동한다.
도 11 에 도시된 제어 매트릭스는 업데이트 상호접속부를 포함하지 않는 대신, 각각의 픽셀에 대한 셔터-개방 엑츄에이터 (1102) 및 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1104) 를 제어하는 트랜지스터들의 플립-플롭 또는 래치 배열을 제공한다. 제어 매트릭스 (1100) 는 또한 픽셀들의 칼럼에 대해, 칼럼 데이터 상호접속부 (1108) 를, 그리고 픽셀들의 각각의 로우에 대해, 스캐닝-라인 상호접속부 (1110) 를 포함한다. 제어 매트릭스 (1100) 는 또한 디스플레이에서 다수의 픽셀들과 다수의 로우들 사이에 공유될 수도 있는 여러 글로벌 상호접속부들을 포함한다. 이들 글로벌 상호접속부들은 BCOM 상호접속부 (1112), 작동 또는 V-작동 상호접속부 (1114), 및 업데이트 상호접속부 (1116) 를 포함한다.
도 11 에 도시된 제어 매트릭스는 또한 각각의 픽셀에 대해, 셔터-개방 충전 트랜지스터 (1124), 셔터-개방 방전 트랜지스터 (1126), 셔터-폐쇄 충전 트랜지스터 (1120), 및 셔터-폐쇄 방전 트랜지스터 (1122), 셔터 기록-인에이블 트랜지스터 (1128), 셔터 플립-플롭-인에이블 트랜지스터 (1130), 및 데이터 저장 커패시터 (1132) 를 포함한다. 작동 전압 (Vat) 보다 크거나 같은 전압 차이가 셔터-폐쇄 엑츄에이터 (1104) 및 셔터 (1101) 에 걸쳐 가해질 때, 셔터 어셈블리 (1101) 는 폐쇄된 상태로 구동되어, 애퍼쳐 (1103) 를 통한 광의 통과를 차단한다.
제어 매트릭스 (1100) 는 2개의 상보형 트랜지스터들: p-채널 및 n-채널 트랜지스터들 양자를 이용한다. 따라서, 상보형 MOS 제어 매트릭스 또는 CMOS 제어 매트릭스로서 지칭된다. 기록-인에이블 트랜지스터 (1128), 셔터 플립-플롭 트랜지스터 (1130) 및 방전 트랜지스터들 (1122 및 1126) 이 nMOS 형으로 이루어지는 반면, 충전 트랜지스터들 (1120 및 1124) 은 pMOS 형 트랜지스터로 이루어진다. 당업자들은, 다른 구현예들에서, CMOS 트랜지스터들의 유형들은 역전되거나 (즉, pMOS 가 nMOS 으로 대체됨), 또는 다른 유형들의 트랜지스터들이 사용될 수도 있다 (즉, BJT, JFET 또는 임의의 다른 적당한 유형의 트랜지스터) 는 것을 알 수 있을 것이다.
일부 구현예들에서, 작동 상호접속부 (1114) 는 작동 전압 (Vat) 보다 크거나 같게 유지되는 전압 소스에 접속된다. 셔터 상호접속부 (118) 는 접지 퍼텐셜에 가깝게 유지된다. 일부 구현예들에서, 셔터 극성은 풀 작동 전압 (예컨대, 대략 25 volts) 에서 유지될 수도 있다. 어떤 구현예들에서, 셔터 상호접속부 (1118) 의 극성은 하나 이상의 퍼텐셜들 사이에서 주기적으로 교번될 수도 있다. 예를 들어, 셔터 상호접속부 (1118) 는 각각의 풀 비디오 프레임 이후에 또는 다른 경우들에서, 다소 빈번하게, 25 volts 와 0 volts 사이에서 교번될 수도 있다. 셔터 극성은 적당한 전압을 셔터 상호접속부 (1118) 에 인가함으로써 제어될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 데이터의 극성은 역시, 교번되는 셔터 퍼텐셜에 대응하여, 교번된다.
각각의 셔터 엑츄에이터 (1102 및 1104) 는 그의 각각의 충전 트랜지스터 (1124 및 1120) 의 "온/오프" 상태에 따라서 작동 상호접속부 (1114) 에 접속된다. 예를 들어, 셔터 개방 엑츄에이터 (1102) 에 접속된 셔터 개방 충전 트랜지스터 (1124) 가 "온" 상태일 때, 전하는 작동 상호접속부 (1114) 로부터 셔터 개방 엑츄에이터 (1102) 로 흐르도록 허용된다. 그 후, 대략 Vat 의 전압이 셔터 개방 엑츄에이터 (1102) 와 셔터 상호접속부 (1118) (셔터 상호접속부 (1118) 가 공통 퍼텐셜에 있다고 가정함) 사이에 가해질 것이며, 셔터는 개방된 상태로 구동될 것이다. 셔터 개방 충전 트랜지스터 (1124) 가 "오프" 상태에 있고 셔터 폐쇄 충전 트랜지스터 (1120) 가 "온" 상태에 있을 때 유사한 프로세스가 일어나, 셔터를 반대 상태로 구동하는 것을 초래한다. 일부 구현예들에서, 대략 Vat 의 전압이 셔터 개방 엑츄에이터 (1102) 에 인가될 것이며, 유사한 전압이 셔터 (1101) 에 인가되어, 셔터 (1101) 와 엑츄에이터 (1102) 사이에 0 volt 퍼텐셜을 생성한다.
제어 매트릭스 (1100) 는 데이터 저장 커패시터 (1132) 를 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, 데이터 저장 커패시터 (1132) 는 저장된 전하에 의해, 제어기 (156) 와 같은 제어기에 의해 픽셀로 데이터 로딩 또는 기록 동작의 부분으로서 전송된 "데이터" 명령들 (예컨대, 개방 또는 폐쇄) 을 저장한다. 커패시터 (1132) 상에 저장된 전압은 부분적으로, 제어 매트릭스 (1100) 에서의 트랜지스터들 (1120, 1122, 1124, 및 1126) 의 래치 상태를 결정한다. 데이터 로드 동작 동안, 어레이의 각각의 로우는 어드레싱 시퀀스에서 기록-인에이블된다. 제어 매트릭스 (1100) 전압 소스들 (미도시) 은 기록-인에이블링 전압을 선택된 로우에 대응하는 로우 상호접속부 (1110) 에 인가한다. 기록-인에이블된 로우에 대한 로우 상호접속부 (1110) 에의 전압의 인가는, 대응하는 로우 라인에서의 픽셀들의 기록-인에이블 트랜지스터 (1128) 를 턴온하여, 픽셀들을 기록 인에이블한다. 픽셀들의 선택된 로우가 기록-인에이블되는 동안, 데이터 전압 소스들은 적당한 데이터 전압들을 제어 매트릭스 (1100) 에서 픽셀들의 각각의 칼럼에 대응하는 칼럼 상호접속부 (1108) 에 인가한다. 이에 따라서, 칼럼 상호접속부들 (1108) 에 인가된 전압들이 각각의 픽셀들의 데이터 저장 커패시터들 (1132) 상에 저장된다. 어떤 구현예들에서, 칼럼 상호접속부 (1108) 에 인가된 전압들은 음 또는 양 일 수도 있다 (예컨대, -5 내지 5 volts 의 범위).
다음 상태에 대한 모든 데이터가 데이터 로딩 단계에서 선택된 로우들에서의 커패시터들 (1132) 상에 저장된 후, 제어 매트릭스 (1100) 는 그후 계속해서 픽셀들의 부분들 또는 뱅크들 (banks), 또는 전체 디스플레이를 다음 유지 상태로 업데이트한다. 업데이트 래치 시퀀스는 작동 상호접속부 (1114) 상의 전압을 낮추거나, 또는 BCOM 상호접속부 (1112) 상의 전압에 가깝게 함으로써 시작한다. 이것은 셔터 개방 및 셔터 폐쇄 엑츄에이터들 (1102 및 1104) 양자 상의 전압들을 BCOM 상호접속부 (1112) 와 동일한 전압에 가깝게 한다. 다음으로, 업데이트 상호접속부 (1116) 가 작동 전압 (Vat) 으로 됨으로써, 셔터 플립-플롭 트랜지스터 (1130) 를 전도하는 "온" 상태로 스위칭하여, 저장된 데이터가 데이터 저장 커패시터 (1132) 로부터 크로스-커플링된 인버터 래치의 트랜지스터들 (1120-1126) 로 통과될 수 있도록 한다. 작동 상호접속부 (1114) 전압이 BCOM 상호접속부 (1112) 전압으로 된 후에 업데이트 상호접속부 (1116) 가 너무 빨리 활성화되면, 다음 상태 데이터의 저장된 다음 상태가 감쇠하는데 (decay) 충분한 시간을 갖지 않는 래치의 현재 상태 데이터에 의해 변질될 수 있다. 이 비-중첩 타이밍은 회로 기생물들 (parasitics), 트랜지스터 임계 전압들, 커패시터 사이즈 및 저장된 데이터 전압 레벨들의 함수일 수 있다. 예를 들어, 요구되는 지연은 대략 10 μs 일 수도 있다. 그러나, 이 지연 시간은 디스플레이에 따라서 상당히 더 길거나 또는 더 짧을 수도 있다.
단지 래치 트랜지스터들 (1120-1126) 을 동작시킬 정도로 충분히 높은 중간 전압 (예컨대, 인버터 트랜지스터들 (1124 및 1126, 또는 1120 및 1122) 의 임계 전압들의 총합과 대략 같음. 그 레벨이 요구되는 타이밍들, 기생 전하 주입들, 상세한 트랜지스터 특성들 등의 세부 사항들에 의해 현저하게 덜 제한될 수 있음) 이 작동 상호접속부 (1114) 에 인가된다. 작동 상호접속부 (114) 에 인가된 중간 전압은 다음 상태로 래치하는데 사용되는 전력을 최소화하도록 기능한다. 어떤 구현예들에서, 크로스-커플링된 인버터 래치는 전체 일시적인 스위칭 전력을 감소시키기 위해 신뢰성있게 수행될 수 있는 정도로 낮은 중간 전압 레벨에서 래치된다. 데이터 저장 커패시터 (538) 상에 저장된 데이터는 트랜지스터들 (1120-1126) 을 포함한 크로스-커플링된 인버터 래치에서 래치된다. 중간 전압을 인가하는 것은 업데이트 상호접속부 (1116) 를 활성화하기 전후에 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 어떤 구현예들에서, 중간 전압을 작동 상호접속부 (1114) 에 인가하는 것은, 업데이트 펄스 후에 완전히 행해질 수 있거나, 중간 전압은 펄스 업데이트 전압 펄스와 부분적으로 또는 완전히 중첩할 수 있다. 일부 구현예들에서, 크로스-커플링된 인버터 래치의 다음 상태의 제어는 특히 데이터 래치의 기생 커패시턴스들이 낮으면, 2개의 상태들의 중첩에 의해 실행된다.
마지막으로, 업데이트 상호접속부 (1116) 가 접지 퍼텐셜에 가깝게 되고, 이에 의해, 셔터 플립-플롭 트랜지스터 (1130) 를 비-전도하는 "오프" 상태로 스위칭하여, 데이터 저장 커패시터 (1132) 를 픽셀 (504) 의 크로스-커플링된 인버터 래치로부터 분리한다. 작동 상호접속부 (1114) 를 풀 전압으로 상승시키기 전에 업데이트 상호접속부 (1116) 를 비활성화함으로써, 데이터 저장 커패시터 (1132) 가 풀 (full) 작동 전압으로 충전되지 않게 하므로, 현저한 전력이 절감된다.
일부 구현예들에서, 셔터 플립-플롭 트랜지스터 (1130) 를 일절 갖지 않는 것이 가능하다. 이 경우, 데이터 로딩 동작은 로우 단위로 로드될 때 래치 상태를 직접적으로 변화시킬 것이다. 이것은, 더 낮은 데이터 전압들에 대해 래치 상태를 결정할 수 있도록 하기 위해 작동 상호접속부 (1114) 를 역시 로우 단위로 적당한 중간 레벨로 또는 대략 접지 퍼텐셜로 그후 중간 레벨로 동시에 낮춤으로써, 또는 전체 데이터 로딩 동작 동안 전체 디스플레이에 대한 작동 상호접속부 (1114) 를 적당한 중간 레벨로 낮춤으로써, 일어날 수 있다. 이의 대안으로, 전력이 관심사가 아니거나, 또는 작동 전압들이 전력을 2차 관심사로 할 정도로 충분히 낮으면, 래치를 원하는 상태로 강제하기 위해, 데이터 전압들은 풀 작동 전압 레벨들 또는 이상에 있을 것이며, 이때, 작동 상호접속부 (1114) 는 풀 Vat 에서 유지된다. 또한, 셔터 플립-플롭 트랜지스터 (1130) 를 제거함으로써, 레이아웃 영역이 절감될 수도 있다.
일단 데이터가 전송되어 래치 상태가 업데이트되면, 제어 매트릭스 (1100) 는 계속해서 셔터 (1101) 를 그의 다음 상태로 작동한다. 먼저, 작동 상호접속부 (1114) 가 풀 작동 전압 (Vat) 으로 된다. 풀 작동 전압은 셔터를 일 측면 또는 타 측면으로 작동하고 셔터를 다음 프레임 어드레싱 사이클까지 그 위치에 유지하는데 요구되는 전압일 수도 있다. 래치 상태가 더 일찍 설정되었기 때문에, 각각의 인버터에서 (1124 및 1126, 또는 1120 및 1122) 에서는, 작동 상호접속부 (114) 로부터 2개의 직렬 트랜지스터들로 통하는 전도 경로가 없다. 따라서, 셔터 커패시턴스 및 여러 기생 커패시턴스의 작동을 충전하려는 전류만이 오직 흐르도록 허용되므로, 최소의 전력 소산을 야기한다.
2개의 픽셀들에서 래치 회로에 가장 가까운 엑츄에이터들 (1104a 및 1102b) 이 래치 회로에서의 트랜지스터들과는 상이하게 배선된다는 점이, 도 11 의 검사에 의해 명백하다. 픽셀 A 에 대한 최저부 엑츄에이터 (1104a) 는 셔터-폐쇄 충전 트랜지스터 (1120a) 및 셔터-폐쇄 방전 트랜지스터 (1122a) 에 접속되며, 따라서, 래치 회로의 셔터-폐쇄된 상태에 응답하도록 배선된다. 이에 반해, 픽셀 B 에 대한 최저부 엑츄에이터 (1102b) 는 셔터-개방 충전 트랜지스터 (1124b) 및 셔터-개방 방전 트랜지스터 (1126b) 에 접속되고, 따라서 래치 회로의 셔터-개방된 상태에 응답하도록 배선된다. 이 방식에서, 픽셀 A 에서 제어 회로가 대응하는 데이터 상호접속부 (1114a) 로부터의 셔터-폐쇄 지령의 수신 시 셔터 (1101a) 를 아래로 애퍼쳐 (1103a) 측으로 구동하도록 구성되는 반면, 픽셀 B 에서 제어 회로는 대응하는 데이터 상호접속부 (1114b) 로부터의 셔터-폐쇄 지령의 수신 시 셔터 (1101b) 를 위로 애퍼쳐 (1103b) 측으로 구동하도록 구성되는다는 점은 명백하다. 이러한 방법으로, 동일한 셔터-폐쇄 지령은 셔터 (1101) 가 그 픽셀이 어느 그룹 "A" 또는 "B" 에 속하는 지에 따라서 상이한 방향으로 이동하도록 할 수 있다.
도 11 에서 제어 회로는, 동일한 활성 상태 ("폐쇄된" 또는 "개방된" 상태) 측으로의 이동을 위한 지령의 수신 시 2개의 상이한 방향들로 이동함으로써 응답하는 픽셀들의 2개의 그룹들을 각각 포함하는, 많은 교번하는 픽셀 배열들에 대해 구성될 수 있다. "A" 및 "B" 픽셀들의 2개의 그룹들은 교번하는 로우들, 교번하는 칼럼들, 변조기들의 교번하는 클러스터들에 배열되거나, 또는 심지어 픽셀 어레이 전반에 걸쳐서 무작위로 배열될 수 있다. 셔터-폐쇄 작동 신호의 수신 시, 특정의 셔터에 대한 모션의 방향을 규정하는데 요구되는 모두는, 래치 회로에서의 2개의 데이터 상태들 중 한 상태 또는 다른 상태로 그 셔터의 엑츄에이터들의 배선 (wiring) 을 배열하는 것이다.
대안적인 구현예에서, 제어 회로는 2개의 상이한 모션 방향들을 달성하기 위해, 픽셀들의 2개의 그룹들의 각각 ("A" 및 "B") 에 대해 별개의 레이아웃 또는 배선 패턴을 필요로 하지 않는다. 픽셀 모션의 사전-규정된 및 교번하는 배열들의 제어는 제어 매트릭스로 전송되기 전에 픽셀 데이터의 사전 프로세싱을 통해서 달성될 수 있다. 이 구현예에서, 픽셀들의 2개의 상이한 공간 관계들은, 여전히 미리 결정된 방법으로, 예를 들어, 도 9a 또는 도 9b 에 도시된 바와 같이, 픽셀들에서의 애퍼쳐들의 교번하는 위치들에 의해, 포토마스크들에 레이아웃된다. 셔터들과 픽셀에서의 애퍼쳐들 사이의 공간 관계는 제 1 활성 상태로 이동하라는 지령에 응답하여 요구되는 모션의 사전-설정된 방향을 결정한다. 이 구현예에서, 그러나, 데이터 프로세서는 어레이에서의 픽셀들의 각각에 대한 모션의 사전-설정된 방향들의 맵을 저장한다. 픽셀들을 제 1 활성 상태로 설정하는 지령의 수신의 시, 데이터 프로세서는 어느 모션의 방향이 어레이에서의 픽셀들의 각각에 대해 제 1 활성 상태를 달성하는데 요구되는지를 메모리로부터 결정한다. 이 정보에 따라서, 데이터 프로세서는 그후 어느 모션의 방향이 그 픽셀에 대한 제 1 활성 상태에 대응하도록 사전-설정되는지에 따라서 "위로 이동" 또는 "아래로 이동" 지령을 픽셀들의 각각에 전송한다. 대안적인 구현예들에서, 데이터 프로세서는 그 어레이에서의 픽셀들을 구동하기 위한 2개의 사전-설정된 방향들에 대응하는 다른 유형들의 모션을 결정하며, 그 사전-설정된 방향들은 "좌측으로 이동" 대 "우측으로 이동" 방향들일 수 있거나, 또는 "시계방향으로 이동" 대 "시계 반대방향으로 이동" 방향들일 수 있다.
본원에서 개시하는 장치 및 방법들은 정신 또는 그의 본질적인 특징들로부터 일탈함이 없이 다른 특정의 형태들로 구현될 수도 있다. 전술한 구현예들은 따라서 모든 면들에서 한정하기 보다는 예시적으로 간주되어야 한다.

Claims (36)

  1. 디스플레이로서,
    기판,
    상기 기판 상에 형성된 애퍼쳐들 (apertures) 의 어레이, 및
    상기 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 형성된 MEMS 광 변조기들의 어레이를 포함하고,
    상기 MEMS 광 변조기들의 어레이는,
    제 1 방향으로의 이동을 통해 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성된 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹, 및
    제 2 방향으로의 이동을 통해 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 구동되도록 구성된 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 포함하며,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과는 실질적으로 상이한, 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 평면 반대 방향들인, 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 약 90 도 회전된, 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 약 60 도 회전된, 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 약 45 도 회전된, 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 어레이는 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹들의 교번하는 로우들의 그룹들을 포함하며,
    각각의 그룹은 하나 이상의 로우들을 포함하는, 디스플레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 2개의 그룹들 사이의 교번의 공간 구간은 대략 상기 기판의 두께 미만인, 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 어레이는 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹들의 교번하는 칼럼들의 그룹들을 포함하며,
    각각의 그룹은 하나 이상의 칼럼들을 포함하는, 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 2개의 그룹들 사이의 교번의 공간 구간은 대략 상기 기판의 두께 미만인, 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 어레이는 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹들의 교번하는 클러스터들을 포함하며,
    각각의 클러스터는 적어도 하나의 광 변조기를 포함하는, 디스플레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 어레이는 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹의 무작위 배열을 포함하는, 디스플레이.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이에서의 각각의 MEMS 광 변조기는 셔터를 포함하는, 디스플레이.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹은 광이 대응하는 애퍼쳐를 통해서 부분적으로 통과할 수 있도록 하는 제 3 상태를 포함하는, 디스플레이.
  14. 제 1 항에 있어서,
    데이터와 작동 전압들을 상기 광 변조기들의 어레이로 전송하기 위한 제어기 매트릭스 및 드라이버 칩을 포함하는 제어기를 더 포함하는, 디스플레이.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기 매트릭스는, 상기 광 변조기들을 상기 광-차단 상태로부터 상기 광-투과 상태로 이동시키도록 하는 제어 신호에 응답하여, 상기 광 변조기들의 제 1 그룹을 제 1 방향으로, 그리고 상기 광 변조기들의 제 2 그룹을 제 2 방향으로 구동하도록 구성되는, 디스플레이.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 이동의 제 1 및 제 2 방향들 중 어느 방향이 상기 어레이에서의 각각의 광 변조기에 대해 상기 광-투과 상태를 달성하는데 적당한지를 메모리에 저장하는, 디스플레이.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 투명한 기판인, 디스플레이.
  18. 디스플레이를 제조하는 방법으로서,
    기판 상에 애퍼쳐들 (apertures) 의 어레이를 형성하는 단계,
    MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹에서의 상기 광 변조기들이 제 1 방향으로의 이동을 통해 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동되게 구성되도록, 상기 기판 상에 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹을 상기 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 제조하는 단계, 및
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹에서의 상기 광 변조기들이 제 2 방향으로의 이동을 통해 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동되게 구성되도록, 상기 기판 상에 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 상기 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과는 실질적으로 상이한, 디스플레이를 제조하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향이 평면 반대 방향들이 되게 상기 광 변조기들을 제조하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향에 대해 약 90 도 회전되게 상기 광 변조기들을 제조하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향에 대해 약 60 도 회전되게 상기 광 변조기들을 제조하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향에 대해 약 45 도 회전되게 상기 광 변조기들을 제조하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는, 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹들의 교번하는 로우들의 그룹들을 제조하는 단계를 포함하며,
    각각의 그룹은 하나 이상의 로우들을 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 2개의 그룹들 사이의 교번의 공간 구간은 대략 상기 기판의 두께 미만인, 디스플레이를 제조하는 방법.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹들의 교번하는 칼럼들의 그룹들을 제조하는 단계를 포함하며,
    각각의 그룹은 하나 이상의 칼럼들을 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 광 변조기들의 2개의 그룹들 사이의 교번의 공간 구간은 대략 상기 기판의 두께 미만인, 디스플레이를 제조하는 방법.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹의 교번하는 클러스터들을 제조하는 단계를 포함하며,
    각각의 클러스터는 적어도 하나의 광 변조기를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹을 제조하는 단계는, 상기 광 변조기들의 제 1 및 제 2 그룹의 무작위 배열을 제조하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  29. 제 18 항에 있어서,
    데이터 및 작동 전압들을 상기 광 변조기들의 어레이로 송신하기 위해 제어 매트릭스를 상기 기판 상에 제조하는 단계, 및 제어기를 상기 제어 매트릭스에 전기적으로 커플링하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 이동의 제 1 및 제 2 방향들 중 어느 방향이 상기 어레이에서의 각각의 MEMS 광 변조기에 대해 상기 광-투과 상태를 달성하는데 적당한 지를 저장하는 메모리를 포함하는, 디스플레이를 제조하는 방법.
  30. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판은 투명한 기판인, 디스플레이를 제조하는 방법.
  31. 기판 상의 애퍼쳐들 (apertures) 의 어레이 및 상기 애퍼쳐들의 어레이에 공간 대응하여 배열된 MEMS 광 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이 상에 이미지를 형성하기 위해 광을 변조하는 시스템으로서,
    상기 MEMS 광 변조기들의 이동을 제 1 방향으로 개시함으로써 상기 MEMS 광 변조기들의 어레이에서의 MEMS 광 변조기들의 제 1 그룹을 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 수단, 및
    상기 MEMS 광 변조기들의 이동을 제 2 방향으로 개시함으로써 상기 MEMS 광 변조기들의 어레이에서의 MEMS 광 변조기들의 제 2 그룹을 광-차단 상태로부터 광-투과 상태로 작동하는 수단을 포함하며,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과는 실질적으로 상이한, 광을 변조하는 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 평면 반대 방향들인, 광을 변조하는 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 약 90 도 회전된, 광을 변조하는 시스템.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 약 45 도 회전된, 광을 변조하는 시스템.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 이동의 제 1 및 제 2 방향들 중 어느 방향이 상기 어레이에서의 각각의 MEMS 광 변조기에 대해 상기 광-투과 상태를 달성하는데 적당한지를 결정하는 수단, 및
    데이터 및 작동 전압들을 상기 MEMS 광 변조기들의 어레이로 송신하는 수단을 더 포함하는, 광을 변조하는 시스템.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 기판은 투명한 기판인, 광을 변조하는 시스템.
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