閉合回路動(dòng)態(tài)電容測(cè)量的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001 ] 優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)
[0002] 本專(zhuān)利文獻(xiàn)請(qǐng)求2014年4月4日申請(qǐng)且名為"CLOSED LOOP DYNAMIC CAPACITANCE MEASUREMENT"的共同未決且共同讓渡的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案第14/245,881號(hào)（代理人案號(hào) QUALP213/134027)的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)案請(qǐng)求Van Lier等人于2013年10月21日申請(qǐng)的名為 "Closed Loop Dynamic Capacitance Measurement"的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案第61/893,808 號(hào)(代理人案號(hào)1340 27PI /QUALP213P)的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)案的內(nèi)容全文皆特此以引用的方 式并入且用于任何目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及機(jī)電系統(tǒng)及裝置。更具體地，本發(fā)明涉及確定與機(jī)電系統(tǒng)裝置(例如， 干涉調(diào)制器(MOD))相關(guān)聯(lián)的電容。
【背景技術(shù)】
[0004] 機(jī)電系統(tǒng)（EMS)包含具有電組件及機(jī)械組件、致動(dòng)器、轉(zhuǎn)換器、傳感器、光學(xué)組件 (例如，鏡子及光學(xué)薄膜)及電子裝置的裝置。可以多種尺度(包含(但不限于)微尺度及奈米 尺度)來(lái)制造 EMS裝置或組件。例如，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置可包含具有范圍為約一微米至 數(shù)百微米或更大的大小的結(jié)構(gòu)。奈米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)裝置可包含具有小于一微米的大小 (包含(例如)小于數(shù)百奈米的大?。┑慕Y(jié)構(gòu)?？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(jī)電裝置的其它微機(jī)械加工工藝來(lái)產(chǎn)生機(jī) 電組件。
[0005] -種類(lèi)型的EMS裝置被稱(chēng)為干涉調(diào)制器（MOD)。術(shù)語(yǔ)頂OD或干涉光調(diào)制器指代使 用光學(xué)干涉的原理選擇性吸收及/或反射光的裝置。在一些實(shí)施方案中JMOD顯示組件可包 含一對(duì)導(dǎo)電板，所述對(duì)導(dǎo)電板中的一或兩者可為整體或部分透明的及/或反射的，且能夠在 施加適當(dāng)電信號(hào)之后進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，一個(gè)板可包含沉積于襯底上方、襯底的上或由襯 底支撐的靜止層，且另一板可包含與靜止層相隔一氣隙的反射膜。一個(gè)板相對(duì)于另一板的 位置可改變?nèi)肷溆贛OD顯示組件上的光的光學(xué)干涉?；贛OD的顯示裝置具有廣泛范圍的 應(yīng)用，且預(yù)期在改善現(xiàn)有產(chǎn)品及產(chǎn)生新產(chǎn)品(尤其具有顯示能力的產(chǎn)品）中使用。
[0006] 在一些實(shí)施方案中，頂OD的可移動(dòng)組件可自起點(diǎn)且在電壓至HTOD的電極的特定施 加下移動(dòng)至特定位置。然而，另一 IMOD的可移動(dòng)組件可自相同起點(diǎn)且在相同的電壓施加下 移動(dòng)至略有不同的位置?？梢苿?dòng)組件可包含基于可移動(dòng)組件的位置以波長(zhǎng)反射光的鏡子。 因此，頂OD可以不同波長(zhǎng)反射光，這是因?yàn)榭梢苿?dòng)組件可在略有不同的位置處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有若干創(chuàng)新方面，所述方面中無(wú)單一方面單獨(dú) 負(fù)責(zé)本文中所揭示的所要屬性。
[0008] 本發(fā)明中描述的主題的一個(gè)創(chuàng)新方面可在一種電路中實(shí)施，所述電路包含:放大 器，其具有第一輸入、第二輸入及輸出，所述放大器的所述第一輸入與電壓參考源親合；電 流源，其具有輸入及輸出，所述電流源的所述輸入與放大器的輸出耦合，所述電流源的所述 輸出與放大器的第二輸入耦合，所述電流源經(jīng)電壓控制;及一或多個(gè)顯示單元，其具有第一 端子，所述第一端子與放大器的第二輸入耦合且與電流源的輸出耦合，其中電流源基于與 放大器的輸出相關(guān)聯(lián)的電壓提供電流，電流增加直至與一或多個(gè)顯示單元的第一端子相關(guān) 聯(lián)的電壓等于與電壓參考源相關(guān)聯(lián)的電壓為止。
[0009] 在一些實(shí)施方案中，電路可包含反饋電容器，其具有第一端子及第二端子，所述反 饋電容器的所述第一端子與電流源的輸出耦合，所述反饋電容器的所述第二端子與放大器 的輸出耦合。
[0010] 在一些實(shí)施方案中，反饋電容器的電容小于或等于一或多個(gè)顯示單元的電容。
[0011] 在一些實(shí)施方案中，電路可包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有與放大器的輸出耦合的輸 入。
[0012] 在一些實(shí)施方案中，一或多個(gè)顯示單元具有經(jīng)設(shè)置為第一固定電壓的第二端子。
[0013] 在一些實(shí)施方案中，一或多個(gè)顯示單元具有經(jīng)設(shè)置為第一固定電壓的第三端子。
[0014] 在一些實(shí)施方案中，一或多個(gè)顯示單元具有經(jīng)設(shè)置為第二固定電壓的第三端子。
[0015] 在一些實(shí)施方案中，顯示單元的第一端子與可移動(dòng)組件相關(guān)聯(lián)。
[0016] 在一些實(shí)施方案中，電壓參考源斜升穿過(guò)與可移動(dòng)組件的行進(jìn)范圍相關(guān)聯(lián)的電壓 范圍。
[0017] 在一些實(shí)施方案中，可移動(dòng)組件的行進(jìn)范圍在顯示單元的第二端子與第三端子之 間。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，電流源具有線性增益。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，與一或多個(gè)顯示單元的第一端子相關(guān)聯(lián)的可移動(dòng)組件經(jīng)配置 以移動(dòng)至在一或多個(gè)顯示單元的第二端子與第三端子之間的位置，直至與顯示單元的第一 端子相關(guān)聯(lián)的電壓等于與電壓參考源相關(guān)聯(lián)的電壓為止。
[0020] 本發(fā)明中描述的主題的另一創(chuàng)新方面可在一種系統(tǒng)中實(shí)施，所述系統(tǒng)具有:測(cè)量 電路，其包含放大器，所述放大器具有第一輸入、第二輸入及輸出，所述放大器的所述第一 輸入與電壓參考源耦合;及電流源，所述電流源具有輸入及輸出，所述電流源的所述輸入與 放大器的輸出耦合，所述電流源的所述輸出與放大器的第二輸入耦合，所述電流源經(jīng)電壓 控制;一或多個(gè)顯示單元，其具有第一端子，所述第一端子與放大器的第二輸入耦合且與電 流源的輸出耦合，其中所述電流源基于與放大器的輸出相關(guān)聯(lián)的電壓提供電流，電流增加 直至與一或多個(gè)顯示單元的第一端子相關(guān)聯(lián)的電壓等于與電壓參考源相關(guān)聯(lián)的電壓為止； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其具有與放大器的輸出耦合的輸入及提供測(cè)量數(shù)據(jù)的輸出；及存儲(chǔ)器， 其經(jīng)配置以存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0021 ]在一些實(shí)施方案中，微控制器可經(jīng)配置以分析測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0022]本發(fā)明中描述的主題的另一創(chuàng)新方面可在一種用于確定一或多個(gè)顯示單元的群 組的電容的方法中實(shí)施。參考電壓可斜升。參考電壓可與放大器的第一輸入相關(guān)聯(lián)，所述放 大器具有第二輸入及輸出。電流源可產(chǎn)生電流。電流源可具有輸入及輸出，所述電流源的所 述輸入與放大器的輸出耦合，所述電流源的所述輸出與放大器的第二輸入耦合，所述電流 源經(jīng)電壓控制。可提供與一或多個(gè)顯示單元的群組的第一端子相關(guān)聯(lián)的電壓。第一端子可 與放大器的第二輸入親合且與電流源的輸出親合，其中電流源基于與放大器的輸出相關(guān)聯(lián) 的電壓提供電流，所述電流增加直至與一或多個(gè)顯示單元的第一端子相關(guān)聯(lián)的電壓等于與 電壓參考源相關(guān)聯(lián)的電壓為止。
[0023]在一些實(shí)施方案中，反饋電容器具有與電流源的輸出親合的第一端子及與放大器 的輸出耦合的第二端子。
[0024]在一些實(shí)施方案中，基于一或多個(gè)顯示單元的群組中的顯示單元的數(shù)目可改變反 饋電容器的電容。
[0025]在隨附圖式及以下描述中闡述本發(fā)明中描述的主題的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。 盡管主要在基于EMS的顯示器及基于MEMS的顯示器方面來(lái)描述本發(fā)明中提供的實(shí)例，但本 文提供的概念可適用于其它類(lèi)型的顯示器，例如，液晶顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管（"0LED"）顯 示器及場(chǎng)發(fā)射顯示器。其它特征、方面及優(yōu)勢(shì)自描述、圖式及權(quán)利要求書(shū)將變得顯而易見(jiàn)。 應(yīng)注意，以下諸圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為描繪干涉調(diào)制器（HTOD)顯示裝置的一系列顯示組件或顯示組件陣列中的兩 個(gè)相鄰頂OD顯示組件的等距視圖說(shuō)明。
[0027]圖2為說(shuō)明并入有基于IMOD的顯示器的電子裝置的系統(tǒng)框圖，所述基于IMOD的顯 示器包含頂OD顯示組件的三個(gè)組件乘三個(gè)組件陣列。
[0028]圖3為說(shuō)明可移動(dòng)反射層位置對(duì)BTOD顯示組件的施加電壓的曲線圖。
[0029]圖4為說(shuō)明在施加各種共同電壓及分段電壓時(shí)BTOD顯示組件的各種狀態(tài)的表。 [0030]圖5A為顯示圖像的IMOD顯示組件的三個(gè)組件乘三個(gè)組件陣列中的顯示數(shù)據(jù)的幀 的說(shuō)明。
[0031]圖5B為可用于將數(shù)據(jù)寫(xiě)入圖5A中所說(shuō)明的顯示組件的共同信號(hào)及分段信號(hào)的時(shí) 序圖。
[0032]圖6A及6B為包含EMS組件陣列及背板的機(jī)電系統(tǒng)(EMS)封裝的一部分的示意性分 解部分透視圖。
[0033]圖7為說(shuō)明并入有基于BTOD的顯示器的電子裝置的系統(tǒng)框圖的實(shí)例。
[0034]圖8為三端BTOD的實(shí)例的電路示意圖。
[0035] 圖9A、9B及9C為可移動(dòng)組件處于不同位置的實(shí)例。
[0036] 圖9D為頂OD中的電容的說(shuō)明的實(shí)例。
[0037]圖IOA為說(shuō)明閉合回路測(cè)量電路的實(shí)例的電路示意圖。
[0038]圖IOB為說(shuō)明與圖IOA的閉合回路測(cè)量電路耦合的三端頂OD的實(shí)例的電路示意圖。 [0039]圖IIA為與IMOD相關(guān)聯(lián)的電流對(duì)電壓的實(shí)例的說(shuō)明。
[0040]圖11B為與IMOD相關(guān)聯(lián)的電容對(duì)電壓的實(shí)例的說(shuō)明。
[0041]圖12為并入有圖IOA的測(cè)量電路的系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖的實(shí)例。
[0042]圖13說(shuō)明六乘六顯示陣列的實(shí)例。
[0043] 圖14為說(shuō)明用于測(cè)量電容的方法的流程圖。
[0044] 圖15為使用圖IOA的測(cè)量電路測(cè)量泄漏的系統(tǒng)框圖的實(shí)例。
[0045] 圖16為說(shuō)明一種用于測(cè)量泄漏的方法的流程圖。
[0046] 圖17A及17B為說(shuō)明包含多個(gè)BTOD顯示組件的顯示裝置的系統(tǒng)框圖。
[0047] 各圖式中相同組件符號(hào)及名稱(chēng)均指示相同組件。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 以下描述是針對(duì)用于描述本發(fā)明的創(chuàng)新方面的目的的某些實(shí)施方案。然而，本領(lǐng) 域技術(shù)人員將易于認(rèn)識(shí)到，可以眾多不同方式來(lái)應(yīng)用本文中的教示。所描述的實(shí)施方案可 在可經(jīng)配置以顯示圖像的任何裝置、設(shè)備或系統(tǒng)中實(shí)施，不論圖像是運(yùn)動(dòng)的（例如視頻)還 是靜止的（例如靜態(tài)圖像)且不論圖像是文本的、圖形的還是圖解的。更特別地，預(yù)期所描述 實(shí)施方案可包含在多種電子裝置中或與多種電子裝置相關(guān)聯(lián)，所述電子裝置例如(但不限 于）：移動(dòng)電話、具備多媒體因特網(wǎng)功能的蜂窩電話、移動(dòng)電視接收器、無(wú)線裝置、智能電話、 Bluetoolh?裝置、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、無(wú)線電子郵件接收器、手持型或便攜計(jì)算機(jī)、上網(wǎng) 本、筆記本電腦、智能本、平板計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS) 接收器/導(dǎo)航器、相機(jī)、數(shù)字媒體播放器(例如，MP3播放器）、攝錄像機(jī)、游戲控制面板、腕表、 鐘表、計(jì)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(jì)算機(jī)監(jiān)視器、 汽車(chē)顯示器(包含里程計(jì)顯示器及速度計(jì)顯示器等）、駕駛艙控制件及/或顯示器、相機(jī)景觀 顯示器(例如，車(chē)輛中之后視相機(jī)的顯示器）、電子相片、電子廣告牌或標(biāo)識(shí)、投影儀、建筑結(jié) 構(gòu)、微波爐、冰箱、立體聲系統(tǒng)、卡式錄音機(jī)或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機(jī)、便 攜存儲(chǔ)器芯片、洗衣機(jī)、干衣機(jī)、洗衣機(jī)/干衣機(jī)、停車(chē)定時(shí)器、封裝(例如，在包含微機(jī)電系 統(tǒng)(MEMS)應(yīng)用的機(jī)電系統(tǒng)(EMS)應(yīng)用以及非EMS應(yīng)用中）、美學(xué)結(jié)構(gòu)（例如，關(guān)于一件珠寶或 衣物的圖像顯示）及各種EMS裝置。本文中的教示也可用于非顯示器應(yīng)用中，例如（但不限 于）：電子開(kāi)關(guān)裝置、射頻濾波器、傳感器、加速計(jì)、回轉(zhuǎn)儀、運(yùn)動(dòng)傳感裝置、磁力計(jì)、用于消費(fèi) 型電子裝置的慣性組件、消費(fèi)型電子產(chǎn)品的零件、變抗器、液晶裝置、電泳裝置、驅(qū)動(dòng)方案、 制造工藝及電子測(cè)試設(shè)備。因此，所述教示并不旨在限于僅在諸圖中描繪的實(shí)施方案，而實(shí) 情為，具有如本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于顯見(jiàn)的廣泛適用性。
[0049] 干涉調(diào)制器（HTOD)顯示器可包含具有鏡子的可移動(dòng)組件，所述可移動(dòng)組件可經(jīng)定 位于各個(gè)點(diǎn)處以特定波長(zhǎng)反射光。在一些實(shí)施方案中，頂OD的可移動(dòng)組件可自起點(diǎn)且在電 壓至IMOD的電極的特定施加下移動(dòng)至特定位置。然而，另一IMOD的可移動(dòng)組件可自相同起 點(diǎn)且在對(duì)電壓的相同施加下移動(dòng)至略有不同的位置。本文中所描述的主題的一些實(shí)施方案 包含閉合回路動(dòng)態(tài)電容測(cè)量電路以確定與MOD相關(guān)聯(lián)的電容，所述電容可提供關(guān)于可移動(dòng) 組件的位置的指示。因此，可確定待應(yīng)用于將MOD移動(dòng)至相同位置所需的電壓的偏移。在一 些實(shí)施方案中，閉合回路動(dòng)態(tài)電容測(cè)量電路可包含運(yùn)算放大器(ορ-amp)，其輸出耦合至電 壓控制電流源的輸入。電壓控制電流源可基于由op-amp的輸出提供的電壓提供電流以為一 或多個(gè)IMOD充電。電壓控制電流源的輸出也可與op-amp的輸入耦合。斜升電壓可經(jīng)提供作 為op-amp的第二輸入。op-amp的輸出也可與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器親合。
[0050] 可實(shí)施本發(fā)明中所描述的主題的特定實(shí)施方案以實(shí)現(xiàn)以下潛在優(yōu)勢(shì)中的一或多 者。閉合回路動(dòng)態(tài)電容測(cè)