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KR20100094511A - 능동형 표시장치와 함께 이용되는 박막 평면 태양 집중장치／집광장치 및 확산장치 - Google Patents

능동형 표시장치와 함께 이용되는 박막 평면 태양 집중장치／집광장치 및 확산장치 Download PDF

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KR20100094511A
KR20100094511A KR1020107013130A KR20107013130A KR20100094511A KR 20100094511 A KR20100094511 A KR 20100094511A KR 1020107013130 A KR1020107013130 A KR 1020107013130A KR 20107013130 A KR20107013130 A KR 20107013130A KR 20100094511 A KR20100094511 A KR 20100094511A
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KR
South Korea
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light
display
collecting film
light collecting
display device
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Abandoned
Application number
KR1020107013130A
Other languages
English (en)
Inventor
카스라 카제니
매니쉬 코타리
Original Assignee
퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/941,851 external-priority patent/US20090126792A1/en
Application filed by 퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크. filed Critical 퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 명세서에 기재된 각종 실시형태에 있어서, 표시장치(85)는 집광 필름(80, 84) 및 해당 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 상에 배치된 광기전력 소자(86, 100, 200)를 포함한다. 상기 집광 필름(80, 84)은 해당 집광 필름(80, 84)의 전방면 혹은 후방면과 상기 광기전력 소자(86, 100, 200) 사이로 광을 방향변화시키는 복수개의 광-방향전환 구성부들(94, 108)을 구비한다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광원(90, 174)이 또한 상기 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 상에 배치되어 광을 방출시키고, 해당 광은 상기 광-방향전환 구성부들(94, 108)에 의해 표시장치 쪽으로 방향전환된다.

Description

능동형 표시장치와 함께 이용되는 박막 평면 소나 집중장치／집광장치 및 확산장치{THIN FILM PLANAR SONAR CONCENTRATOR/ COLLECTOR AND DIFFUSOR USED WITH AN ACTIVE DISPLAY}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 미국 가출원 제61/093,686호(출원일: 2008년 9월 2일) 및 미국 특허출원 제11/941,851호(출원일: 2007년 11월 16일)의 이득을 주장하며, 이 기초 출원은 미국 특허 출원 제12/207,270호(출원일: 2008년 9월 9일)와 관련된다.
발명의 기술 분야
본 발명은 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems)에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로기계 소자, 작동기 및 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 소자는 기판 및/또는 증착(혹은 침착(deposition); 이하 본 명세서에서는 "증착"이라 표기함)된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 기타 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치(혹은 디바이스)의 한 유형은 간섭계 변조기(interferometric modulator: "IMOD")라 불린다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 간섭계 변조기, 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator) 또는 IMOD라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 있는데, 상기 1쌍의 도전판 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 전체 또는 부분적으로 투과형 및/또는 반사형일 수도 있고 적절한 전기 신호의 인가 시 상대 운동을 할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 하나의 도전판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 공기 간극(air gap)에 의해 고정층과는 분리된 금속막을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 보다 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도전판의 상대적 위치에 의해서 간섭계 변조기에 입사되는 광의 광학적 간섭은 변화될 수 있다.
IMOD는 능동형 디스플레이(즉, 표시장치)를 작성하기 위하여 어드레스가능한 어레이 내에 배열될 수 있다. 마찬가지로, 액정 디스플레이(LCD), 유기 LED(OLED)를 비롯한 발광 다이오드(LED), 전기영동 및 전계 방출형 디스플레이(FED) 등과 같은 기타 MEMS 및 비-MEMS 기술은 모두 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 휴대폰 혹은 PDA(personal digital assistant) 스크린 등 용의 능동형 디스플레이로서 이용된다. 이러한 장치는 넓은 범위의 용도를 지니며, 기존의 제품들을 개선시키는 데 있어서, 그리고 아직 개발되지 않은 새로운 제품들을 만들어내는 데 있어서 이러한 유형의 장치 특성들이 사용될 수 있도록 이들 장치의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유리할 것이다.
일 실시형태에 있어서, 표시장치는, 관찰자와 대면하는 전방(front) 표시면과, 후방(back) 표시면을 지닌 표시 화소들의 활성 어레이; 전방 집광 필름면, 후방 집광 필름면, 적어도 1개의 가장자리부(edge) 및 복수개의 광-방향전환 구성부들(혹은 광-방향전환 특성부들)(light-turning features)를 각각 구비하고, 상기 전방 표시면 혹은 후방 표시면 중 한쪽에 인접한 적어도 하나의 집광 필름(collection film); 및 상기 집광 필름의 가장자리부 상에 배치되어, 상기 광-방향전환 구성부들로부터 상기 집광 필름면을 통해 횡방향으로 투과되는 광을 입수하도록 배향된 광기전력 소자(photovoltaic device; 혹은 광전변환 소자)를 포함하되, 상기 광-방향전환 구성부들은 상기 전방 혹은 후방 집광 필름면과 상기 집광 필름의 가장자리부 사이에서 광을 방향변화(redirect)시키도록 구성되어 있다.
다른 실시형태에 있어서, 표시장치는 표시 화소들의 어레이를 포함한다. 상기 표시 화소들의 어레이 다음에는 적어도 하나의 집광 필름이 배치되어 있다. 상기 집광 필름은 복수개의 광-방향전환 구성부들을 구비하고, 해당 광-방향전환 구성부들은 전방 혹은 후방 집광 필름면과 상기 집광 필름의 가장자리부들 사이에서 광을 방향변화시키도록 구성되어 있다. 상기 집광 필름의 제1가장자리부에는 적어도 하나의 광기전력 소자가 배치되고, 해당 광기전력 소자는 상기 광-방향전환 구성부들로부터 상기 집광 필름면을 통해 횡방향으로 투과되는 광을 입수하도록 배향되어 있다. 적어도 하나의 광원이 가장자리부에 배치되어 있고, 해당 광원은 상기 표시 화소들의 어레이를 향해서 상기 광-방향전환 구성부들에 의해 방향전환되도록 상기 집광 필름을 통해 횡방향으로 광을 방출시킨다.
다른 실시형태에 있어서, 표시장치는 표시 화소들의 어레이 상에 화상을 표시하는 수단; 광 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시키는 수단; 및 표시면 상에 입사되는 방향으로부터 상기 광 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시키는 수단을 향하여 상기 표시면을 따른 횡방향으로 광을 방향전환시키는 수단을 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 광을 집광하고 화상을 표시하는 방법은, 화상 영역에서 화상을 능동적으로 표시하는 단계; 상기 화상 영역으로부터 광을 집광하는 단계; 상기 화상 영역으로부터 해당 화상 영역의 적어도 1개의 가장자리부로 광을 방향전환시키는 단계; 및 광을 전류로 변환시키는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 표시장치를 제조하는 방법은 표시 화소들의 활성 어레이의 전방 혹은 후방 표시면에 집광 필름을 작동적으로 결합시키는 단계를 포함한다. 상기 집광 필름은 전방 집광 필름면, 후방 집광 필름면, 적어도 1개의 가장자리부 및 복수개의 광-방향전환 구성부를 구비한다. 상기 방법은 또한 주변광이 상기 광-방향전환 구성부들에 의해 상기 전방 집광 필름면으로부터 상기 집광 필름의 가장자리부에 있는 광기전력 소자로 향하게 되어 전기 에너지로 변환되도록, 상기 광기전력 소자를 상기 집광 필름의 가장자리부와 정렬시키는(aligning) 단계를 포함한다.
도 1은 제1간섭계 변조기의 이동식 반사층이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동식 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태의 일부를 나타낸 등각 투상도;
도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 내장하는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도;
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대해 이동식 미러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;
도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하는 데 사용될 수 있는 한 세트의 행방향 전압(row voltage) 및 열방향 전압(column voltage)을 나타낸 도면;
도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 있어서의 표시 데이터의 하나의 예시적인 프레임을 예시한 도면;
도 5b는 도 5a의 프레임을 기록하는(write) 데 이용될 수 있는 행방향 신호 및 열방향 신호의 하나의 예시적인 타이밍 선도를 나타낸 도면;
도 6a 및 도 6b는 복수개의 간섭계 변조기를 포함하는 비쥬얼 디스플레이 장치(visual display device)의 일 실시형태를 나타낸 시스템 블록도;
도 7a는 도 1의 장치의 단면도;
도 7b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 8은 표시 화소들의 어레이 위에 놓인 하나의 집광 필름 및 관련된 광기전력 소자와, 상기 표시 화소들의 어레이 아래에 놓인 또 다른 이러한 집광 필름의 단면을 개략적으로 표시한 도면;
도 9는 표시 화소들의 어레이 위에 놓인 집광 필름, 관련된 광기전력 소자 및 광원, 그리고 상기 표시 화소들의 어레이 아래에 놓인 또 다른 이러한 집광 필름의 단면을 개략적으로 표시한 도면;
도 10a는 광-방향전환 구성부들을 구비한 집광 필름의 평면도로서, 여기서 광기전력 소자와 광원은 상기 집광 필름의 한쪽 모서리부에서 서로 이웃에 배치되어 있음;
도 10b는 광기전력 소자와 광원을 구비한 집광 필름의 일 실시형태의 모서리부를 개략적으로 표시한 도면;
도 10c는 광기전력 소자 및 광원의 배치형태의 추가의 실시형태를 도시한 개략적 도면;
도 11a는 광기전력 소자에 광을 집광하여 도광하는 복수개의 프리즘 구성부들을 포함하는 프리즘 집광 필름의 개략적 측면단면도;
도 11b는 광기전력 소자에 광을 집광하여 도광하는 복수개의 프리즘 구성부들을 포함하는 프리즘 집광 필름의 다른 개략적 단면도;
도 11c는 광기전력 소자에 광을 집광하여 도광하는 복수개의 프리즘 슬릿들을 포함하는 프리즘 집광 필름의 다른 개략적 단면도;
도 11d는 광기전력 소자에 보다 큰 효율로 광을 집광하여 도광하는 서로 엇갈린 구성부들이 적층된 프리즘 집광 필름의 두 층을 포함하는 실시형태를 나타낸 도면;
도 12는 회절형 방향전환 구성부들을 포함하는 집광 필름의 개략도;
도 13a는 집광 필름의 상부면 상에 배치된 투과 홀로그램을 포함하는 광-방향전환 구성부를 개략적으로 나타낸 도면;
도 13b는 집광 필름의 하부면 상에 배치된 반사 홀로그램을 포함하는 광-방향전환 구성부를 개략적으로 나타낸 도면;
도 14는 전방 측 상에 집광 필름을 구비한 반사형 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 15는 후방 측 상에 집광 필름을 구비한 반사형 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 16은 행 및 열 방향으로 배열된 활성(혹은 능동) 표시 화소들의 어레이의 개략적 평면도
도 17a는 백라이트를 내장한 반투과반사형 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이의 개략 단면도;
도 17b는 방향전환 구성부를 지닌 집광/조명막에 의해 백라이트가 제공되는 반투과반사형 IMOD 디스플레이의 개략 단면도;
도 18은 전방 측 상에 집광 필름을 구비한 발광형(emissive) 표시장치의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 19는 후방 측 상에 집광 필름을 구비한 발광형 표시장치의 일 실시형태의 개략 단면도;
도 20은 활성 표시 화소들과 백라이트 사이에 집광 필름을 구비한 발광형 표시장치의 다른 실시형태의 개략 단면도;
도 21은 비대칭 방향전환 구성부들을 지닌 집광 필름을 구비한 발광형 표시장치의 다른 실시형태의 개략 단면도.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 임의의 특정 실시형태들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 이 설명에서는, 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 표기된 도면을 참조하여 설명을 행한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 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 수도 있다. 더욱 상세하게는, 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔(game console), 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 플랫 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 화상의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 구현되거나 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련될 수 있는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 소정의 실시형태는 활성 표시 영역을 통해 광을 모아 해당 광을 전기 에너지로 변환시키는 광기전력 소자와 결합된 집광 필름에 관한 것이다. 표시 화소들의 어레이의 위쪽이나 아래쪽에 배치된 해당 집광 필름은, 활성 표시 영역 상에 수광된 광의 일부의 방향을 바꿔 적어도 하나의 광기전력 소자가 위치되어 있는 집광 필름의 가장자리부로 광을 분로(shunt: 즉, 다른 방향으로 돌림)시키는 광-방향전환 구성부들을 지닌다. 몇몇 실시형태에 있어서, LED 등과 같은 광원은 또한 동일 필름의 가장자리부에 배치되어 광을 방출하고, 해당 광은 광-방향전환 구성부에 의해 방향변화되어 디스플레이를 조명한다.
도 8 내지 도 20의 실시형태는 각종 디스플레이 기술과 관련하여 광기전력 소자와 함께 집광 필름을 이용할 수 있지만, 도 1 내지 도 7e는 도 8 내지 도 20의 실시형태에 이용가능한 간섭계 변조기(IMOD) 디스플레이 기술을 예시하고 있다.
간섭계 MEMS 표시 소자를 포함하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 명 상태(bright state) 또는 암 상태(dark state)이다. 명("온" 또는 "열린") 상태에서, 표시 소자는 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 암("오프" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 표시 소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사시키지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은 실시형태에 따라서 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색에서 우선적으로 반사시키도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.
도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공명 광학적 간극(resonant optical gap)을 형성한다. 일 실시형태에 있어서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 지칭되는 제1위치에서, 이동식 반사층은 고정된 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된다. 여기서 작동 위치라고도 지칭되는 제2위치에서, 이동식 반사층은 상기 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치된다. 이들 두 층에서 반사된 입사광은 이동식 반사층의 위치에 따라서 보강(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.
도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학 적층부(optical stack)(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동식 반사층(14a)이 예시되어 있다. 오른쪽에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학 적층부(16b)에 인접한 작동 위치에 이동식 반사층(14b)이 예시되어 있다.
여기서 참조 기호로 표시되는 바와 같은 광학 적층부(16a), (16b)(일괄해서 광학 적층부(16)라 표기함)는 전형적으로 수 개의 융합층(fused layer)을 포함하는 데, 이들 융합층은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층, 크롬과 같은 부분 반사층, 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학 적층부(16)는 전기 전도성이고, 부분적으로 투명하며, 부분적으로 반사성이고, 예를 들어 하나 이상의 상기 층들을 투명한 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분적으로 반사성인 층(즉, 부분 반사층)은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등과 같이 부분적으로 반사성인 각종 재료로부터 형성될 수 있다. 이 부분 반사층은 하나 이상의 재료의 층으로 형성될 수 있고, 각 층은 단일 재료 혹은 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학적 적층부(16)의 층들은 평행 스트립들(strips)로 패턴화되고, 표시장치 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(혹은 지지부)(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학 적층부(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동식 반사층(14a), (14b)은 광학 적층부(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리되게 된다. 알루미늄과 같은 고 전도성·반사성 재료가 반사층(14a), (14b)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 표시장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다.
도 1에 있어서 화소(12a)로 예시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동식 반사층(14a)이 기계적으로 이완된 상태에서, 간극(19)이 이동식 반사층(14a)과 광학 적층부(16a) 사이에서 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위차가 인가될 경우, 대응하는 화소에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 이동식 반사층(14)은 변형이 일어나 광학 적층부(16)에 대해서 힘을 가한다. 도 1의 오른쪽에 위치한 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학 적층부(16) 내의 유전체 층(도 1에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다. 이와 같이 해서, 반사성 화소 상태 대 비반사성 화소 상태를 제어할 수 있는 행/열방향 작동은 종래의 LCD 및 기타 표시장치 기술에서 이용되는 것과 많은 방식에 있어서 유사하다.
도 2 내지 도 5b는 디스플레이 적용에 있어서 간섭계 변조기들의 어레이를 사용하기 위한 하나의 예시적 과정 및 시스템을 예시한다.
도 2는 본 발명의 양상들을 내포할 수도 있는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예시적인 실시형태에 있어서, 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM, 펜티엄(Pentium)(등록상표), 펜티엄 II(등록상표), 펜티엄 III(등록상표), 펜티엄 IV(등록상표), 펜티엄(등록상표) Pro, 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표)와 같은 범용 단일 칩 마이크로프로세서 또는 멀티 칩 마이크로프로세서, 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) 및 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1선에 의해 표시된다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열방향 작동 프로토콜은 도 3에 도시된 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 이완 상태에서 작동 상태로 이동식 층을 변형시키기 위해 10 볼트의 전위차가 필요할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10 볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시적 실시형태에 있어서, 전압이 2 볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7V의 인가된 전압의 창이 존재하고, 이 범위 내에서 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적이다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창" 또는 "안정성 창"이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 가지는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10 볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0 볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 약 5 볼트의 정상 상태 전압차에 노출되므로, 이들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하게 된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 내지 7 볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전압 조건 하에서 도 1에 예시된 화소 설계가 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 화소는 작동 상태인지 혹은 이완 상태인지에 따라 본질적으로 고정식 반사층 및 이동식 반사층에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력 손실이 거의 없이 히스테리시스 창 내의 전압에서 유지될 수 있다. 인가된 전위가 고정되어 있다면 화소로 들어가는 전류 흐름은 실질적으로 없다.
전형적인 응용에 있어서, 제1행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 따라 열방향 전극 세트를 어서트(assert)함으로써 표시 프레임을 생성할 수도 있다. 다음에, 행방향 펄스가 제1행의 전극에 인가되어 어서트된 열방향 라인에 대응하는 화소를 작동시킨다. 그 후, 어서트된 세트의 열방향 전극은 제2행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 이어서, 펄스가 제2행의 전극에 인가되어, 어서트된 열방향 전극들에 따라서 제2행에 있는 적절한 화소들을 작동시킨다. 제1행의 화소들은 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 계속적으로 반복함으로써 프레임들은 새로운 표시 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 더불어, 표시 프레임을 작성하는 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 매우 다양한 프로토콜은 잘 알려져 있고, 이것은 본 발명과 관련하여 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 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시형태에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -Vbias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, -Vbias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -Vbias이거나 +Vbias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +Vbias로 설정하고 적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -Vbias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.
도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 화소는 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.
도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 화소들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 화소들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 화소들이 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이 내의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 바와 같이 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 행 및 열 작동을 수행시키는 데 사용되는 타이밍, 수순 및 전압 레벨들은 상기의 일반적인 원리 범위 안에서 매우 다양할 수 있고, 상기 예는 다만 예시적인 것에 불과하며, 다른 작동 전압 방법이 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
도 6a 및 도 6b는 표시장치(40)의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예를 들어, 표시장치(40)는 이동 전화기 또는 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 표시장치(40)의 동일한 구성 요소들 또는 그것의 약간의 변경으로는 또한 텔레비전, 휴대용 미디어 플레이어 및 컴퓨터와 같은 다양한 유형의 표시장치를 들 수 있다.
표시장치(40)는 하우징(housing)(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 장치(48) 및 마이크(46)를 포함한다. 일반적으로 하우징(41)은 사출 성형 및 진공 성형을 비롯한 당업자들에게 잘 알려진 다양한 제조 과정들 중의 어떤 것으로 형성된다. 또한, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 다양한 재료 중의 어떤 것으로 만들어질 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 하우징(41)은 다른 색깔을 가지거나 다른 로고, 그림 또는 기호를 포함하는 분리 가능한 부분들과 호환될 수도 있는 분리 가능한 부분(도시 생략)을 포함한다.
예시적인 표시장치(40)의 디스플레이(30)는, 여기에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이들 중의 어떤 것일 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이(30)는 앞서 설명한 바와 같은 플라즈마, EL, OLED, STN LCD 또는 TFT LCD와 같은 평판형 디스플레이, 또는 CRT나 다른 종류의 관(tube) 장치와 같은 비평판형(non-flat-panel) 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시형태를 설명할 목적으로, 상기 디스플레이(30)는 여기에서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.
예시적 표시장치(40)의 일 실시형태의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시적 표시장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 예시적 표시장치(40)는 트랜스시버(transceiver)(47)에 결합된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜스시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결된 프로세서(21)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 조절(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 입력 장치(48) 및 드라이버 제어기(29)에도 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(frame buffer)(28)에 그리고 어레이 드라이버(22)에 결합되고, 어레이 드라이버(22)는 이어서 디스플레이 어레이(30)에 결합된다. 전력 공급 장치(50)는 특정한 예시적 표시장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.
네트워크 인터페이스(27)는 예시적 표시장치(40)가 네트워크를 통하여 하나 이상의 장치와 통신할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 완화시킬 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하기 위해, 당업자들에게 알려진 소정의 안테나이다. 일 실시형태에 있어서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b) 또는 (g)를 비롯한 IEEE 802.11 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시형태에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이동 전화 네트워크 내에서 통신하기 위해 사용되는 기타 공지된 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호를 미리 처리하여 이 신호가 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호도 처리하여 이 신호가 안테나(43)를 거쳐서 예시적 표시장치(40)로부터 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 예시적 표시장치(40)의 전체적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 화상 공급원으로부터의 압축된 화상 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 원천 화상 데이터(raw image data)로 또는 원천 화상 데이터로 즉시 처리할 수 있는 포맷으로 처리한다. 그 후, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)로 전송한다. 원천 데이터는 전형적으로 화상 내의 각각의 위치에서 화상 특성들을 식별하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 이러한 화상 특성들은 색깔, 채도 혹은 포화도(saturation) 및 계조 레벨(gray-scale level)을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 프로세서(21)는 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로 제어기, CPU 또는 논리 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 예시적 표시장치(40) 내에 있는 별도의 구성 요소일 수도 있거나 프로세서(21) 혹은 기타 구성 요소들 내에 내장되어 있을 수도 있다.
드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에서 생성된 원천 화상 데이터를 프로세서(21)로부터 혹은 프레임 버퍼(28)로부터 직접 취하여 어레이 드라이버(22)로 고속 전송하기 위해 원천 화상 데이터를 적절하게 재포맷한다. 특히, 드라이버 제어기(29)는 원천 화상 데이터를 래스터 유사 포맷(raster like format)을 가진 데이터 흐름으로 재포맷하여 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가진다. 다음에, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 자립형 집적 회로(stand-alone Integrated Circuit(IC))로서 시스템 프로세서(21)와 종종 연관되지만, 이러한 제어기들은 다양한 방법들로 구현될 수도 있다. 이들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 삽입될 수 있거나, 소프트웨어로서 프로세서(21) 내에 삽입될 수도 있거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어에 완전히 일체화될 수도 있다.
전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 포맷된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신하고 디스플레이의 x-y 매트릭스 화소들로부터 나온 수백, 때로는 수천개의 인출선에 초당 여러 번 인가되는 병렬 세트의 파형들로 비디오 데이터를 재포맷한다.
일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 설명하는 디스플레이들의 유형 중 어느 것에나 적합하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 일 실시형태는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.
입력 장치(48)는 사용자로 하여금 예시적 표시장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시형태에 있어서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 감압막 또는 감열막을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 마이크(46)는 예시적 표시장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적 표시장치(40)의 동작들을 제어할 수도 있다.
전력 공급 장치(50)는 당업계에 잘 알려져 있는 다양한 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 공급원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지, 태양 전지 도료를 비롯한 태양 전지이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 벽에 붙은 콘센트에서 전력을 받도록 구성된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 안의 몇몇 장소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 소정의 실시형태에 있어서, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 당업자들은 앞서 설명한 최적화 조건들을 다수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소들 및 다양한 형태로 구현할 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e(이하 간단히 일괄적으로 "도 7"이라 칭할 경우도 있음)는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 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, 이동식 반사층(14)은 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 있어서, 이동식 반사층(14)은 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(deformable layer)(34)으로부터 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34) 주변의 기판(20)에 직접적으로 혹은 간접적으로 접속된다. 이들 접속부(혹은 연결부)는 여기서는 지지부(18)라고도 칭해지며, 이 지지부는 기둥부, 지주부, 레일 혹은 벽의 형태를 취할 수 있다. 도 7d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 간극부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학 적층부(16) 사이의 구멍들을 채움으로써 지지 기둥부를 형성하지 않는다. 오히려, 지지부(18)는 평탄화 재료로 형성되고, 이것은 지지 기둥 플러그(42)를 형성하는 데 이용된다. 도 7e에 나타낸 실시형태는 도 7d에 나타낸 실시형태에 의거한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시형태뿐만 아니라 도시하지 않은 추가적인 실시형태의 어느 것과 함께 작용하도록 적합화될 수도 있다. 도 7e에 나타낸 실시형태에 있어서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 송신될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e에 나타낸 것과 같은 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 직시형(direct-view) 장치로서 기능하는 데, 여기서 화상들은 투명한 기판(20)의 앞면 쪽으로부터 보이고 그 반대편에는 변조기들이 배열되어 있다. 이들 실시형태에 있어서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)을 비롯한, 기판(20)의 반대편의 반사층 쪽에 있는 간섭계 변조기의 일부를 광학적으로 차단한다. 이것에 의해 상기 차단된 영역은 화질에 부정적으로 영향을 미치는 일없이 구성되고 작동될 수 있게 된다. 이러한 차단은 도 7e에서 버스 구조체(44)를 허용하며, 이것은 어드레싱 및 그 어드레싱으로부터 기인하는 이동 등과 같은, 상기 변조기의 전자기계 특성으로부터 해당 변조기의 광학적 특성을 분리시키는 능력을 제공한다. 이 분리가능한 변조기 구조체로 인해 해당 변조기의 광학적 측면들 및 전자기계적 측면들에 대해 사용되는 재질들 및 구조 설계가 선택되어 서로 독립적으로 기능하게 된다. 더욱이, 도 7c 내지 도 7e에 도시된 실시형태는 변형가능한 층(34)에 의해 수행되는, 기계적 특성들로부터 반사층(14)의 광학적 특성들을 분리함으로써 얻어지는 추가적인 장점들을 가진다. 이로 인해 반사층(14)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 광학적 특성에 대해서 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 대해서 최적화된다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 몇몇 실시형태에 있어서, 전방(혹은 전방 측) 집광 필름(80)은 표시 화소들의 어레이(82)의 전방 측 위에 혹은 해당 전방 측 상에 배치되어 있다. 후방(혹은 후방 측) 집광 필름(84)은 표시 화소들의 어레이(82)의 후방 측 밑에 혹은 해당 후방 측 상에 배치되어 있다. 상기 표시 화소들의 어레이(82)는 반사형일 수 있고, 또한 LCD, MEMS 소자(예컨대, 간섭계 변조기 혹은 IMOD 디스플레이), 전기영동 소자 또는 전방 측 혹은 관찰 측으로부터 광을 반사하는 기타 유형의 디스플레이 기술(디스플레이 기술)의 형태를 취할 수 있다. 표시 화소들의 어레이(82)는 발광형일 수 있고, 또한 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 전계 방출형 디스플레이(FED), 백릿(backlit)(즉, 후면발광) 마이크로전기기계 시스템(MEMS) 소자(예컨대, 반투과반사형 및 백릿 간섭계 변조기 디스플레이(IMOD)), 또는 광을 내부적으로 발생시켜 방출하는 기타 유형의 디스플레이 기술의 형태를 취할 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "발광형" 디스플레이 기술은 백릿 기술을 포함한다.
소정의 실시형태에 있어서, 표시장치(85)는 전방 집광 필름(80)만으로 형성될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 표시장치(85)는 후방 집광 필름(84)만으로 형성될 수 있다. 도 8은 전방 및 후방 집광 필름(80, 84)이 각각 해당 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 상에 배치된 광기전력(PV) 소자(86)를 구비하는 일 실시형태를 도시하고 있다. 도 8은 개략도로서, 디스플레이 혹은 화상 영역에 의해 수광된 광의 부분이 PV 소자로 분로되도록, 집광 필름들, PV 소자들 및 능동 디스플레이들의 상대적인 위치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 9는 광기전력 소자(86)와 광원(90)의 양쪽 모두가 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 상에 배치되어 있는 다른 실시형태를 나타내고 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광기전력 소자(86)와 광원(90)은 서로 이웃하여 배치될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 광기전력(PV) 소자(86)와 광원(90)은 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 상의 상이한 위치에 배치되어 있다. 도 8에 의하면, 상기 장치는 전방 측 집광 필름(80)과 후방 측 집광 필름(84)의 어느 한쪽, 또는 도시된 바와 같이 이들 모두를 포함할 수 있다. 도 8과 마찬가지로, 능동형 디스플레이의 화상 영역으로부터 혹은 해당 화상 영역으로의 광의 일부는 해당 화상 영역의 가장자리부 상에 있는 PV 소자로 분로되고; 부가적으로 집광 필름은 상기 가장자리부에 있는 광원으로부터의 광의 일부를 디스플레이 어레이(82)의 화상 영역 쪽으로 방향전환시킨다. 단, PV 소자(86)와 광원(90)은 집광 필름(80, 84)의 동일한 가장자리부에 혹은 가장자리부(88)의 동일한 쪽에 있을 필요는 없다.
도 9에 도시된 실시형태에 있어서, 집광 필름(80, 84)은 도 8의 것과 마찬가지 구조를 지닐 수 있다. 그러나, 이들 집광 필름(80, 84)은 광원(90)으로부터의 광이 광기전력 소자(86)에 도달하는 광과는 반대 방향으로 주행할 경우에는 조명 필름으로서도 역할할 수 있다. 집광 필름(80, 84)은 이하에 설명되는 도 11a 내지 도 13b로부터 더욱 잘 이해될 수 있는 바와 같이 광-방향전환 구성부들을 포함한다. 광원은 예를 들어 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
집광 필름(80, 84)은 각각 두 면을 포함한다. 그 중 상부면은 주변광을 수광하도록 구성되어 있고, 하부면은 상기 상부면 아래쪽에 배치되어 있다. 집광 필름(80, 84)은 가장자리부(88)들에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 전형적으로는, 집광 필름(80, 84)의 길이와 폭은 집광 필름(80, 84)의 두께보다 실질적으로 크다. 집광 필름(80, 84)의 두께는 예를 들어 0.5 내지 10㎜에서 변경가능하다. 집광 필름(80, 84)의 주된 면들의 면적은 0.01 내지 10,000 ㎠에서 변경가능하다. 몇몇 실시형태에 있어서, 집광 필름(80, 84)을 포함하는 재료의 굴절률은 전내부 반사(TIR: total internal reflection)에 의해 집광 필름(80, 84) 내에 주변광의 많은 부분을 도광하도록 주변 매질보다 상당히 높을 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 상에 광기전력 소자(86)와 광원(90)의 양쪽 모두를 배치시키기 위한 각종 구성을 예시하고 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광원(90)은 생략될 수 있다. 도 10a에 도시된 실시형태에 있어서, 광기전력 소자(86)와 광원(90)은 집광 필름(80, 84)의 모서리부(92)에 나란히 배치되어 있다. 집광 필름(80, 84)은 해당 집광 필름(80, 84)의 표면 상에 원호로 개략적으로 표시된 광-방향전환 구성부(94)들을 포함한다. 광-방향전환 구성부들은 프리즘, 확산, 홀로그램 메커니즘, 또는 집광 필름(80, 84)의 상부면 혹은 하부면에 입사하는 방향으로부터 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88) 쪽으로 횡방향으로 광을 전환시키는 기타 임의의 메커니즘일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광기전력 소자(86) 및/또는 광원(90)은 집광 필름(80, 84)의 모서리부(92)보다는 오히려 가장자리부(88)의 한쪽을 따라 중앙으로 배치될 수 있다. 도 10a는 서로 이웃하여 배치된 광기전력 소자(86)와 광원(90)을 설명하고 있지만, 광기전력 소자(86)와 광원(90)은 또한 도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 동심원 형상이거나 중첩되어 있을 수 있거나, 또는, 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88)들 상의 상이한 위치에, 예를 들어 서로 교차하여 배열될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 집광 필름(80, 84)은 해당 집광 필름(80, 84)의 가장자리부(88)들 상의 각종 위치에 배치된 복수개의 광기전력 소자(86) 및/또는 광원(90)을 구비한다.
도 11a 내지 도 13b는 광의 집광 및 광기전력 변환, 또는 표시장치(85)의 집광과 조명을 위해 사용될 수 있는 광-방향전환 구성부들을 지닌 집광 필름의 예들을 도시하고 있다.
광기전력 소자 내로 주변광을 작동적으로 결합하는 데 이용되는 프리즘 집광 필름의 일 실시형태는 도 11a에 도시되어 있다. 프리즘 도광 컬렉터는 상반성(reciprocity)의 원리에 의거하며, 즉, 광은 프리즘 집광 필름의 표면과 가장자리부 사이의 경로를 따라 전후방향으로 주행할 수 있다. 도 11a는 광기전력 소자(100)에 대해서 배치된 집광 필름(104)을 포함하는 일 실시형태의 측면도를 나타내고 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 집광 필름(104)은 기판(105) 및 그 위 혹은 그 안에 형성된 복수개의 프리즘 구성부(108)를 포함한다. 집광 필름(104)은 상부면(103)과 하부면(140)을 포함할 수 있고, 그 사이에 복수개의 가장자리부(110)를 지닌다. 집광 필름(104)에 입사하는 광(112)은 복수개의 프리즘 구성부(108)에 의해 집광 필름(104) 속으로 향하고, 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 집광 필름(104) 내에 횡방향으로 도광될 수 있다. 집광 필름(104)은 광기전력 소자가 감응성인 하나 이상의 파장에서 방사선에 대해서 투명한 광학적으로 투과성인 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 집광 필름(104)은 가시 및 근적외 영역의 파장에 대해서 투명할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 집광 필름(104)은 자외 혹은 적외 영역의 파장에 대해서 투명할 수 있다. 집광 필름(104)은 본 실시형태에 대해서 구조적인 안정성을 제공하기 위하여 유리 혹은 아크릴 등의 강성 혹은 반강성(semi-rigid) 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 집광 필름(104)은 가요성 폴리머 등의 가요성 재료로 형성될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 도 11a에 도시된 바와 같이, 프리즘 구성부(108)들 형태의 광-방향전환 구성부들은 기판(105)의 하부면(104) 상에 혹은 광원으로부터 떨어져서 위치결정되어 있다. 프리즘 구성부(108)들은 일반적으로 기판(105)의 하부면(140) 상에 형성된 세장형 홈들(elongated grooves)이다. 이들 홈은 광학적으로 투과성인 재료로 채워져 있을 수 있다. 프리즘 구성부(108)들은 성형, 엠보싱, 에칭 혹은 기타 대안적인 수법에 의해 기판(105)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 대안적으로, 프리즘 구성부(108)들은 기판(105)의 하부면 상에 적층될 수 있는 필름 상에 배치될 수 있다. 프리즘 필름을 포함하는 몇몇 실시형태에 있어서, 광은 오로지 프리즘 필름 내로 도광될 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 기판(105)은 오로지 구조적 안정성을 제공할 수 있다. 프리즘 구성부(108)들은 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리즘 구성부(108)는 선형 v자형 홈 혹은 슬릿일 수 있다. 대안적으로, 프리즘 구성부(108)는 곡선 홈 혹은 비선형 형상을 포함할 수 있다.
도 11b는 선형 v자형 홈(116)의 형태의 프리즘 구성부들의 확대도를 나타내고 있다. v자형 홈(116)은 도 11b에 도시된 바와 같이 이들 사이에 각도 α로 배열된 두 평면 파세트(facet)(F1), (F2)를 포함한다. 파세트들 간의 각도 간격(α)은 집광 필름(104) 혹은 주변 매질의 굴절률에 의존할 수 있고, 이것은 15° 내지 120°에서 변화될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 파세트(F1), (F2)는 동일한 길이일 수 있다. 예시된 비대칭 실시형태에 있어서, 파세트들 중 하나의 길이는 다른 것보다 크다. 두 연속적인 v자형 홈 'a' 간의 거리는 0.01 내지 0.5㎜에서 변화될 수 있다. 'b'로 표시된 v자형 홈의 폭은 0.001 내지 0.100㎜에서 변화될 수 있는 한편, 'd'로 표시된 v자형 홈의 깊이는 0.001 내지 0.5㎜에서 변화될 수 있다.
도 11c는 비대칭 슬릿(108)들의 형태의 프리즘 구성부들의 확대도를 도시하고 있다. 이들 슬릿(108)은 집광 필름면과 각도 β로 배열된 두 실질적으로 평행한 평면 파세트(F3), (F4)를 포함한다. 집광 필름면과 슬릿들 사이의 각도 β는 집광 필름(104) 혹은 주변 매질의 굴절률에 의존할 수 있고, 이것은 5° 내지 70°에서 변화될 수 있다. 상기 평면 파세트(F3)는 전방 및 후방 집광 필름면(130), (140)에서 다수의 내부 반사에 의해서 전방 집광 필름면(130)으로부터의 광을 집광 필름(104)의 하나의 가장자리부(110) 쪽으로 횡방향으로 방향변화시킨다. 평면 파세트(F4)는 전방 및 후방 집광 필름면(130), (140) 상의 다수의 내부 반사에 의해 후방 집광 필름면(140)으로부터 집광 필름(104)의 반대쪽 가장자리부(110)로 광(112)을 방향변화시킨다.
도 11a 및 도 11c를 참조하면, 광기전력 소자(100)는 상기 필름(104)의 가장자리부(110)에 인접한 집광 필름(104)에 대해서 횡방향으로 배치되어 있다. 광기전력 소자(100)는 프리즘 구성부(108)들에 의해 집광 필름(104)을 통해서 방향을 바꾼 광을 입수하도록 구성 및 배향되어 있다. 광기전력 소자(100)는 단일 층 혹은 다수 층 p-n 접합부를 포함할 수 있고, 또한 실리콘, 비정질 실리콘 혹은 카드뮴 텔루르화물 등과 같은 기타 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광기전력 소자(100)는 광전자화학 전지, 고분자 혹은 나노기술에 기초할 수 있다. 광기전력 소자(100)는 또한 얇은 멀티스펙트럼 층들을 포함할 수 있다. 이 멀티스펙트럼 층들은 고분자 중에 분산된 나노결정을 추가로 포함할 수 있다. 수개의 멀티스펙트럼 층은 광기전력 소자(100)의 효율을 증가시키도록 적층될 수 있다. 도 11a 및 도 11b는 광기전력 소자(100)가 집광 필름(104)의 하나의 가장자리부(110)를 따라 (예를 들어, 집광 필름(104)의 왼쪽에) 배치되어 있는 하나의 실시형태를 도시하고 있다. 그러나, 다른 광기전력 소자는 집광 필름(104)의 다른 가장자리부에도 (예를 들어, 집광 필름(104)의 오른쪽에) 배치될 수 있다. 다수의 광기전력 소자는, 도 11c에 도시된 바와 같이, 집광 필름(104)의 반대쪽 가장자리부에 (예를 들어, 집광 필름(104)의 왼쪽 및 오른쪽에) 배치될 수 있다. 집광 필름(014)에 대해서 광기전력 소자(100)를 위치결정시키는 다른 배치형태도 가능하다.
집광 필름(104)의 상부면 상에 입사되는 광은 광로(112)에 의해 표시된 바와 같이 집광 필름(104)을 통해 투과된다. 광은, 프리즘 구성부(108)의 파세트에 충돌할 때, 집광 필름(104)의 상하부면(130), (140)으로부터의 다수의 반사에 의해 전내부 반사된다. 광선은, 집광 필름(104)의 가장자리부(110)에 충돌한 후에, 집광 필름(104)에서 나가 광기전력 소자(100)에 광학적으로 결합된다. 렌즈 혹은 광 파이프는 집광 필름(104)으로부터 광기전력 소자(100)로 광을 광학적으로 결합시키는 데 이용될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 예를 들어, 집광 필름(104)은 광기전력 소자(100)에 보다 가까운 단부를 향해서 프리즘 구성부(108)들이 없을 수 있다. 어떠한 프리즘 구성부들 없이도 집광 필름(104)의 부분은 광 파이프로서 기능할 수 있다. 집광 필름을 통해 집광되어 도광될 수 있는 광량은 프리즘 구성부들의 기하학적 형태, 종류 및 밀도에 의존할 수 있다. 집광된 광량은 또한 도광 재료의 굴절률에도 의존할 수 있고, 이것은 개구수를 결정한다.
이와 같이 해서 광은 전내부 반사(TIR)에 의해 집광 필름(104)을 통해 도광된다. 임의의 특정 광선은 상부면 혹은 하부면에 대해서 각도를 가지고 배향될 수 있는 한편, 순수한 방향전환은 필름의 주된(상부 혹은 하부)면으로 입사하는 방향으로부터, 일반적으로 광이 입사되는 면에 대해서 평행한 필름(104)의 가장자리부(110)를 향해서 횡방향으로 이루어진다. 도광된 광은 집광 필름 내의 흡수 및 다른 파세트로부터의 산란에 기인한 손실을 경험할 수 있다. 도광된 광에서의 이러한 손실을 줄이기 위하여, 반사 횟수를 저감시키도록 집광 필름(104)의 횡방향 길이를 수십 인치 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그러나, 집광 필름(104)의 길이를 제한하는 것은 광이 수광되는 면적을 저감시킬 수 있다. 따라서, 몇몇 실시형태에 있어서, 집광 필름(104)의 길이는 수십 인치보다 크게 증가될 수 있다. 몇몇 다른 실시형태에 있어서, 광학 코팅들이 프레넬 손실을 저감시키기 위하여 집광 필름(104)의 표면 상에 증착되어 있을 수 있다.
광선이 프리즘 구성부(108)가 없는 집광 필름(104)의 부분, 전형적으로는 필름 표면의 대부분에 충돌할 경우, 집광 필름을 통해 투과될 수 있지만 해당 집광 필름 내로 방향전환될 수는 없다. 해당 필름을 통해 입사되는 상당한 부분이 투과되는 것을 허용하는 것이 바람직한 이하에 기술된 실시형태에 있어서, 투과된 광은 능동형 디스플레이를 조명할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 방향전환된 광량을 조율해서 광기전력 소자(100)의 집광을 증대시키는 것이 바람직할 수 있다. 광기전력 소자(100)를 향해 분로된 광량을 증대시키기 위해서, 프리즘 구성부들이 도 11d에 예시된 바와 같이 서로에 대해서 오프셋되어 있는(즉, 어긋나 있는) 프리즘 구성부들을 포함하는 수개의 집광 필름층을 적층하는 것이 유리할 수 있다. 도 11d는 프리즘 구성부(208)들을 지닌 제1집광 필름층(204)과 프리즘 구성부(216)들을 지닌 제2집광 필름층(212)을 포함하는 일 실시형태를 예시하고 있다. 광기전력 소자(200)는 두 집광 필름층(204), (212)에 대해서 횡방향으로 배치되어 있다. 프리즘 구성부들(208), (216)은 광-방향전환 구성부들의 높은 부정합 가능성을 지니도록 랜덤화되거나 서로에 대해서 오프셋되도록 설계되어 있다. 광선(220)은 전술한 바와 같이 제1집광 필름(204)을 통해 방향전환되어 도광된다. 지점(A)에서 제1집광 필름(204)을 통과하는 광선(224)은 제2집광 필름(212)을 통해 방향전환되어 도광된다. 이 방법으로 프리즘 구성부들(208), (216)을 오프셋시키는 것은 해당 구성부들 간의 공간을 저감시켜, 프리즘 구성부들의 밀도를 증가시킨다. 상기 구성부들을 오프셋시키는 것은 광기전력 소자에 광학적으로 결합된 광량을 증가시킴으로써 (투과된 광을 희생하여) 광기전력 소자의 전기 출력을 증가시킬 수 있다. 집광 필름층(204), (212)은 얇을 수 있으므로, 다수의 집광 필름층을 적층하여 PV 전지에 결합되는 광량을 증가시키는 것이 가능하다. 함께 적층될 수 있는 층들의 수는, 목적으로 하는 용도(예를 들어, 층들을 통해서 표시장치를 보는)를 위해서 투과된 광의 허용가능한 손실에 부가해서, 각 층의 크기 및/또는 두께 및 서로의 계면에서의 프레넬 손실에 의존한다. 몇몇 실시형태에 있어서, 2 내지 10층의 집광 필름층이 서로 적층될 수 있다.
프리즘 도광판, 시트 혹은 필름(또는 막)을 이용해서 광기전력 소자를 향해 광을 집광, 집중 및 지향시키는 이점은, 보다 적은 수의 광기전력 소자가 목적으로 하는 전기 출력을 얻는 데 필요할 수 있다는 점이다. 따라서, 이 기술은 아마도 광기전력 소자에 의해 에너지를 발전시키는 비용을 저감시킬 수 있을 것이다. 다른 이점은 반사형 디스플레이에 혹은 소정 유형의 디스플레이로부터 광의 투과의 과도한 저감 없이 전력을 발전시키기 위한 광을 집광하는 능력이다.
도 12는, 상기 광-방향전환 구성부들이 프리즘 구성부들보다 오히려 회절성 구성부(308)들을 추가로 포함하는 다른 집광 필름을 예시하고 있다. 각종 바람직한 실시형태에 있어서, 회절성 구성부들(308)은 집광 필름(104)에 소정 각도로 입사되는 광(예컨대, 광선(312))의 방향을 변화시켜, 이를 통해서 광이 집광 필름(104)의 가장자리부(110)로부터 집광 필름(104) 내로 그리고 광기전력 소자(100) 속으로 전파된다. 광은, 예를 들어, 집광 필름(104)의 길이를 따라, 예컨대, 약 40°이상의 스침 각도(grazing angle)로(집광 필름(104)의 표면에 대해서 수직으로부터 측정됨) 전내부 반사를 통해서 전파될 수 있다. 이 각도는 스넬의 법칙에 의해 확립된 임계각이거나 혹은 해당 임계각 이상일 수 있다. 회절된 광선(312)은 집광 필름(104)의 길이에 대해서 대략 직각으로 방향변화된다. 회절성 구성부(308)들은 표면 혹은 용적 회절성 구성부들을 포함할 수 있다. 회절성 구성부(308)들은 집광 필름(104)의 제1측면(103) 상에 회절성 방향전환 막 상에 포함될 수 있다. 회절성 구성부는 홀로그래픽 구성부를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 회절성 방향전환 막은 몇몇 실시형태에서 홀로그램 혹은 홀로그래픽 막을 포함할 수 있다. 재료의 상대 굴절률 혹은 반사율에 따라, 회절성 미세구조체는 집광 필름(104)의 상부, 하부 혹은 측면부 상에 있을 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 다른 종류의 광-방향전환 요소(242)를 포함하는 집광 필름(240)의 실시형태를 예시하고 있다. 광-방향전환 요소(242)는 미세구조 박막일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광-방향전환 요소(242)는 용적 혹은 표면 회절성 구성부들 혹은 홀로그램들을 포함할 수 있다. 광-방향전환 요소(242)는 얇은 판, 시트 혹은 필름일 수 있다. 광-방향전환 요소(242)의 두께는 몇몇 실시형태에서는 대략 1㎛ 내지 대략 100㎛ 범위일 수 있지만, 그보다 크거나 작을 수도 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광-방향전환 요소 혹은 층(242)의 두께는 5㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광-방향전환 요소 혹은 층(242)의 두께는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 광-방향전환 요소(242)는 접착제에 의해 집광 필름(240)의 기판(244) 상의 하나의 층에 부착될 수 있다. 접착제는 기판(244)을 포함하는 재료와 굴절률-정합(index-matched)될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 접착제는 광-방향전환 요소(242)를 포함하는 재료와 굴절률 정합될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광-방향전환 요소(242)는 기판(244) 상에 적층되어 집광 필름(240)을 형성할 수 있다. 소정의 다른 실시형태에 있어서, 용적 혹은 표면 회절 구성부들 혹은 홀로그램들은 증착 혹은 기타 공정에 의해 기판(244)의 상부면 혹은 하부면 상에 형성될 수 있다.
용적 혹은 표면 회절성 요소 혹은 홀로그램은 투과 모드 혹은 반사 모드에서 작동할 수 있다. 투과형 회절 요소 혹은 홀로그램은 일반적으로 광학적으로 투과성인 재료를 포함하며, 이들을 통해서 통과하는 광을 회절시킨다. 반사형 회절 요소 및 홀로그램은 일반적으로 반사성 재료를 포함하고 그로부터 반사된 광을 회절시킨다. 소정의 실시형태에 있어서, 용적 혹은 표면 회절 요소/홀로그램은 투과 구조와 반사 구조의 혼성체(hybrid)일 수 있다. 회절 요소/홀로그램은 무지개 홀로그램, 컴퓨터-생성 회절 요소 혹은 홀로그램, 또는 다른 종류의 홀로그램 혹은 회절성 광학 요소를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서(예컨대, 디스플레이의 후방측 상에서), 반사형 홀로그램이 투과형 홀로그램 위에 있는 것이 바람직할 수 있는 데, 그 이유는, 높은 비율의 입사광이 광기전력 소자에 (그리고 몇몇 실시형태에서는 광원으로부터) 분로되어야 하는 경우, 반사형 홀로그램이 투과형 홀로그램보다 양호하게 백색광을 집광하여 도광할 수 있기 때문이다. 이들 실시형태에 있어서(예컨대, 디스플레이의 전방 측 상에서), 보다 높은 투명도가 요망되는 경우, 투과형 홀로그램이 이용될 수 있다. 투과형 홀로그램은 다수의 층을 포함하는 실시형태에서 반사형 홀로그램에 비해서 바람직할 수 있다. 이하에 설명하는 소정의 실시형태에 있어서, 투과층의 적층부는 광학 성능을 증가시키는 데 특히 유용하다. 주지된 바와 같이, 투과층은 집광 필름이 디스플레이의 전방 위에 놓여 있는 실시형태에 대해서 유용할 수 있으므로, 높은 비율의 입사광이 집광 필름을 통해서 해당 집광 필름 아래쪽에 있는 디스플레이로 혹은 해당 디스플레이로부터 통과할 수 있다.
광-방향전환 요소(242)의 하나의 가능한 이점은 도 13a 및 도 13b를 참조하여 이하에 설명된다. 도 13a는 광-방향전환 요소(242)가 투과형 홀로그램을 포함하고 기판(244)의 상부면 상에 배치되어 집광 필름(240)을 형성하는 실시형태를 도시하고 있다. 주변광(246i)의 광선은 입사각 θ1에서 광-방향전환 요소(242)의 상부면 상에 입사된다. 광-방향전환 요소(242)는 입사광선(246)을 방향전환 혹은 회절시킨다. 회절된 광선(246r)은 기판(244)에 입사되므로, 기판(244)에서의 광선(246r)의 전파각이 θTIR보다 큰 θ"1이다. 이와 같이 해서, 광-방향전환 요소(242)의 부재시 기판(244) 내에 횡방향으로 도광되지 않고 집광 필름(240)으로부터 투과되는 광선(246r)은 이제 광-방향전환 요소(242)의 존재 시 집광 필름(240) 내에 집광되어 횡방향으로 도광된다. 광-방향전환 요소(242)는 따라서 집광 필름(240)의 집광 효율을 증가시킬 수 있다. 역으로, 필름(240)의 가장자리부에서 광원으로부터의 광은 상부면을 향하여 더욱 전환되기 쉽다.
도 13b는 광-방향전환 요소(242)가 반사형 홀로그램을 포함하고 기판(244)의 하부면 상에 배치되어 있는 실시형태를 예시하고 있다. 광선(248)은 해당 광선(248)의 굴절각도가 θ'1이 되도록 각도 θ1에서 집광 필름(240)의 상부면에 입사된다. 광-방향전환 요소(242)에 충돌할 때 굴절광선(248r)은 기판(244)에 대해서 임계각 θTIR보다 큰 각도 θ"1에서 광선(248b)으로서 광-방향전환 요소(242)에 의해 반사된다. 각도 θ"1은 임계각 θTIR보다 크므로, 광선(248b)은 이어서 다수의 전내부 반사를 통해서 집광 필름(240) 내에 도광된다. 이와 같이 해서, 기판(244)에 의해 도광되지 않은 광선(248i)은 이제 광-방향전환 요소(242)가 존재하기 때문에 집광 필름(240) 내에 도광된다. 역으로, 집광 필름(240)의 가장자리부에서의 광원으로부터의 광은 상부면을 향하여 더욱 전환되기 쉽다.
도 14는 집광 필름(80)이 반사형 디스플레이(82)용의 능동 화소의 어레이의 전방 표시면 상에 배치되어 있는 표시장치(85)의 일 실시형태를 예시하고 있다. 예시된 실시형태에서, 반사형 디스플레이(82)는 능동 MEMS 어레이, 특히, 도 1 내지 도 7e에 대해서 위에서 설명된 바와 같이, 어레이 내에 배열된 개별적으로 어드레스가능한 화소를 지닌 능동 간섭계 변조기(IMOD)를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 반사형 디스플레이(82)는 LCD, DLP 혹은 전기영동 능동 디스플레이 기술을 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 반사형 디스플레이(82)는 집광 필름(80)이 첩부된 전방 표시면을 포함한다. 해당 전방 표시면은 표시 화소들의 어레이(82)를 둘러싸는 스페이서(300) 및/또는 시팅 프릿(seating frit)에 의해 배면판(87)에 접속된다. 상기 어레이(82)는 기판(20), 정지(투명) 전극을 포함하는 광학 적층부(16), 및 지지부(18)에 의해 기판(20)에 접속된 이동식 전극 혹은 미러(14)를 포함한다. 예시의 목적을 위해, 도 14 및 도 15에 있어서의 IMOD 어레이는 단일 IMOD에 의해 개략적으로 표시되어 있다.
도 14의 실시형태에 있어서, 전방 집광 필름(80)은 전방 집광 필름면(80a)과 후방 집광 필름면(80b) 및 적어도 1개의 가장자리부(88)를 구비한다. 광기전력 소자(86)는 집광 필름(80)의 가장자리부(88) 상에 배치되고, 광원(90)은 광기전력 소자(86) 혹은 다른 가장자리부 위치에 이웃하여 위치되어 있다. 전방 집광 필름면(80a)은 주변광(95)을 수광한다. 집광 필름(80)의 광-방향전환 구성부(94)들은 주변광(95)을 수광하여 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환시키기 위하여 집광 필름(80)의 가장자리부(88) 쪽으로 향하게 한다. 광원(90)은, 충분한 주변광(95)의 부재 시 디스플레이(82)를 조명하거나 혹은 주변광(95)과 함께 반사형 디스플레이(82)를 밝게 하기 위하여 반사형 디스플레이(82) 쪽으로 광-방향전환 구성부(94)들에 의해 광을 향하게 할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광원(90)은 생략될 수 있다.
도 15는 마찬가지 요소가 마찬가지 참조 번호로 표시되어 있는 반사형 표시장치(85)의 다른 실시형태를 예시하고 있으며, 여기서 전방 집광 필름면(84a)과 후방 집광 필름면(84b)을 구비한 집광 필름(84)이 디스플레이(82)용의 능동 화소의 어레이의 후방에 배치되어 있다. 주변광(95)은 후방 집광 필름(84)의 전방 집광 필름면(84a)에 의해 수광되도록 디스플레이(82)의 활성 영역들 사이에 지지부(18) 혹은 다른 투명한 비활성 영역을 통해 통과한다. 집광 필름(84)의 광-방향전환 구성부(94)들은 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환되도록 집광 필름(84)의 가장자리부(88) 쪽으로 광(95)을 향하게 한다.
도 16은 반사형 디스플레이(82)용의 표시 화소(161)들의 어레이의 평면도를 예시하고 있다. 표시 화소(161)는 행(162) 및 열(163)로 배열되어 있다. 행(162)과 열(163) 사이의 영역 혹은 비활성 영역은 지지부(18) 및 간극(164)을 포함한다. 전형적으로, 지지부(18) 및 간극(164) 등의 비활성 영역은, 이들 영역으로부터의 반사를 최소화하고, 표시 화소(161)들의 콘트라스트 비를 최소화하며, 성능을 향상시키기 위하여, 블랙 마스크로 마스킹되어 있다. 표시 화소(161)들이 반사형인 본 발명의 몇몇 실시형태에 있어서, 광은 반사형 디스플레이(82)의 행(162) 및 열(163) 사이의 기둥부(18) 및 간극(164)을 통해서 후방 집광 필름(84)으로 통과할 수 있다. 상기 광-방향전환 구성부들은, 디스플레이(82)의 전방 측 혹은 후방 측에 있는지의 여부에 따라, 광의 집광 혹은 조명을 최소화하기 위하여 비활성 영역과 정렬될 수 있다. 따라서, 블랙 마스크는, 전형적으로 블랙 마스크에 의해 흡수되는 광이 대신에 집광 필름(80, 84)의 가장자리부 상의 광기전력 소자(86)로 분로됨에 따라 제거될 수 있다. 이와 같이 해서, 이들 영역으로부터의 반사 및 콘트라스트의 손실은 저감되는 한편, 이들 영역에 수광된 광은 전력을 발전시키는 데 이용될 수 있다. 블랙 마스크 재료, 블랙 마스크 증착 및 패터닝 스텝을 제거함으로써, 표시장치(85)를 제조하는 전반적인 비용을 저감시킬 수 있다. 집광 필름(84)이 후방 측 상에 있는 경우(도 15), 광의 투과를 증가시키기 위하여 개구부(165)가 행들 혹은 열들 사이의 간극(164)에 전극 스트립으로 형성될 수 있다. 도 16은, 행방향 전극(162)이 투명한 IMOD 예를 예시하고 있기 때문에, 단지 반사형 열방향 전극(163)만이 해당 열방향 전극(163)이 행(162)들 사이의 간극(164)을 교차하는 위치에서 개구부(165)를 지닐 필요가 있다. 도 16의 열방향 전극(163)은 도 14 및 도 15의 이동식 전극 혹은 미러(14)에 대응하는 한편, 도 16의 행방향 전극(162)은 도 14 및 도 15의 광학 적층부(16)(정지 투명 전극을 내포함)에 대응한다.
도 17a는, 일부의 광이 디스플레이(82')를 통과하고 일부의 광이 능동적으로 변화하는 화상으로 디스플레이(82')의 화소로부터 반사되는 반투과반사형 디스플레이(82')를 개략적으로 예시하고 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 표시 화소들의 활성 어레이를 통과하는 가시광의 비율은 약 5% 내지 약 50%의 범위이다. 도 17에 예시된 디스플레이(82')는 기판(170), 흡수체층(171), 광학 공명 공동부(optical resonant cavity)(172), 부분 반사체층(이하 간단히 "반사체층"이라고 칭함)(173) 및 광원(174)을 포함하는 단일의 IMOD에 의해 도면에 도시된 투명 간섭계 변조기(IMOD)들의 어레이이다. 기판(170)은 적어도 부분적으로 광학적으로 투명하다. 흡수체층(171)은 기판(170) 밑에 위치결정되어 있고, 흡수체층(171)은 부분적으로 광학적으로 투과성이다. 부분 반사체층(173)은 기판(170) 밑에 위치결정되고, 흡수체층(171)으로부터 이간되어 있으며, 해당 흡수체층(171)은 기판(170)과 부분 반사체층(173) 사이에 위치되어 있다. 부분 반사체층(173)은 상기 IMOD 설명에 따라 광학 공동부(172)에서 이동할 수 있다. 상기 반사체층(173)은 또한 부분적으로 반사성이고 부분적으로 투과성이다. 광원(174)은 흡수체층(171)과 반사체층(173)이 기판(170)과 광원(174) 사이에 위치되도록 해당 기판(170)에 대해서 위치결정되어 있다. 도시하고 있지는 않지만, 배면판은 부분 반사체층(173)과 백라이트(174) 사이에 위치결정될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 제1방향(175)에서 디스플레이(82')로부터 방출된 광은 제1부분의 광, 제2부분의 광 및 제3부분의 광을 포함한다. 제1부분의 광은 기판(170)에 입사되어 해당 기판(170)을 투과하고, 흡수체층(171)을 투과하여 반사체층(173)에 의해 반사되고, 흡수체층(171)을 투과하여 기판(170)을 투과해서 제1방향(175)에서 해당 기판(170)으로부터 방출된다. 제2부분의 광은 기판(170)에 입사되어 해당 기판(170)을 투과하고, 흡수체층(171)에 의해 반사되고, 기판(170)을 투과해서 제1방향(175)에서 해당 기판(170)으로부터 방출된다. 제3부분의 광은 광원(174)으로부터, 반사체층(173)에 입사되어, 반사체층(173)을 투과하고, 흡수체층(171)을 투과하여 기판(170)을 투과해서 제1방향(175)에서 해당 기판(170)으로부터 방출된다.
소정의 실시형태에 있어서, 기판(170)은 유리 혹은 플라스틱 재료를 포함한다. 소정의 실시형태에 있어서, 흡수체층(171)은 크롬을 포함한다. 소정의 실시형태에 있어서, 반사체층(173)은 금속층(예컨대, 300Å 이하의 두께를 지닌 알루미늄층)을 포함한다. 소정의 실시형태에서 반사체층(173)의 투과율은 해당 반사체층(173)의 두께에 의존한다.
예시된 반투과반사형 IMOD를 위해서, 흡수체층(171)과 반사체층(173) 중 적어도 한쪽은, 두 광학 상태가 간섭계측의 원리를 선택적으로 이용해서 생성되도록 흡수체층(171)과 반사체층(173) 사이의 간격을 변화시키기 위하여 선택적으로 이동가능하다. 소정의 실시형태에 있어서, 표시장치(85)는 표시 시스템의 작동가능한 요소(예컨대, 화소 혹은 부화소)를 포함한다.
소정의 실시형태에 있어서, 제1부분의 광과 제2부분의 광은, 도 1 내지 도 7e에 대해서 설명된 정상의 IMOD 동작에 따라서, 제1색을 지닌 광을 생성하도록 간섭한다. 제1색은 광학 공동부의 크기에 의존하며, 이것은 적어도 두 상태 사이에서 변경될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 광원(174)은 제1부분의 광과 제2부분의 광의 간섭계측적 합계의 색을 선택적으로 변경할 수 있다. 광원(174)은 온 상태로 전환되어 상이한 색을 생성하는 제3상태를 형성할 수 있다. 그러나, 상이한 색은 주변광이 부재 시 생성될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 표시장치(85)는 제1방향(175)과 해당 제1방향과 대체로 반대쪽인 제2방향(176)의 양쪽으로부터 볼 수 있다. 예를 들어, 이러한 소정의 실시형태의 표시장치(85)는 해당 표시장치(85)의 제1측면 상의 제1위치로부터 그리고 표시장치(85)의 제2측면 상의 제2위치로부터 볼 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 제2방향(176)에서 표시장치(85)로부터 방출된 광은 제4부분의 광, 제5부분의 광 및 제6부분의 광을 포함한다. 소정의 실시형태에서 제4부분의 광은 기판(170)에 입사되어 해당 기판(170)을 투과하고, 흡수체층(171)을 투과하여 반사체층(173)에 의해 반사되어 제2방향(176)에서 표시장치(85)로부터 방출된다. 소정의 실시형태에서 제5부분의 광은 반사체층(173)에 입사되어, 반사체층(173)을 투과해서, 흡수체층(171)으로부터 반사되고, 반사체층(173)을 투과해서 표시장치(85)로부터 방출된다. 소정의 실시형태에서 제6부분의 광은 반사체층(173)에 입사되고, 반사체층(173)으로부터 반사되어 제2방향(176)에서 표시장치(85)로부터 방출된다. 소정의 실시형태에 있어서, 제5부분의 광은 광원(174)에 의해 방출된 광을 포함하고, 제6부분의 광은 광원(174)에 의해 방출된 광을 포함한다. 전방 측에서, 추가의 색 상태는, 백라이트(174)가 온상태인지 오프상태인지의 여부 그리고 주변광이 존재하는지의 여부에 따라, 후방 혹은 제2방향(176)으로부터 볼 수 있다.
도 17b를 참조하면, 도 17a의 백라이트는 광원(90)으로부터 수광되고(예컨대, 집광 필름(84)의 가장자리부(88)를 따라 주입됨), 집광 필름(84)을 따라 광을 도광하며, 반투과반사형 디스플레이(82')의 화소를 향해 광을 향하게 하여 방출시킴으로써 후방 측 조명을 제공하는 후방 집광 필름(84)으로 대체될 수 있다. 집광 필름(84)은 디스플레이(82')의 전방 면을 향하여 후방 집광 필름(84)의 전방 면(84a)을 가로질러 균일하게 방출되도록 집광 필름(84) 내에 광의 전파를 붕괴시키는 집광 필름(84) 내 혹은 해당 집광 필름(84) 상에 위치된 방향전환 구성부를 포함할 수 있다. 또한, 추가의 색 상태는 반투과반사형 IMOD 디스플레이(82')의 전방 측 상에 있는 전방 집광/조명 막(80)과 함께 광원(90)으로부터의 전방 조명에 의해 생성될 수 있다. 광기전력 소자(86)는 전방 측 혹은 후방 측 집광 필름(80, 84) 상에 제공될 수 있다.
도 18은 발광형 디스플레이(82")의 전방 표시면(82a) 위에 배치된 전방 집광 필름(80)을 구비한 표시장치(85)의 일 실시형태를 예시하고 있다. 디스플레이(82")의 화소는 LCD, LED, OLED, FED 기술 등과 같이 발광형이거나, 디스플레이(82")는 백라이트를 포함한다. 몇몇 실시형태에 있어서, 표시 화소는 일부의 광이 디스플레이(82")의 능동 화소 영역을 통과하는 것을 허용하는, 도 17a 또는 도 17b의 백릿 IMOD들과 같은 반투과반사형이다.
주변광(95)은 전방 집광 필름(80)의 전방 집광 필름면(80a)에 의해 수광되어 광-방향전환 구성부(94)들을 거쳐서 집광 필름(80)의 가장자리부(88)로 향하여 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환된다. 발광형 디스플레이(82")로부터 방출된 광은 전방 집광 필름(80)의 후방 집광 필름면(80b)에 의해 수광된다. 광-방향전환 구성부(94)들은 집광 필름(80)의 가장자리부(88) 쪽으로 광을 향하게 해서 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환시킨다. 발광형 디스플레이(82")로부터의 광은 방향전환 구성부(94)들 사이를 통과하는 광을 방출하여 표시장치(85)를 조명할 수 있다.
도 19는 후방 집광 필름(84)이 발광형 디스플레이(82") 밑에 위치된 표시장치(85)의 일 실시형태를 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 후방 집광 필름(84)은, 광원(90)에 결합되어, 도 17b의 반투과반사형 IMOD(82')와 마찬가지로, 수광 유닛과 백라이트의 양쪽 모두로서 기능한다. 도 19의 백라이트를 내장한 발광형 디스플레이(82")는, 백릿 LCD 등과 같이, 임의의 백릿 능동형 디스플레이 기술을 이용할 수 있다.
도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 주변광(95)은 디스플레이(82")를 통과해서 후방 집광 필름(84)의 전방 집광 필름면(84a)으로부터 광-방향전환 구성부(94)들을 개재해서 후방 집광 필름(84)의 가장자리부(88)로 향하여, 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환된다. 광원(90)은 후방 집광 필름(84)의 가장자리부(88) 상에 배치되어 광을 방출하고, 이 광은 표시장치(85)를 조명하기 위하여 광-방향전환 구성부(94)들을 기재해서 디스플레이(82") 쪽으로 향한다.
도 20은 발광형 디스플레이(82")와 해당 발광형 디스플레이(82")용의 후방광(174) 사이에 배치된 후방 집광 필름(84)을 예시하고 있다. 주변광(95)은 디스플레이(82")를 통과해서 후방 집광 필름(84)의 전방 집광 필름면(84a)에 의해 수광되어, 광-방향전환 구성부(94)들을 개재해서 후방 집광 필름(84)의 가장자리부(88)로 향하여, 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환된다. 후방광(174)은 광을 방출하고, 해당 광은 후방 집광 필름(84)의 후방 집광 필름면(84b)에 의해 수광되어, 광-방향전환 구성부(94)들에 의해 후방 집광 필름(84)의 가장자리부(88)로 또한 향하여 광기전력 소자(86)에 의해(또는 상이한 가장자리부 상의 상이한 PV 소자에 의해) 전기 에너지로 변환된다. 후방광(174)은 또한 디스플레이(82")를 통해 광을 향하게 하여 표시장치(85)를 조명한다. 발광형 디스플레이(82")와 후방광(174) 사이에 집광 필름(84)을 배치하고 광-방향전환 구성부들을 표시장치(85)의 비활성 영역과 정렬시키는 것은, 주변광(95)으로서 표시 화소(161)들 상의 블랙 마스크를 대체할 수 있고, 방출된 광은 집광 필름(84)의 가장자리부에서 광기전력 소자(86)로 분로되어 전기 에너지로 변환되어서, 비활성 영역으로부터 관찰자에 대해서 반사 혹은 투과되는 광을 저감시킨다. 색 바램을 저감시키는(즉, 능동 화소에 대한 콘트라스트를 증가시키는) 블랙 마스크의 기능은 전력을 발생하는 한편 집광 필름에 의해 부응될 수 있고, 블랙 마스크를 형성하는 단계를 생략할 수 있다. 전술한 바와 같이, 블랙 마스크의 제거는 전반적인 처리 비용 및 제조 시간을 저감시킬 수 있다.
도 21은 반사형 디스플레이(82) 위쪽에 배치된 전방 집광 필름(80)을 구비한 실시형태를 예시하고 있다. 이 실시형태에 예시된 바와 같이, 전방 집광 필름(80)은 도 11c의 것들과 같이, 비대칭 광-방향전환 구성부(108)들을 포함한다. 주변광(95)은 전방 집광 필름(80)의 전방 집광 필름면(80a)에 의해 수광되어 광-방향전환 구성부(108)들을 개재해서 집광 필름(80)의 하나의 가장자리부(88) 쪽으로 향하여, 광기전력 소자(86)에 의해 전기 에너지로 변환된다. 광원(90)은 전방 집광 필름(80)의 반대쪽 다른 가장자리부에 위치결정되어, 광을 방출하고, 해당 광은 표시장치(85)를 조명하기 위하여 광변환 구성부(108)들에 의해서 디스플레이(82) 쪽으로 향한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명의 수개의 실시형태를 개시하고 있지만, 본 개시 내용은 단지 예시적인 것일 뿐 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 이해할 필요가 있다. 개시된 구체적인 형태 및 동작은 전술한 것들과 상이할 수 있고 또한 본 명세서에 설명된 방법은 반도체 디바이스의 제작 이외의 다른 맥락에도 이용될 수 있다는 것을 인식할 필요가 있다.
14: 이동식 전극 혹은 미러 16: 광학 적층부
18: 지지부 혹은 기둥부 20: 기판
80: 집광 필름 80a: 전방 집광 필름면
80b: 후방 집광 필름면 87: 배면판
86: 광기전력 소자 88: 가장자리부
300: 스페이서 90: 광원
94: 광-방향전환 구성부 95: 주변광

Claims (44)

  1. 관찰자와 대면하는 전방(front) 표시면과, 후방(back) 표시면을 지닌 표시 화소들의 활성 어레이;
    전방 집광 필름면, 후방 집광 필름면, 적어도 1개의 가장자리부(edge) 및 복수개의 광-방향전환 구성부들(light-turning features)을 각각 구비하고, 상기 전방 표시면 혹은 후방 표시면 중 한쪽에 인접한 적어도 하나의 집광 필름(collection film); 및
    상기 집광 필름의 가장자리부 상에 배치되어, 상기 광-방향전환 구성부들로부터 상기 집광 필름면을 통해 횡방향으로 투과되는 광을 입수하도록 배향된 광기전력 소자(photovoltaic device)를 포함하되,
    상기 광-방향전환 구성부들은 상기 전방 혹은 후방 집광 필름면과 상기 집광 필름의 가장자리부 사이에서 광을 방향변화(redirect)시키도록 구성된 것인 표시장치(display device).
  2. 제1항에 있어서, 상기 집광 필름의 가장자리부 상에 배치된 광원을 추가로 포함하는 표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드(LED: light-emitting diode)를 포함하는 것인 표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 광기전력 소자와 동일한 가장자리부 상에 배치되어 있는 것인 표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 광기전력 소자와는 상이한 위치에 배치되어 있는 것인 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 집광 필름은 약 0.5㎜ 내지 10㎜의 두께를 지닌 박막을 포함하는 것인 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 적층 구조로 배치된 복수개의 집광 필름을 추가로 포함하되, 각 집광 필름은 전방 집광 필름면, 후방 집광 필름면, 적어도 1개의 가장자리부 및 복수개의 광-방향전환 구성부들을 구비하고, 상기 광-방향전환 구성부들은 상기 전방 혹은 후방 집광 필름면과 상기 집광 필름의 가장자리부 사이에서 광을 방향변화시키도록 구성된 것인 표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 집광 필름의 상기 광-방향전환 구성부들은 프리즘 구성부들(prismatic features)를 포함하는 것인 표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프리즘 구성부들은 대칭인 것인 표시장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 프리즘 구성부들은 비대칭인 것인 표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프리즘 구성부는 슬릿(slit)을 포함하는 것인 표시장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 광기전력 소자와 광원은 상기 집광 필름의 대향하는 가장자리부들 상에 배치되고, 상기 집광 필름의 비대칭 프리즘 구성부들은 주변광을 상기 전방 집광 필름면으로부터 상기 광기전력 소자로 향하도록 하고 또한 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 후방 집광 필름면으로 향하도록 구성된 것인 표시장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 광-방향전환 구성부는 회절성 구성부(diffractive feature)를 포함하는 것인 표시장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광-방향전환 구성부는 홀로그래픽 구성부(holographic feature)를 포함하는 것인 표시장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 표시 화소의 활성 어레이의 화소들은 반사형 디스플레이 기술을 이용하는 것인 표시장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 표시 화소의 활성 어레이의 화소들은 마이크로전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 소자들을 내포하는 것인 표시장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 MEMS 소자는 간섭계 변조기(IMOD: interferometric modulator)인 것인 표시장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 화소들은 액정 디스플레이(LCD) 소자들을 내포하는 것인 표시장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 집광 필름은 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 전방 표시면 상에 배치되어 있는 것인 표시장치.
  20. 제15항에 있어서, 상기 집광 필름은 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 후방 표시면 상에 배치되어 있는 것인 표시장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 전방 표시면 상에는 제2집광 필름이 배치되어 있는 것인 표시장치.
  22. 제20항에 있어서, 주변광이 상기 어레이의 활성 표시 영역들 사이의 적어도 하나의 비활성 영역을 통과할 수 있는 것인 표시장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 화소들은 반투과반사형(transflective)이고, 상기 주변광의 일부는 상기 활성 화소 영역들을 통과해서 상기 집광 필름에 도달하는 것인 표시장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 비활성 영역은 화소들 사이의 영역을 포함하는 것인 표시장치.
  25. 제22항에 있어서, 가시광의 약 5% 내지 약 50%의 비율이 상기 표시 화소들의 활성 어레이를 통해 통과될 수 있는 것인 표시장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 화소들은 발광형(emissive) 디스플레이 기술을 이용하는 것인 표시장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 화소들은 LED, OLED, FED 및 백릿 반사형(backlit reflective) 기술로 이루어진 군으로부터 선택된 디스플레이 기술을 이용하는 것인 표시장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 화소들은 유기 발광 다이오드(OLED: organic light emitting diode) 소자들을 내포하는 것인 표시장치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 화소들은 액정 디스플레이(LCD) 소자들을 내포하는 것인 표시장치.
  30. 제26항에 있어서, 상기 집광 필름은 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 전방 표시면 상에 배치되어 있는 것인 표시장치.
  31. 제26항에 있어서, 상기 집광 필름은 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 후방 표시면 상에 배치되어 있는 것인 표시장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 표시 화소들의 활성 어레이의 전방 표시면 상에 제2집광 필름이 배치되어 있는 것인 표시장치.
  33. 표시 화소들의 어레이;
    상기 표시 화소들의 어레이 다음에 배치된 적어도 하나의 집광 필름;
    상기 집광 필름의 제1가장자리부에 배치된 적어도 하나의 광기전력 소자; 및
    제2가장자리부에 배치된 적어도 하나의 광원을 포함하되,
    상기 집광 필름은 복수개의 광-방향전환 구성부들을 구비하고, 해당 광-방향전환 구성부들은 전방 혹은 후방 집광 필름면과 상기 집광 필름의 가장자리부들 사이에서 광을 방향변화시키도록 구성되며,
    상기 광기전력 소자는 상기 광-방향전환 구성부들로부터 상기 집광 필름면을 통해 횡방향으로 투과되는 광을 입수하도록 배향되고,
    상기 광원은 상기 표시 화소들의 어레이를 향해서 상기 광-방향전환 구성부들에 의해 방향전환되도록 상기 집광 필름을 통해 횡방향으로 광을 방출하는 것인 표시장치.
  34. 화상을 표시하고 변경하는 화상 표시수단;
    광 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시키는 광 에너지 변환수단; 및
    상기 화상 표시수단 상에 입사되는 방향으로부터 상기 광 에너지 변환수단을 향하여 표시면을 따른 횡방향으로 광을 방향전환시키는 광-방향전환 수단을 포함하는 표시장치.
  35. 제34항에 있어서, 광을 방출하는 수단을 추가로 포함하는 표시장치.
  36. 제34항에 있어서, 상기 화상 표시수단은 전방 표시면, 후방 표시면 및 적어도 1개의 가장자리부를 포함하는 표시 화소들의 활성 어레이를 포함하는 것인 표시장치.
  37. 제34항에 있어서, 상기 광 에너지 변환수단은 광기전력 소자를 포함하는 것인 표시장치.
  38. 제34항에 있어서, 상기 광-방향전환 수단은 전방 집광 필름면, 후방 집광 필름면 및 복수개의 광-방향전환 구성부들을 구비한 집광 필름을 포함하되, 상기 광-방향전환 구성부들은 상기 전방 혹은 후방 집광 필름면과 상기 집광 필름의 가장자리부 사이에서 광을 방향변화시키도록 구성된 것인 표시장치.
  39. 화상 영역에서 화상을 능동적으로 표시하는 단계;
    상기 화상 영역으로부터 광을 집광하는 단계;
    상기 화상 영역으로부터 해당 화상 영역의 적어도 1개의 가장자리부로 광을 방향전환시키는 단계; 및
    광을 전류로 변환시키는 단계를 포함하는, 집광 및 화상 표시 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 화상 영역의 가장자리부로부터 광을 방출하여 해당 광을 상기 화상 영역으로 방향전환시키는 단계를 추가로 포함하는, 집광 및 화상 표시 방법.
  41. 제39항에 있어서, 상기 능동적으로 표시하는 단계는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 미러(mirror)를 이동시키는 단계를 포함하는 것인, 집광 및 화상 표시 방법.
  42. 제39항에 있어서, 상기 화상 영역은 적어도 하나의 집광 필름에 작동적으로 결합된 표시 화소들의 어레이를 포함하는 것인, 집광 및 화상 표시 방법.
  43. 표시 화소들의 활성 어레이의 전방 혹은 후방 표시면에, 전방 집광 필름면, 후방 집광 필름면, 적어도 1개의 가장자리부 및 복수개의 광-방향전환 구성부를 구비하는 집광 필름을 작동적으로 결합시키는 단계; 및
    주변광이 상기 광-방향전환 구성부들에 의해 상기 전방 집광 필름면으로부터 상기 집광 필름의 가장자리부에 있는 광기전력 소자로 향하게 되어 전기 에너지로 변환되도록, 상기 광기전력 소자를 상기 집광 필름의 가장자리부와 정렬시키는(aligning) 단계를 포함하는, 표시장치의 제조방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 집광 필름의 가장자리부 상에, 광을 방출하는 광원을 배치시키는 단계를 추가로 포함하는, 표시장치의 제조방법.
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