專利名稱：高效的空間調(diào)制器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間光調(diào)制器。
技術(shù)背景微鏡陣列是一種包含像素單元的陣列的空間光調(diào)制器(SLM)裝 置，這些像素單元中的每一個(gè)包含可關(guān)于一軸傾斜的鏡板以及用于產(chǎn) 生可使微鏡板傾斜的靜電力的電路。在數(shù)字操作模式中，例如，鏡板 可被傾斜并停在兩個(gè)位置處。在"開(kāi)(on)"位置處，微鏡向顯示器表 面反射入射光以在圖像顯示器中形成圖像像素。在"關(guān)(off)"位置處， 微鏡引導(dǎo)入射光以使其遠(yuǎn)離圖像顯示器。用于微鏡陣列的驅(qū)動(dòng)電路可 以被制造在通常稱為SLM裝置黑平面(black plane)的硅基板中。 SLM裝置需要執(zhí)行至少兩種基本功能向硅黑平面?zhèn)魉拖乱灰伙@示 的圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(即，"寫(xiě)入")；以及將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以控 制微鏡的位置來(lái)調(diào)制入射光(即，"顯示")。發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)一般方面中，說(shuō)明了一種空間光調(diào)制器系統(tǒng)，該空間光調(diào) 制器系統(tǒng)包括像素單元的陣列，這些像素單元中的每一個(gè)包含兩個(gè) 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)器件，其中的每一個(gè)SRAM器件可存 儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并執(zhí)行占用最小時(shí)段的寫(xiě)入事件；空間光調(diào)制器，其被配 置為根據(jù)寫(xiě)入亊件而沿開(kāi)方向或關(guān)方向輸出光；和配置有顯示序列的 控制器，該顯示序列包含第一顯示片段和第二顯示片段，第一顯示片 段具有比所述最小時(shí)段的兩倍短的顯示時(shí)間，并且第二顯示片段具有 比所述最小時(shí)段的兩倍長(zhǎng)的顯示時(shí)間，其中控制器控制來(lái)自所述兩個(gè) SRAM器件的寫(xiě)入事件，并且第一顯示片段和第二顯示片段在所述顯示序列中被排序，使得控制器被配置為使空間光調(diào)制器輸出光并使所述兩個(gè)SRAM器件均在第二顯示片段期間執(zhí)行寫(xiě)入事件。在另一個(gè)一般方面中，說(shuō)明了一種空間光調(diào)制器系統(tǒng)，該空間光 調(diào)制器系統(tǒng)包括像素單元的陣列，這些像素單元中的每一個(gè)包含:兩 個(gè)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)器件，其中的每一個(gè)SRAM器件可 存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并響應(yīng)于該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而輸出第一電壓信號(hào)；可從兩個(gè) SRAM器件中的至少一個(gè)接收第一電壓信號(hào)并輸出第二電壓信號(hào)的電 平轉(zhuǎn)換器；以及由基板支撐的可傾斜微鏡板和該微鏡板下面的一個(gè)或 更多個(gè)電極，其中所述一個(gè)或更多個(gè)電極可從電平轉(zhuǎn)換器接收第二電 壓信號(hào)并且所述微鏡板可響應(yīng)于笫二電壓信號(hào)而傾斜預(yù)定位置。在另一個(gè)一般方面中，說(shuō)明了一種用于響應(yīng)于數(shù)字圖像來(lái)控制 SLM的陣列的方法。該方法包括將數(shù)字圖像的色場(chǎng)分成多個(gè)比特面， 包含第一比特面、第二比特面和第三比特面；通過(guò)將陣列中的SLM控 制到預(yù)定位置來(lái)顯示第一比特面；在顯示第一比特面期間，將與第二 比特面相關(guān)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第一靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)器件并將 與第三比特面相關(guān)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第二SRAM器件；在顯示了第一比特面 之后，通過(guò)根據(jù)寫(xiě)入第一 SRAM器件的數(shù)據(jù)將陣列中的SLM控制到 預(yù)定位置來(lái)顯示第二比特面；和在顯示了第二比特面之后，通過(guò)根據(jù) 寫(xiě)入第二SRAM器件的數(shù)據(jù)將陣列中的SLM控制到預(yù)定位置來(lái)顯示 第三比特面。所述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可包含以下實(shí)現(xiàn)中的一個(gè)或更多個(gè)。第一電壓信 號(hào)可以在約1.3至伏2.3伏的范圍內(nèi)。第二電壓信號(hào)可以在約4伏至6 伏的范圍內(nèi)?？臻g光調(diào)制器可包含由基板支撐的可傾斜微鏡板和該微 鏡板下面的一個(gè)或更多個(gè)電極。微鏡板可接收第三電壓信號(hào)。所迷一 個(gè)或更多個(gè)電極可從電平轉(zhuǎn)換器接收第二電壓信號(hào)。微鏡板可響應(yīng)于 笫三電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)而傾斜。笫三電壓信號(hào)可以在約15伏至 50伏的范圍內(nèi)，諸如在約20伏至40伏之間。空間光調(diào)制器系統(tǒng)還可 包括多路傳輸器，該多路傳輸器可響應(yīng)于外部信號(hào)而選擇所述兩個(gè) SRAM器件中的一個(gè)，其中所述兩個(gè)SRAM器件中被選擇的SRAM可向電平轉(zhuǎn)換器寫(xiě)入數(shù)據(jù)。電平轉(zhuǎn)換器可接收全局復(fù)位信號(hào)并響應(yīng)于 該全局復(fù)位信號(hào)將空間光調(diào)制器復(fù)位到預(yù)定位置?？臻g光調(diào)制器可包 含由基板支撐的可傾斜微鏡板，其中微鏡板可響應(yīng)于全局復(fù)位信號(hào)而 傾斜到沿開(kāi)方向引導(dǎo)光的開(kāi)位置或向關(guān)方向引導(dǎo)光的關(guān)位置。電平轉(zhuǎn)換器可包含多個(gè)MOSFET器件。電平轉(zhuǎn)換器中的所述多個(gè)MOSFET 器件中的兩個(gè)可形成交叉耦合鎖存器。至少兩個(gè)SRAM器件中的每一 個(gè)可包含多個(gè)MOSFET器件。所^>開(kāi)的SLM系統(tǒng)可包含以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或更多個(gè)。所爿>開(kāi) 的SLM系統(tǒng)可提供比常規(guī)SLM系統(tǒng)高的數(shù)據(jù)寫(xiě)入速率。對(duì)于每個(gè)像 素單元，通過(guò)兩個(gè)或更多個(gè)SRAM存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)在兩個(gè)或更多 個(gè)SRAM上的圖像數(shù)據(jù)可在像素單元中的SLM顯示圖像的同時(shí)被寫(xiě) 入SLM中。由此， 一旦完成當(dāng)前的顯示事件，就可準(zhǔn)備好用于下一 個(gè)顯示事件的圖像數(shù)據(jù)。與常規(guī)的SLM系統(tǒng)相比，可以減少或消除 不顯示時(shí)間。所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法對(duì)于高分辨率和高比特深度的顯示應(yīng)用特別 有益，這些應(yīng)用趨于在低比特顯示中具有由于與大像素陣列相關(guān)的數(shù) 據(jù)寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)而導(dǎo)致的較長(zhǎng)的不顯示時(shí)間和/或較短的顯示時(shí)間，這 趨于在圖像幀中產(chǎn)生較大的不顯示時(shí)間部分。所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可 有效減少這些應(yīng)用中的不顯示時(shí)間。所公開(kāi)的系統(tǒng)的另一潛在的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)用較低電壓的信號(hào)將 數(shù)據(jù)寫(xiě)入像素單元，它可消耗比常規(guī)SLM系統(tǒng)少的電力。較低電壓 的信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換成中間電壓信號(hào)，其中中間電壓信號(hào)被 用于驅(qū)動(dòng)SLM。此外，可以在不增加像素單元尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)所公 開(kāi)的SLM系統(tǒng)中的電路。雖然參照多個(gè)實(shí)施例具體示出和說(shuō)明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。


被包含于說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施 例，并與說(shuō)明一起用來(lái)解釋本文說(shuō)明的原理、裝置和方法。圖1是用于驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制器(SLM)系統(tǒng)中的SLM陣列的電 路的框圖。圖2A是圖1的空間光調(diào)制器中的像素單元的示意圖。圖2B示出用于圖2A的像素單元的示例性電路示意圖。圖3是SLM系統(tǒng)中的色面中的二進(jìn)制顯示比特A0、 Al、 A2、...和A7的顯示時(shí)間的示意圖。圖4是常規(guī)SLM系統(tǒng)中的色面中的像素單元中的顯示序列的示意圖。圖5A是具有基于A5的固定顯示片段的常規(guī)SLM系統(tǒng)中的像素 單元中的顯示序列(A7A4A6A0A7)的示意圖。圖5B是具有可變顯示單元的SLM系統(tǒng)中的像素單元中的顯示序 列(A7A4A6A0A7A5".)的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，SLM系統(tǒng)100可包含包括像素單元200的像素陣列110。 SLM系統(tǒng)IOO還可包含用于接收數(shù)字圖像數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的輸入和輸 出(IO)電路120和125、用于出于測(cè)試目的而從陣列讀取數(shù)據(jù)的讀 電路130和用于將數(shù)據(jù)寫(xiě)入像素單元200的寫(xiě)電路135。SLM系統(tǒng)100 還可包含用于控制對(duì)于不同行的像素單元200的數(shù)據(jù)寫(xiě)入的行移位寄 存器140、 145和用于控制用于讀取和寫(xiě)入操作的數(shù)據(jù)流的方向的讀/ 寫(xiě)(RW )邏輯控制器150和155。參照?qǐng)D2A，像素單元200可包含微鏡210和微鏡210下面的電極 221、 222。微鏡210和電極221、 222可被制造在基板上。在一些實(shí)施 例中，包含各種上迷的驅(qū)動(dòng)電路、微鏡210和電極221、 222的SLM 系統(tǒng)100可被制造在單個(gè)半導(dǎo)體基板上，而不是被制造在接合在一起 的分離的基板上。電平轉(zhuǎn)換器230可提供電壓信號(hào)以控制電極221、 222的電位。由電平轉(zhuǎn)換器230提供的電壓信號(hào)的振幅例如可以在約4 6伏的范圍內(nèi)或者為5V,在本說(shuō)明書(shū)中，4 6伏的電壓范圍可被稱 為中間電壓范圍。與之相比，本說(shuō)明書(shū)中的"高電壓，，信號(hào)指的是10 伏以上的電壓信號(hào)，諸如為約15至50伏或約20至40伏。本說(shuō)明書(shū) 中的"低電壓"信號(hào)指的是4伏以下的電壓信號(hào)，諸如為約2至3伏。在工作期間，可以在MRST線上向微鏡210中的導(dǎo)電部分施加高 電壓鏡復(fù)位信號(hào)(MRST)以使微鏡傾斜，以約15至50伏的范圍內(nèi) 的電壓振幅向MRST線加偏壓，并且MRST線在約-20至-40V的范 圍中被脈動(dòng)以使鏡子傾斜。例如，MRST可以被以約30V的DC高電 壓加偏壓，并在一較短時(shí)段(諸如小于5微秒)內(nèi)被切換到約-30V的 高的負(fù)電壓，以使鏡子傾斜。像素單元200還包含可從寫(xiě)電路135接收輸入數(shù)據(jù)的兩個(gè)靜態(tài)隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM) 240、 245。存儲(chǔ)在SRAM240、 245中的數(shù)據(jù) 可在顯示使能信號(hào)"DE0"和"DE1"的控制下被多路傳輸?shù)诫娖睫D(zhuǎn)換器 230。兩個(gè)全局復(fù)位信號(hào)"RST0"和"RST1"可將SLM系統(tǒng)100中的所 有像素單元200中的電平轉(zhuǎn)換器230復(fù)位，以將整個(gè)陣列中的微鏡210 同時(shí)設(shè)置到"開(kāi)"位置或"關(guān)"位置。來(lái)自SRAM 240、 245的數(shù)據(jù)信號(hào) 是低電壓信號(hào)，其振幅可在約1.3至2.3伏的范圍內(nèi)或?yàn)?.8V。電平轉(zhuǎn)換器230可將來(lái)自SRAM 240和245的低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成 中間電壓信號(hào)(例如，5V)，該中間電壓信號(hào)隨后被發(fā)送到電極221 和222。高電壓鏡復(fù)位信號(hào)"MRST"信號(hào)和被施加到電極221和222 的中間電壓信號(hào)可在微鏡210和電極221、 222之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾娢徊?以用于使鏡子復(fù)位。即，得到的靜電力可使微鏡210傾斜到"開(kāi)"位置 或"關(guān)"位置，使得入射光被引向或引離圖像顯示器。圖2B表示像素單元200的示例性詳細(xì)電路。電平轉(zhuǎn)換器230包 含高電壓MOSFET器件P1 P4、 Nl和N2, P3和P4形成交叉耦合鎖 存器。包含P1、 P2、 Nl和N2是為了增加裝置的可靠性。像素單元 200還包含各自包含六個(gè)MOSFET晶體管的SRAM 240、 245。處于 像素單元200中部的低電壓n通道雙向多路傳輸電路250可在顯示使 能信號(hào)"DE0"和"DE1"的控制下選擇將SRAM 240、 245中的哪一個(gè)與電平轉(zhuǎn)換器230連接。顯示使能信號(hào)"DE0"和"DE1"由將在后面進(jìn)一 步說(shuō)明的控制器控制。像素單元200可包含用于復(fù)位或預(yù)置鏡陣列中 的所有微鏡210的兩個(gè)全局復(fù)位信號(hào)"RST0，，和"RST1"。可以通過(guò)4吏 用先進(jìn)的0.18nm CMOS技術(shù)將像素單元200實(shí)現(xiàn)為10nmxl0|im或 更小的像素。例如，電平轉(zhuǎn)換器230可占用像素單元約40%的面積。 包含SRAM 240、 245和多路傳輸電路250的低電壓器件可占用像素 單元約60%的面積。SLM系統(tǒng)100和像素單元200如下工作。用于SRAM 240和245 的數(shù)據(jù)更新可被稱為"寫(xiě)入"事件。作為例子，假定用于每個(gè)SRAM 240 或245的寫(xiě)入時(shí)間為100ns。用于打開(kāi)(MRST—on )或關(guān)閉(MRST_off) 微鏡210的鏡復(fù)位時(shí)間可以為l(His。為了以不同的強(qiáng)度顯示圖像的像 素，不同像素單元200中的微鏡210可根據(jù)不同像素處的輸入圖像數(shù) 據(jù)，以不同的時(shí)長(zhǎng)將光導(dǎo)向顯示器。對(duì)于8比特的強(qiáng)度分辨率，可以 通過(guò)八個(gè)二進(jìn)制比特的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)各微鏡210對(duì)圖像像素的顯示時(shí) 長(zhǎng)。這些比特中的每一個(gè)與圖像的比特面(bit plane) A0、 Al、 A2、…、 A7相關(guān)，并且，如圖3所示，每個(gè)比特面具有相關(guān)聯(lián)的總顯示時(shí)間 D0、 Dl、 D2、 ...、 D7。用于AO比特面的顯示時(shí)間DO可以為10ns。 顯示時(shí)間Dl、 D2、 ...、 D7可依次按因子2增大Dl( 20ps )、 D2( 40ps )、 D3 ( 80ns ) 、 D4 (160ps ) 、 D5 (320|^s ) 、 D6 ( 640ps ) 、 D7 ( 1280|is )。 AO可被稱為最低有效比特(LSB ); A7可被稱為最高有效比特(MSB )。 如果微鏡在AO比特面中為"開(kāi)"(圖像數(shù)據(jù)為二進(jìn)制的0000 0001 )， 那么微鏡將打開(kāi)10ps。如果微鏡同時(shí)在Al和AO比特面中都為"開(kāi)" (圖像數(shù)據(jù)為二進(jìn)制的0000 0011)，那么微鏡將打開(kāi)30ius。應(yīng)當(dāng)注 意，所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可與用于顯示圖像的色場(chǎng)的其它比特面方案 兼容。例如，色場(chǎng)的比特面不必基于二進(jìn)制.比特面的時(shí)長(zhǎng)可以通過(guò) 與如二進(jìn)制系統(tǒng)中的2不同的因子而彼此相關(guān)。此外，連續(xù)的比特面 不必按常數(shù)因子縮放。顯示圖像可包含一個(gè)(例如，單色調(diào)圖像)或多個(gè)(包含紅色、 綠色和藍(lán)色的圖像)色場(chǎng)(也被稱為"色面(color plane)")。數(shù)字圖像的色場(chǎng)可被分成多個(gè)(諸如10至40個(gè))顯示片段。每個(gè)顯示片 段代表一個(gè)特定比特面的顯示時(shí)段，但是一些比特面可能需要多個(gè)顯 示片段?？梢赃x擇顯示時(shí)間比寫(xiě)入時(shí)間長(zhǎng)的比特面中的一個(gè)以限定基 本顯示時(shí)間。所選擇的比特面以及更低有效比特面(即，具有小于或 等于基本顯示時(shí)間的顯示時(shí)間的比特面)可使用一個(gè)顯示片段，而較 高有效比特面(具有比基本顯示時(shí)間長(zhǎng)的顯示時(shí)間)可使用多個(gè)顯示 片段。具體地說(shuō)，較高有效比特面占用的顯示片段的數(shù)量可以等于 該較高有效比特面的顯示時(shí)間除以基本顯示時(shí)間的顯示時(shí)間。例如， 可將用于A5比特片段(bit slice )的顯示時(shí)間D5選為基本顯示時(shí)間。 例如用于A6和A7比特片段的顯示時(shí)間D6和D7的較長(zhǎng)顯示時(shí)間可 被分成多個(gè)片段，每個(gè)片段具有等于基本顯示時(shí)間的時(shí)長(zhǎng)。在常規(guī)的系統(tǒng)中，各個(gè)顯示片段具有相同的時(shí)長(zhǎng)，并且用于顯示 片段的時(shí)段可被稱為片段顯示時(shí)間。例如，基本顯示時(shí)間可被選擇為 A5顯示時(shí)間，即D5。因此，片段顯示時(shí)間是用于A5比特面的時(shí)段 D5 (例如，320ns)。用于常規(guī)顯示裝置(其在一個(gè)像素單元中包含 一個(gè)存儲(chǔ)器件)的片段顯示時(shí)間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是片段顯示時(shí)間需要比 顯示裝置的寫(xiě)入時(shí)間長(zhǎng)。例如，在具有SRAM的裝置中，SRAM寫(xiě)入 時(shí)間可以是100ps，這比320fis的單位顯示時(shí)間短?？梢詮钠物@示 時(shí)間的倍數(shù)導(dǎo)出諸如"A7"或"A6"的較長(zhǎng)比特面。A7比特面可被分成 均持續(xù)320ns的四顯示片段。A6比特面可被分成均持續(xù)320ps的二顯 示片段?；贏5比特面的片段顯示方案對(duì)于各個(gè)色場(chǎng)需要總計(jì)十二 個(gè)顯示片段用于A0 A5比特面的六個(gè)顯示片段、用于A6比特面的 兩個(gè)片段、以及用于A7比特面的四個(gè)片段。顯示序列是呈現(xiàn)比特面的顯示片段的順序。為了得到更好的顯示 均勻性并且減少諸如色斷(color break-up )和閃爍的顯示偽像，可將 髙有效比特面(例如，該例子中的A7和A6比特面)的顯示片段均勻 分布在顯示序列上.可將較低有效比特面(例如，該例子中的A0、 Al、 ...、 A5比特面)的顯示片段分配為填充較高有效比特面的顯示片 段之間的間隙。例如，分成十二個(gè)顯示片段的8比特色場(chǎng)的顯示序列可以為"A7A4A6A0A7A5A1A2A7A6A3A7"，即，顯示A7比特面，然 后顯示A4比特面，然后顯示A6比特面，等等。常規(guī)的顯示裝置可在每個(gè)像素單元中包含一個(gè)存儲(chǔ)器件。作為例 子，在圖 4 中示出了常規(guī)顯示系統(tǒng)的顯示序列 "A7A4A6A0A7A5A1A2A7A6A3A7"。放大的"寫(xiě)入"和"顯示"序列401 包含后面緊跟A6比特面的顯示的基于A7比特面的顯示。由于用于 A5比特面的顯示片段的顯示時(shí)間320ps比lOOjns的寫(xiě)入時(shí)間長(zhǎng)，因此 當(dāng)A7比特面的顯示片段的顯示完成時(shí)顯示已被寫(xiě)入?？梢灾苯釉贏7 比特面的顯示之后立即顯示A6比特面。但是，對(duì)于具有較短顯示時(shí) 間的比特面來(lái)說(shuō)，顯示效率較低。常規(guī)的SLM系統(tǒng)中的"寫(xiě)入"和"顯示"方案的缺點(diǎn)是浪費(fèi)了用于 較低有效位的顯示片段內(nèi)的不顯示時(shí)間。圖4中的放大的"寫(xiě)入和顯 示"序列402示出后跟A7比特面的顯示的AO比特面的顯示。由于用 于AO比特面的顯示時(shí)間DO僅持續(xù)10ns而用于A7比特面的數(shù)據(jù)寫(xiě) 入時(shí)間花費(fèi)100ns，因此，在微鏡210可被傾斜到將光引向顯示圖像 的"開(kāi)，，位置之前，微鏡210必須等待數(shù)據(jù)更新的完成。因此，在顯示 了 AO比特面之后在等待A7比特面的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)存在較長(zhǎng)的不顯示時(shí) 間。較長(zhǎng)的不顯示時(shí)間表示常規(guī)SLM系統(tǒng)中的浪費(fèi)和低效。類似地， 100ps的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)間也長(zhǎng)于用于其它較低有效比特面(即比特面Al 至A3的顯示時(shí)間。類似地，由于Al至A3比特面的顯示時(shí)間均比IOOjis 的寫(xiě)入時(shí)間短，因此與Al至A3比特面相關(guān)地也存在不同量的不顯示 時(shí)間。換句話說(shuō)，對(duì)于低比特的顯示時(shí)間來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入變成SLM系 統(tǒng)的瓶頸。數(shù)據(jù)寫(xiě)入中的瓶頸可存在于具有不同圖像分辨率、比特顯 示時(shí)間和寫(xiě)入時(shí)間的常規(guī)SLM系統(tǒng)中。對(duì)于更大的像素陣列或更高 的像素比特深度，問(wèn)題會(huì)變得特別嚴(yán)重.增加的陣列尺寸會(huì)增加數(shù)據(jù) 寫(xiě)入時(shí)間。增加的像素比特深度會(huì)縮短用于低比特的顯示時(shí)間。這兩 種效果都會(huì)增加數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)間和低比特顯示時(shí)間之間的差距，由此進(jìn) 一步降低了 SLM系統(tǒng)的效率。在圖5A中示出在一些常規(guī)SLM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的"寫(xiě)入，，和"顯示"序列。該"寫(xiě)入"和"顯示"序列包含比特面序列A7A4A6A0A7。例如， 固定顯示單元被選擇為A5比特面。該像素單元僅包含一種類型的"寫(xiě) 入"動(dòng)作。將顯示片段(其基于A5比特面)選擇為使得基本顯示時(shí)間 (例如，320|as)比寫(xiě)入時(shí)間(例如，lOOfis)長(zhǎng)。在顯示當(dāng)前比特面 的同時(shí)，執(zhí)行針對(duì)下一比特的"寫(xiě)入，，動(dòng)作。由于基本顯示時(shí)間(用于 A5比特面的顯示時(shí)間)比比特面中的一些(例如，A0至A4比特面) 長(zhǎng)，因此，"顯示"序列包含顯示序列中的間隙，這表示顯示周期時(shí)間 的浪費(fèi)。與常規(guī)的顯示系統(tǒng)相反，當(dāng)前公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可通過(guò)在像素單 元中使用兩個(gè)"寫(xiě)入，，事件來(lái)減少或消除常規(guī)顯示系統(tǒng)中的顯示片段之 間的不顯示時(shí)間，另外，當(dāng)前公開(kāi)的系統(tǒng)不將較低有效比特面限制為 固定的顯示單元。SLM系統(tǒng)100在每個(gè)像素單元200中包含兩個(gè) SRAM240和250，它們均可將用于顯示的數(shù)據(jù)寫(xiě)入像素單元200中。 SLM系統(tǒng)100和像素單元200可通過(guò)允許在顯示片段期間的背景中進(jìn) 行兩次數(shù)據(jù)寫(xiě)入來(lái)提高SLM的顯示效率?？赏ㄟ^(guò)像素單元200中的 雙SRAM 240和250來(lái)實(shí)現(xiàn)兩次背景寫(xiě)入。對(duì)兩個(gè)SRAM 240和250 依次進(jìn)行寫(xiě)入以提高顯示效率，例如使顯示效率最大化。如圖5B所示，"寫(xiě)入"和"顯示"序列(例如，A7A4A6A0A7A5.") 可包含SRAM 240的"寫(xiě)入l"和SRAM 245的"寫(xiě)入2"。在"寫(xiě)入1" 和"寫(xiě)入2"事件中，存儲(chǔ)在SRAM 240和250中的數(shù)據(jù)可在顯示使能 信號(hào)"DE0，，和"DE1"的控制下分別被寫(xiě)入電平轉(zhuǎn)換器230?？刂艱EO 和DE1的控制器配置有寫(xiě)入和顯示序列并根據(jù)該序列來(lái)控制顯示使 能信號(hào)。具體地說(shuō)，控制器使顯示使能信號(hào)允許各SRAM中的數(shù)據(jù)在 適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(即在比用于這兩個(gè)SRAM的寫(xiě)入時(shí)間長(zhǎng)的顯示片段中) 被發(fā)送到電平轉(zhuǎn)換器，并因此被發(fā)送到鏡子。在當(dāng)前公開(kāi)的系統(tǒng)中，顯示片段的時(shí)長(zhǎng)可以不同，使用于較低有 效位的顯示片段占用較少的時(shí)間?？蛇x擇比特面中的一個(gè)來(lái)限定顯示 片段的最大時(shí)長(zhǎng)。因此，有效性比與顯示片段的最大時(shí)長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的比 特面低的比特面的顯示片段可具有不同的時(shí)長(zhǎng)(具體而言，該時(shí)長(zhǎng)可與用于該比特面的顯示時(shí)間成比例或與其相等)。但是，用于所選擇 的比特面以及更高有效比特面的顯示片段可具有相同的時(shí)長(zhǎng)(即，用于與顯示片段的最大時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的比特面的時(shí)長(zhǎng))。例如，假定選擇A5 比特面來(lái)限定顯示片段，那么用于A5、 A6和A7比特面的顯示片段 的時(shí)長(zhǎng)可以為320ns。比所選擇的比特面有效性更高的較高有效比特 面可占用的顯示片段的數(shù)量等于用于該較高有效比特面的顯示時(shí)間 除以用于所選擇的比特面的顯示時(shí)間。用于所選擇的比特面以及更高有效比特面的顯示片段的數(shù)量可大 于等于用于較低有效比特面的顯示片段的數(shù)量。例如，假定選擇A5 比特面來(lái)限定顯示片段的最大時(shí)長(zhǎng)，那么較低有效比特面將使用五個(gè) 顯示片段(A0、 Al、 A2、 A3和A4中的每個(gè)使用一個(gè))，而所選摔 的比特面以及更高有效比特面將使用七個(gè)顯示片段(一個(gè)用于A5，兩 個(gè)用于A6，四個(gè)用于A7)。另外，用于所選擇的比特面以及更高有 效比特面的顯示單元可具有大于等于寫(xiě)入時(shí)間的兩倍的時(shí)長(zhǎng)?？梢栽陲@示片段期間執(zhí)行一個(gè)或兩個(gè)"寫(xiě)入，，事件。例如，由于用 于兩個(gè)"寫(xiě)入，，事件的總時(shí)間200ns比顯示片段的時(shí)長(zhǎng)320^s短，因此 在用于A7比特面的顯示片段期間可發(fā)生"寫(xiě)入2"和"寫(xiě)入l"(稱為背 景寫(xiě)入或流水線式寫(xiě)入和顯示操作)。用于A7比特面的顯示片段期 間的"寫(xiě)入2"和"寫(xiě)入l"事件可為隨后的用于A4和A6比特面的顯示 片段提供數(shù)據(jù)。類似地，兩個(gè)寫(xiě)入事件"寫(xiě)入2"和"寫(xiě)入1"還可被安排 為在用于A6比特面的顯示片段期間發(fā)生以為A0和A7比特面的顯示 片段做準(zhǔn)備。接下來(lái)的兩個(gè)寫(xiě)入事件"寫(xiě)入2"和"寫(xiě)入l"可在下一個(gè) A7比特面的顯示片段中發(fā)生以為接下來(lái)的比特面A5的顯示片段做準(zhǔn) 備，等等。由于可以在顯示后續(xù)比特面之前通過(guò)SRAM240和245來(lái) 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，因此圖5B所示的顯示序列不包含常規(guī)SLM系統(tǒng)中的顯示 序列中的比特面顯示之間的許多間隔，顯示序列(即幀中的顯示片段的序列)可被排序?yàn)槭沟糜糜趶?SRAM進(jìn)行寫(xiě)入的充分長(zhǎng)的顯示片段位于比兩個(gè)寫(xiě)入亊件短的顯示片 段之前。在一些實(shí)施例中，顯示序列包含配對(duì)的顯示片段，其中將一用于兩個(gè)SRAM的寫(xiě)入事件一樣長(zhǎng)的一個(gè)顯 示片段配對(duì)，例如，如圖5B所示，將A4與A6配對(duì)，將A0與A7 配對(duì)。這種配對(duì)可消除圖5A中的浪費(fèi)的顯示時(shí)間。第一顯示片段可 具有SLM的笫一顯示時(shí)段，而第二顯示片段可具有SLM的第二顯示 時(shí)段。笫一時(shí)段可比第二時(shí)段長(zhǎng)。兩個(gè)連續(xù)的寫(xiě)入事件可在較短的顯 示片段的顯示之后在第一顯示時(shí)段中發(fā)生，以為隨后的一個(gè)或更多個(gè) 顯示片段準(zhǔn)備顯示數(shù)據(jù)。第一時(shí)段可與第二時(shí)段相差2、 4或更大的因 子。例如，A0比特面可與A5、 A6或A7比特面配對(duì)。Al比特面可與 A5、 A6或A7比特面配對(duì)，長(zhǎng)顯示片段和短顯示片段的配對(duì)允許兩個(gè) 寫(xiě)入事件被聚集在用于為接下來(lái)的兩個(gè)顯示片段寫(xiě)入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)顯示片 段中。即，配對(duì)的顯示片段可被安排為首先顯示短的顯示片段，使棒 可為后面的較長(zhǎng)顯示片段的顯示期間的更新而釋放(free up)相應(yīng)的 SRAM。 一旦SRAM數(shù)據(jù)被傳送到電平轉(zhuǎn)換器并且SLM鏡被翻轉(zhuǎn)， 就不再需要SRAM內(nèi)容并且可為下一配對(duì)的顯示片段用新數(shù)據(jù)重寫(xiě) SRAM內(nèi)容?？梢岳斫?，像素單元200可在其它控制序列下工作。例如，用子 兩個(gè)比特面的數(shù)據(jù)可在顯示片段的顯示期間被寫(xiě)入像素單元中的兩個(gè) SRAM中。鏡復(fù)位信號(hào)可繞過(guò)SRAM 240和245而將"0"或"1"數(shù)據(jù)直 接寫(xiě)入電平轉(zhuǎn)換器230,從而將電平轉(zhuǎn)換器230設(shè)置為明確的輸出狀 態(tài)并防止電平轉(zhuǎn)換器230浮動(dòng)。從電平轉(zhuǎn)換器230輸出的相對(duì)較高的 電壓如杲仍浮動(dòng)則會(huì)損壞像素單元200和SLM系統(tǒng)100中的低電壓 電路?？梢詾楸尘?寫(xiě)入"而釋放SRAM 240和245。 一旦一個(gè)或兩個(gè) SRAM 240和245就緒并且在鏡復(fù)位脈沖被施加到鏡子210之前， SRAM 240或245可向電平轉(zhuǎn)換器230輸出數(shù)據(jù)來(lái)代替全局復(fù)位信號(hào) 以將電平轉(zhuǎn)換器230保持在適當(dāng)?shù)妮敵鲭娖?。只要?dāng)前比特面比兩次 寫(xiě)入時(shí)間之和長(zhǎng)，該控制序列就允許將用于兩個(gè)比特面的數(shù)據(jù)寫(xiě)入兩 個(gè)SRAM中。所公開(kāi)的SLM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，它提供了比常規(guī)SLM系統(tǒng)髙的 數(shù)據(jù)寫(xiě)入速率。對(duì)于每個(gè)像素單元，通過(guò)兩個(gè)或更多個(gè)SRAM來(lái)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)在這兩個(gè)或更多個(gè)SRAM上的圖像數(shù)據(jù)可在SLM器 件與前一比特面相對(duì)應(yīng)地引導(dǎo)光的同時(shí)被寫(xiě)入像素單元中的SLM。由 此， 一旦完成當(dāng)前顯示事件，就可為SLM中的下一個(gè)顯示事件準(zhǔn)備 好圖像數(shù)據(jù)。與常規(guī)SLM系統(tǒng)相比，不顯示時(shí)間被減少或消除。所 公開(kāi)的系統(tǒng)和方法對(duì)于高分辨率和高比特深度的顯示應(yīng)用特別有益。 這些應(yīng)用趨于在低比特顯示中具有由于與大像素陣列相關(guān)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入 時(shí)間較長(zhǎng)而導(dǎo)致的較長(zhǎng)的非顯示時(shí)間和/或較短的顯示時(shí)間。所公開(kāi)的 系統(tǒng)還可通過(guò)用較低電壓的信號(hào)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入像素單元而消耗比常規(guī) SLM系統(tǒng)少的電力。較低電壓的信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換成中間電 壓信號(hào)，其中中間電壓信號(hào)被用于驅(qū)動(dòng)SLM。所公開(kāi)的SLM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以通過(guò)單個(gè)鏡復(fù)位脈沖(RST0 或RST1)同時(shí)更新像素陣列110中的整個(gè)微鏡陣列，與在一些常規(guī) SLM顯示系統(tǒng)中逐個(gè)像素單元地依次更新鏡板相比，這樣做可使鏡更 新時(shí)間最小化。鏡復(fù)位可以在顯示片段的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)發(fā)生。因此， 在所公開(kāi)的SLM系統(tǒng)中，顯示效率得到提高?？梢岳斫?，所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法與其它的SLM器件構(gòu)造和制造 技術(shù)兼容。例如，所公開(kāi)的SLM系統(tǒng)與接觸型微鏡或非接觸型微銑 兼容。所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法不限于上面公開(kāi)的特定電路設(shè)計(jì)。以上使 用的參數(shù)是用于例示公開(kāi)的SLM系統(tǒng)的操作的例子?？梢詫⒐_(kāi)的 像素單元以及"寫(xiě)入，，和"顯示，，序列應(yīng)用于不同的圖像分辨率、比特顯 示時(shí)間、寫(xiě)入時(shí)間和彩色顯示圖像的不同色面。此外，以上使用的特 定比特面和顯示單元方案僅僅是要說(shuō)明公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的操作。所 公開(kāi)的系統(tǒng)與許多可能的比特面和顯示單元配置兼容。鏡復(fù)位時(shí)間、 全局復(fù)位時(shí)間和用于比特面的時(shí)長(zhǎng)可以與上述的例子都不同。此外， 所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法與各種SRAM配置以及不同的電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 兼容。例如， 一個(gè)像素單元可包含多于兩個(gè)的SRAM，它們交替地將 數(shù)據(jù)寫(xiě)入電平轉(zhuǎn)換器以供顯示。
權(quán)利要求
1.一種空間光調(diào)制器系統(tǒng)，包括像素單元的陣列，所述像素單元中的每一個(gè)包含兩個(gè)SRAM器件，每一個(gè)SRAM器件被配置為存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并執(zhí)行占用最小時(shí)段的寫(xiě)入事件；空間光調(diào)制器，其被配置為根據(jù)寫(xiě)入事件而沿開(kāi)方向或關(guān)方向輸出光；和配置有顯示序列的控制器，該顯示序列包含第一顯示片段和第二顯示片段，第一顯示片段具有比所述最小時(shí)段的兩倍短的顯示時(shí)間，并且第二顯示片段具有比所述最小時(shí)段的兩倍長(zhǎng)的顯示時(shí)間，其中控制器控制來(lái)自所述兩個(gè)SRAM器件的寫(xiě)入事件，并且第一顯示片段和第二顯示片段在所述顯示序列中被排序，使得控制器被配置為使空間光調(diào)制器輸出光并使所述兩個(gè)SRAM器件均在第二顯示片段期間執(zhí)行寫(xiě)入事件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，寫(xiě)入事件產(chǎn) 生約1.3伏至2.3伏的范圍內(nèi)的第一電壓信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，還包括電平轉(zhuǎn)換器， 該電平轉(zhuǎn)換器被配置為從SRAM器件接收寫(xiě)入事件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，電平轉(zhuǎn)換器 輸出約4伏至6伏的范圍內(nèi)的第二電壓信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，空間光調(diào)制 器包含由基板支撐的可傾斜微鏡板和該微鏡板下面的一個(gè)或更多個(gè)電 極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或 更多個(gè)電極被配置為從電平轉(zhuǎn)換器接收笫二電壓信號(hào)，并且所述微鏡 板被配置為響應(yīng)于第三電壓信號(hào)和笫二電壓信號(hào)而傾斜.
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，第三電壓信 號(hào)在約15伏至50伏的范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，第三電壓信 號(hào)在約20伏至40伏的范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，還包括被配置為響 應(yīng)于外部信號(hào)而選擇所述兩個(gè)SRAM器件之一的多路傳輸器，其中所 述兩個(gè)SRAM器件中被選擇的SRAM被配置為向電平轉(zhuǎn)換器寫(xiě)入數(shù) 據(jù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中 電平轉(zhuǎn)換器被配置為接收全局復(fù)位信號(hào)并響應(yīng)于該全局復(fù)位信號(hào)而將空間光調(diào)制器復(fù)位到預(yù)定位置；并且空間光調(diào)制器包含由基板支撐的可傾斜微鏡板，其中微鏡被配置 為響應(yīng)于所述全局復(fù)位信號(hào)而傾斜到沿開(kāi)方向引導(dǎo)光的開(kāi)位置或向關(guān) 方向引導(dǎo)光的關(guān)位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，電平轉(zhuǎn)換. 器包含多個(gè)MOSFET器件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所迷的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，電平轉(zhuǎn)換 器中的所述多個(gè)MOSFET器件中的兩個(gè)形成交叉耦合鎖存器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，其中，至少兩個(gè) SRAM器件中的每一個(gè)包含多個(gè)MOSFET器件。
14. 一種用于響應(yīng)于數(shù)字圖像來(lái)控制空間光調(diào)制器的陣列的方法， 包括將數(shù)字圖像的色場(chǎng)分成多個(gè)比特面，包含第一比特面、第二比特 面和笫三比特面；通過(guò)將陣列中的空間光調(diào)制器控制到預(yù)定位置來(lái)顯示第 一 比特面；在顯示第一比特面期間，將與第二比特面相關(guān)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第一 SRAM器件并將與笫三比特面相關(guān)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第二 SRAM器件；在顯示了第一比特面之后，通過(guò)根據(jù)寫(xiě)入笫一SRAM器件的數(shù)據(jù) 將陣列中的空間光調(diào)制器控制到預(yù)定位置來(lái)顯示笫二比特面；和在顯示了第二比特面之后，通過(guò)根據(jù)寫(xiě)入笫二 SRAM器件的數(shù)據(jù)將陣列中的空間光調(diào)制器控制到預(yù)定位置來(lái)顯示第三比特面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，第一比特面限定空間光 調(diào)制器要被控制在預(yù)定位置處的笫一時(shí)段，并且笫二比特面限定空間 光調(diào)制器要被控制在預(yù)定位置處的第二時(shí)段，其中第一時(shí)段為第二時(shí) 段的兩倍或更長(zhǎng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所迷的方法，其中，第一比特面限定空間光 調(diào)制器要被控制在預(yù)定位置處的第一時(shí)段，并且笫二比特面限定空間 光調(diào)制器要^支控制在預(yù)定位置處的第二時(shí)段，其中第一時(shí)段為第二時(shí) 段的四倍或更長(zhǎng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，第一比特面限定空間光 調(diào)制器要被控制在預(yù)定位置處的第一時(shí)段，并且笫二比特面限定空間 光調(diào)制器要被控制在預(yù)定位置處的第二時(shí)段，所述方法還包括響應(yīng)于與第二比特面相關(guān)的數(shù)據(jù)，從兩個(gè)SRAM器件中的一個(gè)向 電平轉(zhuǎn)換器發(fā)送第一電壓信號(hào)；和響應(yīng)于該第一電壓信號(hào)，從電平轉(zhuǎn)換器向空間光調(diào)制器發(fā)送笫二 電壓信號(hào)以將空間光調(diào)制器控制在預(yù)定位置處。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，第一電壓信號(hào)在約1J 伏至2.3伏的范圍內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，第二電壓信號(hào)在約4 伏至6伏的范圍內(nèi)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括向微鏡發(fā)送笫三電壓信 號(hào)，其中第三電壓信號(hào)在約15伏至50伏的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了高效的空間調(diào)制器系統(tǒng)。該空間光調(diào)制器系統(tǒng)包括像素單元的陣列，所述像素單元中的每一個(gè)包含被配置為存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并響應(yīng)于該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而輸出第一電壓信號(hào)的兩個(gè)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)器件；被配置為從所述兩個(gè)SRAM器件中的至少一個(gè)接收第一電壓信號(hào)并輸出第二電壓信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換器；和被配置為響應(yīng)于第二電壓信號(hào)而沿開(kāi)方向或關(guān)方向輸出光的空間光調(diào)制器。
文檔編號(hào)G09G3/34GK101276550SQ20081008688
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者孫黃品, 陳成良 申請(qǐng)人:視頻有限公司