用于驅動模擬干涉式調制器的系統(tǒng)、裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于準確地定位反射顯示元件的可移動導電層的系統(tǒng)、方法及設備，包含編碼于計算機存儲媒體上的計算機程序。在一個方面中，感測所述可移動導電層相對于至少一或多個固定導電層的初始位置?？芍辽俨糠值鼗谒龀跏嘉恢枚_定充電電壓?？蓪⑺龀潆婋妷菏┘拥剿隹梢苿訉щ妼?。
【專利說明】用于驅動模擬干涉式調制器的系統(tǒng)、裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于模擬干涉式調制器及用于檢測安置于顯示元件的兩個導體之間 的可移動導體的位置的驅動方案及校準方法。

【背景技術】
[0002] 機電系統(tǒng)包含具有電及機械元件、致動器、換能器、傳感器、光學組件（例如，鏡） 及電子器件的裝置?？梢远喾N尺寸制造機電系統(tǒng)，包含但不限于微米尺寸及納米尺寸。舉 例來說，微機電系統(tǒng)（MEMS)裝置可包含具有介于從約一微米到數(shù)百微米或更大的范圍內 的大小的結構。納米機電系統(tǒng)（NEMS)裝置可包含具有小于一微米的大?。ㄅe例來說，包含 小于數(shù)百納米的大?。┑慕Y構?？墒褂贸练e、蝕刻、光刻及/或蝕刻掉襯底及/或所沉積材 料層的部分或添加層以形成電裝置及機電裝置的其它微機械加工工藝形成機電元件。
[0003] -種類型的機電系統(tǒng)裝置稱作干涉式調制器（IM0D)。如本文中所用，術語干涉式 調制器或干涉式光調制器是指使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射光的裝置。在一 些實施方案中，干涉式調制器可包含一對導電板，所述對導電板中的一者或兩者可為全部 或部分透明的及/或反射的且能夠在施加適當電信號時相對運動。在實施方案中，一個板 可包含沉積于襯底上的固定層且另一板可包含通過氣隙與所述固定層分離的反射膜。一個 板相對于另一板的位置可改變入射于干涉式調制器上的光的光學干涉。干涉式調制器裝置 具有廣泛的應用，且預期用于改進現(xiàn)有產品及形成新產品，尤其是具有顯示能力的那些產 品。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有數(shù)個創(chuàng)新性方面，所述方面中的單個方面均 不單獨地決定本文中所揭示的所要屬性。
[0005] 本發(fā)明中所描述的標的物的一個創(chuàng)新性方面可實施于一種用于驅動顯示元件的 設備中，所述顯示元件包含可移動導電層及一或多個固定導電層。所述設備包含：電路，其 經配置以確定所述可移動導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位 置；及控制器，其經配置以至少部分地基于所述初始位置而確定充電電壓；及將所述充電 電壓施加到所述可移動導電層。
[0006] 本發(fā)明中所描述的標的物的另一創(chuàng)新性方面可實施于一種在顯示器中定位可相 對于一或多個固定導電層移動的可移動導電層的方法中。所述方法包含：確定所述可移動 導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位置；至少部分地基于所述初 始位置而確定充電電壓；及將所述充電電壓施加到所述可移動導電層。
[0007] 本發(fā)明中所描述的標的物的另一創(chuàng)新性方面可實施于一種用于驅動包含可移動 導電層及一或多個固定導電層的顯示器的設備中。所述設備包含：用于確定所述可移動導 電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位置的裝置；用于至少部分地基 于所述初始位置而確定充電電壓的裝置；及用于將所述充電電壓施加到所述可移動導電層 的裝置。
[0008] 本發(fā)明中所描述的標的物的另一創(chuàng)新性方面可實施于一種用于在顯示器中定位 可相對于一或多個固定導電層移動的可移動導電層的計算機程序產品中。所述計算機程序 產品包含非暫時性計算機可讀媒體，其上存儲有用于致使處理電路進行以下操作的代碼： 確定所述可移動導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位置；至少部 分地基于所述初始位置而確定充電電壓；及將所述充電電壓施加到所述可移動導電層。
[0009] 在隨附圖式及以下描述中陳述本說明書中所描述的標的物的一或多個實施方案 的細節(jié)。根據(jù)所述描述、圖式及權利要求書將明了其它特征、方面及優(yōu)點。注意，以下各圖 的相對尺寸可能并未按比例繪制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1A及1B展示描繪處于兩個不同狀態(tài)中的干涉式調制器（MOD)顯示裝置的像 素的等角視圖的實例。
[0011] 圖2展示圖解說明用于光學MEMS顯示裝置的驅動電路陣列的示意性電路圖的實 例。
[0012] 圖3是圖解說明圖2的驅動電路及相關聯(lián)顯示元件的結構的一個實施方案的示意 性部分橫截面的實例。
[0013] 圖4是光學MEMS顯示裝置的示意性分解部分透視圖的實例，所述光學MEMS顯示 裝置具有干涉式調制器陣列及具有嵌入電路的背板。
[0014] 圖5是具有兩個固定層及可移動第三層的干涉式調制器的實施方案的橫截面。
[0015] 圖6展示圖解說明用于具有圖5的結構的顯示裝置的驅動電路陣列的示意性電路 圖的實例。
[0016] 圖7是圖5中所圖解說明的干涉式調制器及電壓源的示意性表示。
[0017] 圖8圖解說明根據(jù)一些實施方案的顯示陣列驅動電路的一部分。
[0018] 圖9圖解說明根據(jù)一些實施方案用于控制可移動導電層的位置的方法的流程圖。 [0019] 圖10圖解說明根據(jù)一些實施方案的顯示陣列驅動與位置感測電路的一部分。
[0020] 圖11圖解說明根據(jù)一些實施方案的可移動第三層806的循序調整的方法的實例。
[0021] 圖12圖解說明包含用于測試像素特性的電路的顯示陣列驅動與感測電路的一部 分。
[0022] 圖13是根據(jù)一些實施方案確定發(fā)動條件Λ &的方法的流程圖。
[0023] 圖14是根據(jù)一些實施方案確定彈簧剛度Κ的方法的流程圖。
[0024] 圖15是根據(jù)一些實施方案的經校準調整方法的流程圖。
[0025] 圖16圖解說明經配置以產生用于誘發(fā)到可移動第三層806的電荷的脈沖式電壓 信號的電路的實例。
[0026] 圖17圖解說明經配置以產生用于誘發(fā)到可移動第三層806的電荷的脈沖式電壓 信號的電路的另一實例。
[0027] 圖18Α及18Β展示圖解說明包含多個干涉式調制器的顯示裝置的系統(tǒng)框圖的實 例。
[0028] 圖19是具有光學MEMS顯示器的電子裝置的示意性分解透視圖的實例。
[0029] 在各個圖式中，相似的參考編號及標示指示相似的元件。

【具體實施方式】
[0030] 以下詳細描述出于描述創(chuàng)新性方面的目的而針對于某些實施方案。然而，可以多 種不同方式應用本文中的教示。所描述的實施方案可在經配置以顯示圖像（無論是處于運 動（例如視頻）還是靜止的（例如靜止圖像），且無論是文本、圖形的還是圖片的）的任一 裝置中實施。更特定來說，本發(fā)明預期：所述實施方案可實施于以下多種電子裝置中或可與 所述電子裝置相關聯(lián)：例如（但不限于），移動電話、具有多媒體因特網能力的蜂窩式電話、 移動電視接收器、無線裝置、智能電話、藍牙裝置、個人數(shù)據(jù)助理（PDA)、無線電子郵件接收 器、手持式或便攜式計算機、上網本、筆記本計算機、智能本、打印機、復印機、掃瞄儀、傳真 裝置、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、攝錄像機、游戲控制臺、手表、鐘表、計算器、電 視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置（例如電子閱讀器）、計算機監(jiān)視器、汽車顯示器（例 如里程表顯示器等等）、駕駛艙控制件及/或顯示器、相機視圖顯示器（例如車輛的后視相 機的顯示器）、電子照片、電子告示牌或標牌、投影儀、建筑結構、微波爐、冰箱、立體聲系統(tǒng)、 盒式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、無線電設備、便攜式存儲器芯片、洗衣 機、干衣機、洗衣機/干衣機、停車計時器、封裝（例如MEMS及非MEMS)、美學結構（例如一件 珠寶上的圖像顯示器）及多種機電系統(tǒng)裝置。本文中的教示還可用于非顯示應用中，例如 (但不限于）：電子切換裝置、射頻濾波器、傳感器、加速計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、 消費型電子器件的慣性組件、消費型電子產品的部件、變容二極管、液晶裝置、電泳裝置、驅 動方案、制造工藝及電子測試設備。因此，所述教示并不意欲限制于僅描繪于各圖中的實施 方案，而是具有所屬領域的技術人員將容易明了的寬廣適用性。
[0031] 本文中所描述的某些方法及裝置涉及模擬干涉式調制器的實施方案。可將模擬干 涉式調制器驅動到一范圍的不同位置以產生可變光學響應。模擬干涉式調制器的光學響應 是在可移動電極處存在的電荷及可移動電極相對于模擬干涉式調制器的其它電極的對應 位置的函數(shù)。揭示用于校準及控制模擬干涉式調制器的位置以實現(xiàn)各種光學響應的方法及 系統(tǒng)。
[0032] 根據(jù)一些實施方案，揭示用于控制模擬顯示元件的可移動電極相對于固定電極的 位置的方法及系統(tǒng)。可實施本發(fā)明中所描述的標的物的特定實施方案以確定為到達所要位 置而施加到可移動電極的電荷量。可移動電極的位置響應不僅取決于正施加的電壓而且取 決于在施加電壓之前的特定電極位置。所揭示的系統(tǒng)及方法可包含至少部分地基于可移動 電極的當前位置及可移動電極的最終所要位置而準確地確定待施加的電荷。
[0033] 可實施本發(fā)明中所描述的標的物的特定實施方案以實現(xiàn)以下潛在優(yōu)點中的一或 多者。本文中所揭示的系統(tǒng)及方法可允許對模擬干涉式調制器中的可移動電極的快速及 準確定位。此外，本文中所揭示的系統(tǒng)及方法可增加甚至在陣列的調制器的物理性質由于 (舉例來說）制作公差而包含不同響應特性時也產生顯示裝置中的高性能調制器陣列的能 力。此外，如下文將根據(jù)一些實施方案描述的循序驅動與更新方案的使用可有利地用于驅 動具有比使用連續(xù)反饋驅動方案驅動的調制器慢的響應時間的調制器。
[0034] 根據(jù)一些實施方案，揭示用于高效地驅動模擬顯示元件（例如，具有三個或三個 以上狀態(tài)的MOD)的方法及系統(tǒng)，使得可相對于包含二進制顯示元件的顯示器實現(xiàn)優(yōu)越的 亮度及更高的色域。此外，包含模擬顯示元件（例如，頂〇D)的顯示器允許將顯示器的每一 像素配置為紅色、綠色或藍色像素中的任何一者，借此減少及/或消除對用于產生不同色 彩的子像素陣列的需要。因此，包含模擬顯示元件（例如MOD)顯示器的顯示器的空間分 辨率可相對于具有二進制顯示元件的顯示器而改進。此外，針對包含模擬顯示元件的顯示 器，色調標度分辨率也可相對于具有二進制顯示元件的顯示器而改進。
[0035] 所描述的實施方案可適用于的適合MEMS裝置的實例為反射式顯示裝置。反射式 顯示裝置可并入有用以使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射入射于其上的光的干 涉式調制器（IM0D)。IM0D可包含吸收器、可相對于所述吸收器移動的反射器及界定于所述 吸收器與所述反射器之間的光學共振腔。所述反射器可移動到兩個或兩個以上不同位置， 此可改變光學共振腔的大小且借此影響所述干涉式調制器的反射比。頂0D的反射光譜可形 成可跨越可見波長移位以產生不同色彩的相當寬的光譜帶?？赏ㄟ^改變光學共振腔的厚度 (即，通過改變反射器的位置）來調整光譜帶的位置。
[0036] 圖1A及1B展示描繪處于兩個不同狀態(tài)中的干涉式調制器（MOD)顯示裝置的像 素的等角視圖的實例。所述MOD顯示裝置包含一或多個干涉式MEMS顯示元件。在這些裝 置中，MEMS顯示元件的像素可處于亮或暗狀態(tài)。在亮（"松弛"、"打開"或"接通"）狀態(tài)中， 所述顯示元件將入射可見光的一大部分反射到（例如）用戶。相反地，在暗（"激活"、"關 閉"或"關斷"）狀態(tài)中，所述顯示元件反射甚少的入射可見光。在一些實施方案中，可反轉 接通與關斷狀態(tài)的光反射性質。MEMS像素可經配置以主要在特定波長下反射，從而允許除 黑色及白色以外還進行彩色顯示。在圖1A及1B中所圖解說明的實例中，圖解說明二進制 或雙態(tài)顯示元件。下文將參考圖5更詳細地描述模擬顯示元件（例如，具有三個或三個以 上狀態(tài)的顯示元件）。
[0037] IM0D顯不裝置可包含行/列IM0D陣列。每一 IM0D可包含一對反射層，即，可移動 反射層及固定部分反射層，所述對反射層以彼此相距可變且可控的距離進行定位以形成氣 隙（還稱作光學間隙或腔）。所述可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。在第一位置 (即，松弛位置）中，可移動反射層可定位于距固定部分反射層相對大的距離處。在第二位 置（即，激活位置）中，可移動反射層可更靠近于部分反射層而定位。取決于可移動反射層 的位置，從兩個層反射的入射光可以相長或相消方式干涉，從而產生每一像素的總體反射 或非反射狀態(tài)。在一些實施方案中，頂0D可在未經激活時處于反射狀態(tài)，從而反射在可見光 譜內的光，且可在未經激活時處于暗狀態(tài)，從而反射在可見范圍之外的光（例如紅外光）。 然而，在一些其它實施方案中，MOD可在未經激活時處于暗狀態(tài)且在經激活時處于反射狀 態(tài)。在一些實施方案中，引入所施加電壓可驅動像素改變狀態(tài)。在一些其它實施方案中，所 施加電荷可驅動像素改變狀態(tài)。
[0038] 在圖1A及1B中所描繪的像素描繪M0D12的兩個不同狀態(tài)。在圖1A中的頂0D12 中，將可移動反射層14圖解說明為處于距包含部分反射層的光學堆疊16預定（例如，經設 計）距離處的經松弛位置中。由于在圖1A中不跨越M0D12施加電壓，因此可移動反射層 14保持處于經松弛或未經激活狀態(tài)中。在圖1B中的M0D12中，將可移動反射層14圖解說 明為處于鄰近或幾乎鄰近于光學堆疊16的經激活位置中。在圖1B中跨越M0D12施加的 電壓V artuate足以將可移動反射層14激活到經激活位置。
[0039] 在圖1A及1B中，借助指示入射于像素12上的光及從左側的像素12反射的光15 的箭頭13大體圖解說明像素12的反射性質。雖然未詳細圖解說明，但所屬領域的技術人 員將理解，入射于像素12上的光13的大部分將穿過透明襯底20朝向光學堆疊16透射。入 射于光學堆疊16上的光的一部分將透射穿過光學堆疊16的部分反射層，且一部分將往回 反射穿過透明襯底20。光13的透射穿過光學堆疊16的部分將在可移動反射層14處往回 朝向（且穿過）透明襯底20反射。從光學堆疊16的部分反射層反射的光與從可移動反射 層14反射的光之間的干涉（相長性或相消性）將確定從像素12反射的光15的波長。
[0040] 光學堆疊16可包含單個層或數(shù)個層。所述層可包含電極層、部分反射且部分透射 層及透明電介質層中的一或多者。在一些實施方案中，光學堆疊16為導電、部分透明且部 分反射的，且可（舉例來說）通過將以上層中的一或多者沉積到透明襯底20上來制作。所 述電極層可由多種材料形成，例如各種金屬，舉例來說，氧化銦錫（ΙΤ0)。所述部分反射層可 由多種部分反射的材料形成，例如各種金屬，例如鉻（Cr)、半導體及電介質。所述部分反射 層可由一或多個材料層形成，且所述層中的每一者可由單一材料或材料的組合形成。在一 些實施方案中，光學堆疊16可包含單個半透明厚度的金屬或半導體，其充當光學吸收器及 導體兩者，同時（例如光學堆疊16或IM0D的其它結構的）不同的更多導電層或部分可用 于在IM0D像素之間運送信號。光學堆疊16還可包含覆蓋一或多個導電層或導電/吸收層 的一或多個絕緣層或電介質層。
[0041] 在一些實施方案中，光學堆疊16或下部電極在每一像素處接地。在一些實施方 案中，此可通過將連續(xù)光學堆疊16沉積到襯底20上并在所沉積層的外圍處將連續(xù)光學堆 疊16的至少一部分接地而實現(xiàn)。在一些實施方案中，可將高度導電且反射的材料（例如鋁 (A1))用于可移動反射層14?？梢苿臃瓷鋵?4可形成為沉積于柱18及沉積于柱18之間 的介入犧牲材料的頂部上的一或若干金屬層。當蝕刻掉所述犧牲材料時，可在可移動反射 層14與光學堆疊16之間形成經界定間隙19或光學腔。在一些實施方案中，柱18之間的 間隔可為大約lum到1，OOOum，而間隙19可大約< 10, 000埃(A)。
[0042] 在一些實施方案中，頂0D的每一像素（無論是處于經激活狀態(tài)還是經松弛狀態(tài)） 基本上均為由固定及移動反射層形成的電容器。當不施加電壓時，可移動反射層14a保持 處于機械松弛狀態(tài)中，如圖1A中的像素12所圖解說明，其中在可移動反射層14與光學堆 疊16之間具有間隙19。然而，當將電位差（例如，電壓）施加到可移動反射層14及光學 堆疊16中的至少一者時，在對應像素處形成的電容器變得被充電，且靜電力將電極拉到一 起。如果所施加電壓超過閾值，那么可移動反射層14可變形且在光學堆疊16附近或與所 述光學堆疊相抵地移動。光學堆疊16內的電介質層（未展示）可防止短路且控制層14與 16之間的分離距離，如圖1B中的經激活像素12所圖解說明。不管所施加電位差的極性如 何，行為均相同。雖然在一些實例中可將陣列中的一系列像素稱作"行"或"列"，但所屬領域 的技術人員將容易理解，將一個方向稱作"行"且將另一方向稱作"列"是任意的。重申，在 一些定向中，可將行視為列，且將列視為行。此外，顯示元件可均勻地布置成正交的行與列 ("陣列"），或布置成非線性配置，舉例來說，相對于彼此具有某些位置偏移（"鑲嵌塊"）。 術語"陣列"及"鑲嵌塊"可指代任一配置。因此，雖然將顯示器稱作包含"陣列"或"鑲嵌 塊"，但在任一實例中，元件本身不需要彼此正交地布置或安置成均勻分布，而是可包含具 有不對稱形狀及不均勻分布元件的布置。
[0043] 在一些實施方案中，例如在一系列或陣列的MOD中，光學堆疊16可充當共用電 極，其將共用電壓提供到IM0D12的一側?？梢苿臃瓷鋵?4可形成為以（舉例來說）矩陣 形式布置的單獨板陣列?？山o單獨板供應用于驅動M0D12的電壓信號。
[0044] 根據(jù)上文所陳述的原理操作的干涉式調制器的結構的細節(jié)可廣泛地變化。舉例來 說，每一 IM0D12的可移動反射層14可僅在拐角處（例如在系鏈上）附接到支撐件。如圖3 中所展示，平坦的相對剛性的可移動反射層14可從可變形層34懸掛，可變形層34可由柔 性金屬形成。此架構允許用于調制器的機電方面及光學方面的結構設計及材料彼此獨立地 被選擇及發(fā)揮作用。因此，可關于光學性質優(yōu)化用于可移動反射層14的結構設計及材料， 且可關于所要機械性質優(yōu)化用于可變形層34的結構設計及材料。舉例來說，可移動反射層 14部分可為鋁，且可變形層34部分可為鎳?？勺冃螌?4可在可變形層34的周界周圍直接 或間接地連接到襯底20。這些連接可形成支撐柱18。
[0045] 在例如圖1A及1B中所展示的實施方案的實施方案中，MOD充當直視裝置，其中 從透明襯底20的前側（S卩，與其上布置有調制器的側相對的側）觀看圖像。在這些實施方 案中，可對所述裝置的背面部分（即，所述顯示裝置的在可移動反射層14后面的任一部分， 舉例來說，包含圖3中所圖解說明的可變形層34)進行配置及操作而不影響或負面地影響 顯示裝置的圖像質量，因為反射層14光學屏蔽所述裝置的那些部分。舉例來說，在一些實 施方案中，可在可移動反射層14后面包含總線結構（未圖解說明），其提供將調制器的光學 性質與調制器的機電性質（例如電壓尋址及由此尋址產生的移動）分離的能力。
[0046] 圖2展示圖解說明用于光學MEMS顯示裝置的驅動電路陣列200的示意性電路圖 的實例。驅動電路陣列200可用于實施用于將圖像數(shù)據(jù)提供到顯示陣列組合件的顯示元件 Dn到D"的有源矩陣尋址方案。
[0047] 驅動電路陣列200包含數(shù)據(jù)驅動器210、柵極驅動器220、第一數(shù)據(jù)線DL1到第m 數(shù)據(jù)線DLm、第一柵極線GL1到第η柵極線GLn以及開關或切換電路Sn到Smn的陣列。數(shù) 據(jù)線DL1到DLm中的每一者從數(shù)據(jù)驅動器210延伸，且電連接到相應列的開關S n到Sln、S21 到S2n、…、Sml到S"。柵極線GL1到GLn中的每一者從柵極驅動器220延伸，且電連接到相 應行的開關S n到Sml、S12到Sm2、…、Sln到S"。開關S n到Smn電耦合于數(shù)據(jù)線DL1到DLm 中的一者與顯示元件Dn到D"中的相應一者之間且經由柵極線GL1到GLn中的一者從柵極 驅動器220接收切換控制信號。開關S n到Smn被圖解說明為單FET晶體管，但其可采取多 種形式，例如雙晶體管傳輸門（用于沿兩個方向的電流）或甚至機械MEMS開關。
[0048] 數(shù)據(jù)驅動器210可從顯示器外部接收圖像數(shù)據(jù)且可經由數(shù)據(jù)線DL1到DLm以電壓 信號的形式在逐行基礎上將圖像數(shù)據(jù)提供到開關s n到S"。柵極驅動器220可通過接通與 特定行的顯示元件Dn到Dml、D 12到Dm2、…、Dln到D"相關聯(lián)的開關Sn到S ml、S12到Sm2、…、 Sln到Smn來選擇選定行的顯示元件Dn到Dml、D 12到Dm2、…、Dln到D"。當接通選定行中的 開關Sn到S ml、S12到Sm2、…、Sln到Smn時，來自數(shù)據(jù)驅動器210的圖像數(shù)據(jù)被傳遞到選定行 的顯示元件D n到Dml、D12到Dm2、…、Dln到0"。
[0049] 在操作期間，柵極驅動器220可經由柵極線GL1到GLn中的一者將電壓信號提供 到選定行中的開關s n到S"的柵極，借此接通開關Sn到Smn。在數(shù)據(jù)驅動器210將圖像數(shù) 據(jù)提供到所有數(shù)據(jù)線DL1到DLm之后，選定行的開關S n到Smn可經接通以將圖像數(shù)據(jù)提供 到選定行的顯示元件Dn到D ml、D12到Dm2、…、Dln到Dmn，借此顯示圖像的一部分。舉例來說， 可將與行中將被激活的像素相關聯(lián)的數(shù)據(jù)線DL設定為例如10伏（可為正或負）的電壓， 且可將與所述行中將被釋放的像素相關聯(lián)的數(shù)據(jù)線DL設定為例如0伏的電壓。接著，斷定 給定行的柵極線GL，從而接通所述行中的開關，且將選定數(shù)據(jù)線電壓施加到所述行的每一 像素。此使施加有10伏的像素充電且激活，并使施加有0伏的像素放電且釋放。接著，可 關斷開關S n到Smn。顯示元件Dn到Dml、D12到D m2、…、Dln到Dmn可保持圖像數(shù)據(jù)，因為經激 活像素上的電荷在所述開關關斷時將得以保持，只不過會有穿過絕緣體及關斷狀態(tài)開關的 一些泄漏。一般來說，此泄漏足夠低以將圖像數(shù)據(jù)保持在像素上直到將另一組數(shù)據(jù)寫入到 所述行為止。可對每一隨后行重復這些步驟，直到已選擇所有行且已將圖像數(shù)據(jù)提供到所 述行為止。在圖2的實施方案中，光學堆疊16在每一像素處接地。在一些實施方案中，此 可通過將連續(xù)光學堆疊16沉積到襯底上并在所沉積層的外圍處將整個薄片接地而實現(xiàn)。
[0050] 圖3是圖解說明圖2的驅動電路及相關聯(lián)顯示元件的結構的一個實施方案的示意 性部分橫截面的實例。驅動電路陣列200的部分201包含在第二列及第二行處的開關S 22 以及相關聯(lián)顯示元件D22。在所圖解說明的實施方案中，開關S22包含晶體管80。驅動電路 陣列200中的其它開關可具有與開關S 22相同的配置，或可（舉例來說）通過改變結構、極 性或材料而不同地配置。
[0051] 圖3還包含顯示陣列組合件110的一部分及背板120的一部分。顯示陣列組合件 110的所述部分包含圖2的顯示元件D 22。顯示元件D22包含前襯底20的一部分、形成于前 襯底20上的光學堆疊16的一部分、形成于光學堆疊16上的支撐件18、由支撐件18支撐的 可移動反射層14 (或連接到可變形層34的可移動電極）及將可移動反射層14電連接到背 板120的一或多個組件的互連件126。
[0052] 背板120的所述部分包含圖2的嵌入于背板120中的第二數(shù)據(jù)線DL2及開關S22。 背板120的所述部分還包含至少部分地嵌入于其中的第一互連件128及第二互連件124。 第二數(shù)據(jù)線DL2實質上水平延伸穿過背板120。開關S 22包含晶體管80,晶體管80具有源 極82、漏極84、在源極82與漏極84之間的溝道86以及上覆于溝道86上的柵極88。晶體 管80可為（例如）薄膜晶體管（TFT)或金屬氧化物半導體場效應晶體管（M0SFET)。晶體 管80的柵極可由垂直于數(shù)據(jù)線DL2延伸穿過背板120的柵極線GL2形成。第一互連件128 將第二數(shù)據(jù)線DL2電耦合到晶體管80的源極82。
[0053] 晶體管80經由穿過背板120的一或多個通孔160耦合到顯示元件D22。通孔160 填充有導電材料以提供顯示陣列組合件110的組件（舉例來說，顯示元件D 22)與背板120 的組件之間的電連接。在所圖解說明的實施方案中，第二互連件124穿過通孔160而形成， 且將晶體管80的漏極84電耦合到顯示陣列組合件110。背板120還可包含使驅動電路陣 列200的前述組件電絕緣的一或多個絕緣層129。
[0054] 圖3的光學堆疊16被圖解說明為三個層：上文所描述的頂部電介質層、上文也描 述的中間部分反射層（例如鉻）及包含透明導體（例如氧化銦錫（IT0))的下部層。所述 共用電極由IT0層形成且可在顯示器的外圍處耦合到接地。在一些實施方案中，光學堆疊 16可包含更多或更少的層。舉例來說，在一些實施方案中，光學堆疊16可包含覆蓋一或多 個導電層或組合式導電/吸收層的一或多個絕緣或電介質層。
[0055] 圖4是光學MEMS顯示裝置30的示意性分解部分透視圖的實例，所述光學MEMS顯 示裝置具有干涉式調制器陣列及具有嵌入電路的背板。顯示裝置30包含顯示陣列組合件 110及背板120。在一些實施方案中，顯示陣列組合件110及背板120可在附接到一起之前 單獨地預先形成。在一些其它實施方案中，顯示裝置30可以任何適合方式制作，例如通過 經由沉積在顯示陣列組合件110上方形成背板120的組件。
[0056] 顯示陣列組合件110可包含前襯底20、光學堆疊16、支撐件18、可移動反射層14 及互連件126。背板120可包含至少部分地嵌入于其中的背板組件122,及一或多個背板互 連件124。
[0057] 顯示陣列組合件110的光學堆疊16可為覆蓋前襯底20的至少陣列區(qū)的實質上連 續(xù)層。光學堆疊16可包含電連接到接地的實質上透明導電層。反射層14可彼此分離且可 具有例如正方形或矩形形狀的形狀?？梢苿臃瓷鋵?4可以矩陣形式布置，使得可移動反射 層14中的每一者可形成顯示元件的部分。在圖4中所圖解說明的實施方案中，可移動反射 層14由支撐件18在四個拐角處支撐。
[0058] 顯示陣列組合件110的互連件126中的每一者用于將可移動反射層14中的相應 一者電耦合到一或多個背板組件122 (例如，晶體管S及/或其它電路元件）。在所圖解說 明的實施方案中，顯示陣列組合件110的互連件126從可移動反射層14延伸且經定位以接 觸背板互連件124。在另一實施方案中，顯示陣列組合件110的互連件126可至少部分地嵌 入于支撐件18中，同時通過支撐件18的頂部表面暴露。在此實施方案中，背板互連件124 可經定位以接觸顯示陣列組合件110的互連件126的經暴露部分。在又一實施方案中，背 板互連件124可從背板120朝向可移動反射層14延伸以接觸可移動反射層14且借此電連 接到可移動反射層14。
[0059] 已將上文所描述的干涉式調制器描述為具有經松弛狀態(tài)及經激活狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài) 元件。然而，以上及以下描述也可與具有一范圍的狀態(tài)的模擬干涉式調制器一起使用。舉 例來說，模擬干涉式調制器可具有紅色狀態(tài)、綠色狀態(tài)、藍色狀態(tài)、黑色狀態(tài)及白色狀態(tài)以 及其它彩色狀態(tài)。在一些實施方案中，顯示元件（例如，下文進一步描述的圖5中所圖解說 明的模擬頂0D)具有 3、4、7、8、15、16、31、32、63、64、127、128、255 或 256 個狀態(tài)。在一些實 施方案中，所述狀態(tài)可未經量化，且可實現(xiàn)可基本上連續(xù)可變的狀態(tài)。因此，單個干涉式調 制器可經配置以具有在寬廣范圍的光譜內具有不同光反射性質的各種狀態(tài)。
[0060] 圖5是具有兩個固定層及可移動第三層的干涉式調制器的實施方案的橫截面。如 所圖解說明，將圖5的干涉式調制器圖解說明為是從襯底820的側面觀看的。圖5展示模擬 干涉式調制器的實施方案，所述模擬干涉式調制器具有固定第一層802、固定第二層804及 定位于固定第一層802與固定第二層804之間的可移動第三層806。層802、804及806中 的每一者可包含電極或其它導電材料。舉例來說，固定第一層802可包含由金屬制成的層。 固定第一層802及固定第二層804可在本文中稱為固定導電層，而可移動第三層806可在 本文中稱為可移動導電層。層802、804及806中的每一者可使用形成或沉積于相應層上的 加強層來加強。在一個實施方案中，所述加強層包含電介質。加強層可用于使其附接到的 層保持剛性且實質上平坦。干涉式調制器的一些實施方案可稱為三端子干涉式調制器。
[0061] 本文中所描述的實施方案中的某些實施方案可通過省略電極中的一者（例如，固 定第一層802或固定第二層804)來實施。在這些實施方案中，可將電壓V m施加到可移動 層，所述可移動層具有相對于耦合到接地的單個層的可變位置。以此方式，可形成具有兩個 端子而非三個端子的模擬調制器，且本文中所描述的方法可應用于此類雙端子調制器。
[0062] 通過絕緣柱810使三個層802、804及806電絕緣?？梢苿拥谌龑?06從絕緣柱 810懸掛。可移動第三層806經配置以變形，使得可移動第三層806可朝向襯底820且如 圖5中所圖解說明朝向固定第一層802位移，或可遠離襯底820且如圖5中所圖解說明朝 向固定第二層804位移。在一些實施方案中，固定第一層802還可指較靠近于襯底820的 電極層，而固定第二層804可指較遠離襯底820的電極層。
[0063] 在圖5中，借助實線將可移動第三層806圖解說明為處于平衡位置中。如所圖解 說明，屯對應于固定第二層804與可移動第三層806之間的標稱距離，而d 2對應于固定第 一層802與可移動第三層806之間的標稱距離?？梢苿拥谌龑?06從固定第一層802與固 定第二層806之間的中間位置（例如，其中屯=d 2的位置）的位置可由如圖5中所圖解說 明的值X指示，其中X的正值對應于較靠近于固定第一層802的位置且X的負值對應于較 遠離固定第一層802的距離。當定位于固定第一層802與固定第二層804之間的實質中點 (例如，其中屯=d 2的位置）處時，可移動第三層806的位置可對應于標稱位置X。。
[0064] 如圖5中所圖解說明，可在固定第一層802與固定第二層804之間施加固定電壓 差。在圖5的實施方案中，將電壓V。施加到固定第一層802而將固定第二層804接地。所 屬領域的技術人員將認識到，替代布置也是可能的（例如，當將電壓％施加到固定第二層 804且將固定第一層802接地時）。如果將可變電壓V m施加到可移動第三層806,那么在所 述電壓Vm接近％時，可移動第三層806將被朝向固定第二層804靜電拉動。在所述電壓V m 接近接地時，可移動第三層806將被朝向固定第一層802靜電拉動。理想地，如果將這兩個 電壓的中點處的電壓（在此實施方案中，％/2)施加到可移動第三層806,那么可移動第三 層806將維持于其在圖5中借助實線指示的平衡位置中。通過將介于固定第一層802與固 定第二層804上的電壓之間的可變電壓施加到可移動第三層806,可將可移動第三層806定 位于固定第一層802與固定第二層804之間的所要位置處，從而產生所要光學響應。此所 要位置可在本文中稱為所要位置或最終位置x F。如圖5中所圖解說明，可移動第三層806 相對于固定第一層802及固定第二層804的位置對應于顯示元件800的多個狀態(tài)使得每一 狀態(tài)具有不同光學響應。
[0065] 固定第一層802與固定第二層804之間的電壓差V?？扇Q于裝置的材料及構造 而廣泛地變化，且在許多實施方案中可在約5伏到20伏的范圍內。在可移動第三層806遠 離平衡位置（X〇)移動時，其將變形或彎曲。在此經變形或彎曲配置中，彈簧彈力使可移動 第三層806朝向平衡位置機械偏置。此機械力（其可稱為彈簧剛度K)也在將電壓V m施加 到可移動第三層806時促成可移動第三層806的最終位置。
[0066] 可移動第三層806可包含鏡以反射通過襯底820進入干涉式調制器的光。所述鏡 可包含金屬材料。固定第二層804可包含部分吸收材料使得固定第二層804充當吸收層。 此吸收材料可如上文參考圖1中所圖解說明的光學堆疊16所描述。當從襯底820的與可 移動第三層806相對的側觀看從可移動第三層806反射的光時，觀看者可將所反射光感知 為某一色彩。通過調整可移動第三層806的位置，可選擇性地反射某些波長的光。
[0067] 圖6展示圖解說明用于具有圖5的結構的顯示裝置的驅動電路陣列的示意性電路 圖的實例?？傮w設備與圖2的使用雙穩(wěn)態(tài)干涉式調制器的結構共享許多相似性。然而，如 圖6中所展示，為每一顯示元件提供對應于固定第一層802的額外層。固定第一層802可 沉積于背板120的面向圖3及4中所展示的可移動層的內側表面上，且可具有施加到其的 電壓％，如參考圖5所描述。圖6的數(shù)據(jù)驅動器210及柵極驅動器220可以類似于上文參 考圖2所描述的方式的方式使用，只不過可將提供于數(shù)據(jù)線DL1到DLn上的電壓置于％與 接地之間的一范圍的電壓處，而非僅兩個不同電壓中的一者處。以此方式，當通過斷言一行 的柵極線而寫入所述特定行時，可將沿著所述行的顯示元件的可移動第三層806各自獨立 地置于固定第一層802與固定第二層804之間的任何特定所要位置中。
[0068] 圖7是圖5中所圖解說明的干涉式調制器及電壓源的示意性表示。在此示意圖中， 所述調制器耦合到電壓源％及Vm。圖7中展示所述干涉式調制器及電壓源的等效電路模 型。每一干涉式調制器像素通過開關S1選擇性地連接到數(shù)據(jù)線（例如，DL1到DLn)。每一 數(shù)據(jù)線可包含相關聯(lián)的寄生電容（圖解說明為電容C P)。如所圖解說明，每一干涉式調制器 也包含相關聯(lián)的寄生電容CP1及CP2，其通常為小的。固定第一層802與可移動第三層806之 間的間隙可對應于可變電容C 2 (X)，而可移動第三層806與固定第二層804之間的間隙可對 應于可變電容Cjx)。電容值Cjx)及(：2〇〇各自為可移動第三層806的位置（X)的函數(shù)。 因此，在圖7中所圖解說明的示意性表示中，電壓源\跨越經耦合電容器C P1、CP2、Cjx)及 C2(x)連接，而電壓源Vm連接到經并聯(lián)耦合電容器CppCiU)與經并聯(lián)耦合電容器C P2、C2(x) 之間的中間層806。
[0069] 然而，使用如上文所描述的電壓源％及Vm將可移動第三層806準確地驅動到不同 位置對于干涉式調制器的許多配置來說可為困難的，因為施加到調制器的電壓與可移動第 三層806的位置之間的關系可為高度非線性的。此外，將相同電壓Vm施加到不同干涉式調 制器的可移動第三層806可由于制造差異（舉例來說，在整個顯示表面上的可移動第三層 806的厚度或彈性的變化）而不致使相應可移動第三層806相對于每一調制器的固定第一 層802及固定第二層804移動到相同位置。由于可移動第三層806的位置將確定從干涉式 調制器反射何種色彩（如上文所論述），因此將可移動第三層806準確地驅動到所要位置 允許對所顯示圖像的更準確控制。在下文更詳細描述的許多實施方案中，通過開關Si的操 作，可將經隔離電荷（Q m)施加到可移動第三層806以便使可移動第三層806移動到所要位 置。
[0070] 在根據(jù)一些實施方案的顯示器的操作期間，可通過以下操作將給定像素置于根據(jù) 一系列圖像數(shù)據(jù)幀的一系列所要位置處：根據(jù)對應系列的所要位置在像素上相繼地放置且 隔離一系列經隔離電荷Q。從中心未偏轉位置X〇位移的量值在本文中將由變量"X"來表 示。此變量X的初始及最終值可分別稱為&及&。如下文另外詳細地描述，可通過確定將 層806置于新的所要位置 Xl處所需的所要電荷Qm來調整顯示元件的位置。接著，確定當 中間層806在其當前位置X。中時將此電荷置于層806上所必需的電壓（初始位置X?？汕?經常將不同于上文參考圖5所描述的無位移中心位置\)。當中間層在位置 X(l中時將此電 壓施加到所述中間層，接著在中間層806上隔離新電荷狀態(tài)，且接著中間層806移動到新位 置Xi。由于可移動第三層806對所施加電壓的機械響應相對于將所要電荷置于第三層806 上所必需的時間可為慢的，因此在閉合開關S1時的極短時間間隔期間，鏡位置可不顯著改 變。
[0071] 將置于鏡806上的電荷量可基于對干涉式調制器的響應進行建模，此將在下文參 考方程式1更詳細地描述。鏡的穩(wěn)定狀態(tài)位置可通過方程式1來描述，方程式1使鏡806 上的靜電力與恢復彈簧力平衡：
[0072]

【權利要求】
1. 一種用于驅動顯示元件的設備，所述顯示元件包含可移動導電層及一或多個固定導 電層，所述設備包括： 電路，其經配置以確定所述可移動導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一 者的初始位置；及 控制器，其經配置以： 至少部分地基于所述初始位置而確定充電電壓；及 將所述充電電壓施加到所述可移動導電層。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述充電電壓是至少部分地基于所述可移動導電 層的目標最終位置而確定。
3. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述控制器經配置以施加所述充電電壓達小于所 述可移動導電層的機械響應時間的時間周期。
4. 根據(jù)權利要求3所述的設備，其包括開關，所述開關經配置以在所述可移動導電層 對所述所施加電壓做出顯著響應之前將所述可移動導電層與所述充電電壓隔離。
5. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其中所述開關包括金屬氧化物薄膜晶體管。
6. 根據(jù)權利要求5所述的設備，其中所述金屬氧化物薄膜晶體管包括氧化銦鎵鋅開 關。
7. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其中經配置以確定所述可移動導電層的初始位置的所 述電路包含電壓傳感器。
8. 根據(jù)權利要求7所述的設備，其中所述電壓傳感器經配置以在施加所述充電電壓之 后感測所述可移動導電層的所述位置，且其中所述控制器經配置以： 至少部分地基于在施加所述充電電壓之后感測的所述位置而確定校正電壓；及 將所述所確定校正電壓施加到所述可移動導電層。
9. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述可移動導電層及所述一或多個固定導電層包 含于第一顯示元件中，所述第一顯示元件安置于顯示元件陣列中。
10. 根據(jù)權利要求9所述的設備，其中所述控制器經配置以使用所述陣列中的多個所 述顯示元件所共有的機械性質的值來確定用以施加到所述多個所述顯示元件中的每一者 的充電電壓。
11. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包括具有對應于所述多個顯示元件中的每 一者的值的查找表，且其中所述控制器經配置以使用所述所存儲值來確定用于每一顯示元 件的所述充電電壓。
12. 根據(jù)權利要求11所述的設備，其中所述控制器經配置以至少部分地基于所述陣列 中的多個所述顯示元件中的每一者的相應機械性質而確定用以施加到所述多個顯示元件 中的每一者的充電電壓。
13. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述控制器經配置以確定所述可移動導電層的 彈簧常數(shù)或發(fā)動偏置中的一者或兩者。
14. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述可移動導電層及所述一或多個固定導電層 包含于干涉式調制器中。
15. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述可移動導電層安置于第一固定導電層與第 二固定導電層之間。
16. 根據(jù)權利要求5所述的設備，其進一步包括跨越所述第一固定導電層及所述第二 固定導電層施加偏置電壓。
17. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包括： 顯示器，所述顯示元件為所述顯示器的顯示元件陣列中的一者； 處理器，其經配置以與所述顯示器通信，所述處理器經配置以處理圖像數(shù)據(jù)；及 存儲器裝置，其經配置以與所述處理器通信。
18. 根據(jù)權利要求17所述的設備，其另外包含經配置以將至少一個信號發(fā)送到所述顯 示器的驅動器電路，且其中控制器經配置以將所述圖像數(shù)據(jù)的至少一部分發(fā)送到所述驅動 器電路。
19. 根據(jù)權利要求17所述的設備，其進一步包括： 圖像源模塊，其經配置以將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到所述處理器。
20. 根據(jù)權利要求19所述的設備，其中所述圖像源模塊包含接收器、收發(fā)器及發(fā)射器 中的至少一者。
21. 根據(jù)權利要求17所述的設備，其進一步包括： 輸入裝置，其經配置以接收輸入數(shù)據(jù)并將所述輸入數(shù)據(jù)傳遞到所述處理器。
22. -種在顯不器中定位可相對于一或多個固定導電層移動的可移動導電層的方法， 所述方法包括： 確定所述可移動導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位置； 至少部分地基于所述初始位置而確定充電電壓；及 將所述充電電壓施加到所述可移動導電層。
23. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中至少部分地基于所述可移動導電層的目標最終 位置而確定所述充電電壓。
24. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中施加所述充電電壓達小于所述可移動導電層的 機械響應時間的時間周期。
25. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其包括在施加所述充電電壓之后感測所述可移動導 電層的所述位置，至少部分地基于在施加所述所確定電壓之后感測的所述位置而確定校正 電壓，及將所述所確定校正電壓施加到所述可移動導電層。
26. -種用于驅動包含可移動導電層及一或多個固定導電層的顯示器的設備，所述設 備包括： 用于確定所述可移動導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位 置的裝置； 用于至少部分地基于所述初始位置而確定充電電壓的裝置；及 用于將所述充電電壓施加到所述可移動導電層的裝置。
27. 根據(jù)權利要求26所述的設備，其中所述用于確定所述初始位置的裝置包括電壓傳 感器，所述用于確定充電電壓的裝置包括控制器，且所述用于施加所述充電電壓的裝置包 括控制器。
28. 根據(jù)權利要求26所述的設備，其進一步包括用于在所述可移動導電層對所述所施 加電壓做出響應之前將所述可移動導電層與所述充電電壓隔離的裝置。
29. 根據(jù)權利要求28所述的設備，其中所述用于隔離所述可移動導電層的裝置包括開 關。
30. -種用于在顯示器中定位可相對于一或多個固定導電層移動的可移動導電層的計 算機程序產品，所述計算機程序產品包括 ： 非暫時性計算機可讀媒體，其上存儲有用于致使處理電路進行以下操作的代碼： 確定所述可移動導電層相對于所述一或多個固定導電層中的至少一者的初始位置； 至少部分地基于所述初始位置而確定充電電壓；及 將所述充電電壓施加到所述可移動導電層。
31. 根據(jù)權利要求30所述的計算機程序產品，其中所述充電電壓是至少部分地基于所 述可移動導電層的目標最終位置而確定。
32. 根據(jù)權利要求30所述的計算機程序產品，其中施加所述充電電壓達小于所述可移 動導電層的機械響應時間的時間周期。
【文檔編號】G09G3/34GK104054015SQ201280067315
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權日:2011年11月30日
【發(fā)明者】約翰·H·洪, 重·U·李, 金天弘, 愛德華·K·陳 申請人:高通Mems科技公司