A展示實(shí)例性直觀式基于MEMS的顯示設(shè)備100的示意圖。顯示設(shè)備100包含 布置成行和列的多個(gè)光調(diào)制器l〇2a到102d(統(tǒng)稱"光調(diào)制器102"）。在顯示設(shè)備100中， 光調(diào)制器102a和102d處于打開狀態(tài)，從而允許光通過。光調(diào)制器102b和102c處于關(guān)閉 狀態(tài)，從而阻礙光通過。通過選擇性地設(shè)定光調(diào)制器102a到102d的狀態(tài)，顯示設(shè)備100可 用于形成背光照明顯示器（如果由一或多個(gè)燈105照明）的圖像104。在另一實(shí)施方案中， 設(shè)備100可通過反射源自所述設(shè)備前部的周圍光而形成圖像。在另一實(shí)施方案中，設(shè)備100 可通過反射來自定位于所述顯示器前部的一或多個(gè)燈的光（即，通過使用前光）而形成圖 像。
[0044] 在一些實(shí)施方案中，每一光調(diào)制器102對(duì)應(yīng)于圖像104中的一像素106。在一些其 它實(shí)施方案中，顯示設(shè)備100可利用多個(gè)光調(diào)制器來形成圖像104中的像素106。舉例來說， 顯示設(shè)備100可包含三個(gè)色彩特定光調(diào)制器102。通過選擇性地打開對(duì)應(yīng)于特定像素106 的色彩特定光調(diào)制器102中的一或多者，顯示設(shè)備100可在圖像104中生成色彩像素106。 在另一實(shí)例中，顯示設(shè)備100包含每像素106兩個(gè)或更多個(gè)光調(diào)制器102以在圖像104中 提供照度水平。關(guān)于圖像，"像素"對(duì)應(yīng)于由圖像的分辨率定義的最小圖元。關(guān)于顯示設(shè)備 100的結(jié)構(gòu)組件，術(shù)語"像素"是指用于調(diào)制形成所述圖像的單個(gè)像素的光的組合式機(jī)械與 電組件。
[0045] 顯示設(shè)備100是直觀式顯示器，原因在于其可不包含通常在投影應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的成 像光學(xué)件。在投影顯示器中，將形成于所述顯示設(shè)備的表面上的圖像投影到屏幕上或墻壁 上。所述顯示設(shè)備實(shí)質(zhì)上小于所投影圖像。在直觀式顯示器中，用戶通過直接注視所述顯 示設(shè)備來察看所述圖像，所述顯示設(shè)備含有所述光調(diào)制器且任選地含有用于增強(qiáng)在所述顯 示器上所看到的亮度和/或?qū)Ρ榷鹊谋彻饣蚯肮狻?br>[0046] 直觀式顯示器可在透射模式或反射模式中操作。在透射顯示器中，光調(diào)制器過濾 或選擇性地阻擋源自定位于所述顯示器后面的一或多個(gè)燈的光。來自所述燈的光任選地注 入到光導(dǎo)或"背光"中以使得可均勻地照明每一像素。透射直觀式顯示器通常構(gòu)建到透明 或玻璃襯底上以促進(jìn)其中含有光調(diào)制器的一個(gè)襯底直接定位于背光頂部上的夾層組合件 布置。
[0047] 每一光調(diào)制器102可包含快門108和光圈109。為照明圖像104中的像素106,快 門108經(jīng)定位以使得其允許光通過光圈109朝向觀看者。為保持像素106未被點(diǎn)亮，快門 108經(jīng)定位以使得其阻礙光通過光圈109。光圈109是由穿過每一光調(diào)制器102中的反射 或吸光材料圖案化的開口界定。
[0048] 所述顯示設(shè)備還包含連接到所述襯底且連接到所述光調(diào)制器以用于控制快門的 移動(dòng)的控制矩陣。所述控制矩陣包含一系列電互連件（例如，互連件110、112和114)，所 述一系列電互連件包含每行像素至少一個(gè)寫入啟用互連件110 (還稱作"掃描線互連件"）、 每一列像素的一個(gè)數(shù)據(jù)互連件112,以及將共同電壓提供到所有像素或至少來自顯示設(shè)備 100中的多個(gè)列和多個(gè)行兩者的像素的一個(gè)共同互連件114。響應(yīng)于施加適當(dāng)電壓（"寫入 啟用電壓，V WE"），給定行像素的寫入啟用互連件110使所述行中的像素準(zhǔn)備好接受新快門 移動(dòng)指令。數(shù)據(jù)互連件112以數(shù)據(jù)電壓脈沖的形式傳送新移動(dòng)指令。在一些實(shí)施方案中，施 加到數(shù)據(jù)互連件112的數(shù)據(jù)電壓脈沖直接促成快門的靜電移動(dòng)。在一些其它實(shí)施方案中， 數(shù)據(jù)電壓脈沖控制開關(guān)，例如，晶體管或其它非線性電路元件，所述開關(guān)控制單獨(dú)致動(dòng)電壓 (其量值通常高于數(shù)據(jù)電壓）到光調(diào)制器102的施加。這些致動(dòng)電壓的施加隨后導(dǎo)致快門 108的靜電驅(qū)動(dòng)移動(dòng)。
[0049] 圖1B展示主機(jī)裝置120(即，手機(jī)、智能電話、PDA、MP3播放器、平板計(jì)算機(jī)、電子 閱讀器、上網(wǎng)本、筆記本計(jì)算機(jī)等）的實(shí)例的框圖。主機(jī)裝置120包含顯示設(shè)備128、主機(jī)處 理器122、環(huán)境傳感器124、用戶輸入模塊126和電源。
[0050] 顯示設(shè)備128包含多個(gè)掃描驅(qū)動(dòng)器130 (還稱作"寫入啟用電壓源"）、多個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū) 動(dòng)器132 (還稱作"數(shù)據(jù)電壓源")、控制器134、共同驅(qū)動(dòng)器138、燈140到146、燈驅(qū)動(dòng)器148 和顯示元件陣列150 (例如圖1A中所示的光調(diào)制器102)。掃描驅(qū)動(dòng)器130將寫入啟用電壓 施加到掃描線互連件110。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132將數(shù)據(jù)電壓施加到數(shù)據(jù)互連件112。
[0051] 在所述顯示設(shè)備的一些實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132經(jīng)配置以將模擬數(shù)據(jù)電壓提 供到顯示元件陣列150,尤其在圖像104的照度水平將以模擬方式導(dǎo)出的情形中。在模擬操 作中，光調(diào)制器102經(jīng)設(shè)計(jì)以使得當(dāng)通過數(shù)據(jù)互連件112施加一范圍的中間電壓時(shí)，在快門 108中產(chǎn)生一范圍的中間打開狀態(tài)且因此在圖像104中產(chǎn)生一范圍的中間照明狀態(tài)或照度 水平。在其它情形中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132經(jīng)配置以僅將一組減少的2、3或4個(gè)數(shù)字電壓電平 施加到數(shù)據(jù)互連件112。這些電壓電平經(jīng)設(shè)計(jì)而以數(shù)字方式設(shè)定快門108中的每一者的打 開狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)或其它離散狀態(tài)。
[0052] 掃描驅(qū)動(dòng)器130和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132連接到數(shù)字控制器電路134 (還稱作"控制器 134")。所述控制器以幾乎連續(xù)方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132,所述數(shù)據(jù)以按行且按圖 像幀分組的預(yù)定序列組織。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132可包含串行到并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、水平移位和用 于某些應(yīng)用的數(shù)/模電壓轉(zhuǎn)換器。
[0053] 所述顯示設(shè)備任選地包含一組共同驅(qū)動(dòng)器138(還稱作共同電壓源）。在一些實(shí)施 方案中，共同驅(qū)動(dòng)器138(例如）通過將電壓供應(yīng)到一系列共同互連件114而將DC共同電 位提供到顯示元件陣列150內(nèi)的所有顯示元件。在一些其它實(shí)施方案中，共同驅(qū)動(dòng)器138 遵循來自控制器134的命令而將電壓脈沖或信號(hào)發(fā)出到顯示元件陣列150,舉例來說，能夠 驅(qū)動(dòng)和/或起始陣列150的多個(gè)行和列中的所有顯示元件的同時(shí)致動(dòng)的全局致動(dòng)脈沖。
[0054] 用于不同顯示功能的所有驅(qū)動(dòng)器（例如，掃描驅(qū)動(dòng)器130、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132和共同 驅(qū)動(dòng)器138)通過控制器134而時(shí)間同步。來自所述控制器的時(shí)序命令經(jīng)由燈驅(qū)動(dòng)器148 協(xié)調(diào)紅色、綠色和藍(lán)色以及白色燈（分別為140、142、144和146)的照明、顯示元件陣列150 內(nèi)的特定行的寫入啟用和定序、來自數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132的電壓的輸出，以及提供顯示元件致 動(dòng)的電壓的輸出。在一些實(shí)施方案中，所述燈是發(fā)光二極管（LED)。
[0055] 控制器134確定可借以將快門108中的每一者重設(shè)為適于新圖像104的照明水平 的定序或?qū)ぶ贩桨浮？梢灾芷谛蚤g隔設(shè)定新圖像104。例如，對(duì)于視頻顯示，以在介于從約 10赫茲（Hz)到300赫茲的范圍的頻率刷新彩色圖像104或視頻幀。在一些實(shí)施方案中，圖 像幀到陣列150的設(shè)定與燈140、142、144和146的照明同步，以使得用一系列交替色彩（例 如，紅色、綠色和藍(lán)色）照明交替圖像幀。每一相應(yīng)色彩的圖像幀被稱作色彩子幀。在稱作 場(chǎng)序式色彩方法的此方法中，如果色彩子幀以超過20Hz的頻率交替，則人類大腦將把交替 幀圖像平均化為對(duì)具有廣泛和連續(xù)范圍的色彩的圖像的感知。在替代實(shí)施方案中，在顯示 設(shè)備100中可采用具有原色的四個(gè)或更多個(gè)燈，從而采用原色而不是紅色、綠色和藍(lán)色。
[0056] 在一些實(shí)施方案中，在顯示設(shè)備100經(jīng)設(shè)計(jì)以用于快門108在打開與關(guān)閉狀態(tài)之 間的數(shù)字切換的情形下，控制器134通過時(shí)分灰階的方法形成圖像，如先前所描述。在一些 其它實(shí)施方案中，顯示設(shè)備100可通過使用每像素多個(gè)快門108來提供灰階。
[0057] 在一些實(shí)施方案中，圖像狀態(tài)104的數(shù)據(jù)由控制器134通過對(duì)個(gè)別行（還稱作掃 描線）的順序?qū)ぶ范患虞d到顯示元件陣列150。對(duì)于所述序列中的每一行或掃描線，掃描 驅(qū)動(dòng)器130將寫入啟用電壓施加到陣列150的所述行的寫入啟用互連件110,且隨后數(shù)據(jù)驅(qū) 動(dòng)器132為選定行中的每一列供應(yīng)對(duì)應(yīng)于所要快門狀態(tài)的數(shù)據(jù)電壓。重復(fù)此過程，直到已 針對(duì)陣列150中的所有行加載數(shù)據(jù)為止。在一些實(shí)施方案中，用于數(shù)據(jù)加載的選定行的順 序是線性的，在陣列150中從頂部進(jìn)行到底部。在一些其它實(shí)施方案中，將選定行的順序偽 隨機(jī)化，以便使視覺假影最小化。且在一些其它實(shí)施方案中，按塊組織定序，其中針對(duì)一塊， 例如通過僅依序?qū)ぶ逢嚵?50中的每第5行而將圖像狀態(tài)104的僅某一分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)加載到 陣列150。
[0058] 在一些實(shí)施方案中，用于將圖像數(shù)據(jù)加載到陣列150的過程與致動(dòng)陣列150中的 顯示元件的過程在時(shí)間上分開。在這些實(shí)施方案中，顯示元件陣列150可包含用于陣列150 中的每一顯示元件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器元件，且控制矩陣可包含全局致動(dòng)互連件以用于從共同驅(qū) 動(dòng)器138攜載觸發(fā)信號(hào)以根據(jù)存儲(chǔ)器元件中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)而起始快門108的同時(shí)致動(dòng)。
[0059] 在替代實(shí)施方案中，顯示元件陣列150和控制所述顯示元件的控制矩陣可布置成 除矩形行和列以外的配置。舉例來說，所述顯示元件可布置成六邊形陣列或曲線行和列。通 常，如本文中所使用，術(shù)語"掃描線"應(yīng)指共享寫入啟用互連件的任何多個(gè)顯示元件。
[0060] 在一些實(shí)施方案中，在微處理器與顯示控制器集成電路之間劃分控制器134的功 能性。在一些實(shí)施方案中，在集成電路邏輯裝置（例如專用集成電路（ASIC))中實(shí)施顯示控 制器集成電路。在一些實(shí)施方案中，微處理器經(jīng)配置以實(shí)施控制器134的全部或?qū)嵸|(zhì)上全 部圖像處理功能性，以及確定顯示設(shè)備128的適當(dāng)輸出序列以用于產(chǎn)生所接收?qǐng)D像。例如， 微處理器可經(jīng)配置以將所接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)中所包含的圖像幀轉(zhuǎn)換成一組圖像子幀。每一圖像 子幀與一色彩和一權(quán)重相關(guān)聯(lián)，且包含顯示元件陣列150中的顯示元件中的每一者的所要 狀態(tài)。微處理器還可經(jīng)配置以確定要顯示的圖像子幀的數(shù)目以產(chǎn)生給定圖像幀、顯示所述 圖像子幀的次序和與實(shí)施所述圖像子幀中的每一者的適當(dāng)權(quán)重相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。在各種實(shí)施 方案中，這些參數(shù)可包含照明相應(yīng)的圖像子幀中的每一者的持續(xù)時(shí)間和此照明的強(qiáng)度。這 些參數(shù)（例如，子幀數(shù)目、其輸出的次序和時(shí)序以及每一子幀的其權(quán)重實(shí)施參數(shù)）可統(tǒng)稱為 "輸出序列"。
[0061] 相比而言，顯示控制器集成電路可主要經(jīng)配置以實(shí)施顯示設(shè)備128的更日常操 作。所述操作可包含：從幀緩沖器檢索圖像子幀；及響應(yīng)于所述經(jīng)檢索的圖像子幀和由微 處理器確定的輸出序列而將控制信號(hào)輸出到掃描驅(qū)動(dòng)器130、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器132、共同驅(qū)動(dòng)器 138和燈驅(qū)動(dòng)器148。所述幀緩沖器可為任何易失性或非易失性集成電路存儲(chǔ)器，例如，動(dòng) 態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM)、高速高速緩沖存儲(chǔ)器或快閃存儲(chǔ)器。在一些其它實(shí)施方案中，顯 示控制器集成電路致使所述幀緩沖器將數(shù)據(jù)信號(hào)直接輸出到各種驅(qū)動(dòng)器130、132、138和 148〇
[0062] 在一些其它實(shí)施方案中，上文所描述的微處理器和顯示控制器集成電路的功能性 被組合成單一邏輯裝置（例如控制器134)，其可采用微處理器、ASIC、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)或其它可編程邏輯裝置的形式。在一些其它實(shí)施方案中，可在多個(gè)邏輯裝置（包含 一或多個(gè)微處理器、ASIC、FPGA、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)或其它邏輯裝置）之間以其它方式 劃分微處理器和顯示控制器集成電路的功能性。
[0063] 主機(jī)處理器122通?？刂浦鳈C(jī)的操作。舉例來說，主機(jī)處理器122可用于控制便 攜式電子裝置的通用或?qū)Ｓ锰幚砥鳌ｊP(guān)于包含在主機(jī)裝置120內(nèi)的顯示設(shè)備128,主機(jī)處理 器122輸出圖像數(shù)據(jù)以及關(guān)于主機(jī)的額外數(shù)據(jù)。此信息可包含：來自環(huán)境傳感器的數(shù)據(jù)，例 如周圍光或溫度；關(guān)于主機(jī)的信息，包含（例如）主機(jī)的操作模式或主機(jī)的電源中所剩余的 電力的量；關(guān)于圖像數(shù)據(jù)的內(nèi)容的信息；關(guān)于圖像數(shù)據(jù)的類型的信息；及/或供顯示設(shè)備在 選擇成像模式中使用的指令。
[0064] 如下文進(jìn)一步描述，主機(jī)處理器122可將指令轉(zhuǎn)發(fā)到微處理器以調(diào)整其輸出序 列。例如，基于此些指令，微處理器可使用每個(gè)色彩具有較少或較多子幀的輸出序列或以較 高或較低幀速率輸出圖像。另外，基于來自主機(jī)處理器122的指令，微處理器可調(diào)整每一光 源（例如，紅色燈140、綠色燈142、藍(lán)色燈144和白色燈146)在產(chǎn)生每一主要色彩時(shí)的相 對(duì)強(qiáng)度。這樣調(diào)整每一主要色彩的飽和度，以使顯示設(shè)備128能夠重現(xiàn)各種色域或各種色 域的部分。
[0065] 用戶輸入模塊126直接或經(jīng)由主機(jī)處理器122將用戶的個(gè)人偏好傳達(dá)到控制器 134。在一些實(shí)施方案中，用戶輸入模塊126由用戶借以編程個(gè)人偏好（例如"較深色彩"、 "較佳對(duì)比度"、"較低功率"、"增加的亮度"、"體育"、"現(xiàn)場(chǎng)演出"或"動(dòng)畫片"）的軟件控制。 在一些其它實(shí)施方案中，使用硬件（例如開關(guān)或轉(zhuǎn)盤）將這些偏好輸入到主機(jī)。到控制 器134的多個(gè)數(shù)據(jù)輸入引導(dǎo)所述控制器將數(shù)據(jù)提供到對(duì)應(yīng)于最佳成像特性的各種驅(qū)動(dòng)器 130、132、138 和 148。
[0066] 環(huán)境傳感器模塊124還可作為主機(jī)裝置120的一部分而被包含。環(huán)境傳感器模塊 124接收關(guān)于周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，例如溫度和/或周圍照明條件。傳感器模塊124可經(jīng)編程以 區(qū)分所述裝置是正在室內(nèi)或辦公室環(huán)境還是在明亮白天的室外環(huán)境還是在夜間的室外環(huán) 境中操作。傳感器模塊124將此信息傳送到顯示器控制器134,以使得控制器134可響應(yīng)于 周圍環(huán)境而優(yōu)化觀看條件。
[0067] 圖2A展示實(shí)例性基于快門的光調(diào)制器200的透視圖?；诳扉T的光調(diào)制器200適 于并入到圖1A中所示的直觀式基于MEMS的顯示設(shè)備100中。光調(diào)制器200包含耦合到致 動(dòng)器204的快門202。致動(dòng)器204可由兩個(gè)單獨(dú)的柔性電極梁致動(dòng)器205 ( "致動(dòng)器205"） 形成?？扉T202在一側(cè)上耦合到致動(dòng)器205。致動(dòng)器205使快門202沿實(shí)質(zhì)上平行于表面 203的運(yùn)動(dòng)平面在表面203上方橫向移動(dòng)?？扉T202的相對(duì)側(cè)耦合到彈簧207,彈簧207提 供與由致動(dòng)器204所施加的力相反的恢復(fù)力。
[0068] 每一致動(dòng)器205包含將快門202連接到負(fù)載錨208的柔性負(fù)載梁206。負(fù)載錨208 連同柔性負(fù)載梁206 -起用作機(jī)械支撐件，從而保持快門202接近于表面203而懸置。表 面203包含用于容許光通過的一或多個(gè)光圈孔211。負(fù)載錨208將柔性負(fù)載梁206和快門 202物理連接到表面203,且將負(fù)載梁206電連接到偏壓（在某些情況下，接地）。
[0069] 如果所述襯底是不透明的（例如硅），則通過穿過襯底204蝕刻孔陣列而在所述襯 底中形成光圈孔211。如果襯底204是透明的（例如玻璃或塑料），則光圈孔211形成于沉 積在襯底203上的光阻擋材料層中。光圈孔211可呈大體圓形、橢圓形、多邊形、蜿蜒形或 不規(guī)則形狀。
[0070] 每一致動(dòng)器205還包含鄰近于每一負(fù)載梁206而定位的柔性驅(qū)動(dòng)梁216。驅(qū)動(dòng)梁 216在一端處耦合到在若干個(gè)驅(qū)動(dòng)梁216之間共享的驅(qū)動(dòng)梁錨218。每一驅(qū)動(dòng)梁216的另 一端自由移動(dòng)。每一驅(qū)動(dòng)梁216彎曲，以使得其在驅(qū)動(dòng)梁216的自由端和負(fù)載梁206的經(jīng) 錨定端附近最靠近負(fù)載梁206。
[0071] 在操作中，并入有光調(diào)制器200的顯示設(shè)備經(jīng)由驅(qū)動(dòng)梁錨218將電位施加到驅(qū)動(dòng) 梁216?？蓪⒌诙娢皇┘拥截?fù)載梁206。驅(qū)動(dòng)梁216與負(fù)載梁206之間的所得電位差朝 向負(fù)載梁206的經(jīng)錨定端牽拉驅(qū)動(dòng)梁216的自由端，且朝向驅(qū)動(dòng)梁216的經(jīng)錨定端牽拉負(fù) 載梁206的快門端，借此朝向驅(qū)動(dòng)錨218橫向驅(qū)動(dòng)快門202。柔性部件206充當(dāng)彈簧，以使 得當(dāng)跨越梁206和216電位的電壓被移除時(shí)，負(fù)載梁206將快門202推回到其初始位置中， 從而釋放存儲(chǔ)在負(fù)載梁206中的應(yīng)力。
[0072] 光調(diào)制器（例如，光調(diào)制器200)并入有被動(dòng)恢復(fù)力（例如彈簧）以用于在已移除 電壓之后使快門返回到其靜止位置。其它快門組合件可并入有用于將快門移動(dòng)到打開或關(guān) 閉狀態(tài)中的一組雙重"打開"和"關(guān)閉"致動(dòng)器和一組單獨(dú)"打開"和"關(guān)閉"電極。
[0073] 存在可借以經(jīng)由控制矩陣來控制快門和光圈陣列以產(chǎn)生具有適當(dāng)照度水平的圖 像（在許多情形